机械毕业设计1517新型组合式选粉机总体及分级部分设计.doc
机械毕业设计1517新型组合式选粉机总体及分级部分设计
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机械毕业设计1517新型组合式选粉机总体及分级部分设计,机械毕业设计论文
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1 0 前言 在物料粉磨系统中，节能增产一直是人们努力 的目标 ， 而不断 地 提高 粗细粉的 分离效率和简化工艺流程，避免出现过粉磨而造成能源浪费， 是提高选粉效率的有效途径。 自 1885 年英国人 Mumford 和 Moody 发明选粉机以来，至今已经历 经 了几次重大的变革，虽然最初的离心式选粉机 经过多次的改进而 仍在大量使用，但还是无法消除其存在的三个根本性缺点： A. 循环气流中粉尘多，使选粉区内物料的实际浓度大， 降低了系统的 沉降 率； B. 选粉区内存在较大的风速梯度，使分离粒经不均，粗颗粒会被高速风带出； C. 存在边壁效应问 题，使细小颗粒随粗颗粒 在此区域 碰撞而 同时 降落。 60 年代原西德的 WEDAG 公司开发了旋风式选粉机，采用外部循环风机 供风来取代离心式选粉机的内部供风，用小旋风 筒 取代离心式选粉机的大直径外筒来 收集细粉，提高了收尘效率，从而使得循环气流中含尘浓度大为降低， 基本克服了离心式选粉机的第 一项 缺点，但无法消除第 二 、 三 项缺点，故其分离效率仍偏 低 。 直至 1979年日本的小野田公司开发了 O-SEPA选粉机，才消除了离心式选粉机存在的第 二 、 三 项缺点， 成 为 了较理想的高效分选设备。 O-SEPA 选粉机 既 保留了旋风式选粉机外部供风循环气 流高效净化， 又 利用了平面螺旋气流选粉的原理，以笼式转子取代小风叶，使气流在横截面上与切向成一定角度稳定均匀地穿越整个选粉区，这样就消除了离心式选粉机存在的第 二 、 三 项缺点 ，但由于 O-SEPA 选粉机的细粉收集须通过气箱脉冲袋收尘，以至系统价格较高。 本课题所 设计 的 新型组合式选粉机是 由 笼式高效选粉机和粗粉分离器以及旋风收尘器 组成 ， 集选粉、烘干、含尘废气处理 及收集 于一体 ， 使得工艺流程大为简 化 。将逐步取代至今 仍 大量 使用的离心式 、 旋风式选粉机。 本课题设计思路为：首先确定总体结构的组成、框架及各部分的功能与工作目标，并 根据设计任务书的要求，初步计算各工艺参数和结构参数，然后设计机体分级部分的结构及主要零件结构，检查其加工工艺性和装配工艺性并保证与其它部分的接口合理，最后根据设计结果， 确定 设计参数。 在设计过程中，主要解决的问题是如何将三种选粉机有机地 结合在一起，如何真正的 达到 提高选粉效率 的目的 。 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 2 1 方案论证 1.1 选粉机 的 分类 选粉机是随干法圈流粉磨技术的进步而发展起来的。建筑技术的发展对水泥品种和质量提出了更高的要求。 近 50年来新建的水泥厂 ,绝大多数都采用圈流粉磨系统。加设普通选粉机的圈流粉磨系统 ,产量能提高 10% 15%,单位电耗下降约 10%。尤其是系统大型化以后 ,带来的经济效益更加显著。 圈流粉磨的广泛应用 ,促进了选粉机的发展。从选粉机的性能方面看 ,可将其分为三代产品。 第一代 普通撒料式空气选粉机 这种选粉机是以给柯 (Gayco)型和斯特蒂文特 (Sturtevant)型为代表。它们均为空气在机内循环 ,利用物料颗粒的离心力和重力不同进行分级 ,所以把它们称为内部循环式的离心 式 选粉机。 第二代 旋风式选粉机 60 年代初 ,西德维达格 (Wedag)公司为解决第一代空气在内部循环的空气选粉机存在的问题 ,首先 发明了带多个小旋风筒的空气动态选粉机 ,其典型代表就是普通的旋风式选粉机。这种选粉机的特点是空气在机内外循环 ,因为它是由维达格公司发明的 ,所以把第二代选粉机称为维达格选粉机。 第三代 高效选粉机 1979 年日本小野田公司开发了 O SEPA 选粉机，不仅保留了旋风选粉机外循环的优点，而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称为高效选粉机，也被称为第三代选粉机。 它比第一代选粉机的选粉能力提高 100%,比第二代提高 20% 50%。 O-SEPA高效选粉机的出现 ,引 起了世界著名的几家水泥机械制造公司的极大关注。 由于 O SEPA型 选粉机 优点突出，一些著名的水泥设备制造公司纷纷参照其工作原理，竟相开发了各自的第三代选粉机，如丹麦（ F.L.Smidth）公司开发的 Sepax 型高效 选粉机 ；洪保（ KHD）公司开发的 SKH型和 ZUB型型高效 选粉机 等等。这些选粉机的工作原理与 O SEPA型 选粉机 相同，但结构上各有特点。 目前国内大多数的水泥生产厂家所用的选粉分级系统为离心 式 选粉机、旋风式选粉机，而新建的水泥生厂线 则 大多配用第三代高效选粉机。 1.2 各类 选粉机的特点 nts 3 1.2.1 通过式选粉机 通过式选粉机或称粗粉分离器，它存在着两个分离区：一是内外壳体之间的粗选粉区，颗粒主要是在重力作用下沉降，另一是在内壳中的细选粉区，颗粒是在惯性离心力作用下沉降作进一步分级， 分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增大而变小。实际上，选粉机的气流运动和分级过程都比较复杂，以上只是定性分析。 通过式选粉机调整细粉细度的方法有：改变气流速度，气流速度愈低，细粉的细度就愈高；改变叶片的导向角度，叶片与经向 夹角愈小，细粉细度下降，此外，有些尚可适当升降反射棱锥体的位置，以 控制产品粒度级配。 通过式选粉机结构简单，操作方便，没有运动部件，不易损坏。不过使用这种选粉机，必须另设通风机来产生气流，以将粉料带入选粉机；另外还需设置收尘设备回收细粉，使 系统 复杂。 1.2.2 离心式 选 粉机 离心式 选 粉机 在水泥企业中被广泛采用。 依靠大风叶旋转 产生的循环气流，经过内壳中部切向安置的回风叶之间的间隙，进入 内壳后，形成旋转上升的气流，然后又从内外壳之间的环形空间下降，再返回内壳。因此在选粉机的内部形成一股循环的气流，小风叶用来帮助气流的循环，并且还行成一道旋转的栅栏，使较粗的颗粒沉下，以提高细粉的细度。由于空气在选粉机内部产生循环，因而也被称为内部循环选粉机。 气流的大风叶由于同高浓度的粉尘相接触，磨损较大，磨损后产生震动，给厂房建筑带来不良影响， 而且大风叶转速较底，风叶间隙较大，故空气效率较差。 同时，细粉在内外壳之间的细粉沉降区中依靠重力很难完全沉降，循环气 流返回选粉区时总会带有部分细粉，影响选粉效果，降低选粉效率， 撒料时颗粒分散较差 ; 机内物料颗粒浓度高 ,相当一部分颗粒互相干扰 ,形成弱胶结体 ,短路混入粗粒回粉之中 ,分离困难 ;选粉过程中的各种力 ,在机内很不稳定 ,随处可变 ,使分选 过程中的临界尺寸在机内位置不同而有较大变异；选粉机规格越大越严重 ,影响选粉效果 ; 离心式选粉机虽然相比于通过式选粉机 有着优势，但总体而言，这种内部循环式的空气选粉机其选粉效率偏低 ,单位电耗偏高 ,选粉精度不够理想。 1.2.3 旋风式选粉机 根据离心式选粉 机 结构上的不足，对离心式选粉机 作了改进，设计了一种外部循环的旋风式选粉机。 离心式选粉机的分级和分离是在同一机体内不同区域完成的，流体速度场和抛物方式都不能设计的很合理，同时由于循环气流中大量细粉干扰降低了选粉效率。 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 4 旋风式选粉机的抛料分级过程主要是在选粉 室 上进行，分级原理与离心式选粉机相同，但与离心式选粉机比较，它具有选粉室单位面积的选粉能力较大，处理量一般比离心式选粉机高 2 2.5倍，大型 磨机若用 2 3台离心式选粉机，采用一台旋风式选粉机即可 ； 相同循环负荷率下选粉效率高，选粉一般比离心式选粉机提高 8%左右，因而可使磨机生产能力提高 10%左右，单位电耗节省 21%左右 ； 产品细度易于调节 ，而 且调节范围广。使用调节阀控制产品细度，无须停机，可以根据 生产情况 及时调整。用体外风机代替大风叶，有传动部分结构简单，机体磨损小，振动小，对基础要求交低 ；机体四周安装 6 8 个旋风筒 ,提高了捕集细粉的效率； 旋风筒也可分开安装 ,远离机体 ,所以布置灵活 ; 调整循环风机的风叶或进、出口阀和改变小风叶及撒料盘的转速就能大幅度地改变产品的细度 ,因此细度调节方便灵活 ,而且范围较大。 由于这种选粉机比第一代选粉机优越 ,所以 ,从 60 年代开始便得到 迅速 发展。但其也存在着缺点：由于采用外部鼓风，密封要求较高，出料口要求设置锁风设备 ，而且风机磨损快。 旋风式选粉机与传统的选粉机相比 ,选粉效率和精度已有很大提高 ,有利于增产和节能。但是 ,由于它在物料分散与分离方面同传统选粉机基本相同 ,所以主要缺陷并未得 到根本性消除。其主要问题是 : A. 转子直径大 ,风叶窄而长 ,形成很大的横向断面的分离区。这样 ,相同质量的颗粒在不同位置上就会受到不同的抽吸力及离心力作用 ,导致合力的大小及方向各异。可是因为断面大 ,风速低 ,抽吸力的大小及方向随时变化 ,颗粒有可能下降沉落 ,进行二次分选 ,浪费能量。 B. 分离区的形状复杂 ,各个断面上的风速与流向不一 ,还存在死角和器壁效应 ,因此在分离气流的竖向大循环中不可避免地还存在一些小循环或涡流。这不仅给分离区带来干扰 ,而且使物料颗粒受力复杂化 ,从而降低了分离效率和精度。 C. 物料从一个或 两 个进料口喂入 ,落到撒料盘上靠离心力抛出 ,不可能在整个断面上均布。通过小风叶来改变这种状况 ,效果往往不够理想， 尤其 在大型选粉机中表现 的 更为突出。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 整个 第一、二代选粉机的一大缺点。 1.2.4 O SEPA选粉机 为了解决 前两代 选粉机 分散度不高的 缺点 , O SEPA 选粉机 随之出现 。 O SEPA选粉机 ，将 加人 其中 的物料自上而下地由选粉机转子上垂直布置的涡流调节叶片与导向叶片组成的较高的分级区，停留时间较长，分级粒径由大到 小连续分级，为物料提供了多次分级机会。在分级区内，不存在机壁效应和死角引起的局部涡流，在同一半径的任何高度上内外压差始终一致，气流速度相等，从而保 证了颗粒所受各力的平衡关系稳定不变。缓冲板的撞击及水平涡流的 冲刷 ，使物料充分分散并均匀地分布于分nts 5 级区内 。 O SEPA选粉机 不仅保留了旋风选粉机外循环的优点，而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称为高效选粉机 。 O SEPA选粉机 原理先进、分级机理明确，与传统的离心式、旋风式选粉机相比主要有如下优势： A. 提 高产量 使用 O SEPA水平涡流选粉机可提高粉磨系统产量 30 50 。 B. 降低能耗 使用 O SEPA水平涡流选粉机可使单位能耗降低 5 20或更多。 C. 提高质量，降低成本 由于 O SEPA水平涡流选粉机分级精确，成品中不含粗颗粒，而最有利于水泥质量提高的粒径范围为 3 30m 的颗粒含量增加，因此有助于提高水泥强度等级，或在保持水泥强度等级不变的情况下增加矿渣掺量减少熟料用量而降低成本。 D. 操作简单，细度调节方便 O SEPA选粉机的主电机和润滑油站可远程控制，操作很方便。仅需调节 O SEPA选粉机主电机转速的就可以在较大范围内改变产品的细度，产品的颗粒分布调整和风量、机内温度调整都很方便和简单。 E. 磨损小，维护简单 O SEPA选粉机的易磨损部分如撒料盘、缓冲板、导风叶片和转子叶片等均采用耐磨材料制造或进行抗磨工艺处理，其磨损率很小，因而其维护成本极低。 F. 处理粉料量大 比尺寸相近的离心式、旋风式选粉机产量大得多，因而更适应大规模生产的需要，且其分级性能十分稳定。 G. 选粉效率高 回磨粗粉料中的细粉残留量极少，即其特劳姆曲线很陡。 1.3 总体结构方案确定 毕业设计开始阶段 初步 定了两 套方案 A. 旋风式选粉机 的 改进设计； B. 设计 O SEPA 选粉机 。 通 过对各类选粉机结构、性能的优缺点分析 ，的出了这样一个结论 ， 如果对旋风式选粉机进行改进设计 ，依然难以 解决 分散度不高这一大缺点。而且旋风式选粉机正在一步步的被淘汰，如果将其作为毕业设计课题 ，意义不大，所以 首先否定 了 这一方nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 6 案 。 一般选粉机都有分散、分级、收集的功能而 O SEPA型 选粉 机本身只包含分散、分级 ，收集功能需要由气箱脉冲代式除尘器完成， 而气箱脉冲代式除尘器价格昂贵，极不利于将 O SEPA 型 选粉 机推广于中小型水泥企业。我们希望毕业设 计的平台能面向的更广阔些，而在实习期间了解到一种组合式 选粉机 将取代目前的各类选粉机 。所以根据厂家的需求和选粉机的发展趋势 ，综合考虑将毕业设计研究方向向 组合式选 粉机发面调整 。 将 O SEPA 型 选粉 机精确分级的原理结合旋风式选粉机的旋风筒的收集功能以及通过式选粉机的粗粉分离功能而组成的新型组合式选粉机 ,能 处理较大 量的 含尘气体，系统中料路、气路合一，使整个系统更简单 （见图 1-1） , 特别是在烘干粉磨系统和风扫磨系统中 ,可省去为处理大量含尘气体而建立的粗粉分离器系统，其优越性能更加显著。 选粉机自带低阻高效旋风收尘 器，可将 70% 80%的合格成品收集下来 ，减轻了 下一 级收尘器的处理压力和工作负荷，使系统的运转率更高，投资更省 ，并且，产品细度调节范围广，控制简单，改变细度不停机。 图 1-1生料磨系统工艺流程图 新型组合式选粉机主 体分为上下两部分，上部为笼式高效选粉机 ，是 分级核心；下部相当于粗粉分离器，用于初步处理含尘气体。主体外围均布多个旋风收尘器，用于收集成品细粉。 待分选的物料通过选粉机顶部的进料装置喂到转子顶部的撒料盘上，并被均匀地向四周抛撒出去，落入转子叶片与导向叶片之间的环状分选区内。由磨内来的含 尘气体从底部进气口进入，首先与反 射棱 锥 体 撞击并被强制改变方向，同时气流 上升 速度迅速降低，这时较粗的物料失去动能落入回料口；其余较细颗粒随气流继续上升进入分选区。在导向叶片的作用下，气流形成稳定均匀的涡流场，选粉区内的物料便同时nts 7 受到流向转子中心的气流驱动力和随转子回转产生的向外的离心力的共同作用，不同粒径的颗粒根据这两个力的动态平衡关系而得到分离。合格物料随气流进入转子内，经由出风口进入旋风筒。旋风筒收集成品物料，排出低浓度的废气进入系统收尘器；不合格的粗物料则落入内锥，经内锥与反 射棱 锥 体 之间的环形 出 口撒出， 被上升气流再次清洗后，由回料口卸出。 设备将涡流分级、惯性分级、离心分级原理学科学地组合在一起， 与其它选粉系统相比， 新型 组合式选粉机主要有如下优点： A. 能处理较大量的含尘气体系统中料路、气路合一，使整个系统更简单，特别是在烘干粉磨系统和风扫磨系统中，可省去为处理大量含尘气体而建立的粗粉分离器系统，其优越性能加显著。 B. 自带旋风收尘器 新型组合式选粉机 自带一组低阻高效旋风收尘器，可将 80的合格成品收集下来，因而大大减轻了下一级收尘器的处理压力和工作负荷，使系统的运转率更高，投资更省。 C. 系统的阻力更小，工艺布置更流畅 新型组合式选粉机 采用了从下部进风（含尘气体）的型式，系统的阻力更小，工艺布置更流畅。 D. 选粉效率高 新型组合式选粉机 能大幅度提高磨机产量，提高开流磨产量 60-100，闭路磨产量（与离心式选粉机比）提高 30-40%。 E. 降低粉磨系统电耗可节电 5-20%。 F. 能改善颗粒分布，提高水泥质量。 G. 产品细度调节范围广，控制简单，改变细度不停机。 H. 设备体积小，重量轻，布置灵活，使用寿命长，维护保养方便。 F. 系统采用全负压操作，杜绝粉尘污染，保养 方便。 综上所述 ：新型组合式选粉机性能优越、 结构合理，是选粉机发展的大趋势。所以 确定了新型组合式选粉机整体设计及分级部份设计为我的毕业设计课题。 另外在具体技术方面还主要采用了下诉几种亮点： A. 参照国外先进的涡流分选理论（其基本原理可参见 ZKG CHINA “ TSV高效动态选粉机发展现状”一文）在转子内增设了涡流调整装置，以引导转子叶片内空气的旋转流转变为定向流 。（如 图 1-2） nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 8 图 1-2 鼠笼 其优点主要有： a. 可以避免涡流产生的压降 ； b. 可以将气流旋转的能量传给转子，从而降低驱动装置的电耗和涡流所产生的能耗； c. 可使选粉机出风口 的气流切向速度降低，从而减少含细粉的出口气体和涡流所产生的能耗和对出风管壁的磨损。 B. 配置原装进口的德国 FLENDER公司生产的带“ TACTONATE”专利密封技术的硬齿面减速机。此种减速机一体化的润滑油箱设计不需要外配润滑油站，简化了设备结构，而且决无漏油之虑，使设备使用的可靠性 更高，结构更简单。 C. 采用可调导风叶片，使进入选粉区域的空气速度可以调节，配合调节转子的转速以满足 水泥 细度和产量的要求。 1.4 总体 参数 设计 综合 厂家提供的表 1-1、 1-2、 3-3可初步获得 本课题以下主要参数。 A. 最大喂料量 ： 780t/h； B. 选粉风量 ： 3000m3/min； C. 生料产量 ： 180 200t/h； D. 电机功率： 100300kw。 nts 9 表 1-1 KXZ系列高效组合选粉机性能参数 选粉机 规 格 KXZ500 KXZ800 KXZ1000 KXZ1500 KXZ2000 KXZ2500 KXZ3000 产量 (t/h) 生 料 27-51 41-78 54-88 78-135 108-165 130-185 180-220 最大喂料量(t/h) 生 料 135 205 270 390 540 600 700 选粉风量 (m3/h) 500 800 1000 1500 2000 2500 3000 设备阻力 (kpa) 减速机 型 号 B2SV-2 B2SV-2 B2SV-3 B2SV-4 B2SV-4 B2SV-4 B2SV-5 速 比 5 5 5.6 6.3 6.3 6.3 7.1 电机 型 号 Y180L-4 Y200L-4 Y225M-4 Y280S-4 Y280M-4 Y280M-4 Y315S-4 功 率 (kw) 22 30 45 75 90 90 110 稀油站 型 号 XYZ-6G XYZ-6G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G 流 量 (l/min) 6 6 10 10 10 10 10 表 1-2 TLS系列高效组合选 粉机性能参数 TLS2000 TLS2500 TLS2800 TLS3100 TLS3500 喂料量（ t/h） 280 3400 4300 500 550 650 700 780 900 1000 选粉风量（万 m3/h） 81 95 120 140 155 180 195 220 255 285 产量（ t/h） 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 *操作风温度按 90摄氏度 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 10 表 1-3 ZH系列高效组合选粉机性能参数 1.5 方案 社会 价值 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， 新型组合式 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. 闭路粉磨系统增产降耗的要求。 新型组合式 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。配有传统选粉机和闭路粉磨系统，在生产一般细度的水泥时，单位能耗并不比开路系统低，生产高细度水泥时，尽管与开路相比，电耗降低、产量提高，但与生产一般细度水泥时相比，产量有较大幅度的降低。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选 粉 机 规格 ZH500 ZH800 ZH1000 ZH1500 ZH2000 ZH2500 ZH3000 产量（ t/h） 水泥 1936 2955 3862 5595 85110 100130 120170 生料 2751 4178 5488 78135 108165 130185 180220 最大喂料量（ t/h） 水泥 95 145 190 275 375 450 550 生料 135 205 270 390 540 600 700 选粉风 量（万 m3/h） 34 4.55.5 67.5 911 1215 1518 1824 设备阻力 (kPa) 2.22.8 2.22.8 2.22.8 2.22.8 2.22.8 2.22.8 2.22.8 减速机 型号 B2SV-2 B2SV-2 B2SV-3 B2SV-4 B2SV-5 B2SV-5 B2SV-6 速比 5 5 5.6 6.3 6.3 6.3 7.1 电机 型号 Y180L-4 Y200L-4 Y225M-4 Y280S-4 Y280M-4 Y280M-4 Y315S-4 功率 (kw) 22 30 45 75 90 90 110 稀油站 型号 XYZ-6G XYZ-6G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G XYZ-10G 流量 (l/min) 6 6 10 10 10 10 10 nts 11 水泥质量的要求提高，有向高细度、高标号水泥发展的趋势，而对高细度水泥的生产，开路粉磨或带传统选粉机的闭路粉磨系统又很难胜任。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。当初，作为水泥质量主要指标之一的水泥细度是用筛余控制的，用筛余控制只能反映成品中粗颗粒的多少，不能反映全部颗粒的粗细情况；而后发展到比表面积控制，水泥越细，比表面积越大。现在发现，即使是比表面积相同的水泥产品，因采用的粉磨流程、选粉方式不同，其强度也有差别。闭路粉 磨或配高效选粉机粉磨生产的产品与开路粉磨或配普通选粉机粉磨产品 相 比，同样的比表面积，强度高；强度相同，则比表面积可以低一些，其原因在于颗粒级配的不同。研究表明，水泥颗粒组成中不 同粗细的颗粒对水泥水化性能的作用是不同的。大于 0.06mm 颗粒对水泥强度作用甚微，只起填料作用；小于 0.003mm 的颗粒的水化过程在硬化初期就已完成，只对水泥早期强度有利；0.003-0.03mm 是水泥的主要活性部分、承担强度增长的主要粒径。对此，一些水泥品种曾对 0.003-0.03mm 颗粒的含量提出了具体要求：普通硅酸盐水泥： 40 -50；高强快硬水泥： 50 -60；超高强快硬水泥： 70。 由此可见，水泥质量与水泥成品中 0.003-0.03mm 颗粒的含量有很大关系。而在水泥粉磨作用中，要得到某一粒 径范围含量较 多 ，分布相对较窄的水泥产品，只有通过 新型组合式 选粉机 来调节、控制，否则难以实现。 C. 新型组合式 选粉机 技术的研究成果，既可拓展到非金属矿、化工、食品等行业的分选技术中，也对超细粉分级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制备超细粉领域中的一个关键技术。 加人 新型组合式 选粉机 的物料自上而下地由选粉机转子上垂直布置的涡流调节叶片与导向叶片组成的较高的分级区，停留时间较长，分级粒径由大到小连续分级，为物料提供了多次分级机会。在分级区内，不存在 边 壁效应和死角引起的局部涡流，在同一半径的任 何高度上内外压差始终一致，气流速度相等，从而 保证了颗粒所受各力的平衡关系稳定不变。缓冲板的撞击及水平涡流的 冲刷 ，使物料充分分散并均匀地分布于分级区内。这使得分级机具有如下性能特点： a. 选粉效率高， 可达 80%以上； b. 精度高，即特劳姆 (Tromp)曲线比较陡； c. 细度调节简单、灵敏、准确； d. 分级容积效率高。 离心式选粉机的选粉效率一般在 40 -60，分级精度小于 0.3；旋风式选粉机的选粉率一般在 60左右，分级精度为 0.3-0.45； 新型组合式 选粉机 可达 80以上，分级精 度可达 0.5左右。 另外 以 O-SEPA 为代表的第三代高效选粉机性能的优越性是显而易见的，但由于nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 12 选粉机主体不带细粉收集装置，需配备与其处理风量相匹配的大规格的袋式收尘器或电除尘器用以收集成品，这无疑较大幅度地增加了系统投资，也使工艺布置复杂，操作控制困难，在一定程度上限制了高效选粉机的推广应用。 新型组合式 选粉机以其在性能上达到目前高效选粉机的效果；在系统的布置、投资及工艺的复杂性等方面又优于 O-SEPA高效选粉机，这无疑对水泥生产技术的发展、粉磨系统的节能增产是很有意义的。 在相同产量的情况下，与高效涡流 式选粉机相比其效率相当，但可降低系统投资20 -30；与旋风式及高效离心式选粉机相比，不但可减少设备规格，并可提高效率 20 -40。 nts 13 2 结构 设计 1 2.1 总体设计 2.1.1 确定总体结构的组成 新型 组合式选粉机可看作 笼式高效选粉机和粗粉分离器以及旋风收尘器的紧凑组合。主体分为上下两部分，上部 是 笼式高效 选粉机，为分级核心；下部相当于粗粉分离器，用于初步处理含尘气体 ； 主体外围均布多个旋风收尘器，用于收集成品细粉。 （如图 2-1所示） 图 2-1 新型 组合式选粉 机 可将其构造进一步细划为： A. 分级核心鼠笼； B. 安装在选粉室外部的可调导风叶及固定它们的壳体部分； C. 粗粉分离器 ； D. 下料管道； nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 14 E. 收集细粉的管道、旋风筒； F. 主轴和驱动主轴旋转的传动装置 。 2.1.2 各部分的功能 鼠笼 和安装在选粉室外部的可调导风叶及固定它们的壳体部分以及 粗粉分离器组成的分级体，其功能为选粉分级。 具体是通过如下过程实现的： 进入选粉机的物料由两部分组成，大部分物料由喂料口喂入，经由分料溜子将物料分成 4路，分别由 4点喂到 鼠笼 顶部的撒料盘上，随着 鼠笼 的转动，撒料盘 将落在其上的物料向四周抛撒出去，碰 到挡料圈 后落入分选区内，在分选气流和转子旋转的共同作用下，对物料进行分选。合格的物料随气流进入 鼠笼 内 ， 不合格的物料由选粉机内锥收集，通过内锥与反 射棱锥体 之间的环形出口进入内、外锥之间，通过上升气流的再次清洗，粗粉（不合格物料）由回料口卸出。另一部分物料由气流夹带，由进气口进入选粉机，首先撞击反击锥并被强制改变方向，同时气流速度迅速降低，这时较大粒径物料失去动能落入粗粉中；其余部分继续上升经导向叶片进入分选区再次分选。 管道、旋风筒 的功能是 用来收集 合格 细粉 的 ，合格的 物料随气流 进入转子内，经由出风口进入旋风筒，由旋风筒将成品物料收集，经出口排出；废气由旋风筒顶部出口进入系统收尘器内。 主轴和驱动主轴旋转的传动装置的功能是用来固定和带动鼠笼旋转。 2.1.3 工作目标 希望 通过的 三 大部分合理设计，最终 能达到 提高系统产量，降低系统能耗，保证成品的颗粒级配合理，易于调控产品细度。 (其中管道、 旋风筒部分以及主轴和驱动主轴旋转的传动装置 极其支架部分由课题组的另两位 成员具体 设计 ，我负责对总体的大概设计以及对分级部分的详细设计。 ) 2.1.4 参数 选粉机的作用是将粉磨过程中合格产品及时 分离出来，以提高磨机产量，降低能耗。实际上，选粉机是不可能将粉磨物料中的合格产品 全部 分离出 的 ，在回磨粗粉中总会混有部分未分离的合格产品。 在机械设备的结构 设计中，都有一些核心的隐形参数，一般不出现在图纸和产品样本上 ， 是不太容易 直接 了解的。如选粉浓度和上升风速等就属核心参数。 选粉浓度是指选粉机内单位通风量中的成品量。它与选粉机的喂料浓度不一样，但存在一定的关系。喂料浓度指的是单位通风量中喂入选粉机的物料量，两者可用下nts 15 式换算： Cw=(1 K)Cx （ 2-1） K=（ Cw-Cx） /Cx （ 2-2） 式中： Cw 选粉机喂料浓度， kg/m3； Cx 选粉机选粉浓度， kg/m3； K 粉磨系统循环负荷率，。 Cx是选粉机机械设计中的允许值，定得过高或过低都不利于其能力水平的发挥。Cx与选粉机的原理结构、分级性能、物料性质、颗粒组成以及粉磨系统工艺参数等有关。 高效 选粉机 ， 对于生料，颗粒分散性好，粒径 较粗， Cw可 达到 3.0kg/m3， Cx可 达 到 1.2kg/m3。 由式（ 2-2） 得 K=（ Cw-Cx） /Cx =（ 3.0-1.2） /1.2 =150 粉磨系统循环负荷率 是指选粉机的粗粉量与细粉量（即成品量）之比，选粉率的高低与选粉机的分级效率和循环负荷 率的大小相关，对于同一台选粉机来说，选粉机随着循环负荷率的增加而减低。而 150%的 统循环负荷率 ， 不但是 较小 而且是较理想的 值，所以为本选粉机 能有较高 选粉 效 率 提供了可靠的平台。 选粉浓度对选粉机生产能力的影响 体现 Cx = CwE(100 A)/(100 C) (2-3) 式中： E 选粉效率 (以小数表示 )； A 喂料细度，； C 产品细度，。 取喂料细度为 55%，产品细度为 6%,则 根据 (2-3)得 E=Cx（ 100-C） / （ 100-A） /Cw =1.2 （ 100-6） /（ 100-55） /3.0 = 83.6% 随着 Cx的提高， E逐步下降， R0.08也越来越小。这是由于选粉室内固体颗粒的浓度增加后，物料分散情况逐步恶化，颗粒之间的相互碰撞、粘聚现象加剧，细颗粒结团或混入粗颗粒之中的几率越来越大，使气流分级过程难以顺利完成，致使粗粉回料量增加， K变大，因而 E降低、 R0.08变小。 选粉机的生产能力分为喂料能力 (处理能力 )和成品能力 (台时产量 )。选粉机的优质 高产需要喂料浓度的提高，但喂料浓度的提高并不一定能得到优质高产 ,因为超过一定的喂料浓度会使物料的分散和分级过程干扰影响增大，颗粒之间碰撞、凝聚增多，nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 16 选粉效率降低 。与之不同的是，选粉浓度高的选粉机必然会优质高产。因为，选粉浓度是选粉机适应各种生产条件影响后，根据多次使用的实际产量计算而得来的，设备制造厂家标定的选粉浓度，也应该是模型试验或工业性试验的统计规律和经验的总结。用下式可简单地进行计算鉴别： Gw=60CwQ/1000 (2-4) Gx=60CxQ/1000 (2-5) 2.2 分级部分 结构 设计 2.2.1 鼠笼的设计 鼠笼为 新型 组合式选粉机 XZX3100 的分级核心 ,也是整个选粉机的核心 ,选粉机的规格 3100 也是根据鼠笼而定的 ，可见鼠笼的对选粉机而言的重要性 。其 形状如图2-2所 示 。 图 2-2 鼠笼 nts 17 目前国内真正掌握鼠笼 核心 技术的 仅 有 极 少数厂家，其 相关参数也成了商业秘密， 所 以目前国内公开的手册资料中，相关鼠笼 方 面的只谈到了其工作原理，而没有具体如何设计的内容，这给我的设计带来了很大的难 度 ， 鼠笼的尺寸数据 等的 来源结合了 实习期间的现场测绘 ,以及 指导老师和 相关专家的指导 意见 。 鼠笼 的 对称分级叶片外边缘之间的距离根据选粉机的规格可得到为 3100mm, 分级叶片要使进入的风达到较好的旋转效果 ,必须使其大于 150mm,而过大同样不利 于产生较 效果 好旋转风 ,所以取 174mm,按 4 度一片周向均布 ,为了使鼠笼 各部分能很好的固定在一起 ,八块带涡旋整流扳 ,对应着 八跟支撑柱。 通过八跟支撑柱和八块带涡旋整流扳 的连接加固作用保证了鼠笼整体的稳定性。分级叶片和带涡旋整流扳在鼠笼的旋转过程在 ,起到了选粉分级作用。 鼠笼中另一个 非常 重要部 件 是 位与上 边缘 的 撒 料盘 ， 对撒料的均匀有着重要影响。 为了便于加工和安装 ， 改变了以往散料盘为一整块的情况，将其分为 15块加工 ，每一块形 状 见 图 2.3，该结构 相对常规的 撒料盘，表面多了条状横筋， 可使 物料 更好的均匀散落 。 而且散料盘设置在鼠笼的上部外围，半径较大，因此，落入其上的物料受较大的离心力作用，极易散开 ，然后被抛向缓冲板（挡环）。 本撒料盘基材 采用高铬铸铁， 能很好地 提高撒料盘的抗磨能力，使用寿命是普通 撒料盘寿命的 13倍 。 图 2-3 撒 料盘 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 18 2.2.2 导向叶片 一般情况下，选粉机在用户处第一次成功安装调试后，导向叶片的角度不再作调整。 但为了防止用户对水泥成品细度和产量 的较大变化， 当 通过调整转子转速已无法达到要求时，会考 虑调整导向叶片 ， 为了便于调整，又能节省成本， 在导向叶片的最上部 加了一块凸块，其结构如图 2-4。 图 2-4 导向叶片 nts 19 由于 XZX3100的型号较大，为了使 进 风 ， 达到更好的旋转 和控制 空气速度 效果 ，导向叶片可取较大的宽度，综合考虑取 375mm 较为适宜。 导向叶片确保在整个选粉区内压力降恒定，并使气流方向一致，从而可避免物料和气流向阻力最小的区域流动。因为消除了风速差，所以所有的粉粒均可 受有均匀的选粉力，有利于鼠笼周围的物料均匀分散，保证 无弹道、无死区和无边壁效应 。 2.2.3 壳体 图 2-5 下外壳体 整个 新型 组合式选粉机 XZX3100高达十多米，宽度也大于十米，从市场经济的角度壳体 选择尽量 薄的钢板可以节省 可 观的成本 ，但从安全的角度而言钢板应适当厚一点，本设计选用了 8mm 的钢板，既经济又保证 了 质量 。 考虑到整个机体需要支撑，在壳体的四周均部了四个较大支 平台 ， 确 保了选粉机的整体的平稳性。 另外 所有零部件的焊接处 须 确保了焊缝质量 ,没有任何焊缝缺陷 .焊后壳体进行了消除内应力处理 ,没有任何扭曲和变形现象 。 壳体内部所有易磨损部位均粘贴耐磨陶瓷 片 ,陶瓷片的化学成分及物理性能为 : A. Al2O3含量 :92% 吸水率 :0% 表观密度 : 3.7 B. 抗压强度 :22000Kg/cm2 抗弯强度 :2900 Kg/cm2 C. 20时热传导系数 :0.04 D. 450时衬板热膨胀系数： 7.2 X 10-6 E. 莫氏硬度 :9 颜色 :白色 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 20 F. 壳体内部密封迷宫圈材质为高铬铸铁 , 化学成分：（ %） C： 2.83.5 Si:1.0 Mn:1.0 P:0.05 S:0.05 Cr:2030 硬度 :HS=6585 壳体所有法兰连接部位进行密封处理 ,采用填充毛毡材料密封。 2.2.3 分级体 图 2-6 分级体 分 级 体是 新型 组合式选粉机 主体 ， 从粉磨来的高浓度含尘空气由下部风管进入选粉机，经内锥体整流后沿外锥体与内锥体之间的环形通道减速上升，其中的粗粉经重力沉降沿外锥体边壁滑入粗粉收料筒实现重力分选，重力分选后的空气在导风叶的导流和转子的旋转作用下，在导风叶和转子之间形成稳定的水平涡流选粉区。粉磨后的物料从选粉机进料口喂入，通过转子旋转的撒料盘均匀撒向四周，因挡料圈的阻挡作用，物料在分散状态下撒 落在导风叶和转子之间的选粉区。在选粉涡流中运动的粉尘颗粒将同时受重力、风力和旋转离心力的作用，所以不同初速度和不同粒径的粉尘颗粒将有不同的运动轨迹，细小轻微的颗粒随气流被吸入转子内部流经配风室分四路 向上 ，粗重颗粒则下落，经内锥体汇集到粗粉收料筒，返回磨机再磨。 这些过程都是在选粉体在实现的。 本设计 分级体 的 内外 锥体 的 连接通过 三根支撑柱和三 根 粗料通管的双重加固而实现的，还有 考虑到 转子平衡不受喂料的影响，将喂料口设计 为四个方位对称均布。 nts 21 3 结论 新型 组合式选粉机 将 O SEPA 型 选粉 机精确分级的原 理 同 旋风式选粉机 旋风筒的收集功能以及通过式选粉机的粗粉分离功能有机的组合在了一起。 可实现以下优点： A. 能处理较大量的含尘气体系统中料路、气路合一，使整个系统更简单，特别是在烘干粉磨系统和风扫磨系统中，可省去为处理大量含尘气体而建立的粗粉分离器系统，其优越性能加显著。 B. 自带旋风收尘器 新型 组合式选粉机 自带一组低阻高效旋风收尘器，理论上可将 80的合格成品收集下来，实际可能在 70%左右，因而大大减轻了下一级收尘器的处理压力和工作负荷，使系统的运转率更高，投资更省。 C. 系统的阻力更小，工艺布置 更流畅 新型 组合式选粉机 采用了从下部进风（含尘气体）的型式，系统的阻力更小，工艺布置更流畅。 D. 选粉效率高 新型 组合式选粉机 能大幅度提高磨机产量，提高开流磨产量 60-100，闭路磨产量（与离心式选粉机比）提高 30-40%。 E. 降低粉磨系统电耗可节电 5-20%。 F. 能改善颗粒分布，提高水泥质量。 G. 产品细度调节范围广，控制简单，改变细度不停机。 但真实的效果有待生产实践来调试、检验。 由于本人水平以及时间的限制， 该 设计还有待完善 ，如撒料盘 若采 用放射螺旋状横筋，能更好的减少 物料打散和分撒的功率消耗，使物料分散性更好， 可 大大提高选粉机的分选效率。 nts新型组合式选粉机总体及分级部分设计 22 参考文献 1 陈绍龙 ， 刘怀平 .从选粉浓度解读高效转子选粉机技术 ： 文献 ， 盐城 ： 科行建材环保公司 ， 2004 2 许林发 .建筑材料机械设计（一） .武汉：武汉工业大学出版社， 1990 3 潘孝良 .硅酸盐工业机械过程及设备 .武汉：武汉工业大学出版社， 1993 4 叶达森
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