高效转子选粉机的改进设计[1].pdf

高效转子选粉机的改进设计李坤山3李珍(济南大学机械学院)摘要运用传统设计理论及现代设计方法,结合多年选粉机设计经验,综合业内人士设计实践,对高效转子选粉机进行了改进设计。关键词选粉机转子分级性能分散0前言选粉机是水泥工业闭路粉磨系统中一个重要的设备,其技术关键是“分散”、“分级”和“收集”。“分散”是指将进入选粉机的物料尽可能抛撒开,使物料颗粒之间形成一定的空间距离。“分级”是指在物料停留于选粉室的有限时间内,充分利用气流的各种力学性能,把粗、细颗粒分开,并送达各自的出口。“收集”是指对粗粉和细粉的捕捉。选粉机性能的好坏与“分散”、“分级”和“收集”过程密切相关,三者有机的结合及性能的优化是高效选粉机设计的关键。选粉技术是随干法圈流粉磨技术的进步而发展起来的。美国首先采用空气选粉机与磨机组成的闭路粉磨系统粉磨细度细的物料。它一出现就在提高效率、节能降耗、细度调节、改善粒度的均匀性、强化水泥质量等方面显示出强大的生命力。在20世纪50年代,科技工作者对开、闭路粉磨系统进行了大量的研究。结果表明,当粉磨细度在330m2kg比表面积以下时,两种系统的粉磨节能效果差别不大,细度超过此值时,开路系统的粉磨效率显著下降。二战后,闭路粉磨的广泛应用促进了选粉机的发展,先后产生了第一代普通撒料式空气选粉机,第二代旋风式选粉机,以及第三代涡流选粉机。本文介绍的高效转子选粉机是结合了这三种选粉机的结构及性能特点而改进设计的一种新型选粉机。1改进型高效转子选粉机的工作原理物料由上部喂料口进入选粉机,经旋转的撒料盘均匀撒开。较细的物料受下部风机6(见图1)在选粉机内产生的旋转上升气流的作用,穿过笼式分级圈经旋风头进入六个旋风筒1,旋风筒把细粉收集下来送入下部细粉管排出；与细粉分离后的上升气流从各旋风筒出风管汇图1高效转子选粉机结构1旋风筒2汇风管3阀门4回风管5翻板6风机7分岔管8进风管9观察孔10检查孔11弯头12清灰口3李坤山,男,1965年2月生,博士。济南市,250022。32化工装备技术第26卷第1期2005年1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.集到总出风管2,经风管4再次进入风机6形成闭路的循环风。较粗的物料在撒料盘和笼式分级圈之间的较大空间内,受气流的冲击力和自身重力联合作用向下坠落,沿选粉室向下落入内锥体,最后从粗粉管排出,从而实现粗、细物料的分离。2主要结构的改进设计211辅助风叶改为笼型转子图2笼式分级转子1上圆盘2小叶片3无缝钢管4拉杆5分级圈座6下圆盘分析三代选粉机的内部结构和工作原理,作者认为笼式分级转子结构简单、分级效率高。为此,重新设计了如图2所示的笼式分级转子,笼式分级转子安装在选粉室中撒料盘的上部。由上、下盖板和耐磨钢棒构成的栅栏圈组成,考虑到选粉机内气流运动及分布的特点,转子采用下口直径小、上口直径大的倒锥形结构,以保证分级区内分级力场的稳定。下盖板安装在辅助风叶盘上,随主轴一起转动。笼式分级圈的耐磨钢棒不但比辅助风叶长,而且数量多,安装相对密集,可以实现立体分级,工作范围大,分级精度高,可大幅度地提高选粉效率。在分级圈上盘外侧均匀设置一定数量小风叶,小风叶随分级圈高速运转,形成正压,迫使气流从分级圈通过,防止短路。在生产过程中,物料被旋转的撒料盘均匀撒开,较细的物料受到的惯性离心力较小,受上升气流作用通过栅栏圈,进入旋风筒收集；较粗的物料受到的惯性离心力较大,向四周飞溅的同时大部分失速沉降,部分中间夹带细粉的小颗粒受上升气流长时间的作用,在撒料盘和笼式分级圈之间的较大空间内,被上升气流逐渐分离。212撒料盘改为加长弧面结构平板式撒料盘是一种用得最多的老式结构,这种撒料盘要求有一个适宜的转速,这样才能得到较好的分散效果。转速太慢,物料因离心力不够而不能均匀抛洒形成料幕,而是成股流状,分散效果不好；转速太快,物料与撒料盘产生相对滑动而成涡状滑落,不利分散,从而降低了选粉效率。采用在平板式撒料盘基础上焊接角钢、钢管等方法,虽有助于改善分散效果,但在分散机理上并没有根本的变化。螺桨撒料盘是目前市场用量最大、性能较好的一种。螺桨叶片在旋转时产生相对稳定的、使物料在盘上沸腾的风力,能够将物料中的结块颗粒打散并使物料在撒料盘上呈沸腾状态,为物料的分级创造有利条件。但该结构依然存在空间立柱小、短路等问题。为了使物料在撒料盘上被抛撒出去后更有利于随选粉室内的旋转气流上升,本次设计借鉴了螺桨撒料盘的特点,将撒料盘上的波浪形叶片设计成从盘心至外逐渐由低到高(相对于原撒料平面)并呈一定的弧度,加大了单个叶片尺寸。这样,可使物料在盘心附近由低至高被撒出去,形成足够高的料幕,避免短路,使物料以低浓度、高分散率进入下一步的分级空间进行分级。新设计的撒料盘见图3。图3撒料盘通常,选粉机撒料叶片采用焊接的方法固定在选粉机转子上,采用这种安装方式转子容易找平衡。但选粉机在使用过程中,撒料叶片磨损严重,更换时需用火焰割下旧叶片,这对转子有一定的损伤。另外,在选粉机内焊接安装撒料叶片,作业难度比较大,叶片安装角度很难控制,主轴转子在垂直方向不容易找平衡,因而导致选粉机运转时产生晃动,下部轴承使42高效转子选粉机的改进设计1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.用寿命大大缩短,选粉机主轴检修周期缩短,既消耗人力和财力,又给生产造成影响。为解决这一问题,对选粉机撒料叶片的安装方式进行了改进:制作叶片固定架,将叶片用螺栓固定到固定架上,这样在拆装过程中只需将固定螺栓拆下,就可更换叶片了。213滴流装置改为风轮结构在选粉机设计时,在撒料盘下方进风口气室内,设置了一套环状进风的滴流装置。滴流装置可起到辅助分级和再次分散的作用。第一次撒料分散后,混在粗颗粒中的细粉落到滴流装置上,会被二次风选,不仅提高了机内选粉空间的利用率,而且增加了上升气流穿透料层的机会。分析现有选粉机滴流装置,其结构设计不尽合理,为此我们将滴流装置改为风轮结构。在壳体内部增加风轮的作用主要有三个:一是上圆盘的旋转起到第二个撒料盘的作用；二是叶片的旋转对物料起到再次分级的作用；三是形成稳定的循环气流。214旋风筒的改进螺旋型分离器作高速旋转运动的含尘气体进入旋风筒,由于受离心力的作用粒子从气流中分离出来。普通型旋风收尘器外壳是由外圆筒和锥筒组成,外圆筒顶部封闭,其中有一排风管,气体进口管位于筒侧并与外圆筒相切,锥底设有灰仓和锁风闸门。操作时,含尘气体切向进入筒体,沿器内壁旋转,在同一平面上旋转360后,被继续进入的气流挤压而旋转向上和向下流动。向上的气流到顶盖返回；向下的气流在旋转过程中其尘粒在离心力的作用下甩向器壁,并在重力和向下气流带动下落入灰仓；已净化的向下气流于圆锥底部被迫转向收尘器中心,形成旋转向上的气流,最后排出排气管。由于内部循环气流不够稳定,收尘的效果不是很理想,设计时我们在旋风收尘器的基础上作了一些修改。将壳体改为螺旋型,使之起到导向板的作用,同时加大的收尘空间使得粉尘与壳壁碰撞的机会增大,收尘效果明显提高。由于单筒高度降低,所以易实现在锥底加双翻板阀。上、下翻板阀轮流作业,密封效果较好,避免了各筒间的串流。215内衬的处理混凝土结构为防止物料直接冲刷、磨损机壳,选粉机通常装有铸石衬板内衬。铸石衬板在使用过程中,经常由于震动或冲击而脱落。所以,可采用混凝土和铁皮替代铸石衬板,改造选粉机的内衬。具体方法是:在干净壳体上焊接若干铆固件,以保证混凝土与壳体连接牢固；铆固件要有适宜的高度和适当的距离,并在铆固件上挂铁丝网,以保证混凝土和铆固件凝固在一起；在浇注混凝土之前,在铆固件的端部连接上铁皮,用作浇注混凝土的夹板；最后,在选粉机壳体与铁皮之间浇注混凝土。该方法简便,成本较低,寿命可提高二倍左右。216动力调速电机笼式转子与撒料盘一起安装在主轴上,主轴由调速电机驱动。分级力场的强度可通过改变电机转速灵活调节,以改变分级力场中颗粒的受力情况,控制分级的切割粒径,调节产品的细度与粒度组成。217立轴双支撑系统选粉机的立轴悬于主机之上,而有效转动部位悬于选粉机中间,如撒料盘、转子等,稍有偏心便产生较剧烈的晃动,致使固定轴承频繁损坏。更换轴承工作量大,费时费力。该机的设计借鉴了立轴破碎机下端设计的经验,在主轴下端固定撒料盘的固定螺栓下增加一段与其同心的、直径为D、长为H的小立轴,在小立轴下端安装一相应大小的轴承及支撑与密封装置,实现双支撑。应注意结构设计要保证上下轴承同心。218增设外部腰风为避免物料下落时堆积在内筒壁死角,在内筒壁下侧增加一高压风筒,将下落到此处的物料再吹回到撒料盘处,实现与撒料盘随后撒出物料的高速对撞,起到涡动破碎与分散的作52化工装备技术第26卷第1期2005年1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.用,以达到再次选粉的目的。这样可以将选粉进行得更彻底,达到提高选粉效率的目的。高压风筒由内外两层薄铁板及一个盖风板组成。内层上钻有数排一定数量的小孔,以增加进风压力。外层上设有进风总管。219轴承密封及润滑组合机构密封性能失效是导致轴承早期磨损的关键,因此,采用了密封性能比较可靠的密封结构,以减少轴承的漏油。由于密封圈长期在高温和粉尘较多的情况下工作,采用橡胶密封圈其橡胶的延伸、弹性和抗拉强度极易受到破坏,而耐温性能较好的半粗羊毛毡圈则是较理想的密封圈。在密封件的结构上,由于节流沟槽式结构在其密封圈受到磨损并产生漏油后,对进入沟槽中的粉尘阻挡性差,无法起到防尘作用,因此该机的设计采用了迷宫式密封结构,并把轴向和径向的接触面均设计为由多个迷宫串联而成的组合密封结构。2110拆卸与装配专用工具由于没有专用装卸工具,拆卸和装配轴承难度较大,特别在装配新轴承时,用铜棒或钢棒及锤击打轴承,很容易将轴承内圈击裂。针对这种情况,我们根据选粉机主轴部分的结构特点,为各种选粉机设计制造了专用装卸工具,并随机配送,这种工具使轴承内外圈同时受力,轴承滚珠与滚道不受力,可增加轴承使用寿命。使用这种工具后,没有一次因装配、拆卸问题而损坏轴承。2111增设选粉室内部结构在选粉室内壁周边均匀焊上(沿竖直方向)数根角钢,其角朝向中心,将圆滑壁面改成波纹壁面,使受离心力作用的物料与壁面接触时形成反向撞击,促进粗粉、细粉分离。2112加强出口的锁风采用双翻板阀卸料锁风方式或叶轮下料机锁风,效果均不理想。为此,我们设计了双翻板自动定量锁风装置,达到了厚料层锁风的目的,效果非常理想。参考文献1李坤山等.410m离心式选粉机存在的问题及对策.水泥,2002(4)2方莹等.旋风式选粉机的改造机理及应用.水泥工程,2002(3)3陈绍龙,刘怀平编.从选粉浓度解读高效转子选粉机技术.水泥,2004(1)4曾庆宽.310m旋风式选粉机的改造.新世纪水泥导报,2001(6)5刘怀平.高效二次风转子选粉机在实施水泥新标准过程中的应用.中国建材装备,2001(3)(收稿日期:2004210224)(上接第31页)9杨宗志.关于无机颜填料的超微气流粉碎.中国涂料,2000(3):44-4810RamanujamM,VenkateswarluD.Studiesinfluidenergygrinding.PowderTechnology,1969,3(2):92210111朱叶,王志华,张星明,杨金萍.内循环气流粉碎机.中国,实用新型专利,CN2293382.1998.10.07.12邢东海.塔靶式气流粉碎装置.中国,实用新型专利,CN2156937.1994.02.23.13王曙耀,童伟中.球靶式气流粉碎机.中国,实用新型专利,CN2259946.1997.08.20.14徐宝东,张克,刘庆龙.喷旋式气流粉碎机.中国,发明专利,CN1105910.1995.08.02.15吕烘灿,吕洪信,李慎荣.板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