学海,高效转子式选粉机设计(长沙学院）(带CAD图）带机械图
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目录长沙学院CHANGSHA UNIVERSITY本科生毕业设计设 计 题 目： 高效转子式选粉机 学院：所填内容采用居中填写的格式。字数太少时可在字间加空格 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 助教职称的填写在第二行；如只有一位指导教师则去掉第二行。学号 指导教师姓名： 职称 职称 长沙学院教务处 二一七年六月制V（20 届）本科生毕业设计说明书高效转子式选粉机学院： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 职称 最终评定成绩 20 年 月 长沙学院毕业设计 摘 要转子式选粉机这种选粉机的特点是空气在机内外循环。用小转子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。缺点是选粉区内分级力场不稳定，选粉效率不高。 选粉机它是一种高效涡流型选粉机，不仅保留了转子式选粉机外部供风、循环气流高效分离等优点;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，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。虽然笼式高效选粉机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。关键词： 转子 ；高效选粉机 ；转子选粉机；涡流；水泥IV 长沙学院毕业设计 AbstractCharacteristics of such a rotor-type classifier is an air classifier inside and outside the loop. To collect fines, improved separation efficiency of the feed gas, so that the dust concentration in the recycle gas stream is greatly reduced, to overcome the interference particle settling instead of the large-diameter outer cylindrical tube with a small rotor. Meanwhile meal increases the chance of secondary separator during landing. These measures greatly improved separator effect. It can also be made in the structure of large size to accommodate large-scale cement equipment matching needs. The disadvantage is unstable force field separator zone grading, separator efficiency is not high. Separator it is an efficient vortex-separator, not only retains the outer rotor-type classifier for the wind, efficient separation of the recycle gas stream, etc; and the application of the principle of a planar spiral airflow classifier, to place a small cage rotor blades , into the air flow through the tangential vanes, the entire area of the powder is selected from a uniform stable air flow, thereby eliminating the centrifugal separator Winds gradient zone, separating the particle size tends to be uniform and wall effects. Particles from top to bottom repeatedly sorting opportunities, so good separation efficiency, yield, power consumption and cement quality has greatly improved. Although efficient classifier cage with superior performance certainly get people, but it is complicated structure, higher manufacturing costs, but also increase the high-concentration collector baghouse finished, and the operation and management requirements requires a corresponding higher, therefore, for small and medium cement enterprises is a difficult decision. Keywords: a rotor; efficient classifier; rotor separator; vortex; Cement30目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 国内外选粉机的发展态势11.2 课题学术和实用意义21.3 课题研究目的、内容、技术路线22 设计方案42.1 工作原理42.1.1 传统转子筒的结构分析42.1.2 创新方案72.2 选粉机结构原理72.3 高效转子选粉机的结构92.3.1 动力调速电机92.3.2 立轴双支撑系统102.3.3喂料口102.3.4进风导向叶片102.3.5转子筒102.3.6内衬的处理耐磨瓷砖113 高效转子选粉机的设计计算123.1 主要技术参数的计算123.1.1 主要工艺尺寸123.1.2 生产能力123.1.3 选粉室直径123.1.4 风量133.1.5 风机选型133.1.6 主轴转速133.2 传动部分设计143.2.1 电机的选择143.2.2 V带的设计计算153.3 转子筒设计183.3.1 转子筒的收尘工作原理183.3.2 转子筒的尺寸计算193.3.3笼子部分的计算213.4 滴流装置213.5 内衬223.6 螺栓组连接的设计233.6.1 螺栓组连接的结构设计233.6.2 螺栓组连接的受力分析253.7 螺纹连接的强度计算253.7.1 螺纹连接的失效形式253.7.2 螺栓连接的强度计算26结 论28参考文献29致 谢301 绪论粉碎和粉磨作业在水泥行业是一个很重要的生产过程,在这个过程中人们总是希望很容易就得到某一粒度范围的产品,但在实际上不可避免地会出现产品粒度过粗或过细现象,其粒度的分布范围很难控制,为了更好的对产品粒径范围进行有效地控制,生产出合格的产品和满意的颗粒粒径分布范围,多少年来,人们的努力摸索和实践,己经形成了较为完善的加工方法,就是对粉磨之前或者粉磨之后进行有效的分选处理,完成分选处理的设备即为选粉机,选粉机的作用是将磨机粉磨到一定粒度的细粉分离出去成为合格产品,粗粉重新返回磨机进行再粉磨并能防止细粉在磨内钻附研磨体引起缓冲作用,提高磨机的粉磨效率,调节颗粒组成,防止细粉不均匀现象,所以选粉机能够保证粉磨质量,提高磨机台时产旦。1.1 国内外选粉机的发展态势最早的选粉机是由英国人Mumford和Moody在1885年发明的。1889年德国公司Gebr.Pfeifer首先在工业上进行了成功的应用。由于美国斯特蒂文特Sturtevant公司生产的这种选粉机应用广泛,闻名于世,最大的选粉机直径可以达到,所以将这种选粉机称为Sturtevant选粉机。按其分级原理又称为离心式选粉机。也就是人们常说的第一代空气选粉机。这种选粉机由于其自身的结构缺陷,导致了选粉机的选粉效率低、单位电耗高、选粉精度差,直接制约了选粉机的发展。20世纪60年代初,德国洪堡一维达格公司解决了第一代空气选粉机存在的主要问题。虽然其核心结构与离心式选粉机没有根本的变化,但是由于减少了物料粉尘的循环,选粉效率有所提高,称为旋风式选粉机。1990年至2000年,选粉机的研究有了突破性的发展,国外各公司相继开发出了新型高效第三代选粉机,其中日本小野田公司率先推出的O一sepa型选粉机,因采用新的分级结构与原理,显著提高了选粉机的选粉效率及产量,水泥质量与系统能耗也得到改善。在此基础上不少国外公司推出与之类似的笼型选粉机结构。此结构的选粉机统称为高效选粉机,有人称之为第三代选粉机。我国水泥行业对选粉机的研究起步较晚,自从年代中期第二次联合引进O一sepa高效选粉机技术之后,笼型高效选粉机在我国得到了广泛的推广和应用,针对我国水泥工业的特点,国内的水泥研究院所和企业也相继开发研制了一些小型的高效选粉机,如高效涡流、NHX型高效转子式、HES型和DS型组合式高效选粉机等,都取得了一些效果。还有的将第一、二代选粉机稍加改造,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。我国水泥行业对高效转子式引进较晚,与之配套的选粉机主要依赖进口,年山西长治钢铁集团瑞昌水泥公司才从德国莱歇公司呜进了国内第一台最大直径为5.6m立磨,该立磨采用了对辊联合粉磨工艺,即把原规格相同的磨辊改为2大2小,交错布置,2辅辊起准备料床作用,2主辊起粉磨作用,它既可粉磨水泥熟料,又可粉磨高炉矿渣,使用状况非常良好。在最近的三、四年内,我国又引进了数十台这种规格的高效转子式,在所提供这些立磨中,因选粉机是立磨关键技术的重要部分,为了保守技术秘密,莱歇公司直接提供了选粉机。1.2 课题学术和实用意义高效转子式是集粉磨、烘干、选粉为一体的设备,我国用于粉磨水泥熟料、高炉矿渣的高效转子式到目前为止全部依赖进口,虽然有部分结构件采用国内分交的方式,但磨机的关键技术如磨辊、选粉机等零部件仍由国外提供,虽然国内有水泥研究院开发出了粉磨水泥生料、熟料等较大规格的立磨,但运用得并不好,所配套的选粉机的效率不高,产品的细度也不易调节,因此,为了彻底摆脱依赖进口的局面,尽早实现高效转子式的国产化,许多科研院所及企业单位在借鉴国外技术的基础上正在加速开发具有先进性能的高效转子式。二重作为我国机械装备行业的特大型企业,在设计、制造上都具有较强的实力,集团公司把高效转子式开发作为了重要的科研项目,选粉机作为立式磨机中一个重要的组件,它的开发成功与否将决定高效转子式开发的成败,故希望通过本课题的研究,能使集团公司具备自主设计高效转子式选粉机的能力,并争取早日实现大型立式磨机的国产化、系列化。目前我公司自行设计、制造的中等规格的生料立磨包括配套的高效笼形选粉机正在生产过程中,其各项技术指标及性能将对开发粉磨水泥熟料、高炉矿渣的高效转子式具有重要的指导及借鉴意义。1.3 课题研究目的、内容、技术路线研究目的要实现高效转子式的国产化,必须解决立磨在使用中所面临的两个主要问题、如何提高磨辊、磨盘及选粉机上耐磨件的使用寿命、如何降低磨机循环负荷、提高选粉机的效率。为此论文将针对高效转子式用选粉机系统进行研究,首先对影响选粉机产量及产品细度的工艺参数进行研究。其次根据颗粒流体力学分级的基本理论,提出选粉机产量、产品细度、选粉机功率的计算关系式,并依此为理论依据,对用于分选水泥生料、熟料、高炉矿渣用的高性能笼形选粉机进行了设计。最后归纳、总结出了用于选粉机上的各种耐磨材料和防磨方法,最终达到自主设计高效转子式选粉机的目的.研究内容论文主要进行以下研究内容：1.总结了类似产品的特点,进行理论分析,找出影响选粉机产量、产品细度的工艺参数。2.根据颗粒流体力学分级的基本理论以及颗粒在选粉区域的受力分析。从理论上建立选粉机产量、产品细度及选粉机功率的函数关系式3.根据科研开发项目中立磨主机规格,确定选粉机的结构形式,并通过对水泥厂家的调研,进行选粉机结构的优化设计。技术路线1.通过网络及情报所进行选粉机基础理论查询,掌握颗粒流体力学分级的基本理论以及颗粒在选粉区域的受力分析。2.分析出影响选粉机产量、产品细度的工艺参数。3.从理论上建立选粉机产量、产品细度及选粉机功率的函数关系式。4.确定出选粉机最优的结构形式,并设计出选粉机总图及部件图。2 设计方案2.1 工作原理选粉机出磨物料由选粉机上部加料口喂入,落到与转子一体的撒料盘上。转子随主轴转动是,撒料盘上物料在离心力的作用下沿径向甩出而分散于选粉室内。与旋转上升的气流相遇,在选粉室内分级圈表面附近的气流及分散于气流中的物料在分级圈的带动下与分级圈一起作高速旋转,而使气流中的物料受到较强的离心力,该力的大小可通过改变主轴的转速来调节。当转速增大时,该力也增大,此时如保持处理风量一定,则切割粒径将减少,产品变细;如转速降低,则产品变粗。在工作中产品的细度可根据其他结构调节控制,如风量、风速等。选粉机的选粉过程主要分为3个环节,即物料的分散、分级及细粒的分离。为保证选粉机具有良好的分级性能,设计时必须使3个环节得到妥善的解决,即物料充分、均匀分散,稳定的分级力场,机会均等、充分的物料分级和细粒的高效率分离。在设计中我们通过分析计算,以确定系统的主要参数,并依据这些参数进行电机选型,以及主轴、进风管、选粉室、分级圈、撒料盘、细粉出口、粗粉出口、进料口等结构的设计。2.1.1 传统转子筒的结构分析(1) 转子收尘器的工作原理：转子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，转子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。转子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。图2.1转子筒工作原理图(2) 转子收尘器内的流场和压力分布根据测定，气流在转子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。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，它与转子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：式中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，如图2.2。 图2.2 切向速度与径向速度 图2.3 轴乡向速度 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。根据上述流场可知，在转子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转子收尘中实际气流流速示意 图2.5转子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 ，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，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。2.1.2 创新方案对转子筒的结构进行创新，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。2.2 选粉机结构原理结构如下图： 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转子筒 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转子筒内分离。2.3 高效转子选粉机的结构所设计的高效选粉机其所产生的循环气流。而是由设备外的风机把风沿导向叶片送进选粉机内进入选粉室产生涡旋气流。选粉机成品细度可以通过变更各工艺参数及各部尺寸的相互关系来改变。具体做法有以下几点：首先可以改变上升气流风速。上升气流风速加大，分离粒径变大，风速变小，则分离粒径变小；其次调整离心力,离心力加大使成品变细，离心力减小则变粗。影响离心力的一是撒料盘的大小和风速，撒料盘加大，转速加快，离心力增加。二是转子大小，转速和数量。转子增大，转速加快，能增强颗粒由撒料盘获得的离心力。特别是转子还起到屏障作用，阻挡颗粒的通过，因此转子叶片数量的调整对细度特别敏感。再次改变选粉室内部尺寸。对新设计调整各部比例尺寸有可能改变成品控制细度。如提高增加高度产品细度，降低高度产品变粗。但在已有的选粉机上变动有困难，但拉开或推进平板起类似的作用。拉开使细度变粗，推进使细度变细。但这一措施，仅能起微调作用。在传动装置方面，由于原本所用的减速器价格比较高，易损件多，油耗大，更换麻烦且切停产时间长，对水泥企业的正常生产造成极大的影响。为此以皮带传动代替之。皮带传动故障率较低，维修及更换零件方便。而在课题中的选粉机电机和主轴两端的速比较大，如采用一级传动，会带来一系列问题，故采用带传动减速。原有电动机只需更换电动机端盖改成立式电动机。在内部的选粉力场改造上，首先改进撒料盘。为了使落到撒料盘上的物料具有较高的动能，把平面撒料盘改成波纹面，即在撒料盘平面上均匀的焊接8根角钢，且与水平线成30度，角向上，从而减少或避免物料在撒料盘上打滑，打转现象，使物料具有较高动能。物料在抛出撒料盘时能以较高的速度撞击壳体，进行二次分选破碎。再次改进转子,把原来的转子改为笼形转子,这样易于调节物料的粒径。2.3.1 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。2.3.2 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。2.3.3喂料口因为只有一个进料口，要把物料均匀的分布就需要物料经由多点分料器。将物料分成四路或更多路，分别由四点或多点喂到分散分离室。混合料进入选粉机的进料口，由喂料口喂入，经由多点分料器将物料分成四路或更多路，分别由四点或多点喂到分散分离室，该室是由安装在转子上的上部撒料盘及反击板等组成，物料流入到上部撒料盘上，随着转子的旋转，物料在撒料盘上改善了均布状况，并均匀地撒向四周，撞击到反击板上，成团物料或粗细物料处于悬浮分散状态，并进行初步的分散分离作用（一级悬浮分散分离）。2.3.4进风导向叶片在选粉机的进风口使用切向导风叶片，使选粉气流通过水平切线方向进入选粉室，形成个旋转涡旋气流。由于重力的作用，悬浮分散粗细分离的物料在分散状态下落入到导风叶和转子之间的分选区（选粉室）内，在分选气流和转子旋转的共同作用下，粉尘颗粒将同时受重力、风力和旋转离心力的作用，较小颗粒的物料随气流进入转子内（二级分级分离），经由配风室分四路进入转子筒。2.3.5转子筒由转子筒将大部分成品物料分离出来（三级成品气固分离），分离绝大部分成品后的气流经出口排出进入循环风机进行内部循环，而该循环气流中含有超细微粉成品，在循环风机的出口又将该循环气流的一部分引出送到后续的布袋除尘器进行收尘，对部分难以收集的细粉进行气固分离（四级微粉和超细粉气固分离），同时，由于循环气流中排出了一部分，在粗粉灰斗侧面安装有净气进风口，进入一部分净空气，一方面对落入到粗粉灰斗中的粗粉料进行再一次的清洗，将粘附在粗颗粒中的细物料再次分离出来，并送到上部选粉室内进行选粉分离（五级细粉分离），另一方面降低了选粉气流温度，再一方面，也降低了选粉浓度，有助于提高选粉效率。不合格的物料由选粉机内锥粗粉灰斗收集，通过粗粉（不合格物料）出口排出。该设备气流由一台循环风机供给，循环风机将气流通过一个进风管将气流送到选粉机进风处，通过一个切向进风导向叶片进行气体均布，该气流由下而上旋转上升，气流进入笼形转子与导向叶片的选粉空间内进行分级选粉，由于在循环过程中进出一部分气流，形成了内部部分循环气路系统。2.3.6内衬的处理耐磨瓷砖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,可采用耐磨瓷砖,改造选粉机的内衬。该方法结构简便,成本较低,寿命可提高二倍左右，并且容易更换。3 高效转子选粉机的设计计算3.1 主要技术参数的计算3.1.1 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 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 0.0453.1.2 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)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 。3.1.3 选粉室直径 已知产量Q=10-20t/h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。根据产量Q=10-20t/h, Q=7.2D2由经验公式得D=1.171.66,根据生产实际应用选取选粉室直径为1600mm, 转子筒直径d=0.438D=700.8mm.由经验比例得转子筒直径为700。选粉机转子和选粉室之间的距离需适中，过大或过小都将影响选粉效率。密封槽直径与密封环相配合。3.1.4 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= 1.13600S (3-3) = 1.136003.53.14() = 111413 (m/ s)式中：W 鼓风机风量，m/ s； 速度，3.44 m/s； S 选粉室截面积，m。3.1.5 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；电机功率(KW)：132。3.1.6 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) = 550/3.2 = 172 (r/min)3.2 传动部分设计3.2.1 电机的选择3.2.1.1 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。离心式选粉机的功率，可按经验公式（3-8）计算： N= KD (3-8) = 1.58(3.2) = 25.8(KW)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 选择电动机的功率电动机所需功率 (3-9)经分析计算得选粉机所需消耗的总功率 =25.8 KW ；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) = 0.960.995 = 0.9552由公式(3-9)得 (KW)根据经验，查机械设计手册 取电动机的额定功率= 75 KW3.2.1.4 确定电动机转速取V带传动的传动比 故电动机转速的可选范围为 =（24）172 (3-11) = 344688(r/min)3.2.1.5 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带的设计计算已知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，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。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(2)选择V带型号表4.6得工作系数，由式(4-22)=按、查图4.11，选D型V带选用D型V带2. 确定带轮直径、(1)选取小带轮直径(2)验算带速(3)确定从动带轮直径(4)计算实际传动比参考图4.11及表4.4，选取小带轮直径由式(4.8),查表4.4 23 m/s在525 m/s内，合适。取3. 确定中心距和带长(1)初选中心距(2)求带的计算基准长度(3)计算中心距(4)确定中心距调整范围由式(4.23) 由式(4.24)查表4.2得由式(4.25)由式(4.26)取 续表3-3 设计项目设计依据及内容 设计结果 4. 验算小带轮包角由式(4.12)合适5. 确定V带根数z(1)确定额定功率(2)确定V带根数z确定确定包角系数确定长度系数计算V带根数z由、及查表12-1-18,得单根D型V带的额定功率为和，用线性插值法求时的额定功率值由式(4.28)，查表12-1-18得查表4.8得查表4.2得取z=6根，合适6. 计算单根V带初拉力查表（4.1 ）得由式(4.29)， 续表3-3 设计项目设计依据及内容 设计结果7.计算对轴的压力由式(4.30),8.确定带轮结构尺寸，绘制带轮工作图，采用腹板式结构，采用辐条式结构，3.3 转子筒设计3.3.1 转子筒的收尘工作原理转子筒是利用含尘气体的高速旋转运动，通过尘粒离心力的作用，使尘粒从气流中分离出来并被捕集的收尘设备。转子筒由外圆筒、锥筒、顶盖、进气管、排气管、反吹屏等组成。进气管与外圆筒相切，排气管位于圆筒中心，其上还可装有蜗壳型出气口。如图3.1所示，含尘气体切向进入筒体后，沿筒内壁旋转，在同一平面上旋转360，被继续进入的气流挤压而旋转向下和向上流动。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筒壁，到达锥筒后，旋转半径逐渐减小，旋转速度逐渐增大。已分离的尘粒在重力和向下气流带动下落入外锥体收集。已净化的向下气体在锥体下端附近也被迫转向转子筒中心，形成旋转向上的气流，最后从气管排出。由于内部循环气流不够稳定，收尘的效果不是很理想。在原来的基础上作了一些修改，在外圆筒下部装上反吹屏，部分已净化的气体在反吹屏的作用下被迫先转向转子筒中心，同时加大了收尘空间，使得粉尘与壳壁碰撞的机会加大，还可以降低粉尘返混现象，分离效率进一步提高了。图3.1 转子筒 1、排气管；2、顶盖；3、进气口；4、外圆筒上部；5、外圆筒下部；6、反吹屏；7、锥筒3.3.2 转子筒的尺寸计算3.3.2.1 转子筒直径流经选粉室的风量与进入转子分离器的风量可视为相等，根据这一关系，可以算出转子分离器的直径。设A为转子分离器截面积，为其截面风速；A为转子分离器截面积，为其截面风速。则流经转子分离器的空气流量q= A，而流经选粉室的空气流量q= A。如果q = q,就有： (3-12) 转子分离器的截面风速取3.0 m/s，选粉室内截面风速取3.44m/s来计算，则=1.131.33。根据这两个截面比值关系，则可确定转子分离器的直径。转子分离器直径亦可按下式估算：d = 0.438D (3-13) = 0.4383.2 = 1.4 (m)式中：d 转子分离器直径1.4m 。3.3.2.1 结构尺寸结构上参照XCX转子收尘器，其工作阻力在588883。该收尘器对高浓度的粉尘具有良好的适应性。图3.2 转子筒结构尺寸如图3-2，参照尺寸：D=1400mm；D=700mm；D=762mm；D=350mm；D=388mm；H=5769mm；H=3985mm；H=420mm；H=924mm；H=100mm；H=1360mm；R=956.5mm；R=871mm；R=785.5mm；R=700mm； E=F=85.5mm；A=336mm；16孔mm；mm。实际采用尺寸：D=1400mm；D=700mm；D=780mm；D=350mm；D=410mm；D=230mm； D=1000mm；H=5688mm；H=2492mm；H=1980mm；H=340mm；H=108mm；H=1100mm；H=480mm；H=1500mm；H=780mm；R=956.5mm；R=871mm；R=785.5mm；R=700mm； E=F=85.5mm；A=760mm；24孔mm；mm。3.3.3笼子部分的计算N-500 风量Q=500 m3/min , 笼子直径1095.5 mm ，笼子高685 mm 笼子表面积 S=d h=1095.5590=2029523 mm2风速 v1=Q/S=500109/2029523=246363 mm/minN-1000 风量Q=1000 m3/min , 笼子直径1550 mm ，笼子高850 mm 笼子表面积 S=d h=1550850=4136950 mm2风速 v2=Q/S=500109/4136950=241724 mm/min根据上面计算，可推知N-750技术参数如下:风速 v=( v1+ v2)/2=244000 mm/min表面积 S= Q/v=750109/244000=3073770 mm2根据N-1000 笼子周长 c=d=1500=4710 mm 叶片数 n=96 叶片间距 = c/n=4710/96=49.06根据N-500 笼子周长 c=d=1045=3281 mm 叶片数 n=64叶片间距 = c/n=3281/964=51.27因此 取N-500叶片间距 =50 mm ,叶片数为80由c=d= n =8050=4000 mm 知d=1273.9 mm ,取d=1274 mm根据笼子直径1274 mm ,和由上算得的表面积S=3073770 mm2可计算出h=S/d=768.4 mm 取笼子高为770 mm计算笼子径向风速(理论值)已知: 笼子直径1274 mm 笼子高770 mm 风量 Q=750 m3/min计算如下：笼子表面积 S=d h=1274770=3.08106 mm2=3.08 m2笼子径向风速v= Q/S=12.5/3.08=4.06 m/s满足要求3.4 滴流装置在选粉机设计时，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，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，为此对滴流装置进行改进。方案一：滴流装置加上风轮结构。在壳体内部增加风轮的作用主要有二个：一是上圆盘的旋转起到第一个撒料盘的作用，叶片的旋转对物料起到再次分级的作用；二是形成稳定的循环气流。方案二：在滴流装置内腔加设约束内锥，以稳定分级区内的气体流场，增强二次分选的效果。 图3.3 滴流装置对二个方案进行比较，根据实际效果和工业经济考虑，采用方案二。结构尺寸如图3.3所示，是用厚度为6mm的扁钢焊接而成。3.5 内衬为防止物料直接冲刷、磨损机壳，选粉机通常装有内衬。过去在选粉室内装有铸石衬板内衬。铸石衬板在使用过程中，经常会由于震动或冲击而脱落。为了改善这一现象，以下是拟定的使用较多的几种方案。方案一：为了提高选粉机的内衬的耐磨性，表面材料采用硬度较高的95号氧化铝陶瓷材料。具体复面处理技术是: (1)调制粘结剂，并均匀涂布于复面范围内。(2)将陶瓷复面材料均匀复于磨损部位，复面后应压实一定时间直至粘实。冬季应保证操作室温25以上。(3)检查复合情况，用小木锤打击，看是否有松动现象，否则应局部去除，重新复合。(4)一切按规定完成后既可使用。通过实际使用，其使用寿命由原来七个月提高到四年未更换。效果非常理想，但是使用中也出现过局部掉块现象，其原因多是粘结剂未能涂均并压实所致、这种问题拆下局部修复即可。方案二：内衬的处理采用混凝土和铁皮替代铸石衬板。制造选粉机的内衬，具体方法是：在干净壳体上焊接若干铆固件，以保证混凝上与壳体连接牢固，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，在选粉机体与铁皮之间浇注混凝土。方案三：将光滑的选粉室内壁改成波纹式。混合料经撒料盘撒在波纹状的筒壁上，不会直接下落，而是向中心二次扬起。从工业经济和使用性能上比较，采用方案二，该方法简便，成本较低寿命可提高二倍左右。3.6 螺栓组连接的设计3.6.1 螺栓组连接的结构设计螺栓组连接结构设计的主要目的，在于合理地确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式。螺栓组联接结构设计的基本原则是：力求使各螺栓或联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。具体设计时，主要考虑了以下几个方面的问题：(1)连接接合面的几何形状应尽量简单。使螺栓组的形心和连接结合面的形心重合，且尽量设计成轴对称的简单几何形状。成轴对称的简单几何形状，如图3.4所示。(2)螺栓的布置应使各螺栓的受力尽可能合理 对于铰制孔用螺栓组连接，避免在平行于工作载荷方向成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓组连接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当地靠近结合面边缘，以减小螺栓的受力。受较大横向载荷的螺栓组连接应采用铰制孔或采用减荷装置。 (3)螺栓排列应有合理的间距和边距。布置螺栓时，螺栓轴线与机体壁面间的图3.4 常见螺栓布置方式图最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。有紧密性要求的重要螺栓组连接，螺栓的间距（图3.5）不得大于下列表3-4所给的值，但也不得小于扳手所需最小活动空间尺寸。 图3.5 圆形螺栓布置表3-4 螺栓间距工作压力/MPa1.61.64410101616202030/mm74.54.543.53(4)分布在同一圆周上的螺栓数目，应尽量取成4、6、8等偶数，以便于加工时分度和划线。同一螺栓组中螺栓的直径、长度及材料均应相等。(5)避免螺栓承受附加弯曲载荷。被连接件上螺母和螺栓头部的支承面应平整并与螺栓轴线垂直。在铸件、锻件等粗糙表面上安装螺栓的部位应做出凸台或沉头座，支承面为倾斜面时，应采用斜面垫圈。3.6.2 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接受力分析的目的，是根据连接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受力的大小，以便进行螺栓连接的强度计算。简化计算，分析螺栓组连接的受力时，一般假设：螺栓组中所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力都相同；螺栓组的对称中心与连接结合面的形心重合；受载后连接结合面仍保持为平面；螺栓的应变没有超出弹性范围。在选粉机壳体上的螺栓是受轴向载荷的螺栓组连接。受轴向载荷的螺栓组连接，载荷通过螺栓组的中心，计算时假定各螺栓平均受载。设螺栓数目为z，则每个螺栓上所受到的轴向载荷为 (3-14)式中 零件上的总拉力。由于受到螺栓及被连接件弹性变形的影响，每个连接螺栓实际所受轴向总拉力并不等于轴向工作载荷与预紧力之和。如图3.6所示，为受轴向载荷的螺栓组连接。 图3.6 受轴向载荷的螺栓组连接3.7 螺纹连接的强度计算3.7.1 螺纹连接的失效形式 在螺栓组连接中，单个连接螺栓的受力形式不外乎是轴向力、轴向力和扭距的联合作用力、横向剪切力及挤压力。在轴向力或轴向力与扭距的作用 ，螺栓产生拉伸或拉扭组合变形，主要失效形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，设计计算是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度。3.7.2 螺栓连接的强度计算计算下部筒体的连接螺纹直径。已知工作压力在00.2MPa之间变化，工作温度小于100，筒体直径D = 3780 mm,螺栓数目，各筒体法兰之间采用石棉橡胶板。 计算过程见表3-5，表中的公式、图表均参考文献2。表3-5 螺栓强度计算设计项目设计依据及内容设计结果1、计算螺栓受力(1)筒体法兰所受合力(2)单个螺栓所受最大工作载荷(3)剩余预紧力载荷稳定的一般连接，取，则 续表3-4设计项目设计依据及内容设计结果(4)螺栓所受最大拉力(5)相对刚度系数(6)预紧力查表13.9得，0.9由式(13.18),0.92、计算螺栓尺寸(1)选择螺栓材料(2)计算许用应力(3)计算螺栓直径(4)确定几何尺寸因螺栓受变载荷作用，故按静强度条件进行设计，按变载荷情况校核螺栓疲劳强度。Q235。查表13.7，取由式(13.21)得3、校核螺栓的疲劳强度(1)计算螺栓的应力幅(2)计算许用应力幅(3)疲劳强度校核由式(13.22),查表13.4得查表13.7得，并取，则由式(12.24)，疲劳强度满足要求结 论通过对高效转子式选粉机的工艺参数、结构优化和磨损机理的研究,得出以下结果根据基本理论,提出了选粉机产量、产品细度、选粉机功率的计算关系式,并以此为理论依据,设计出了用于分选水泥熟料、高炉矿渣用的高性能笼形选粉机。选粉效率与产品的细度控制指标、比表面积指标和水泥的强度指标有密切关系。高的选粉效率,同时形成太低的循环负荷,使磨机的台时产量下降太低的选粉效率,磨机的台时产量不会很高,而且会形成过粉磨现象,也可能出现较高的比表面积现象。通过分析研究,选粉效率控制在为宜选粉机的结构是影响产品产量、质量的一个重要因素,为此对该选粉机结构进行了改进、优化设计解决了壳体在运输、安装过程中因变形而导致选粉机传动的不稳定性、上壳体振动、噪音大的问题对主轴回转装置进行了优化设计,改善了轴承的受力条件及密封效果,极大的延长了轴承的使用寿命对转子部分的叶片进行优化设计,并通过分析、比较后,合理的选择了叶片的材料对选粉机的密封部
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