机械毕业设计（论文）-风笼式选粉机总体及其传动设计【全套图纸】

V 目目 录录 摘要 III AbstractIV 1 概述1 1.1 研究的目的与意义1 1.2 选粉机的发展历史2 1.2.1 第一代选粉机2 1.2.2 第二代选粉机3 1.2.3 第三代选粉机3 1.3 选粉机技术发展状况 4 1.4 选粉机发展趋势5 2 总体方案论证6 2.1 课题的来源、内容和技术要 求6 2.2 改进设计方6 2.2.1 改造机理分析 6 2.2.2 改进方法 7 2.3 创新设计方案8 2.3.1 传统风筒的结构分析 8 2.3.2 新方案10 2.4 改进后的选粉机结构原理 11 2.5 应用技术及其效益预测 12 2.5.1 选粉效益与粉磨系统产量明显提高12 2.5.2 应用技术 13 2.5.3 结论13 3 具体设计说明14 3.1 主要技术参数计算14 3.1.1 主要工艺尺寸14 3.1.2 生产能力14 3.1.3 选粉室直径14 3.1.4 风量15 3.1.5 风机选型15 3.1.6 主轴转速15 3.2 传动部分设计15 3.2.1 电机的选择15 目录 VI 3.2.2 V 带的设计计算16 VI 3.3 旋风筒设计19 3.3.1 旋风筒的收尘工作原理19 3.3.2 旋风筒的尺寸计算20 3.3.3 笼子部分的计算21 3.4 滴流装置22 3.5 内衬23 3.6 螺栓组连接的设计24 3.6.1 螺栓组连接的结构设计24 3.6.2 螺栓组连接的受力分析25 3.7 螺纹连接的强度计算26 3.7.1 螺纹连接的失效形式26 3.7.2 螺栓连接的强度计算26 3.8 焊接工艺28 3.8.1 焊接工艺的制订原则28 3.8.2 焊接方法的选择28 3.8.3 焊接材料的选择28 3.8.4 焊接工艺参数的选择28 3.8.5 焊前预热及焊后热处理29 4 操作、安装、维护及检 修31 4.1 操作31 4.2 安装31 4.3 维护31 4.4 检修32 5 预期效果33 6 应注意的问题34 7 结论 35 参考文献37 致谢39 III 摘要摘要 为了提高水泥粉磨系统中选粉系统的选粉效率，降低循环负荷，本课题设计了水泥圈 流系统中采用的风笼式选粉机。风笼式选粉机是在高细转子选粉机的基础上，集悬浮分 散、预分级和平面涡流分级技术于一体，专为水泥磨系统适应新标准而设计的专利产品。 运用类比法，结合其他选粉机的优点，确定壳体的整体布局方案。在适当位置布置约束 内锥，以稳定选粉室内的气体流场及增强选粉的效果；细粉分离与收集装置采用高效低 阻旋风筒提高各级细粉和超细粉的收集量。壳体的改进有利于降低系统风的阻力，提高 选粉效率。选粉机采用整体紧凑设计，大大降低了占据空间，且大大提高了选粉效率。 机体工作运行平稳，安装维修方便。选粉机设计的主要特点是采用笼式转子结构，即在 选粉机拆除风叶，在原风叶盘上安装笼式转子，改造撒料盘，提高抛撒能力使物料能均 匀的分散于分级区内。将主轴驱动电机改为调速电机，改变皮带速比加大风机的转速来 提高循环风量。 关键词关键词：笼式转子 ；高效选粉机 ；类比法 ；旋风筒；选粉效率；约束内锥 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 目录 IV IV Abstract Selected in order to improve the cement grinding system powder system choose powder efficiency, reduce cyclic load, this topic designs the cement ring of wind flow systems with cage classifier.Wind cage rotor classifier is high in the thin classifier on the basis of the set of suspended preliminary classification and plane vortex classification technology in a body.Designed for cement grinding system adapt to the new standard and the patent products.Using the analogy method, combining the advantages of other classifier, determine the overall layout scheme of shell cone in the appropriate location layout constraints .To stabilize the choose powder, indoor gas flow field and enhance the effect of selected powder; Fine powder separation and collection device adopts high-efficiency low-resistance cyclone tube.Improve the collection of fine powder and ultrafine powder quantity at all levels.The improvement of shell is beneficial to reduce the wind resistance of the system, improve efficiency.Classifier using compact overall design, greatly reduces the occupied space, and greatly improve the efficiency of the selected powder.Airframe work smooth operation, easy installation and maintenance,Classifier design, the main characteristic is to use the cage rotor structure.In the classifier to dismantle the blades, are installed on the original wind small cage rotor.Transformation and raw material, improve the ability of scatters material can be dispersed evenly in the classification zone.Change the spindle drive motor to speed control motor, the belt speed ratio increase air volume fan speed to improve the cycle. Key words：cage rotor; high efficiency separator; analogy method; cyclone; powder-selecting efficiency; connect inner cone V 1 概述概述 1.1 研究的目的与意义研究的目的与意义 随着建筑业的发展，以及水泥颗粒方面的研究，人们对水泥颗粒的要求也来也科学， 同时对相应的水泥工业的粉磨系统业提出了相应的要求。水泥的粉碎机对物料的粉碎主 要是依靠研磨体对物料的冲击、挤压与研磨作用来实现的。这种冲击及研磨作用是通过 研磨体的表面传递给与之相接触的物料的，属于单颗粒粉碎。由于单颗粒粉碎的偶然性， 使大量的能量消耗在研磨体之间及研磨体育磨机衬板之间的碰撞与磨损上，因而其效率 很低。目前，一般在以下两个方面加以改进，以提高球磨机的粉磨效率。一是改变内部 装置。节能衬板、可调隔仓板的研制成功，为粉磨系统降低了能量。第二方面是改变粉 磨系统，将原来的开路粉磨系统改为闭路粉磨系统。与之相应的，选粉机也因技术发展 的需要，为提高选粉效率，降低系统能耗，由传统的第一代离心式选粉机、第二代旋风 式选粉机发展到第三代高效选粉机。 作为闭路粉磨系统的一个重要的配套设备选粉机，虽然本身并无粉碎物料的作用， 但其性能好坏直接影响到系统的运行状态，即影响到系统的粉磨效率、产量及能耗。因 此，高效选粉机技术的研究具有重要意义。主要体现在以下几个方面: A 粉磨系统增产降耗的要求。 与高效选粉机配套的粉磨系统，具有更高的粉磨效率、产量及较低的能耗。配有传 统选粉机的闭路粉磨系统，在生产一般细度的水泥时，单位能耗并不比开路低；生产高 细度水泥时，尽管与开路比，电耗降低、产量提高，但与生产一般细度水泥相比，产量 有较大幅度的下降。而如果采用高效选粉机，虽然也有类似现象，但其降低幅度明显减 小。 B 水泥质量要求的提高，也对选粉机提出了更高的要求 一方面是使用厂家对水泥质量的要求提高，另一方面是人们对水泥质量认识的进一步深 入，使得在评价水泥质量方面的一些观点发生了变化。最初，作为水泥质量主要指标之 一的水泥细度是筛余控制的，用筛余控制只能反映成品中粗颗粒多少，不能反映全部颗 粒的粗细情况；而后发展到比面积控制，水泥越细，比表面积越大。研究表明，水泥颗 粒组成种不同粗细的颗粒对水泥水化性能的作用是不同的。3-30m 的颗粒是水泥的主要 活性部分、承担强度增大的主要粒径。由此可见，水泥质量与水泥成品中 3-30m 颗粒的 含量有很大关系。而在水泥粉磨作业中，要得到某一粒径范围含量较高，分布相对较窄 的水泥产品，只有通过高校选粉机来调节、控制，否则难以实现。 C 高效选粉机的研究成果，即可拓展到非金属矿、化工、食品等行业的分选技术 中；也对超细粉粉机技术的研究具有一定的参考价值，而超细粉的分级又是机械法制备 超细粉领域中的一个关键技术。 VI 1.2 选粉机的发展历史选粉机的发展历史 1.2.1 第一代选粉机第一代选粉机 即离心式选粉机，或称为普通空气选粉机。该机是英国芒福特(Mumford)和穆迪( Moody)发明的。主要原理是借助于物料颗粒在气流中，由于上升气流的浮力、相对运动 的气体阻力、离心力、重力之间的平衡使大小不同的颗粒产生不同的等速运动而使颗粒 分级。该机的特点是将空气选粉机、循环空气风机以及从空气中分选细粉的旋风筒组合 成一个单机系统。Gayco 型和 Sturtevant 型选粉机为其代表。 （如图 1.1 和图 1.2 所示） 。 图1.1 Gayco型选粉机构造图 图1.2 Sturtevant型选粉机构造图 VII 1.2.2 第二代选粉机第二代选粉机 即旋风式选粉机。该机于六十年代初由联邦德国威达克公司为解决第一代选粉机在 内部循环的空气选粉机存在的上述问题，改进而来的。该机主要特点是将离心式选粉机 的气流机内循环改为外部循环供风系统，带多个小旋风筒的空气动态选粉机。用小旋风 筒代替大直径外筒来收集细粉，提高了料气分离的效率，使循环气流中的含尘浓度大为 降低，克服了颗粒沉降的干扰影响。同时粗粉在降落过程中增加了二次选粉的机会。这 些措施较大地改善了选粉效果。在结构方面亦可制成大规格以适应水泥设备大型配套的 需要。洪堡-维达格型旋风式选粉机为其代表。 （如图 1.3 所示） 。 图1.3 洪堡维达格型旋风式选分机 1-电动机；2-减速器；3-进料溜槽；4-空气除尘器；5-主轴承；6-旋风收尘器顶部；7-下料管；8-分级 带；9-离心分级装置；10-旋风收尘器；11-回转撒料盘；12-气流；13-导向装置；14-入孔盖；15-细粉； 16-锥形机壳；17-粗料室；18-粗粉；19-下锥体；20-粗料卸料口；21-细粉卸料槽；22-风管；23-风门 调节阀；24-鼓风机；25-电机； 1.2.3 第三代选粉机第三代选粉机 即高效选粉机。良好的分散度是实现高效率分离的前提条件，也是使整个分离区的 空间得到充分利用的关键。分散度不高是以前选粉机的一大缺点，高效选粉机就是为解 决上述问题而出现的。1979 年日本小野田公司开发了 O - sepa 选粉机是其典型的代表。 它是一种高效涡流型选粉机，不仅保留了旋风式选粉机外部供风、循环气流高效分离、 二次选粉等优点；而且应用平面螺旋气流选粉原理，以笼式转子代替小风叶，气流通过 导向叶片切线进入，在整个选粉区内气流稳定均匀，从而消除了离心式选粉区内风速梯 度、分离粒径趋于均匀和边壁效应。颗粒自上而下有多次分选机会，最后又经三次风再 次分选，因此分选效果好，其产量、动力消耗和水泥质量都有很大的改善。 （如图 1.4 所 VIII 示） 。 图1.4 O-Sepa高效选粉机示意图 1.3 选粉机技术发展状况 随着新型干法窑的发展，水泥工业生产中的热耗有了大幅度的下降，而电耗反而有所 上升。因此，如何降低水泥生产占耗电的 65%70%的磨机粉磨作业中的电耗，是当前水 泥工业工作者极为关注的课题，也是节能的重要课题。并已研究挤压磨，新型立磨，高 细磨和高效选粉机等机电设备，取得了降低粉磨电耗的效果。 当前，世界各国在粉磨生产作业中，都将开路系统改变为闭路系统，降低电耗，在国 际上水泥工业的粉磨系统，一向组合工艺，机械，电气，组合机组发展；二在生产工艺 上向采用高效选粉机方向发展；三向组合立发展。仅就选粉机来说，各国水泥公司开发 部门都对选粉机进行了大量的研究工作，并纷纷推出各自的新型高效选粉机，如日本小 野田的 O-sepa 选粉机，三菱公司的 MDS 型，FLS 的 Sepax 型，西德伯力鸠斯的 Caropol，石川岛播磨公司的 SD 型，西德洪堡公司维达格的 ZVB-J 型选粉机，品种繁多， 我国对 O-Sepa 选粉机作了技术引进。新型选粉机的特点可归纳如下： (1)在选粉机结构中采用新的物料分散装置，使入选粉机的物料能得到良好的分散度， 提高 值，使其粗细颗粒均匀分散。 (2)在选粉机内部控制空气流向的装置，尽力减少涡流对选粉机的干扰。 (3)扩大选粉机的粗细分离能力和区域部位，延长物料分选时间。 (4)在生产工艺中引入新的热风或冷风，使之减少物料的内循环，使选粉机具有烘干 生料，冷却水泥，还有微粉碎的功能。 (5)在分离上是使静态和动态选粉机装置，组成为一体化，称之为组合机型，以简化 IX 工艺流程。 总之，都是为了提高选粉效率，选出需要分级的产品，减少设备重量，简化流程等等， 以减低能耗，提高产量，有利于向高效化，组合化发展。 从世界各国统计，离心式选粉机在使用数量上占有较多地位，我国也是离心式选粉机 为多，旋风式选粉机在 60 年代开始开发的，O-Sepa 选粉机在 80 年代引进的。现在我国 对第一、二代选粉机稍加改进，分别称为离心式高效选粉机和旋风式高效选粉机等，虽 然有的还达不到高效的水平，但性能确有提高。高效涡流型选粉机相对于第一、二代选 粉机，分选效果好，其产量、动力消耗和水泥质量都有很大的改善。主要是由于采用笼 式高效选粉机，虽然它以其卓越的性能得到人们的肯定，但它结构复杂，加工制造费用 较高，还要增加收集成品的高浓度袋式收尘器，并且操作要求及管理要求也相应较高， 因此，对于中小水泥企业来说，是一个困难的决策。 针对我国的国情，在选粉机的发展上进行了多次的改进，也发展了各种各样的高效选 粉机。转子式选粉机是在旋风式选粉机的基础上发展而来，结合了三种选粉机的结构及 性能特点，投资较省，选粉效率较高。采用离心力场作为分级力场，结构上采用笼式转 子。考虑到选粉机内气流运动及分布的特点，转子采用倒锥形结构，以保证粉机分级室 内分级力场的稳定。 在 100 多年来选粉机虽有新的发展和改进，但未能脱离离心分离，运用机械旋转叶轮 或风叶片等机械结构的范畴内，在减少物料的内循环，提高分级分散性能方面，都做了 大量的工作，都取得很大成果。 1.4 选粉机发展趋势选粉机发展趋势 随着我国节能降耗的不断深入，水泥行业要得到可持续发展，就必须走资源节约型、 环保型的道路，这就要求我们发展高性能水泥，减少混凝土中水泥的用量。因此对水泥 质量和节能降耗提出了越来越高的要求。实际上这也是对选粉机的研究提出了方向，高 性能选粉机的研究和开发应是选粉机今后的发展趋势。所谓高性能选粉机应该是不仅选 粉效率高，而且具有能明显改善产品的颗粒分布、分级精度高、设备能耗低、磨耗低、 阻力损失低等特点。优秀的选粉机要求具有良好的分散功能、最先进的分级机理、廉价 而实用的收集装置。 X 2 总体方案论证总体方案论证 2.1 课题的来源、内容和技术要求课题的来源、内容和技术要求 现今设计高效实用的选粉机可以基于以下几个关键技术 ： a.悬浮分散技术 需选粉的物料首先要求有良好的分散性，特别是对于由于静电吸附作用和水份超标 而易造成结团的物料，只有良好的分散，才能更好的分级。在物料进入主选粉室前，进 行缓冲均布物料，并对物料进行分散，对成团的物料和粗细颗粒进行初步的分离分级， 使其进入主选粉室有一个更为充分的分散分离，给后续的选粉创造良好条件。 b.平面涡流分级技术 选粉气流通过水平切向进入选粉室内，形成一个旋转涡流气流，与旋转的转笼形成 一上下稳定的内外压差，气流稳定均匀，物料颗粒在此基础上有一个很稳定的强力选粉 离心力场，从而能达到精确的分级。 c. 内循环收集技术 采用高效低阻旋风筒，布置在主机周围，形成一个整体，有效地简化了系统的工艺 流程，减少了占地面积，降低了后续布袋除尘器的负荷和要求，降低系统的一次性投资 及装机容量。 因此我们设计的选粉机结构形式定型为涡旋式分离，旋风筒收集。 2.2 改进设计方案改进设计方案 2.2.1 改造机理分析改造机理分析 对于圈流粉磨系统，要提高整个粉磨系统产量，提高选粉机的选粉效率是重要手段 之一。旋风式选粉机选粉效率虽比离心式高，但一般也只能达到 60左右。为了提高选 粉机选粉效率有些厂选择较大规格选粉机或用两台串联或并联来降低选粉机负荷，这样 选粉效率虽有增加，但设备投资和电耗增加。有些厂在撤料装置上进行改进，取得一些 效果，但在根本上没有大的改进。现有使用的旋风式选粉机存在问题主要有以下几个方 面： (1) 产品细度调节因难 旋风式选粉机细度调节主要依靠调节风叶的数量和循环风量。风量大时，容易地粗， 风量小时，细度能保证，但效率下降。如江西水泥厂也出现这样的情况，选粉效率共有 XI 40左右，循环负荷达400以上、大量合格细粉更新回磨，磨头冒灰严重，由于垫层作 用，粉磨效率明显降低。有些厂循环风不敢用足，有的只使用风机名牌风量的一半，这 不仅使能量完全消耗在挡板上，而且增大了料风比。为了防止产品跑粗甚至用支风管把 循环风直接导入选粉机上部旋风筒进口处使气流部分短路，造成选粉机气料比和风选能 力大大降低。 (2) 撒料盘撒料不均匀 撤料盘多采用光板圆盘式由于粉料和盘面有相对滑动，粉料在圆盘边缘抛撤的初速 度不高，使粉料抛落距离和分散性不够； (3) 风叶的负作用 靠风叶控制细度的不足之处于：(1)当风量大时不合格的粉随气流上升速度大于相邻 叶片旋转速度就易跑粗。风量小时合格细粉也会松叶片多次碰撞而落人粗粉中被收集， 使效率下降。(2)叶片在重力分级区的旋转破坏了旋转上升气流的流向，严重干扰了气 流上升和颗粒沉降两相流相对运动的规则运动。并占据了有效分级空间，气流阻力也比 较大。(3)叶片旋转时，叶片背面负压形成的气体涡流极易使细粉反复吸附注分级区域， 大大延长了细粉在分级区的停留时间。 (4) 分级力场不稳定 在离心式选粉机内，固体颗粒主要受重力、离心力、气体阻力三个力 的作用（合力为） 。在分级区内，旋转气流的动力主要来自于小风叶的作用，而小风叶 在旋转过程中因其周围各处的风压不同，导致各处气流速度的大小与方向变化较大，旋 转气流不能形成稳定、均齐的分级力场。故在分级区内，同一粒径的颗粒在不同的位置 会受到大小与方向都不同的合力作用；同一粒径的颗粒在同一位置不同时间所受的合力 也不同。这种颗粒受力情况的不稳定，使选粉机无恒定的分级粒径，导致粗细粉互 混的现象严重。同时，由下而上的分级气流在分级区上部盖风板处，因突然变向而形成 一死角，在死角内形成的局部涡流会干扰分级区的流场。另外，机壁效应的存在，也影 响细粉的分离，使部分细粉与粗粉一起碰到内壁而沉降。 (5) 物料分散不充分、不均匀 物料在选粉机内主要靠撒料盘的离心力抛出分散，不可能在整个截面上均匀分布； 分级区内流场的不稳定更加剧了物料的分散不均。另外，选粉机内筒体直径较大，虽有 二次分选的滴流装置，但由于垂直气流速度较低，气流对物料的二次洗刷作用较弱，物 料分散情况得不到有效改善。而物料充分、均匀的分散是实现高效分级的前提。选粉机 循环风量的大小直接影响粉尘的携带能力，从而影响选粉效率与系统产量。因小叶片的 转动无法有效控制产品细度，若循环风量过大将使产品变粗，达不到工艺要求。因此， 多数厂在实际生产中，其循环风机的阀门开度只有左右，造成物料分散不充分， 物料在水平汇总管道处沉积，选粉效率与系统产量较低等情况。 2.2.2 改进改进方法方法 选粉机对物料的分选过程可分为物料的分散、分级与细粉（成品）的分离三个环节。 XII 从上述分析中可知，旋风式选粉机在物料的分散和分级两环节上都存在缺陷。改造中结 合 O-Sepa 高效选粉机技术，对旋风式选粉机进行了结构改造。 (1) 拆除风叶，在原风叶盘上安装笼式转子。转子表面自然形成固定的分级面，其中 笼式转子的设计应根据实际处理风量及要求的产品细度确定。当外形尺寸一定时，分级 叶片的数量（即两叶片的间距）是影响产品细度与选粉效率的重要因素。分级叶片数量 过多，两叶片间距小，则产品细、选粉效率与系统产量低；反之，则产品细度难于控制。 (2) 将主轴驱动电机改为调速电机（或采用变频调速） 。改为调速电机后，选粉机分 级力场的强度可通过改变电机转速灵活调节，以改变分级区内颗粒的受力情况，控制分 级的切割粒径，达到调节产品细度与粒度组成的目的。若原选粉机已用调速电机或变频 调速，则改造中可保留，但需进行传动功率的核算。 (3) 改造撒料盘 提高抛撒能力，使物料能比较均匀地分散于分级区内； (4) 在电机功率许可的情况下，通过改变皮带轮速比、加大风机主轴转速来提高循环 风量。如前所述，原选粉机用风不足主要是因为由小风叶组成的分级结构无法很好地控 制产品细度而跑粗，导致选粉效率与产量都较低。采用笼式转子后，细度控制灵敏、不 跑粗，风量增加，能很好地改善物料的分散情况，提高对物料的携带能力，而提高选粉 效率与产量。 2.3 创新设计方案创新设计方案 2.3.1 传统旋风筒的结构分析传统旋风筒的结构分析 (1) 旋风收尘器的工作原理： 旋风收尘器是使含尘气体产生高速旋转运动，通过对尘粒施加离心力而使粒子从气 流中分离出来的干法收尘设备。如图 2.1，旋风收尘器外壳是由外圆筒和锥筒组成，外圆 筒顶端处封闭，其中心有一排风管。气体进口管位于筒侧并与外圆筒相切。锥底设有灰 仓和锁风阀门。 旋风收尘器内的流场和压力分布： 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 度后，被 继续进入的气流挤压而旋转向下或向上流动。向上的气流被顶盖挡住并返回。向下的气 流在旋转过程中尘粒在离心力的作用下甩向器壁，并在重力和向 下的气流带动下落入灰仓。以净化的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。 XIII 图 2.1 旋风筒工作原理图 (2) 旋风收尘器内的流场和压力分布 根据测定，气流在旋风收尘器内呈复杂的三维流动，器内任何一点上都存在着切向 速度、径向速度和轴向速度。 t u r u z u 切向速度是控制气流稳定，使含尘气体产生惯性离心力的主要因素，它与旋风收尘效率 和阻力损失关系最大。在外旋流中，由于壁面摩擦和气流的粘性，使切向速度与旋转半 径有如下关系： n t u r 常数 式中 0.140.3 1 (1 0.67)( /283)nDT D 为外筒直径（m）;T 为气体绝对温度（K） 。一般 n=0.5-0.9 内旋流中类似于刚体的旋转运动，即/ t ur 常数 根据上述两种情况，在离轴心一定的距离处，具有最大的切向旋转速度，如图 2.2 所 示。将此作为分界面，其外称外旋流，切向速度接近中心时趋于上升；其内称内旋流， 切向速度趋于下降。 径向速度也分为两种：外旋流处是向心的;内旋流处则从轴心向外流动。较要低得多， r u 如图 2.2。 图 2.2 切向速度与径向速度 图 2.3 轴乡向速度 XIV 轴向速度 在近壁处向下，而在中心区域向上，且数值较大，如图所示 2.3。根据 z u 上述流场可知，在旋风收尘器内具有一个向心气流速度 ，此气流把粉尘带向中央，此 r u 力称为向心力。同时，由于向心的径向速度存在，使气流并非全部沿壁旋转向下，再旋 转上升进入排气管，而是一部分气流以向心径向速度在中途离去，如图 2.4。形成涡流。 图 2.4 旋风收尘中实际气流流速示意 图 2.5 旋风收尘器中涡流 切向流速和径向流速对收尘效率起主导作用。前者产生径向加速度 ， t u r u 2 r u /r 因而使尘粒在半径方向上进行由里向外的离心沉降，把尘粒推到圆筒壁而被分离；后者 是使尘粒在径向上由外向里推到中心部涡核而随上升气流从排气管逸出。这是流场中诸 流速分量中的一对矛盾，可称为主流。此外，还有轴向速度和径向速度构成的次流， z u r u 一般可能有两种次流：筒体次流和锥体次流。对应于筒体次流就产生上灰环，而对应于 锥体次流就产生下灰环，如图 2.5 所示。上灰环使原来已分离在圆筒边壁的粉尘先沿外筒 壁向上移动，然后沿顶盖向内移动，又沿内筒外壁向下移动，最后短路而排入排气管， 造成不良后果。下灰环是一方面推动已捕集在锥体边壁的粉尘向下推移，最后推入灰仓， 这是有利的；另一方面在中心处易将已捕集的粉尘再次扬起。 2.3.2 创新方案创新方案 对旋风筒的结构进行创新，在涡壳处延长进口管。稳定粉尘的流动方向。减少筒体 次流的影响，防止上灰环使原来已分离在圆筒边壁的粉尘先沿外筒壁向上移动，然后沿 顶盖向内移动，又沿内筒外壁向下移动，最后短路而排入排气管现象的发生。同时，在 XV 筒体下部和锥体处开圆周口，让粉体提前分离，防止锥体次流的影响，将中心处已捕集 的粉尘再次扬起。 2.4 改进后的选粉机结构原理改进后的选粉机结构原理 结构如下图结构如下图 图 2.6 选粉机结构原理图 1 电动机 2 小带轮 3 大带轮 4 主轴 5 上轮毂 6 下轮毂 7 小叶片 8 格板压板 9 撒料挡圈 10 导向叶片 11 叶片 12 导向叶片底座 13 底座 14 漏斗 15 粗料出 16 出风管 17 立筒 18 旋风筒 19 入风口 20 入料口 机体分选原理： 电动机(1)带动小带轮(2)，然后通过大带轮(3)使主轴(4)旋转，主轴(4)通过上轮毂(5) 和下轮毂(6)带动整个笼子，使其绕轴旋转，料粉从入料口(20)进入筒体，落到格板压板(8)上， 由于离心力及小叶片(7)产生的风力的作用，料粉将会向周围均匀散开，当料粉撞击到撒 料挡圈(9)上时，将会开始下落，这时，从入风口(19)进来的空气流将穿过导向叶片(10)形 成有向风，由于其他地方密封，所以气流只能携带下落的粉尘从叶片(11)通过，在通过叶 XVI 片时，粉尘粒子将被叶片撞击，由于离心力的作用及撞击力，粒径比较大的粉粒将被甩 出，撞击到导向叶片上，然后下落，从导向叶片底座(12)与底座(13)之间的环形孔下落到 漏斗(14)中去，然后顺着漏斗进入粗料出口(15)，最终被分离出来。 气流从壳体的切向进风口水平导入机内，穿过导向叶片，与转子的旋转作用相结合， 形成强烈的水平旋流，强大的剪切力能将物料团块打碎，给高效选粉创造条件，避免合 格细粉旁路，未经选出就进入粗粉和磨机的喂料系统固定的竖向导向叶片确保在整个选 粉区内压力降恒定，并使其流方向一致，可避免物料和气流向阻力最小的区域流动。转 子的多层水平格板产生一个水平的涡旋流，一方面可消除层流，另一方面可以促进气流 的涡旋流动，因而可使物料在选粉区的停留时间延长，有利于粉粒的精确选粉。 粗颗粒在通过窄而长的分离区下落过程中，不断受到水平切向气流的冲刷，将粘附 在其上的细粉不断地冲刷下来，进入到笼形转子的中部。偶尔尚存的粉料团会被转子叶 片继续击散，同时还能精确地控制最大颗粒。随气流逸出选粉室的细粉，被分散引入四 个等距离布置在选粉室四周的旋风筒内分离。 2.5 应用技术及其效益预测应用技术及其效益预测 选粉机的上述改造方案已在生产中广泛应用，取得良好的改造效果。 2.5.1 选粉效率与粉磨系统产量明显提高选粉效率与粉磨系统产量明显提高 表 2-1 三代选粉机技术性能比较 选粉机型项目单位 离心式旋风式O-Sepa 磨机规格m4.1611.724.1212.744.1611.72 磨机风速t/min14.814.814.8 磨机电动机功率kW330034003300 选分机台数台211 磨机产量t/h/%85/10098/115.3105/123.5 单位电耗MJ/t/%153.4/100136.8/89.2125.3/81.7 循环负荷%160117424 比表面积cm2/g340033003240 +33m%181820 细 度 +88m%1.20.60.2 由表 2-1 可见， O-Sepa 型高效选粉机比离心式选粉机的产量提高 23.5%，单位电耗 降低了 18.3%，比旋风式选粉机产量提高 7.1%，电耗降低 8.4%。 我们的设计的选粉机 在结构上更加优化，应该能够取得更好的效果。 (1)在法国考米里斯水泥厂的应用效果 在法国巴黎附近的拉法日水泥公司的考米里斯水泥厂，安装一台 HP7 型 200800 mm，功率为 2500=1000 kW 的 MR 辊压机，与一台功率为 1250 kW311.5 m 中卸磨和 O-Sepa N-2000 型高效选粉机组成的混合粉磨系统，袋收尘的处理风量为 12000 m3/h，新 XVII 装这台选粉机代替了原来两台 4.2 m 的离心式选粉机，而且大大地改善了选粉性能，减 少了占地面积。改造后产量提高了 134.4%，单位产品电耗却下降了 29%，接近于 30%。 (2)在我国淄博水泥厂的应用效果 我国山东淄博水泥厂为扩大生产能力，决定将 1.836.4 m 的生料磨拆掉，改换 2.47 m 的生料磨并配用 O-Sepa 高效选粉机，这样原有厂房可以不动。经过 1300 小时 的运转，取得了满意的效果。改后发现系统产量提高了 13.25%，电耗下降了 12%，系统 调整灵活，细度容易控制，运转可靠，粉尘污染小。 2.5.2 应用技术应用技术 a. 笼式转子自重比原小风叶虽有所增加，但可通过适当提高加工精度来保证其运转 平稳。因此，改造时原传动部分结构及传动功率可不变。 b. 在改造过程中，为达到系统参数的最优化，应对磨机钢球级配等工作参数及衬板 类型等作相应调整，调整后出磨细度一般控制在。 c. 在改造后的实际运转中发现，风机处理风量对选粉机性能及系统产量有显著影响。 由于是改造项目，选粉机结构、系统风管尺寸及其布置均受工艺条件限制。线路长、弯 头多，则系统阻力较大，风机往往达不到设计要求的处理风量而影响改造效果。生产中 可通过二条途径来解决： (1)设计选型时可适当提高风机型号、规格，并尽量使工艺布置合理； (2)在风机电机功率允许的情况下，通过改变速比（皮带轮大小）提高风机转速，来 增加风机的风量与压头。 2.5.3 结论结论 利用高效笼式选粉机技术对传统旋风式选粉机进行技术改造，可明显提高选粉机的选 粉效率与粉磨系统产量，产品细度调节方便，设备运转平稳可靠，具有很高的推广应用 价值和广泛的市场应用前景。 XVIII 3 具体设计说明具体设计说明 3.1 主要技术参数的计算主要技术参数的计算 3.1.1 主要工艺尺寸主要工艺尺寸 选粉机内相关的工艺尺寸将影响选粉机的选粉性能。不同类型的选粉机，为适应不 同的工艺要求，其各部分的相对尺寸比例也不相同。但是由于选粉机调节因素较多，灵 活性较大，我们可以寻求一个统一的基本尺寸作为设计和生产中调整的依据，再配合可 变的其他工艺参数，就能满足不同的需要。选粉机各部的相对尺寸可以看作为直径的函 数，并可视为简单的比例关系。这些关系可以对实际生产的选粉机通过统计并结合典型 选粉机的相对尺寸来确定。其关系如表 3-1 如下： 表 3-1 高效二次风选粉机各部工艺尺寸 各部尺寸名称符号 比例值 选粉机直径 D 1 内筒直径 d 0.70 小风叶直径 d2 0.60 撒料盘直径 d3 0.33 小风叶底至压风板距 h1 0.11 撒料盘至压风板距 h2 0.15 小风叶宽度 b2 0.045 3.1.2 生产能力生产能力 实践表明，选粉机的生产能力与选粉室面积大小成比例。根据生产实践的数据近似 地换算成与选粉机内锥体直径的比例关系。 对于生产在 0.080mm 方孔筛余为 8%的水泥生料时可用下列公式来估算： Q= 7.2 D (3-1) 2 式中：Q 高效二次风选粉机的产量，t / h； D 选粉机直径，m。 亦可采用经验数据来计算：对于生产#325 和#425 水泥时，选粉室单位面积产量为 617 t / m h 。 2 3.1.3 选粉室直径选粉室直径 已知产量 Q= 7090 t / h 根据式（4-1）可知： D= (3-2)2 . 7/Q XIX = 1183.536 (m) 因此，取 D= 3.2 m 。 由公式(3-1) Q = 7.2 D = 7.23.2 = 74 (t / h) 22 3.1.4 风量风量 根据生产经验，当操作温度为 100，产品细度为 80um，高孔筛筛余是 6%8%，粉 料浓度为 500g/m 时，一般选粉室中截面气流上升速度，取 =3.44m/s，根据选粉室 3 中截面气流上升速度算出风量后，考虑到漏风量，增加 10%，即可作为风机的风量。 W= 1.13600 S (3-3) = 1.136003.53.14()22 . 3 2 = 111413 (m / s) 3 式中：W 鼓风机风量，m / s； 3 速度，3.44 m/s； S 选粉室截面积，m 。 2 3.1.5 风机选型风机选型 风机的风压一般取 2.35kPa(20)， 一般通风换气及逆风故选取离心通风机，选粉 机的体外风机可以依上查阅参考文献1，采用推荐的常用风机型号。 型号：KXJFN01613； 转速(rpm)：900； 风压(Pa)：2684； 风量(m )：136430； 3 电机功率(KW)：132。 3.1.6 主轴转速主轴转速 选粉机的主轴转速可按下式估算： nD= 300500 (3-4) 式中：n 选粉机主轴转速，r/min ； D 选粉机直径，m 。 选粉机直径愈大，所取 nD 值也愈大。对于直径为 3.5m 以上的选粉机，nD 值宜取 550mr/min 左右。 取 nD= 550, 则 n= (3-5) D550 = 550/3.2 = 172 (r/min) 3.2 传动部分设计传动部分设计 3.2.1 电机的选择电机的选择 3.2.1.1 选择电动机类型和结构形式选择电动机类型和结构形式 按工作条件和要求，采用调速电机，选用 YCT 系列电磁调速三相异步电动机，为立 式封闭结构。 3.2.1.2 选粉机功率选粉机功率 由于没有转子式选粉机功率的计算公式，故采用离心式选粉机的功率计算公式，并 结合经验得到。 XX 离心式选粉机的功率，可按经验公式（3-8）计算： N= KD (3-8) 4 . 2 = 1.58(3.2) = 25.8(KW) 4 . 2 式中：N 离心式选粉机的所需功率，KW ； K 系数，一般取 1.58 ； D 选粉机直径，m 。 3.2.1.3 选择电动机的功率选择电动机的功率 电动机所需功率 (3-9) 总 P P 0 经分析计算得选粉机所需消耗的总功率 =25.8 KW ； 总 P 由经验及实践选择，整个传动过程中有一对轴承电机采用 V 带传动,它们的传动效率 可查阅机械设计手册得出如下表 3-2。 表 3-2 机械传动效率 类 别传 动 形 式效 率（%） 带 传 动V 带 传 动0.96 轴 承（一 对）滚动轴承（球轴承取最大）0.99 0.995 从电动机至搅拌机的主轴的总效率为 (3-10) 轴承带 = 0.960.995 = 0.9552 由公式(3-9)得 (KW)27 9552 . 0 8 . 25 0 总 P P 根据经验，查机械设计手册 取电动机的额定功率= 75 KW m P 3.2.1.4 确定电动机转速确定电动机转速 取 V 带传动的传动比 42i 带 故电动机转速的可选范围为 =（24）172 (3-11) m n i 主轴 n = 344688(r/min) 3.2.1.5 电机选择电机选择 结合实际生产，选择 YCT 系列电磁调速三相异步电动机，技术参数如下： 型号：YCT355-4B； 功率：75KW； 调速范围：1320440 r/min； 额定转距：469 Nm； 电源：三相交流 50HZ 380V。 3.2.2 V V 带的设计计算带的设计计算 XXI 已知 V 带所需传递功率 P = 75KW，由 YCT 系列电磁调速三相异步电动机驱动，调 速范围=1320440 r/min,从动轮转速=172 r/min，每天工作 24 小时。采用立式安装， 1 n 2 n 初定 i 为 2.2，计算过程如表 3-3，下表所出现的公式、图表均出于参考文献2。 1 表 3-3 V 带计算过程 设计项目设计依据及内容 设计结果 1. 选择 V 带型号 (1)确定计算功率 ca P (2)