一种用于生物质锅炉的双向除渣系统及其控制方法

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，特指一种用于生物质锅炉的双向除渣系统及其控制方法。

背景技术

目前，常用于生物质锅炉内(炉排炉)尾部除渣设备主要为生产厂家设计的单向除渣机，其包括电机、联轴器,绞龙及导向外套等部件，电机作为动力，通过联轴器带动有轴绞龙匀速转动，借助于绞龙的旋转力量将锅炉尾部燃尽的料灰及渣单方向抽出炉外，再通过导向外套侧下开的出渣口流出，出渣口下连接出渣管即可将锅炉燃尽的灰渣收集到渣车内，运往建材厂家作为原料。而现有单向除渣机的电机功率较小，以至于一旦锅炉负荷超工况时，灰渣量大，容易卡滞堵转，且也存在因灰渣结块导致绞龙堵转的问题，都极易造成绞龙的旋转叶片磨损较大，联轴器断裂，电机烧毁等技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物质锅炉的双向除渣系统，具有除渣效果好、使用寿命长的特点，且可实现自行排堵的功能。

本发明的目的是这样实现的：一种用于生物质锅炉的双向除渣系统，双向除渣系统包括导向壳和置于导向壳内的绞龙，其特征在于：绞龙包括旋转轴、以旋转轴中心对称设置的双向螺旋叶片，导向壳上设有位于旋转轴中心上方的进渣口，导向壳的两端上还设有位于双向螺旋叶片下方的出渣口，双向螺旋叶片的内端与旋转轴焊接，且双向螺旋叶片厚度由内端向外端逐渐减小，导向壳的外侧还设有用于驱动旋转轴转动的电机，右连接轴与电机的电机轴之间通过设有联轴器相连接，所述右连接轴与联轴器之间通过震动机构连接。

本发明进一步设置为：所述震动机构包括套杆和芯杆，联轴器的端部上设有第一连接孔，芯杆的一端安装于第一连接孔内，芯杆的另一端穿插于套杆内，右连接轴上设有第二连接孔，套杆的一端安装于第二连接孔内，右连接轴上还设有若干径向贯穿第二连接孔的条形孔，条形孔内设有用于与套杆连接的冲击销，套杆的外端面上设有呈波形状起伏结构的端面凸轮，芯杆上设有径向贯穿芯杆的滚子轴，滚子轴的两端上设有与端面凸轮轴向抵触的滚子，芯杆上套设有与套杆连接的压套，芯杆上位于套杆内的一端上还设有挡环，芯杆上套设有位于挡环及压套之间的复位弹簧。

本发明进一步设置为：所述套杆的外侧与芯杆的外侧共同设置有安装壳，套杆的外端上还套设有置于安装壳内的离合块，安装壳内还设有与离合块对应设置的电磁铁，电磁铁通电后产生吸力，吸引离合块并带动套杆向芯杆一侧产生轴向力；双向除渣系统还包括控制系统，控制系统包括PLC控制单元和电流传感器，电流传感器用于检测电机电流变化的并将相应信号反馈至PLC控制单元，PLC单元用于控制电机的启停和电磁铁的通断电。

本发明进一步设置为：所述安装壳为分体式可拆卸结构，安装壳内还设有与联轴器轴向抵触的止推轴承、与联轴器径向抵触的径向轴承。

本发明进一步设置为：所述导向壳的两端上分别设有供左连接轴穿过的左端盖、供右连接轴穿过的右端盖，左端盖和右端盖的内分别设有与左连接轴径向抵触的第一轴承、与右连接轴径向抵触的第二轴承，左连接轴和右连接轴上均还设有止推环，左端盖和右端盖上均设有若干环向等距排列且轴向贯穿的安装孔，安装孔内设有与止推环轴向抵触的自平衡缓冲组件。

本发明进一步设置为：所述自平衡缓冲组件包括由内至外依次设置的止推瓦、缓冲部和自动调节部，止推瓦包括相连接的安装轴部和瓦片部，瓦片部与止推环轴向抵触，安装轴部安装于安装孔内，自动调节部包括油缸、平衡杆和调节滑套，安装孔的外端上设有活动孔，活动孔、安装孔和安装轴部均为同轴设置，调节滑套安装于活动孔内，且调节滑套的两端上设有位于活动孔两端上的限位环，平衡杆一端穿插于调节滑套内，平衡杆另一端贯穿止推瓦设置，平衡杆能够在止推瓦与调节滑套内轴向移动，平衡杆的内端面与瓦片部的外侧面处于同一平面上，缓冲部包括位于安装轴部与活动套之间的缓冲腔，缓冲腔内还设有套于平衡杆上的缓冲弹簧，左壳体和右壳体上均还设有与缓冲腔连通的注油孔。

本发明进一步设置为：所述左壳体和右壳体上均设有与活动孔连通且倾斜设置的止回孔，止回孔内设有止回弹簧、止回柱和调节螺钉，止回柱与活动套外周壁抵触，止回弹簧的两端分别与止回柱和调节螺钉抵触，止回孔上还设有用于与调节螺钉连接的内螺纹孔。

本发明进一步设置为：所述止回柱上设有调节滑套外周壁抵触的止回倒齿，调节滑套的外周壁上设有若干与止回倒齿适配的止回槽。

一种用于生物质锅炉的双向除渣系统的控制方法，控制系统还包括与PLC控制单元相连的报警模块、PLC控制单元还预设有过载保护电流Imax，用于控制电机缓慢启动的调速模块、用于启动阶段并用于检测电机各相电流的霍尔传感器、用于启动阶段并对绞龙的转速进行检测的第一转速传感器、用于启动阶段并对电机轴的转速进行检测的第二转速传感器；

启动阶段包括以下具有步骤：

S1、PLC控制单元通过调速模块控制电机缓慢启动，同时PLC控制单元控制电磁铁通电；

S2、第一转速传感器检测绞龙转速信号，PLC控制单元判断绞龙转速的实时状态；

S3、若步骤S2中，检测到绞龙转速低于正常转速或未能旋转，同时霍尔传感器采集电机的各相电流信号，判断相电流之差是否大于10％；

S4、如果步骤S3相电流之差小于10％，则PLC控制单元逐渐增大电机转矩信号，同时检测电机实时电流I是否大于过载保护电流Imax，并判断绞龙转速的实时状态；

S5、若步骤S4中I﹤Imax，且绞龙转速正常，则启动正常；

S6、若步骤S4中I≥Imax，则PLC控制单元控制电磁铁断电；震荡机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松；并进入步骤S8；

S7、若步骤S3中，相电流之差大于10％，则PLC控制单元控制电磁铁断电，震动机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松；并进入步骤S8；

S8、经过T秒时间之间后，检测电机轴转速是否与绞龙的转速一致；

S9、若步骤S8中转速一致，则启动正常，进入正常运行阶段；

S10、若步骤S8中绞龙转速低于电机轴转速，则启动异常，报警模块报警，且断电保护；

S11、若步骤S2中转速正常，则启动正常，进入正常运行阶段。

本发明进一步设置为：控制系统包括用于对堵转次数进行计数的堵转计数模块；

正常运行阶段包括以下步骤：

L1、电机处于启动状态，且PLC控制单元控制电磁铁通电，并检测电机实时电流I是否大于等于过载保护电流Imax；

L2、若步骤L1中I≥Imax，则PLC控制单元控制电磁铁断电，震动机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松，堵转计数模块计数加1，并判断堵转计数模块是都满N次；

L3、若步骤L2，堵转计数模块未满N次，则经过P秒时间之间后，返回步骤L1；

L4、若步骤L2，堵转计数模块满N次，则堵转情况无法消除，报警模块报警，且断电保护；

L5、若步骤L1中I﹤Imax，则正常运转，继续检测，且转计数模块清零。

通过采用上述技术方案，本技术方案绞龙连接轴上对称焊接左、右旋转叶片，结构简单，设备投入少，成本低，可有效减少电机的负载阻力，更加节能；

采用两侧排渣方式及时有效的排除了锅炉炉膛内的灰份，降低了烟气中的颗粒物，减少对大气环境的排放，更加环保；

采用震动防堵的方式可以实现绞龙的自行排堵，使用效果好，且对设备保护效果好；

采用特定的控制方法，可以对堵转情况进行检测，并实现自行排堵，对设备起到有效保护作用，使用安全性高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明图1中A部放大结构示意图；

图3是本发明图1中B部放大结构示意图；

图4是本发明图2中C部放大结构示意图；

图5是本发明图4中D部放大结构示意图；

图6是本发明图3中芯杆上滚子轴与套杆上端面凸轮之间的连接结构示意图；

图7是本发明启动运行阶段的控制逻辑图；

图8是本发明正常运行阶段的控制逻辑图；

图中附图标记为：1、导向壳；2、旋转轴；3、电机；4、左连接轴；5、右连接轴；6、联轴器；13、套杆；14、芯杆；15、条形孔；16、冲击销；17、端面凸轮；18、滚子轴；19、压套；20、挡环；21、复位弹簧；22、安装壳；23、离合块；24、电磁铁；25、左端盖；26、右端盖；27、第一轴承；28、止推环；30、止推瓦；31、缓冲腔；32、安装轴部；33、瓦片部；34、油缸；35、平衡杆；36、调节滑套；37、缓冲弹簧；38、止回弹簧；39、止回柱；40、调节螺钉；41、止回倒齿；42、止回槽。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-8：

一种用于生物质锅炉的双向除渣系统，双向除渣系统包括导向壳和置于导向壳内的绞龙，其特征在于：绞龙包括旋转轴、以旋转轴中心对称设置的双向螺旋叶片，导向壳上设有位于旋转轴中心上方的进渣口，导向壳的两端上还设有位于双向螺旋叶片下方的出渣口，双向螺旋叶片的内端与旋转轴焊接，且双向螺旋叶片厚度由内端向外端逐渐减小，导向壳的外侧还设有用于驱动旋转轴转动的电机，右连接轴与电机的电机轴之间通过设有联轴器相连接，所述右连接轴与联轴器之间通过震动机构连接。

左连接轴和右连接轴焊接于旋转轴上，绞龙旋转轴上对称焊接左、右螺旋叶片，实现双向排渣，及时有效的排除了锅炉炉膛内的灰份；整体结构简单，设备投入少，成本低廉，可有效减少电机的负载阻力；电机可以采用变频控制且后装有电机冷却风扇，对电机起冷却作用；双向螺旋叶片的内端与旋转轴焊接固定，连接可靠性好，且双向螺旋叶片的厚度设计，即根部较厚确保与旋转轴的连接强度，端部较薄，便于叶片外边沿切割灰渣，将其切碎输送，若难以切碎，出线卡滞堵转现象时，震动机构启动，对旋转轴产生轴向震动，使其震松灰渣，再配合叶片的旋转切割实现打碎输送，起到排堵的作用。

所述震动机构包括套杆和芯杆，联轴器的端部上设有第一连接孔，芯杆的一端安装于第一连接孔内，芯杆的另一端穿插于套杆内，右连接轴上设有第二连接孔，套杆的一端安装于第二连接孔内，右连接轴上还设有若干径向贯穿第二连接孔的条形孔，条形孔内设有用于与套杆连接的冲击销，套杆的外端面上设有呈波形状起伏结构的端面凸轮，芯杆上设有径向贯穿芯杆的滚子轴，滚子轴的两端上设有与端面凸轮轴向抵触的滚子，芯杆上套设有与套杆连接的压套，芯杆上位于套杆内的一端上还设有挡环，芯杆上套设有位于挡环及压套之间的复位弹簧。

芯杆可以通过设置固定销等装置固定于联轴器的第一连接孔内，套杆由于冲击销的设置，无法相对右连接轴周向旋转，但可以相对右连接轴轴向滑动；其震动原理为：当旋转轴产生卡滞或堵转现象时，由于电机带动芯杆还是在转动状态，而套杆受堵转影响无法正常转动，此时芯杆上的滚子相对套杆端部的端面凸轮做滑动旋转，由于端面凸轮的凹凸起伏变化，迫使套杆只能在右连接轴的第二连接孔内轴向滑动，套杆轴向滑动时，套杆上的冲击销在右连接轴的条形孔内轴向往复碰撞，从而产生震动冲击，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣、炉灰震松，从而达到清堵的作用；在不存在堵转的情况下，由于旋转轴转动阻力较小，芯杆与套杆之间通过复位弹簧产生的轴向力，使得滚子与端面凸轮啮合实现周向转动；此外，堵转状态下，滚子与端面凸轮的滑动旋转会使得复位弹簧会被往复压缩或复位，从而增加冲击销的往复冲击力度。

所述套杆的外侧与芯杆的外侧共同设置有安装壳，套杆的外端上还套设有置于安装壳内的离合块，安装壳内还设有与离合块对应设置的电磁铁，电磁铁通电后产生吸力，吸引离合块并带动套杆向芯杆一侧产生轴向力；双向除渣系统还包括控制系统，控制系统包括PLC控制单元和电流传感器，电流传感器用于检测电机电流变化的并将相应信号反馈至PLC控制单元，PLC单元用于控制电机的启停和电磁铁的通断电。

离合块通过螺纹连接等方式固定于套杆上，电磁块固定于安装壳内，离合块和电磁铁间隙设置，电磁铁通电后产生吸引，提高滚子与端面凸轮之间的轴向啮合强度，使得，未产生堵转时，绞龙旋转轴能够被电机正常驱动旋转，并提高转动的稳定性，避免微小的卡滞就使得震动机构生效；当检测电机电流异常过大，表明存在较为严重的堵转问题，电磁铁断电，震动机构在堵转状态下自动生效。

所述安装壳为分体式可拆卸结构，安装壳内还设有与联轴器轴向抵触的止推轴承、与联轴器径向抵触的径向轴承。

安装壳可以为上下分体式结构，再采用螺栓等方式固定，方便内部部件的安装固定；径向轴承便于联轴器的周向自由转动，止推轴承用于对联轴器轴向进行固定，避免联轴器轴向移动，使得芯杆为轴向固定状态，而套杆在震动机构的驱使下可以轴向滑动；安装壳固定于与地面上，导向壳也固定于地面上。

所述导向壳的两端上分别设有供左连接轴穿过的左端盖、供右连接轴穿过的右端盖，左端盖和右端盖的内分别设有与左连接轴径向抵触的第一轴承、与右连接轴径向抵触的第二轴承，左连接轴和右连接轴上均还设有止推环，左端盖和右端盖上均设有若干环向等距排列且轴向贯穿的安装孔，安装孔内设有与止推环轴向抵触的自平衡缓冲组件。

左、右端盖均可以与导向壳螺纹连接，并可以通过径向设置的定位销进行防松固定，左、右端盖的内壁上均可以设置与止推环外周壁底部的耐磨密封块，如耐磨橡胶或塑料王等材质，第一轴承和第二轴承设置的便于旋转轴的正常转动，自平衡缓冲组件用于提高旋转轴的轴向安装稳定性，且起到缓冲、自主间隙补偿等功能。

所述自平衡缓冲组件包括由内至外依次设置的止推瓦、缓冲部和自动调节部，止推瓦包括相连接的安装轴部和瓦片部，瓦片部与止推环轴向抵触，安装轴部安装于安装孔内，自动调节部包括油缸、平衡杆和调节滑套，安装孔的外端上设有活动孔，活动孔、安装孔和安装轴部均为同轴设置，调节滑套安装于活动孔内，且调节滑套的两端上设有位于活动孔两端上的限位环，平衡杆一端穿插于调节滑套内，平衡杆另一端贯穿止推瓦设置，平衡杆能够在止推瓦与调节滑套内轴向移动，平衡杆的内端面与瓦片部的外侧面处于同一平面上，缓冲部包括位于安装轴部与调节滑套之间的缓冲腔，缓冲腔内还设有套于平衡杆上的缓冲弹簧，左壳体和右壳体上均还设有与缓冲腔连通的注油孔。

自平衡缓冲组件为多个，分别在左端盖及右端盖上呈环向阵列排布；安装后需要向缓冲腔及油缸内填充高压油，驱使止推瓦的瓦片部与止推环轴向抵触；缓冲腔内通过高压油及缓冲弹簧的共同作用，使得止推瓦与止推环轴向抵触，且起到双重缓冲作用，即在震动机构生效过程中能够起到良好的轴向缓冲作用；若瓦片部表面磨损时，止推环容易撞击接触平衡杆，使得平衡杆受到向油缸一侧移动的驱动力，当平衡杆向油缸一侧移动后，油缸的容积减小，压力增加，继而推动调节滑套向止推环一侧移动，同时在稳压弹簧的的弹性力驱使下驱动止推瓦向止推环一侧移动，实现自主间隙补偿；其中平衡杆的径向截面面积可以为油缸内部径向截面面积的一般，则平衡杆向油缸一侧移动的距离会与止推瓦向止推环一侧移动的距离相等，从而补偿止推瓦的磨损厚度，实现更好的间隙补偿；上述结构轴向缓冲性能好，且能够实现轴向间隙补偿，可以有效配合震动机构的使用。

所述左壳体和右壳体上均设有与活动孔连通且倾斜设置的止回孔，止回孔内设有止回弹簧、止回柱和调节螺钉，止回柱与调节滑套外周壁抵触，止回弹簧的两端分别与止回柱和调节螺钉抵触，止回孔上还设有用于与调节螺钉连接的内螺纹孔。

调节螺钉用于调节止回弹簧的弹性力，即调节止回柱与活动套之间的抵触力，当油缸泄压时，可以调松调节螺钉，方便调节滑套向油缸一侧滑动；所述止回柱上设有调节滑套外周壁抵触的止回倒齿，调节滑套的外周壁上设有若干与止回倒齿适配的止回槽，通过止回倒齿和止回槽的设置，使其容易向单一方向移动；在高压油的作用力下，调节滑套具有向止推环一侧移动的驱动力，当其需要向止推环一侧移动时，止回弹簧容易被压缩，止回柱与调节滑套之间容易松脱实现调节滑套的移动；但当止推环对调节滑套产生向油缸一侧移动的驱动力时，由于止回倒齿和止回弹簧的共同作用，调节滑套移动受阻，起到止回作用，使其达到良好的间隙补偿作用。

一种用于生物质锅炉的双向除渣系统的控制方法，控制系统还包括与PLC控制单元相连的报警模块、PLC控制单元还预设有过载保护电流Imax，用于控制电机缓慢启动的调速模块、用于启动阶段并用于检测电机各相电流的霍尔传感器、用于启动阶段并对绞龙的转速进行检测的第一转速传感器、用于启动阶段并对电机轴的转速进行检测的第二转速传感器；控制系统还包括用于对堵转次数进行计数的堵转计数模块

由于除渣系统在实际使用中，往往存在这种情况：在上一次使用时，未将导向壳内余渣排出干净，导致余渣在导向壳内结渣结块，使得下一次重新启动时，直接存在堵转现象，直接启动容易造成绞龙、电机损坏；因此为了避免上述问题，在启动阶段也设定了如下控制方法：

控制系统还包括用于控制电机缓慢启动的调速模块、用于启动阶段并用于检测电机各相电流的霍尔传感器、用于启动阶段并对绞龙的转速进行检测的第一转速传感器、用于启动阶段并对电机轴的转速进行检测的第二转速传感器；

霍尔传感器与电机的每一相分别相连，将采集到的电流数据发送给PLC控制单元，PLC控制单元根据三相电流的值判断每相电流之间的差值是否大于10％，电机通电后如果电机出现堵转情况，则三相电流会出现不平衡的状态，一般将每两相电流之间相差超过10％，则可认为是三相不均衡；若两相之间相差超过10％，则可认为电机堵转，然后进行相应控制；

启动阶段包括以下具有步骤：

S1、PLC控制单元通过调速模块控制电机缓慢启动，同时PLC控制单元控制电磁铁通电；

S2、第一转速传感器检测绞龙转速信号，PLC控制单元判断绞龙转速的实时状态；

S3、若步骤S2中，检测到绞龙转速低于正常转速或未能旋转，同时霍尔传感器采集电机的各相电流信号，判断相电流之差是否大于10％；

S4、如果步骤S3相电流之差小于10％，表明未堵转，但电机及绞龙转速还未到正常转速，则PLC控制单元逐渐增大电机转矩信号，同时检测电机实时电流I是否大于过载保护电流Imax，并判断绞龙转速的实时状态；

S5、若步骤S4中I﹤Imax，且绞龙转速正常，则启动正常；

S6、若步骤S4中I≥Imax，则PLC控制单元控制电磁铁断电；震荡机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松；并进入步骤S8；

S7、若步骤S3中，相电流之差大于10％，表面存在堵转状态，则PLC控制单元控制电磁铁断电，震动机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松；并进入步骤S8；

S8、经过T秒时间之间后，即电磁铁断电T秒后，检测电机轴转速是否与绞龙的转速一致；其中T的数值可以为30-300，且实际数值可以根据需要调整，不限于上述范围；

S9、若步骤S8中转速一致，则启动正常，进入正常运行阶段；由于是启动阶段，锅炉还未开始向双向除渣系统排渣，因此在正常情况下，当震动机构生效对导向壳内卡滞的炉渣震松时，绞龙旋转轴的旋转阻力逐渐下降，直至炉渣排空，电机转轴能够带动绞龙同速旋转；此外，当电机与绞龙之间连接有减速箱时，电机轴转速与绞龙转速对比时，电机轴转速需要提前换算再进行对比；

S10、若步骤S8中绞龙转速低于电机轴转速，说明堵转问题无法解决，则表明启动异常，报警模块报警，且断电保护；

S11、若步骤S2中转速正常，则启动正常，进入正常运行阶段。

正常运行阶段包括以下步骤：

L1、电机处于启动状态，且PLC控制单元控制电磁铁通电，并检测电机实时电流I是否大于等于过载保护电流Imax；同时PLC控制单元控制供水泵开始循环供水；

L2、若步骤L1中I≥Imax，则PLC控制单元控制电磁铁断电，震动机构对绞龙产生轴向震动冲击力，通过震动冲击力将双向螺旋叶片与导向壳之间卡阻的炉渣震松，堵转计数模块计数加1，并判断堵转计数模块是都满N次；

L3、若步骤L2，堵转计数模块未满N次，则经过P秒时间之间后，返回步骤L1；

L4、若步骤L2，堵转计数模块满N次，则堵转情况无法消除，报警模块报警，且断电保护；

L5、若步骤L1中I﹤Imax，则正常运转，且转计数模块清零。

当存在堵转问题时，电机负载电流会异常增大，因此通过对电流实时变化检测堵转状况；当电机实时负载电流I增大至过载保护电流Imax时，电磁铁断电，震动机构生效，实现排堵功能，此时电机轴能够正常转动，因此检测到电流I会恢复至正常；电磁铁断电P秒后，电磁铁重新通电，如果已经排堵，则电机轴能够在低于过载保护电流Imax的条件下，驱动绞龙旋转；相反的，电磁铁重新通电后，若电机实时负载电流I还是大于等于Imax，则电磁铁重新断电，再次启动震动机构，当震动机构连续生效N次后，还未解决堵转问题时，报警模块报警，且对用电单元如电机、电磁铁进行断电保护；其中N的数值可以为3-5，P的数值可以为30-300，其中各数值可以根据实际情况进行调整，不限于上述范围内。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。