一种料位检测装置、料仓及料仓的料位检测系统

技术领域

本发明涉及高温物料的料位检测技术领域，具体而言，涉及一种料位检测装置、料仓及料仓的料位检测系统。

背景技术

经热解处理后的煤物质需要经过料仓冷却、转送，冷却前的物料温度高达750℃左右，同时料仓往往连通着煤气，煤气中不可避免的存在着粉尘、油气等，而常规的物料探测技术如重锤探测、导播雷达、激光、微波、阻旋式、阻移式探测等，都不能满足煤热解物料的料位探测。目前的探测技术无法满足100℃以上的高温条件下的物料高度探测，也无法满足煤焦油析出和煤粉环境造成的卡滞时，对物料高度的正常探测；存在误报率极高等问题，目前生产过程完全靠岗位工的经验判断，缺乏准确性及安全性。

中国专利申请公开号CN101354280A公开了一种干熄焦一次除尘器料斗料位的测量装置。热电偶通过套管插入异形莫来石砖的配合孔内，通过热电偶检测套管及异形莫来石砖的温度差。该方法存在测量内部的温度相对缓慢或延时的问题。其测温元件设置在料斗侧壁上，采集的温度数据不能更好的反应真实的物料温度。计算之后会有较大的误差，导致不准确甚至误报，影响操作进程及设备作业。

中国专利申请公开号CN107505022A公开了一种高温物料位置检测装置及方法，通过在料仓顶部设置一系列长短不同的热电偶，配合PLC控制系统，根据热电偶采集的温度差来判断物料的位置，该方案在实际使用中，由于热电偶本身的特性，存在响应慢的问题，不能快速的判断出物料的位置，随着使用时间的延长，尤其是在高温、粉尘及油气环境下使用一段时间后，热电偶表面不可避免的粘结有煤或粉尘，响应速度进一步延缓，甚至会出现误报问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种料位检测装置、料仓及料仓的料位检测系统。

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种料位检测装置，其包括料位螺旋，料位螺旋包括电机、螺旋轴和壳体，螺旋轴具有依次固定连接的螺旋轴一段、螺旋轴二段和螺旋轴三段，螺旋轴一段沿螺旋轴线方向上设置有螺旋叶片，螺旋轴一段和螺旋轴二段之间间隔有挡料板以防止物料从螺旋轴一段进入螺旋轴二段内，螺旋轴一段和螺旋轴二段设置在壳体内，电机的动力输出端通过联轴器与螺旋轴的螺旋轴三段连接。所述壳体远离所述螺旋轴三段的一端设置有缺口以满足物料落入所述螺旋轴一段、所述壳体与所述挡料板形成的腔室内。

挡料板用于阻止物料从螺旋轴一段进入螺旋轴二段。使用时，通过正反转料位螺旋，借助挡料板实现物料的送出，从而持续对料仓中的料位进行检测。

挡料板的材质可以为耐高温、耐腐蚀材料，例如3010s不锈钢，或15CrMoR钢。挡料板的厚度可根据需要进行自适应调整，例如10-1000mm。

在一种实施方式中，上述的料位螺旋通过电机与外接的变频器电连接，通过变频器调整输出电源的电压和频率，实现电机工作电源频率的控制和实时检测。

需要说明的是，螺旋轴二段和螺旋轴三段沿螺旋轴线方向上不设置螺旋叶片，为通轴。

上述的螺旋叶片只要能满足物料的传输即可，其螺旋叶片的厚度，螺旋角度以及所选的材质均可根据生产需要进行自适应调整，也可使用市售的螺旋轴直接替换本申请中的螺旋轴。

进一步地，螺旋机壳体的材质采用耐高温、耐腐蚀材料。

优选地，螺旋机壳体的材质选用3010s不锈钢，或15CrMoR钢。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述螺旋轴三段以及联轴器设置在连接套筒内；连接套筒包括固定连接的连接套筒一和连接套筒二，连接套筒一的一端与壳体固定连接，连接套筒二的一端与电机的外壳固定连接。

安装连接套筒以保护联轴器以及螺旋轴三段不受高温、粉尘的影响，减少设备的故障。需要说明的是，连接套筒的形状可以是圆柱体、台体、不规则变径台体等。

连接套筒一和连接套筒二的形状可以相同也可以不同，可根据需要进行自适应调整。

在一种实施方式中，壳体呈圆筒状，安装时，壳体贯穿料仓的仓壁且与料仓的仓壁固定连接，其靠近料位螺旋的电机端通过螺栓依次与连接套筒一、连接套筒二及电机连接。在其他实施方式中，连接套筒一和连接套筒二也可通过焊接等方式进行固定连接。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述螺旋轴二段、壳体和挡料板围成的环形腔内填充有隔热层，且隔热层与螺旋轴二段之间留有间隙。螺旋轴一段沿螺旋轴线方向上焊接连接有螺旋叶片，在其他实施方式中，上述螺旋叶片也可以在购得螺旋轴后，在螺旋轴上自主焊接设置相应的螺旋叶片。

隔热层由隔热材料组成，隔热材料做硬化处理，且与螺旋轴通过间隙配合。需要说明的是，填充隔热层的目的在于尽可能的隔绝热量，减少热传递，保护料仓外的料位螺旋中不耐热的装配件。而对隔热材料进行硬化处理，可避免螺旋轴与隔热层接触，有利于延长隔热材料的使用寿命。尤其是在工作期间，螺旋轴一直处于高速旋转的状态下，设置间隙配合，有利于极大程度上延长隔热层的使用寿命，避免了频繁的拆卸更换隔热层。

在一种实施方式中，挡料板为环形挡料板，且挡料板的外缘与壳体固定连接(防止挡料板上下左右位移影响物料的阻隔性能)，挡料板的内缘直径大于螺旋轴的通轴的直径。这样设置以方便挡料板套设在螺旋轴的通轴上。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述壳体远离螺旋轴三段的一端设置有缺口以满足物料落入螺旋轴一段、壳体与挡料板形成的腔室内。如此设置相较于圆筒状的螺旋机壳体，更便于取料及料位探测。需要说明的是，缺口的大小以满足物料落入螺旋轴一段、壳体与挡料板形成的腔室内为准，在实际应用中，可根据需要进行切削更大或更小的缺口以满足物料的递送。上述缺口可以是一个或多个。

本发明提供了一种料仓的料位检测系统，其包括料位检测装置、布料装置和变频器；变频器与料位检测装置的电机电连接；在一种实施方式中，布料装置包括主布料螺旋和辅布料螺旋。

需要说明的是，上述的料位检测系统中的布料装置可以选择市售的物料布料装置进行替换，并不限于上述的主布料螺旋和辅布料螺旋，只要能满足物料的均布均在本发明的发明构思范围内。

本发明提供了一种料仓，其包括料位检测装置、布料装置和变频器，料位检测装置空间上设置在布料装置下方，布料装置设置在料仓内，料位检测装置的电机设置在料仓外，料位检测装置的螺旋轴延伸入料仓内。变频器与料位检测装置的电机电连接。

料位检测装置空间上设置在布料装置下方的目的在于，实现对物料的位置检测。

为防止电机中进入粉尘，同时也方便检修和拆卸，特设置电机位于料仓外。料位检测装置的螺旋轴延伸入料仓内以满足物料的料位检测。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述料位检测装置包括至少一个的料位螺旋，当料位螺旋数目为多个时，料位螺旋均布于料仓的两侧或者位于料仓的同侧；且料位螺旋在料仓内以至少一层的方式进行排布。

需要说明的是，上述的料位检测装置可以是仅含有一个料位螺旋。也可以根据物料布料量的需求以及测试的准确性需求设置多个料位螺旋。

为防止布料不均匀，可以在料仓的周向上布置多个料位螺旋以实现同一水平线上的料位检测或不同水平线上的料位检测，例如可在料仓的四周均布多个料位螺旋，可以是同层布置也可以是不同层布置一个或多个料位螺旋。

排布的层数可以是一层，两层，三层，四层或至少五层，可根据料位的检测需要进行排布。

在其他实施方式中，料位螺旋可以位于料仓的同侧，实现不同高度下的料位检测。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述布料装置包括主布料螺旋和辅布料螺旋，在料仓的高度方向，主布料螺旋与辅布料螺旋空间上交叉分布，主布料螺旋的安装位置高于辅布料螺旋的安装位置；主布料螺旋的数目至少为一个，辅布料螺旋的数目至少为两个，多个辅布料螺旋平行设置；料位螺旋设置在相邻两个辅布料螺旋之间。

且在料仓高度上，料位螺旋的螺旋轴线低于辅布料螺旋的螺旋轴线10-50mm。

为防止物料在料仓的某一位置上集中堆集，特设置空间上交叉分布的主布料螺旋与辅布料螺旋，以满足均匀布料。通过主布料螺旋与辅布料螺旋的配合布料有利于物料的均匀分布。在实现实施方式中，可以根据物料的布料需求，选择主布料螺旋与辅布料螺旋的数目，长度，间距，转速以及螺距等参数。在一种实施方式中，设置空间上垂直分布的主布料螺旋与辅布料螺旋，以满足均匀布料。

同时，为了避免测位测不准，或者局部的料位高度不具有代表性，特设置料位螺旋位于相邻两个辅布料螺旋之间，这样防止落下的物料直接砸落至料位螺旋上，带来电流变化，造成误报。

例如：料位螺旋的螺旋轴线低于辅布料螺旋的螺旋轴线10mm，20mm,30mm或50mm。在实际实施方式中，可以根据料位的测量需要进行自适应选择。

在一种实施方式中，在料仓高度上，主布料螺旋的螺旋叶片的底部高于辅布料螺旋的螺旋叶片顶部10-100mm。例如可以是10mm，20mm,30mm，50mm，60mm，70mm,80mm或90mm。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述料位螺旋在料仓内以上下两层的方式进行排布，其中，上层的料位螺旋的螺旋轴线低于辅布料螺旋的螺旋轴线10-50mm，下层的料位螺旋的螺旋轴线低于上层的料位螺旋的螺旋轴线500-1000mm。

此外，在其他实施方式中，上下层的料位螺旋的螺旋轴线高度可根据实际的需要进行自适应调整。

在一种实施方式中，料位螺旋设置于料仓的两侧或者位于料仓的同侧。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述料仓的顶部设置有进料口，料仓的底部设置有出料口，当进料口设置在料仓顶部的中间位置时，主布料螺旋位于进料口下方，且在料仓的下料轴线两侧至少各设置一个主布料螺旋；当进料口偏离料仓顶部的中心位置时，主布料螺旋为1个。

在一种实施方式中，主布料螺旋和辅布料螺旋为通轴螺旋或悬挑螺旋。采用悬挑螺旋的好处在于，单个料位螺旋检测到物料后，与之相邻的辅布料螺旋可实现单独调速，更有利于物料的均匀分布。

一种使用上述的料仓进行料位检测或布料的方法，包括通过料位螺旋的电流变化来判定料位高度，调整布料装置的转速以及料位螺旋的转向以实现料位的持续监测。料位螺旋的电流变化通过变频器实现控制和检测。

其工作原理如下：当物料没有达到料位螺旋的高度时，料位螺旋空载运行，此时可以认为料位螺旋的电机的电流平稳恒定，当物料达到料位螺旋的高度时，物料被螺旋轴带进螺旋机壳体内，由于挡料板的作用，当物料堆积到一定量时，负载变大，料位螺旋电机的电流明显上升，通过监控电流变化，可以判定料仓内的料位已达到料位螺旋的安装高度，通过电气连锁控制，降低辅布料螺旋的转速可以降低料仓内物料的高度，同时料位螺旋的电机反转，将螺旋机的壳体内的物料排出后，料位螺旋的电机再次正转继续对料位进行监控。如此循环反复，可持续监测料位的高度，并达到控制料位高度的目的。

作为可选方案，料位螺旋可以是单层设置，也可以是高低层搭配设置。区别在于，高低层设置时，低层料位螺旋可先探测到物料，通过电气连锁控制，可对辅布料螺旋进行预降速，当高层料位螺旋也探测到物料时，可对辅布料螺旋进一步降速，相较于只设置单层料位螺旋，高低层料位螺旋设置更有利于实现辅布料螺旋转速的平滑过渡，不至于转速忽快忽慢，变化太大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用螺旋作为料位监测的装置，能够满足450-800℃的高温环境、不需要担心煤焦油析出及煤粉干扰的问题，由于料位螺旋一直处于正反转状态，通过电流的变化可以迅速判定物料的位置，从根本上解决了误报、漏报的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的料位螺旋的构造示意图；

图2为本发明实施例1的主视图；

图3为本发明实施例2的主视图；

图4为本发明实施例1和实施例2的俯视图；

图5为本发明实施例3的主视图；

图6为本发明实施例3的俯视图；

图7为本发明实施例4的主视图；

图8为本发明实施例4的俯视图。

图标：1-料仓；11-仓壁；12-进料口；13-出料口；2-主布料螺旋；21-主布料螺旋叶片；3-料位螺旋；301-料位螺旋电机；302-联轴器；303-螺旋轴；3031-螺旋轴一段；3032-螺旋轴二段；3033-螺旋轴三段；304-螺旋机壳体；305-挡料板；306-隔热层；307-连接套筒一；308-连接套筒二；4-辅布料螺旋；41-辅布料螺旋叶片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图2至图8所示，本发明提供了一种高温密闭料仓，其包括料位检测装置，可以实现布料及料位的持续检测。

具体地，参照图2所示，高温密闭料仓包括料仓1、进料口12、出料口13、料位螺旋3、布料装置和变频器(图中未示出，外设于料仓1外)。

其中，布料装置包括主布料螺旋2和辅布料螺旋4。主布料螺旋2和辅布料螺旋4空间上相互垂直设置，且在料仓1的高度方向上，主布料螺旋2的安装位置高于辅布料螺旋4的安装位置，主布料螺旋2的主布料螺旋叶片21的底部高于辅布料螺旋4的辅布料螺旋叶片41顶部10-100mm，具体距离可根据现场设计调整。主布料螺旋2可将物料前后分布，辅布料螺旋4可将物料左右分布。

参照图4所示，多个辅布料螺旋4平行安装。在相邻的两个辅布料螺旋4轴线的下方平行设置多个料位螺旋3(参照图2所示)，料位螺旋3部分深入料仓1内。在料仓1的高度方向上，料位螺旋3的安装位置低于辅布料螺旋4的安装位置。

本实施例中，料位螺旋3采用变频控制，如图1所示，其包括料位螺旋电机301、螺旋轴303及螺旋机壳体304。螺旋轴303具有依次固定连接的螺旋轴一段3031、螺旋轴二段3032和螺旋轴三段3033。其中，料位螺旋电机301设置在料仓1的外侧，电机的输出端通过联轴器302与螺旋轴303连接；螺旋轴一段3031和螺旋轴二段3032设置在螺旋机壳体304内，螺旋轴一段3031沿螺旋轴线方向上设置有螺旋叶片，螺旋轴二段3032和螺旋轴三段3033为通轴，不设置螺旋叶片。

螺旋机壳体304采用耐高温、耐腐蚀材料，整体呈圆筒状，其贯穿料仓1的仓壁11且与仓壁11固定连接(参照图2所示)，螺旋机壳体304一端通过螺栓依次与连接套筒一307、连接套筒二308及料位螺旋电机301连接，螺旋机壳体304的另一端在靠近端部的上半部分设置有缺口(参照图1所示)。

设置缺口以满足物料落入螺旋轴一段、壳体与挡料板形成的腔室内。如此设置相较于圆筒状的螺旋机壳体，更便于取料及料位探测。需要说明的是，缺口的大小以满足物料落入螺旋轴一段3031、螺旋机壳体304与挡料板305形成的腔室内为准，在实际应用中，可根据需要进行切削更大或更小的缺口以满足物料的递送。上述缺口可以是一个或多个。

在螺旋机壳体304内，螺旋叶片抵近料仓1内壁处设置有环形挡料板305，挡料板305的外缘与螺旋机壳体304固定连接(防止挡料板上下左右位移影响物料的阻隔性能)，挡料板305的内缘直径略大于螺旋轴303通轴的直径。这样设置以方便挡料板305套设在螺旋轴303的通轴上。

为保护料位螺旋3末端不耐热的装配件，在挡料板305、螺旋机壳体304及螺旋轴303围成的环形腔内填充有隔热层306，隔热层306可选用硅酸铝保温棉或其他可在市场上采购的具有隔热、保温功能的材料。

此外，为避免隔热层306与螺旋轴303摩擦，确保隔热层306经久耐用，至少需对隔热层306靠近螺旋轴303轴面的部分做硬化处理，同时要保证隔热层306与螺旋轴303为间隙配合，螺旋轴303能够无阻碍的转动。需要说明的是，上述硬化处理可以是在陶瓷纤维棉上加上表面改性剂改性后的产物，也可以选择单独改性的保温砖作为隔热层。

本实施例采用自动化控制技术实现料位螺旋3与辅布料螺旋4的连锁控制，对料位螺旋电机301的电流变化进行监控，进而调整辅布料螺旋4的转速以及料位螺旋电机301的转向。

实施例1

如图2和图4所示，本实施例中，进料口12设置在料仓1顶部中间位置，主布料螺旋2和辅布料螺旋4中间部分的适当长度(例如设置1.5倍的主布料螺旋2的螺旋叶片的外径作为通轴的长度，例如外径为50mm，通轴的长度为75mm)为通轴，不设置螺旋叶片，其余部分设置螺旋叶片，其中：主布料螺旋2并列设置两个，可实现物料前后分布；辅布料螺旋4并列设置5个，可实现物料左右分布。

在辅布料螺旋4两端的仓壁11上开孔，相对设置料位螺旋3，料位螺旋3位于相邻两个主布料螺旋2之间的位置，且在料仓1的高度方向上，其安装位置低于辅布料螺旋4的安装位置，同时料位螺旋3按高、低两层设置。本实施例中上下两层的料位螺旋的螺旋轴线间距是500mm，上料位螺旋与辅布料螺旋的螺旋轴线间距是10mm，主布料螺旋的螺旋叶片的底部高于辅布料螺旋的螺旋叶片顶部10mm。

实施例2

如图3和图4所示，与实施例1的区别在于，料位螺旋3为单层设置，其余部分与实施例1相同。料位螺旋与辅布料螺旋的螺旋轴线间距是10mm，主布料螺旋的螺旋叶片的底部高于辅布料螺旋的螺旋叶片顶部10mm。

实施例3

如图5和6所示，与实施例1的区别在于，主布料螺旋2和辅布料螺旋4为悬挑螺旋，每个布料螺旋单独匹配驱动电机，适用于跨度较大的料仓，其余部分同实施例1。采用悬挑螺旋的好处在于，单个料位螺旋检测到物料后，与之相邻的辅布料螺旋4可实现单独调速，更有利于物料的均匀分布。

本实施例中上下两层的料位螺旋的螺旋轴线间距是800mm，上料位螺旋与辅布料螺旋的螺旋轴线间距是40mm，主布料螺旋的螺旋叶片的底部高于辅布料螺旋的螺旋叶片顶部80mm。

实施例4

如图7和图8所示，本实施例中进料口12设置在料仓1顶部左侧，主布料螺旋2和辅布料螺旋4位于料仓1内的部分均设置螺旋叶片，其中：主布料螺旋2为单个，可沿螺旋轴方向将物料自落料位置拉至远离落料端，实现物料前后分布；辅布料螺旋4并列设置5个，可将物料从左侧拉至右侧，实现物料左右分布。

在料仓1右侧的仓壁11上开孔，设置料位螺旋3，料位螺旋3位于相邻两个布料螺旋2之间的位置，且在料仓1的高度方向上，其安装位置低于辅布料螺旋4的安装位置，同时料位螺旋3按高、低两层设置。

本实施例中上下两层的料位螺旋的螺旋轴线间距是1000mm，上料位螺旋与辅布料螺旋的螺旋轴线间距是30mm，主布料螺旋的螺旋叶片的底部高于辅布料螺旋的螺旋叶片顶部100mm。

其余部分同实施例1。

料位控制办法以及检测料位的方法如下：

在生产过程中，当物料没有达到料位螺旋3的高度时，料位螺旋3空载运行，此时可以认为料位螺旋3的电机的电流平稳恒定；当物料达到料位螺旋3的高度时，物料被螺旋轴带进螺旋机壳体304内，由于挡料板305的作用，当物料堆积到一定量时，负载变大，料位螺旋电机的电流明显上升。通过监控电流变化，可以判定料仓内的料位已达到料位螺旋的安装高度，通过电气连锁控制，降低辅布料螺旋的转速，进而降低料仓内物料的高度，同时变频器控制料位螺旋3的电机反转，将螺旋机壳体304内的物料排出后，螺旋电机再次正转继续对料位进行监控。

如此循环反复，可持续监测料位的高度，并达到控制料位高度的目的。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。