CN115290147A - 一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，首先，基于流体流量计算公式建立煤仓卸料流量计算模型，将煤仓卸料流量计算模型的卸料速度v作为待定的卸料速度变量，通过确定卸料速度变量最终得到煤仓卸料流量，本发明给出了装车站储煤仓闸门卸料面积与卸料速度的关系，并结合间接式滞后测量数据给出参数k的计算方法，从而完整地建立了储煤仓闸门卸料流量的实时计算模型。本发明实现了闸门卸料流量的无滞后直接计算，进而实现装车过程中的实时闸门开度调整，本发明计算方法为智能化装车控制提供了坚实的理论依据。

Description

一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法

技术领域

本发明涉及一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法。

背景技术

快速定量装车智能化控制系统中部分检测数据的瞬时变化极为剧烈，现阶段传感器测量精度较低或者尚无有效的测量手段，从而给装车站的智能化升级设置了巨大的障碍。其中，由于用储煤仓下运输皮带的皮带秤间接测量的流量数据是有时滞的，不是直接获取的实时闸门流量数据，导致控制迟后。因此，储煤仓闸门卸料流量的实时测量难题尤为突出。由于无法实现闸门瞬时卸料流量的实时直接测量，而间接式测量方法具有大时滞的缺陷，导致装车过程中储煤仓卸料速度调整缺乏及时依据，出现皮带机上料速度调整不及时的状况，不能契合缓冲仓料位控制的实际要求，最终定量仓可能出现供料不足的情况，待装载车厢不得不暂停行进以等待定量仓内物料达到额定重量，所以往往不能达到预期的装车效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，是一种引入流体流量计算考虑散料颗粒度实现的卸料流量数学计算方法，建卸料仓闸门开度、散料实测粒度与闸门口卸料流量之间的数学映射关系，以减小智能化装车过程中的控制误差，有效提升智能化装车系统的实际作业效率。

为了实现上述目的，本发明的方案是：

一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，基于流体流量计算公式建立煤仓卸料流量计算模型，将煤仓卸料流量计算模型的卸料速度v作为待定的卸料速度变量，通过确定卸料速度变量最终得到煤仓卸料流量，所述煤仓卸料流量计算模型为：

Q＝3600γ·ω₀·v 公式1

式中：

Q表示闸门口卸料流量，单位为t/h，吨/小时；

γ表示散料密度，单位为T/m³，吨/立方米；

ω₀表示闸门口开度形成的实际卸料面积，单位为m²；

v表示闸门口卸料速度，单位为m/s，米/每秒；

所述卸料流量的计算过程是：

第一步：首先，建立不同被卸散料颗粒直径数据库，利用闸门下的皮带称重传感器经实验获取不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下落到皮带称重传感器后测量得到的时滞流量称重数据；

第二步：引入流体流量计算方法中关于当量直径值是水力半径值的4倍的计算公式2，引入选煤放料速度计算公式，即将公式1中对卸料速度v的计算转换为公式3，

A＝4R_H 公式2

其中：

λ表示放料系数，用于修正卸料速度；

g表示重力加速度；

A表示当量直径；

R_H表示水力半径，其中，水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积与周长之比：

其中：Π为周长；

第三步：根据水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积周长之比计算当量直径A，

第四步：根据公式1得到储煤仓闸门卸料流量表达公式5：

将公式5中已知的左右两侧闸门开度值的ω₀和当量直径A外的其它参数提取合并记作由公式6表示的参数k，

对于放料系数λ、公式5和公式6，由已获取的不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下滞后的流量，计算确定对应的不同参数k值的不同放料系数λ，形成不同参数k值对应不同储煤仓闸门开度数据库，进而由公式3得到不同储煤仓闸门开度的卸料速度，实现通过确定卸料速度最终得到储煤仓闸门卸料流量。

方案进一步是：所述参数k值是根据一系列闸门开度条件下对应公式7的多组k_j值的拟合计算值；

式中，

m₁，m₂，m₃表示当闸门总开度小于阈值时所拟合的系数；

n₁，n₂，n₃表示当闸门总开度大于阈值时所拟合的系数；

l表示闸门总开度阈值；

a′＝d′/2为被卸散料颗粒半径。

方案进一步是：所述多组k_j值不少于5组。

本发明与现有技术的对比其优点是：给出了装车站储煤仓闸门卸料面积与卸料速度的关系，并结合间接式滞后测量数据给出参数k的计算方法，从而完整地建立了储煤仓闸门卸料流量的实时计算模型，其中：引入的流体流量计算方法和选煤放料速度计算公式为计算模型的成立提供了理论基础，本发明实现了闸门卸料流量的无滞后直接计算，进而实现装车过程中的实时闸门开度调整，即：闸门开度与卸料流量之间有已知的数学映射关系，给定闸门开度，相应就可直接得到卸料流量。装车作业过程中，如果上料量不足，则通过调整储煤仓闸门开度增加闸门卸料流量至指定值；如果上料量过多，则通过调整储煤仓闸门开度减小闸门卸料流量至指定值，本发明计算方法为智能化装车控制提供了坚实的理论依据。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1是储煤仓圆形闸门卸料区域示意图。

具体实施方式

一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，所述方法基于流体流量计算公式建立煤仓卸料流量计算模型，将煤仓卸料流量计算模型的卸料速度v作为待定的卸料速度变量，通过确定卸料速度变量最终得到煤仓卸料流量，所述煤仓卸料流量计算模型为：

Q＝3600γ·ω₀·v 公式1

式中：

Q表示闸门口卸料流量，单位为t/h，吨/小时；

γ表示散料密度，单位为T/m³，吨/立方米；

ω₀表示闸门口开度形成的实际卸料面积，单位为m²；

v表示闸门口卸料速度，单位为m/s，米/每秒；

所述卸料流量的计算过程是：

第一步：首先，建立不同被卸散料颗粒直径数据库，利用闸门下的皮带称重传感器经实验获取不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下落到皮带称重传感器时滞后的流量称重数据；

第二步：引入流体流量计算方法中关于当量直径值是水力半径值的4倍的计算公式2，引入选煤放料速度计算公式，即将公式1中对卸料速度v的计算转换为公式3，

A＝4R_H 公式2

其中：

λ表示放料系数，用于修正卸料速度；

g表示重力加速度；

A表示当量直径；

R_H表示水力半径，其中，水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积与周长之比：

其中：Π为周长；

第三步：根据水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积周长之比计算当量直径A，

第四步：根据公式1得到储煤仓闸门卸料流量表达公式5：

将公式5中已知的左右两侧闸门开度值的ω₀和当量直径A外的其它参数提取合并记作由公式6表示的参数k，

对于放料系数λ、公式5和公式6，由已获取的不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下时滞的流量，计算确定对应的不同参数k值的不同放料系数λ，形成不同参数k值对应不同储煤仓闸门开度数据库，进而由公式3得到不同储煤仓闸门开度的实时卸料速度，实现通过确定卸料速度最终得到实时的储煤仓闸门卸料流量。

实施例中的储煤仓闸门可以是矩形(方形)，也可以是圆形，不同形状闸门的面积计算不同，下面以储煤仓圆形闸门举例将其计算具体化，图1示意了储煤仓圆形闸门卸料区域，图中圆形区域即为储煤仓圆形闸门，闭合状态下左右两闸板均位于图中虚线位置，开启状态下闸板最大打开位置分别为正方形的左右侧两边，其中：r表示圆形闸门的半径，x₁表示左侧闸门的开度，x₂表示右侧闸门的开度，α1与α2为弧度值，均为已知量，为了防止过大的下落冲击，通常如图1所示左侧闸门的开度和右侧闸门的开度是不对称的，这样煤的下落是滑落的。

以图1为实例，所述储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法包括，基于流体流量计算公式(流量等于截断面积乘以速，Q＝S v)建立煤仓卸料流量计算模型，由于放料速度取决于散装物料的性质(例如干湿程度、颗粒的大小等等)以及与闸门开启的大小有关，是一个变量；因此，本方法将煤仓卸料流量计算模型的卸料速度v作为待定的卸料速度变量，通过确定卸料速度变量最终得到煤仓卸料流量，所述煤仓卸料流量计算模型为：

Q＝3600γ·ω₀·v 公式1

式中：

Q表示闸门口卸料流量，单位为t/h，吨/小时；

γ表示散料密度，单位为t/m³，吨/立方米，可根据散料查表获得；

ω₀表示闸门口实际卸料面积，单位为m²；

v表示闸门口卸料速度，单位为m/s，米/每秒；

所述卸料流量的计算过程是：

第一步：首先，建立不同被卸散料颗粒直径数据库(通过样品测量获得)，利用闸门下已有存在的皮带称重传感器(目前的通用称重系统)经实验获取不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下落到皮带称重传感器滞后的流量称重数据；

第二步：引入流体流量计算方法中关于当量直径值是水力半径值的4倍的计算公式2，引入选煤放料速度计算公式，即将公式1中对卸料速度v的计算转换为公式3，

A＝4R_H 公式2

其中：

λ表示放料系数，用于修正卸料速度；

g表示重力加速度；

A表示当量直径；

R_H表示水力半径，其中，水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形的面积周长比值；

其中的选煤放料速度计算公式选自于书号3472E0151煤炭工业出版社的选煤手册第七篇选煤厂的辅助设备，第三章输送设备的第六节闸门；

第三步：根据水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形的面积周长比值，进而由公式2得到当量直径的公式4：

式中：

r表示圆形闸门的半径；

x₁表示左侧闸门的开度；

x₂表示右侧闸门的开度；

d′表示被卸散料颗粒直径；

第四步：根据公式1得到储煤仓圆形闸门卸料流量表达公式5：

图1中，r表示圆形闸门的半径，x1表示左侧闸门的开度，x2表示右侧闸门的开度，均为已知量。根据上述已知量分别得到a₁与a₂的长度值，以及α1与α2的弧度值(在步骤三的公式4中已表述)，这里将散料简化为球形颗粒，散料粒度即散料直径的测量值为d′，则散料半径为：

a′＝d′/2

其中，为保证计算准确性，在卸料区域的面积与周长计算中，均在半径方向上减去物料半径作为计算基准，即以颗粒几何中心可通过的已开启闸门区域作为实际卸料区域。

由于散料颗粒数目巨大，无法完成所有颗粒的粒度测量工作，所以采用级配方式来测量散体物料的平均粒度。即选取一定质量的待装载散料，设定一系列粒度区间，获取各粒度区间内的颗粒质量占散料总质量的比例。进一步采用筛分法测量复杂散料粒度，得到各级粒度区间的散料质量百分比，再由此计算散料的平均粒度值。

卸料区域的面积分为四个部分进行计算，即分别计算两个三角形面积与两个扇形面积：

ω₀＝a₁(x₁-a′sinα₁)+α₁(r-a′)²+a₂(x₂-a′sinα₂)+α₂(r-a′)²

卸料区域的周长也分为4个部分进行计算，即分别计算两条直边与两条弧边长度：

Π＝2((a₁-a′cosα₁)+α₁(r-a′)+(a₂-a′cosα₂)+α₂(r-a′))

水力半径为卸料区域面积与周长之比：

则对应的当量直径为：

将公式5中已知的左右两侧闸门开度值、被卸散料颗粒直径外的其它参数提取合并记作由公式6表示的参数k，

对于放料系数λ、公式5和公式6，由已获取的不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下滞后的流量，计算确定对应的不同参数k值的不同放料系数λ，通常范围在0～1之间，形成不同参数k值对应不同储煤仓闸门开度数据库，进而由公式3得到不同储煤仓闸门开度的卸料速度，实现通过确定卸料速度最终得到卸料流量。

参数k中除已知的物料密度、重力加速度等固定项外，还包含了与散料粘度、湿度、流动性等参数有关的放料系数λ，即放料系数的大小与不同的散料类型、散料批次有关。此外，放料系数还需考虑散料粒度不均匀带来的计算误差。在这些因素的综合作用下，放料系数无法事先取为固定值，需要根据现场物料情况进行差异化计算，计算方法即为：

这里采用流量间接式测量方法(通过式皮带秤称量法)进行滞后计算。上式中，分子项中所包含的物料粒度、闸门开度与其它几何参数均已知，分母项为依据皮带秤间接滞后测量得到的卸料流量，记作Q_j。根据上式，即可在物料粒度已知的条件下，得到不同闸门开度条件下参数k的间接滞后测量值，记作k_j。虽然间接式测量方法具有延时较大的不足，但是可以为参数k的拟合计算提供数据支撑，进而依据参数k实现卸料流量的直接式数学计算，最终完成装车过程中储煤仓闸门口卸料流量的及时调节。

在实际试验中，当两侧闸门开度值之和(闸门总开度)较大时，散料粒度对参数k的影响显著减小，因此可选取一个合理的闸门总开度阈值。当闸门总开度小于该阈值时，根据一系列较小闸门开度条件下对应的k_j计算值，完成系数拟合计算；当闸门总开度大于该阈值时，根据一系列较大闸门开度条件下对应的k_j计算值，完成系数拟合计算。为保证拟合准确性，两种条件下闸门开度及相应k_j计算值数据均不少于5组。

因此：所述参数k值是根据一系列闸门开度条件下对应公式7的多组k_j值的拟合计算值；

式中，

m₁，m₂，m₃表示当闸门总开度小于阈值时所拟合的系数；

n₁，n₂，n₃表示当闸门总开度大于阈值时所拟合的系数；

l表示闸门总开度阈值；

a′＝d′/2为被卸散料颗粒半径。

根据上述流量滞后测量数据进行系数的拟合计算：物料粒度二次项系数的数量级为10-2，对参数k取值贡献非常小，说明选取二次多项式能够较准确拟合参数k曲线；物料粒度一次项系数分布在1～20之间，说明一次项系数对参数k取值有较显著影响；常数项系数的数量级为103，对参数k取值影响最大，说明物料的粘度、湿度、流动性等性质对闸门口卸料流量大小的影响主要作用于常数项系数。

上述实施例给出了装车站储煤仓闸门卸料面积与卸料速度的计算方法，并结合间接式滞后测量数据给出参数k的计算方法，从而完整地建立了储煤仓闸门卸料流量的实时计算模型，其中：引入的流体流量计算方法和选煤放料速度计算公式为计算模型的成立提供了理论基础，本发明实现了闸门卸料流量的无滞后直接计算，进而实现装车过程中的实时闸门开度调整，即：闸门开度与卸料流量之间有已知的数学映射关系，给定闸门开度，相应就可直接得到卸料流量。作业过程中，如果上料量不足，则通过调整闸门开度增加闸门卸料流量至指定值；如果上料量过多，则通过调整闸门开度减小闸门卸料流量至指定值，本发明计算方法为智能化装车控制提供了坚实的理论依据。

Claims (3)

1.一种储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，其特征在于，基于流体流量计算公式建立煤仓卸料流量计算模型，将煤仓卸料流量计算模型的卸料速度v作为待定的卸料速度变量，通过确定卸料速度变量最终得到煤仓卸料流量，所述煤仓卸料流量计算模型为：

Q＝3600γ·ω₀·v 公式1

式中：

Q表示闸门口卸料流量，单位为t/h，吨/小时；

γ表示散料密度，单位为t/m³，吨/立方米；

ω₀表示闸门口开度形成的实际卸料面积，单位为m²；

v表示闸门口卸料速度，单位为m/s，米/每秒；

所述卸料流量的计算过程是：

第一步：首先，建立不同被卸散料颗粒直径数据库，利用闸门下的皮带称重传感器经实验获取不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下落到皮带称重传感器后测量得到的时滞流量称重数据；

第二步：引入流体流量计算方法中关于当量直径值是水力半径值的4倍的计算公式2，引入选煤放料速度计算公式，即将公式1中对卸料速度v的计算转换为公式3，

A＝4R_H 公式2

其中：

λ表示放料系数，用于修正卸料速度；

g表示重力加速度；

A表示当量直径；

R_H表示水力半径，其中，水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积与周长之比：

其中：Π为周长；

第三步：根据水力半径为储煤仓闸门一定开度几何图形面积周长之比计算当量直径A，

第四步：根据公式1得到储煤仓闸门卸料流量表达公式5：

将公式5中已知的左右两侧闸门开度值的ω₀和当量直径A外的其它参数提取合并记作由公式6表示的参数k，

对于放料系数λ、公式5和公式6，由已获取的不同被卸散料在储煤仓闸门不同开度下滞后的流量，计算确定对应的不同参数k值的不同放料系数λ，形成不同参数k值对应不同储煤仓闸门开度数据库，进而由公式3得到不同储煤仓闸门开度的卸料速度，实现通过确定卸料速度最终得到储煤仓闸门卸料流量。

2.根据权利要求1所述的储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，其特征在于，所述参数k值是根据一系列闸门开度条件下对应公式7的多组k_j值的拟合计算值；

式中，

m₁，m₂，m₃表示当闸门总开度小于阈值时所拟合的系数；

n₁，n₂，n₃表示当闸门总开度大于阈值时所拟合的系数；

l表示闸门总开度阈值；

a′＝d′/2为被卸散料颗粒半径。

3.根据权利要求2所述的储煤仓闸门卸料流量无时滞计算方法，其特征在于，所述多组k_j值不少于5组。

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