一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置及其控制方法，属于流 体加速流消能能量回馈设备技术领域。
【背景技术】
[0002] 长距离浆体管道输送系统常敷设于地形崎帳的山区。由于起点和终点的高程差或 在批量输送时矿浆与水的比重差等原因，会引起浆体水力学分析中的一种常见问题，即浆 体管道加速流。运种加速流的产生实际上是由多余的能最引起的，通常会在满管流时形成 一种类似明渠的不满流而被自动消耗掉。运种加速流的速度可能超过正常满管流的流速约 一个数量级，从而引起管道磨蚀加剧，大大缩短管线寿命。浆体管道所经过的地形，一般都 不外乎是凸凹地形。运两种地形都可能产生加速流。目前解决运加速流问题主要采用：
[0003] 1、管道保护:运种方法主要是增加管道的壁厚、管道加内衬。此方法消能效果不明 显，且增加了成本，对于长距离管道消能效果不明显。
[0004] 2、消除和减缓加速流:主要是减缓管道敷设坡度、改变输送工艺条件、减少管径消 能等。此方法对前期的铺设管道地形要求高，在长距离管道输送沿线有些坡度是很难减小 且改变输送工艺很难保证管道的输送效率。管径的减小势必增大浆体对管道的磨损。
[0005] 3、提供背压来消能:运是现在消除加速流的主要方法。此方法是消能比较理想的 方法，但是此方法浪费了大部分能量，消能的能量没有得到很好的回收，运是一种不经济的 方式。
[0006] 在长距离管道浆体输送工程当中，管道在正常工作条件下是二十四小时工作的， 管道加速流消能是二十四小时不间断进行的，传统方法长年累月的消能浪费了大量的能 量。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置及其控制方 法，W用于实现长距离铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈。
[000引本发明的技术方案是:一种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置，包括主管 道1、副管道2、电动刀扳阀13、电动刀扳阀Π 4、离屯、累5、压力变送器16.1、压力变送器Π 6.2、联轴器17.1、联轴器Π 7.2、增速箱8、同步发电机9、整流器组10、蓄电池组11、电池检测 模块12、消能挡板13、控制器14、逆变器15、企业内部电网16;
[0009]所述副管道2安装在主管道1旁，消能挡板13安装在副管道2上，消能挡板13的控制 输入线接到控制器14,电动刀扳阀13、电动刀扳阀Π 4的启闭控制线接入控制器14,压力变 送器16.1、压力变送器Π 6.2的压力信号输入到控制器14，增速箱8的变速调节输入端与控 制器14连接，离屯、累5安装在主管道1上，离屯、累5的转轴与增速箱8的主动轴通过联轴器I 7.1连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的转子转轴通过联轴器Π 7.2连接，同步发电机9 的电能输出端接整流器组10整流输入端，整流器组10的输出接蓄电池组11的充电端子，电 池检测模块12输入端和蓄电池组11的输出端连接，电池检测模块12输出端接入控制器14， 整流器组10接逆变器15且通过逆变器15把多余的电能输出并网到企业内部电网16。
[0010] 所述蓄电池组11采用多组多个蓄电池串联后的电池并联而成。
[0011] -种铁精矿浆管道加速流消能和能量回馈装置的控制方法，所述控制器14把由电 池检测模块12检测到的蓄电池组11的充电功率Pc按照效率因数ri = mri2计算出矿浆输送中 实际消能功率
[001^ 若议则主管道1处于正常消能工况下；若化^]，侧主管道1处于消能异 常状态下：
[0013] 若主管道1处于消能异常状态下，压力变送器Π 6.2测得的压头数据在Μ值的正负 百分之十W内，则控制器14认为主管道1的消能设备出现故障，控制器14控制开启副管道2 的电动刀扳阀Π 4，启动消能挡板13装置，关闭主管道1的电动刀扳阀13;
[0014] 若主管道1处于消能异常状态下，压力变送器Π 6.2测得的压头数据在Ν值的正负 百分之十W内，则控制器14认为主管道1发生堵塞，控制器14控制开启副管道2的电动刀扳 阀Π 4,关闭主管道1的电动刀扳阀13,同时拔除副管道2的所有消能挡板13;
[0015] 式中，ru是离屯、累5的效率因数，112是同步发电机9的效率因数，Ρζ是正常给定消能 功率，Μ是消能设备故障时的特征压头数据，Ν是主管道1堵塞时的特征压头数据。
[0016] 本发明的工作原理是：
[0017] 从能量守恒的观点来看，传统的矿浆浆体输送管道的消能装置在消除矿浆浆体加 速流的同时也相当于消耗了输送系统的电能。本装置采用消能一一发电一一储能方式进行 消能和回馈能量。
[0018] 在正常工况条件下控制器14远程控制电动刀扳阀13、电动刀扳阀Π 4,使得电动刀 扳阀13开、电动刀扳阀Π 4关，主管道1用于浆体的加速流消能和能量的回馈，此时副管道2 被旁路掉。当控制器14检测到主管道1发生故障等特殊情况，控制器14远程控制电动刀扳阀 13、电动刀扳阀Π 4，使得电动刀扳阀13关、电动刀扳阀Π 4开，此时副管道2为加速流消能通 道且没有能量回馈功能，主管道1被旁路掉。消能挡板13的挡板数量的增加和减少受控制器 14的实时控制，达到实时的对副管道2的消能功率进行调节。压力变送器16.1、压力变送器 Π 6.2用于检测加速流消能前后压头的变化，压力变送器16.1检测高位压头，压力变送器Π 6.2检测底位压头，压头数据输入控制器14。当仅使用副管道2消能时，控制器14根据输入的 压力变送器16.1、压力变送器Π 6.2测得的压头数据可W实施控制消能挡板13的挡板数量 添加和减除W便对消能能量进行动态控制。离屯、累即十轮采用陶瓷耐磨组件。离屯、累5用于 减小长距离大高差管道中运动浆体的机械能。高速运动的矿浆冲刷离屯、累5的叶轮带动离 屯、累5的轴转动，把高压矿浆的机械能转换成离屯、累即十轮的动能。在保证流体流速稳定条 件下，削弱管道中矿浆加速流，减小矿浆对管道壁的磨损，起到保护管道和回收能量的作 用。联轴器17.1将离屯、累5轴与增速箱8的主动轴连接，增速箱8的从动轴与同步发电机9的 转子转轴通过联轴器Π 7.2连接，增速箱8接收控制器14的控制信号来改变变速器的变速 比，从而改变离屯、累5和同步发电机9的转速比，保证同步发电机9的输出电压和电流在合理 的区间。当仅使用主管道1消能时控制器14根据输入的充电功率和工程给定消能功率的差 值实施控制增速箱8的增速比，从而起到调节消能功率的目的。同步发电机9的输出端接整 流器组10的输入，整流器组10把同步发电机9输出的Ξ相交流电整流成直流，整流器组10采 用Ξ相桥式整流组件构成。
[0019] 1、消能方法
[0020] 主管道的消能部分主要是离屯、累5、同步发电机9和控制器14等部分组成。主管道 消能方法如下:控制器14通过控制电动刀扳阀13开启和电动刀扳阀Π 4关闭来启用主管道1 和关闭副管道2,主管道1进入消能模式。手动给定控制器14在消能模式下主管道的消能功 率。通过检测蓄电池组11的充电功率，利用给定消能功率和蓄电池组11的充电功率的差值 进行PI控制增速箱的转速比，从而使得离屯、累5吸收的矿浆能量跟踪手动给定的期望消能 功率，进而控制同步发电机9在恒功率条件下发电，实现同步发电机9在给定的消能功率下 发电。至此主管道消能结束。如图3消能示意图所示。
[0021] 主管道消能装置的自我诊断保护机制：由流体力学得知，在管道内径不变，管道满 管流时，在流量不变的条件下，流体的流速不变，浆体压头受到摩阻，高差等因素的影响而 变化。压力变送器16.1、压力变送器Π 6.2的压头参数反映了装置的运行状态。离屯、累5长时 间工作可能产生故障，同时其它的设备也会产生故障。再者管道发生堵塞时，主管道1就应