風(fēng)籠式選粉機總體及其傳動設(shè)計【水泥圈流系統(tǒng)】【說明書+CAD+UG】

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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 1 概述 1.1 研究的目的與意義 隨著建筑業(yè)的發(fā)展，以及水泥顆粒方面的研究，人們對水泥顆粒的要求也來也科學(xué)，同時對相應(yīng)的水泥工業(yè)的粉磨系統(tǒng)業(yè)提出了相應(yīng)的要求。水泥的粉碎機對物料的粉碎主要是依靠研磨體對物料的沖擊、擠壓與研磨作用來實現(xiàn)的。這種沖擊及研磨作用是通過研磨體的表面?zhèn)鬟f給與之相接觸的物料的，屬于單顆粒粉碎。由于單顆粒粉碎的偶然性，使大量的能量消耗在研磨體之間及研磨體育磨機襯板之間的碰撞與磨損上，因而其效率很低。目前，一般在以下兩個方面加以改進，以提高球磨機的粉磨效率。一是改變內(nèi)部裝置。節(jié)能襯板、可調(diào)隔倉板的研制成功，為粉磨系統(tǒng)降低了能量。第二方面是改變粉磨系統(tǒng)，將原來的開路粉磨系統(tǒng)改為閉路粉磨系統(tǒng)。與之相應(yīng)的，選粉機也因技術(shù)發(fā)展的需要，為提高選粉效率，降低系統(tǒng)能耗，由傳統(tǒng)的第一代離心式選粉機、第二代旋風(fēng)式選粉機發(fā)展到第三代高效選粉機。 作為閉路粉磨系統(tǒng)的一個重要的配套設(shè)備—選粉機，雖然本身并無粉碎物料的作用，但其性能好壞直接影響到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，即影響到系統(tǒng)的粉磨效率、產(chǎn)量及能耗。因此，高效選粉機技術(shù)的研究具有重要意義。主要體現(xiàn)在以下幾個方面: A． 粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)降耗的要求。 與高效選粉機配套的粉磨系統(tǒng)，具有更高的粉磨效率、產(chǎn)量及較低的能耗。配有傳統(tǒng)選粉機的閉路粉磨系統(tǒng)，在生產(chǎn)一般細度的水泥時，單位能耗并不比開路低；生產(chǎn)高細度水泥時，盡管與開路比，電耗降低、產(chǎn)量提高，但與生產(chǎn)一般細度水泥相比，產(chǎn)量有較大幅度的下降。而如果采用高效選粉機，雖然也有類似現(xiàn)象，但其降低幅度明顯減小。 B ．水泥質(zhì)量要求的提高，也對選粉機提出了更高的要求 一方面是使用廠家對水泥質(zhì)量的要求提高，另一方面是人們對水泥質(zhì)量認識的進一步深入，使得在評價水泥質(zhì)量方面的一些觀點發(fā)生了變化。最初，作為水泥質(zhì)量主要指標之一的水泥細度是篩余控制的，用篩余控制只能反映成品中粗顆粒多少，不能反映全部顆粒的粗細情況；而后發(fā)展到比面積控制，水泥越細，比表面積越大。研究表明，水泥顆粒組成種不同粗細的顆粒對水泥水化性能的作用是不同的。3-30μm的顆粒是水泥的主要活性部分、承擔(dān)強度增大的主要粒徑。由此可見，水泥質(zhì)量與水泥成品中3-30μm顆粒的含量有很大關(guān)系。而在水泥粉磨作業(yè)中，要得到某一粒徑范圍含量較高，分布相對較窄的水泥產(chǎn)品，只有通過高校選粉機來調(diào)節(jié)、控制，否則難以實現(xiàn)。 C ．高效選粉機的研究成果，即可拓展到非金屬礦、化工、食品等行業(yè)的分選技術(shù)中；也對超細粉粉機技術(shù)的研究具有一定的參考價值，而超細粉的分級又是機械法制備超細粉領(lǐng)域中的一個關(guān)鍵技術(shù)。 1.2 選粉機的發(fā)展歷史 1.2.1 第一代選粉機 即離心式選粉機，或稱為普通空氣選粉機。該機是英國芒福特(Mumford)和穆迪( Moody)發(fā)明的。主要原理是借助于物料顆粒在氣流中，由于上升氣流的浮力、相對運動的氣體阻力、離心力、重力之間的平衡使大小不同的顆粒產(chǎn)生不同的等速運動而使顆粒分級。該機的特點是將空氣選粉機、循環(huán)空氣風(fēng)機以及從空氣中分選細粉的旋風(fēng)筒組合成一個單機系統(tǒng)。Gayco型和Sturtevant型選粉機為其代表。（如圖1.1和圖1.2所示）。 圖1.1 Gayco型選粉機構(gòu)造圖 圖1.2 Sturtevant型選粉機構(gòu)造圖 1.2.2 第二代選粉機 即旋風(fēng)式選粉機。該機于六十年代初由聯(lián)邦德國威達克公司為解決第一代選粉機在內(nèi)部循環(huán)的空氣選粉機存在的上述問題，改進而來的。該機主要特點是將離心式選粉機的氣流機內(nèi)循環(huán)改為外部循環(huán)供風(fēng)系統(tǒng)，帶多個小旋風(fēng)筒的空氣動態(tài)選粉機。用小旋風(fēng)筒代替大直徑外筒來收集細粉，提高了料氣分離的效率，使循環(huán)氣流中的含塵濃度大為降低，克服了顆粒沉降的干擾影響。同時粗粉在降落過程中增加了二次選粉的機會。這些措施較大地改善了選粉效果。在結(jié)構(gòu)方面亦可制成大規(guī)格以適應(yīng)水泥設(shè)備大型配套的需要。洪堡-維達格型旋風(fēng)式選粉機為其代表。（如圖1.3所示）。 圖1.3 洪堡—維達格型旋風(fēng)式選分機 1-電動機；2-減速器；3-進料溜槽；4-空氣除塵器；5-主軸承；6-旋風(fēng)收塵器頂部；7-下料管；8-分級帶；9-離心分級裝置；10-旋風(fēng)收塵器；11-回轉(zhuǎn)撒料盤；12-氣流；13-導(dǎo)向裝置；14-入孔蓋；15-細粉；16-錐形機殼；17-粗料室；18-粗粉；19-下錐體；20-粗料卸料口；21-細粉卸料槽；22-風(fēng)管；23-風(fēng)門調(diào)節(jié)閥；24-鼓風(fēng)機；25-電機； 1.2.3 第三代選粉機 即高效選粉機。良好的分散度是實現(xiàn)高效率分離的前提條件，也是使整個分離區(qū)的空間得到充分利用的關(guān)鍵。分散度不高是以前選粉機的一大缺點，高效選粉機就是為解決上述問題而出現(xiàn)的。1979年日本小野田公司開發(fā)了O - sepa選粉機是其典型的代表。它是一種高效渦流型選粉機，不僅保留了旋風(fēng)式選粉機外部供風(fēng)、循環(huán)氣流高效分離、二次選粉等優(yōu)點；而且應(yīng)用平面螺旋氣流選粉原理，以籠式轉(zhuǎn)子代替小風(fēng)葉，氣流通過導(dǎo)向葉片切線進入，在整個選粉區(qū)內(nèi)氣流穩(wěn)定均勻，從而消除了離心式選粉區(qū)內(nèi)風(fēng)速梯度、分離粒徑趨于均勻和邊壁效應(yīng)。顆粒自上而下有多次分選機會，最后又經(jīng)三次風(fēng)再次分選，因此分選效果好，其產(chǎn)量、動力消耗和水泥質(zhì)量都有很大的改善。（如圖1.4所示）。 圖1.4 O-Sepa高效選粉機示意圖 1.3 選粉機技術(shù)發(fā)展狀況 隨著新型干法窯的發(fā)展，水泥工業(yè)生產(chǎn)中的熱耗有了大幅度的下降，而電耗反而有所上升。因此，如何降低水泥生產(chǎn)占耗電的65%～70%的磨機粉磨作業(yè)中的電耗，是當前水泥工業(yè)工作者極為關(guān)注的課題，也是節(jié)能的重要課題。并已研究擠壓磨，新型立磨，高細磨和高效選粉機等機電設(shè)備，取得了降低粉磨電耗的效果。 當前，世界各國在粉磨生產(chǎn)作業(yè)中，都將開路系統(tǒng)改變?yōu)殚]路系統(tǒng)，降低電耗，在國際上水泥工業(yè)的粉磨系統(tǒng)，一向組合工藝，機械，電氣，組合機組發(fā)展；二在生產(chǎn)工藝上向采用高效選粉機方向發(fā)展；三向組合立發(fā)展。僅就選粉機來說，各國水泥公司開發(fā)部門都對選粉機進行了大量的研究工作，并紛紛推出各自的新型高效選粉機，如日本小野田的O-sepa選粉機，三菱公司的MDS型，F(xiàn)LS的Sepax型，西德伯力鳩斯的Caropol，石川島播磨公司的SD型，西德洪堡公司維達格的ZVB-J型選粉機，品種繁多，我國對O-Sepa選粉機作了技術(shù)引進。新型選粉機的特點可歸納如下： (1)在選粉機結(jié)構(gòu)中采用新的物料分散裝置，使入選粉機的物料能得到良好的分散度，提高β值，使其粗細顆粒均勻分散。 (2)在選粉機內(nèi)部控制空氣流向的裝置，盡力減少渦流對選粉機的干擾。 (3)擴大選粉機的粗細分離能力和區(qū)域部位，延長物料分選時間。 (4)在生產(chǎn)工藝中引入新的熱風(fēng)或冷風(fēng)，使之減少物料的內(nèi)循環(huán)，使選粉機具有烘干生料，冷卻水泥，還有微粉碎的功能。 (5)在分離上是使靜態(tài)和動態(tài)選粉機裝置，組成為一體化，稱之為組合機型，以簡化工藝流程。 總之，都是為了提高選粉效率，選出需要分級的產(chǎn)品，減少設(shè)備重量，簡化流程等等，以減低能耗，提高產(chǎn)量，有利于向高效化，組合化發(fā)展。 從世界各國統(tǒng)計，離心式選粉機在使用數(shù)量上占有較多地位，我國也是離心式選粉機為多，旋風(fēng)式選粉機在60年代開始開發(fā)的，O-Sepa選粉機在80年代引進的?，F(xiàn)在我國對第一、二代選粉機稍加改進，分別稱為離心式高效選粉機和旋風(fēng)式高效選粉機等，雖然有的還達不到高效的水平，但性能確有提高。高效渦流型選粉機相對于第一、二代選粉機，分選效果好，其產(chǎn)量、動力消耗和水泥質(zhì)量都有很大的改善。主要是由于采用籠式高效選粉機，雖然它以其卓越的性能得到人們的肯定，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造費用較高，還要增加收集成品的高濃度袋式收塵器，并且操作要求及管理要求也相應(yīng)較高，因此，對于中小水泥企業(yè)來說，是一個困難的決策。 針對我國的國情，在選粉機的發(fā)展上進行了多次的改進，也發(fā)展了各種各樣的高效選粉機。轉(zhuǎn)子式選粉機是在旋風(fēng)式選粉機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，結(jié)合了三種選粉機的結(jié)構(gòu)及性能特點，投資較省，選粉效率較高。采用離心力場作為分級力場，結(jié)構(gòu)上采用籠式轉(zhuǎn)子?？紤]到選粉機內(nèi)氣流運動及分布的特點，轉(zhuǎn)子采用倒錐形結(jié)構(gòu)，以保證粉機分級室內(nèi)分級力場的穩(wěn)定。 在100多年來選粉機雖有新的發(fā)展和改進，但未能脫離離心分離，運用機械旋轉(zhuǎn)葉輪或風(fēng)葉片等機械結(jié)構(gòu)的范疇內(nèi)，在減少物料的內(nèi)循環(huán)，提高分級分散性能方面，都做了大量的工作，都取得很大成果。 1.4 選粉機發(fā)展趨勢 隨著我國節(jié)能降耗的不斷深入，水泥行業(yè)要得到可持續(xù)發(fā)展，就必須走資源節(jié)約型、環(huán)保型的道路，這就要求我們發(fā)展高性能水泥，減少混凝土中水泥的用量。因此對水泥質(zhì)量和節(jié)能降耗提出了越來越高的要求。實際上這也是對選粉機的研究提出了方向，高性能選粉機的研究和開發(fā)應(yīng)是選粉機今后的發(fā)展趨勢。所謂高性能選粉機應(yīng)該是不僅選粉效率高，而且具有能明顯改善產(chǎn)品的顆粒分布、分級精度高、設(shè)備能耗低、磨耗低、阻力損失低等特點。優(yōu)秀的選粉機要求具有良好的分散功能、最先進的分級機理、廉價而實用的收集裝置。 2 總體方案論證 2.1 課題的來源、內(nèi)容和技術(shù)要求 現(xiàn)今設(shè)計高效實用的選粉機可以基于以下幾個關(guān)鍵技術(shù) ： a.懸浮分散技術(shù) 需選粉的物料首先要求有良好的分散性，特別是對于由于靜電吸附作用和水份超標而易造成結(jié)團的物料，只有良好的分散，才能更好的分級。在物料進入主選粉室前，進行緩沖均布物料，并對物料進行分散，對成團的物料和粗細顆粒進行初步的分離分級，使其進入主選粉室有一個更為充分的分散分離，給后續(xù)的選粉創(chuàng)造良好條件。 b.平面渦流分級技術(shù) 選粉氣流通過水平切向進入選粉室內(nèi)，形成一個旋轉(zhuǎn)渦流氣流，與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)籠形成一上下穩(wěn)定的內(nèi)外壓差，氣流穩(wěn)定均勻，物料顆粒在此基礎(chǔ)上有一個很穩(wěn)定的強力選粉離心力場，從而能達到精確的分級。 c. 內(nèi)循環(huán)收集技術(shù) 采用高效低阻旋風(fēng)筒，布置在主機周圍，形成一個整體，有效地簡化了系統(tǒng)的工藝流程，減少了占地面積，降低了后續(xù)布袋除塵器的負荷和要求，降低系統(tǒng)的一次性投資及裝機容量。 因此我們設(shè)計的選粉機結(jié)構(gòu)形式定型為渦旋式分離，旋風(fēng)筒收集。 2.2 改進設(shè)計方案 2.2.1 改造機理分析 對于圈流粉磨系統(tǒng)，要提高整個粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量，提高選粉機的選粉效率是重要手段之一。旋風(fēng)式選粉機選粉效率雖比離心式高，但一般也只能達到60％左右。為了提高選粉機選粉效率有些廠選擇較大規(guī)格選粉機或用兩臺串聯(lián)或并聯(lián)來降低選粉機負荷，這樣選粉效率雖有增加，但設(shè)備投資和電耗增加。有些廠在撤料裝置上進行改進，取得一些效果，但在根本上沒有大的改進?，F(xiàn)有使用的旋風(fēng)式選粉機存在問題主要有以下幾個方面： (1) 產(chǎn)品細度調(diào)節(jié)因難 旋風(fēng)式選粉機細度調(diào)節(jié)主要依靠調(diào)節(jié)風(fēng)葉的數(shù)量和循環(huán)風(fēng)量。風(fēng)量大時，容易地粗，風(fēng)量小時，細度能保證，但效率下降。如江西水泥廠也出現(xiàn)這樣的情況，選粉效率共有40％左右，循環(huán)負荷達400％以上、大量合格細粉更新回磨，磨頭冒灰嚴重，由于墊層作用，粉磨效率明顯降低。有些廠循環(huán)風(fēng)不敢用足，有的只使用風(fēng)機名牌風(fēng)量的一半，這不僅使能量完全消耗在擋板上，而且增大了料風(fēng)比。為了防止產(chǎn)品跑粗甚至用支風(fēng)管把循環(huán)風(fēng)直接導(dǎo)入選粉機上部旋風(fēng)筒進口處使氣流部分短路，造成選粉機氣料比和風(fēng)選能力大大降低。 (2) 撒料盤撒料不均勻 撤料盤多采用光板圓盤式．由于粉料和盤面有相對滑動，粉料在圓盤邊緣拋撤的初速度不高，使粉料拋落距離和分散性不夠； (3) 風(fēng)葉的負作用 靠風(fēng)葉控制細度的不足之處于：(1)當風(fēng)量大時不合格的粉隨氣流上升速度大于相鄰葉片旋轉(zhuǎn)速度就易跑粗。風(fēng)量小時合格細粉也會松葉片多次碰撞而落人粗粉中被收集，使效率下降。(2)葉片在重力分級區(qū)的旋轉(zhuǎn)．破壞了旋轉(zhuǎn)上升氣流的流向，嚴重干擾了氣流上升和顆粒沉降兩相流相對運動的規(guī)則運動。并占據(jù)了有效分級空間，氣流阻力也比較大。(3)葉片旋轉(zhuǎn)時，葉片背面負壓形成的氣體渦流極易使細粉反復(fù)吸附注分級區(qū)域，大大延長了細粉在分級區(qū)的停留時間。 (4) 分級力場不穩(wěn)定 在離心式選粉機內(nèi)，固體顆粒主要受重力Ｆｇ、離心力Ｆｃ、氣體阻力Ｆｄ三個力的作用（合力為Ｒ）。在分級區(qū)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)氣流的動力主要來自于小風(fēng)葉的作用，而小風(fēng)葉在旋轉(zhuǎn)過程中因其周圍各處的風(fēng)壓不同，導(dǎo)致各處氣流速度的大小與方向變化較大，旋轉(zhuǎn)氣流不能形成穩(wěn)定、均齊的分級力場。故在分級區(qū)內(nèi)，同一粒徑的顆粒在不同的位置會受到大小與方向都不同的合力作用；同一粒徑的顆粒在同一位置不同時間所受的合力也不同。這種顆粒受力情況的不穩(wěn)定，使選粉機無恒定的分級粒徑ｄｃ，導(dǎo)致粗細粉互混的現(xiàn)象嚴重。同時，由下而上的分級氣流在分級區(qū)上部蓋風(fēng)板處，因突然變向而形成一死角，在死角內(nèi)形成的局部渦流會干擾分級區(qū)的流場。另外，機壁效應(yīng)的存在，也影響細粉的分離，使部分細粉與粗粉一起碰到內(nèi)壁而沉降。 (5) 物料分散不充分、不均勻 物料在選粉機內(nèi)主要靠撒料盤的離心力拋出分散，不可能在整個截面上均勻分布；分級區(qū)內(nèi)流場的不穩(wěn)定更加劇了物料的分散不均。另外，選粉機內(nèi)筒體直徑較大，雖有二次分選的滴流裝置，但由于垂直氣流速度較低，氣流對物料的二次洗刷作用較弱，物料分散情況得不到有效改善。而物料充分、均勻的分散是實現(xiàn)高效分級的前提。選粉機循環(huán)風(fēng)量的大小直接影響粉塵的攜帶能力，從而影響選粉效率與系統(tǒng)產(chǎn)量。因小葉片的轉(zhuǎn)動無法有效控制產(chǎn)品細度，若循環(huán)風(fēng)量過大將使產(chǎn)品變粗，達不到工藝要求。因此，多數(shù)廠在實際生產(chǎn)中，其循環(huán)風(fēng)機的閥門開度只有７０％左右，造成物料分散不充分，物料在水平匯總管道處沉積，選粉效率與系統(tǒng)產(chǎn)量較低等情況。 2.2.2 改進方法 選粉機對物料的分選過程可分為物料的分散、分級與細粉（成品）的分離三個環(huán)節(jié)。從上述分析中可知，旋風(fēng)式選粉機在物料的分散和分級兩環(huán)節(jié)上都存在缺陷。改造中結(jié)合O-Sepa高效選粉機技術(shù)，對旋風(fēng)式選粉機進行了結(jié)構(gòu)改造。 (1) 拆除風(fēng)葉，在原風(fēng)葉盤上安裝籠式轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子表面自然形成固定的分級面，其中籠式轉(zhuǎn)子的設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際處理風(fēng)量及要求的產(chǎn)品細度確定。當外形尺寸一定時，分級葉片的數(shù)量（即兩葉片的間距）是影響產(chǎn)品細度與選粉效率的重要因素。分級葉片數(shù)量過多，兩葉片間距小，則產(chǎn)品細、選粉效率與系統(tǒng)產(chǎn)量低；反之，則產(chǎn)品細度難于控制。 (2) 將主軸驅(qū)動電機改為調(diào)速電機（或采用變頻調(diào)速）。改為調(diào)速電機后，選粉機分級力場的強度可通過改變電機轉(zhuǎn)速靈活調(diào)節(jié)，以改變分級區(qū)內(nèi)顆粒的受力情況，控制分級的切割粒徑，達到調(diào)節(jié)產(chǎn)品細度與粒度組成的目的。若原選粉機已用調(diào)速電機或變頻調(diào)速，則改造中可保留，但需進行傳動功率的核算。 (3) 改造撒料盤 提高拋撒能力，使物料能比較均勻地分散于分級區(qū)內(nèi)； (4) 在電機功率許可的情況下，通過改變皮帶輪速比、加大風(fēng)機主軸轉(zhuǎn)速來提高循環(huán)風(fēng)量。如前所述，原選粉機用風(fēng)不足主要是因為由小風(fēng)葉組成的分級結(jié)構(gòu)無法很好地控制產(chǎn)品細度而跑粗，導(dǎo)致選粉效率與產(chǎn)量都較低。采用籠式轉(zhuǎn)子后，細度控制靈敏、不跑粗，風(fēng)量增加，能很好地改善物料的分散情況，提高對物料的攜帶能力，而提高選粉效率與產(chǎn)量。 2.3 創(chuàng)新設(shè)計方案 2.3.1 傳統(tǒng)旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)分析 (1) 旋風(fēng)收塵器的工作原理： 旋風(fēng)收塵器是使含塵氣體產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)運動，通過對塵粒施加離心力而使粒子從氣流中分離出來的干法收塵設(shè)備。如圖2.1，旋風(fēng)收塵器外殼是由外圓筒和錐筒組成，外圓筒頂端處封閉，其中心有一排風(fēng)管。氣體進口管位于筒側(cè)并與外圓筒相切。錐底設(shè)有灰倉和鎖風(fēng)閥門。 旋風(fēng)收塵器內(nèi)的流場和壓力分布： 操作時，含塵氣體切向進入筒體，沿器內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)。在同一平面上旋轉(zhuǎn)360度后，被繼續(xù)進入的氣流擠壓而旋轉(zhuǎn)向下或向上流動。向上的氣流被頂蓋擋住并返回。向下的氣流在旋轉(zhuǎn)過程中塵粒在離心力的作用下甩向器壁，并在重力和向 下的氣流帶動下落入灰倉。以凈化的氣流于圓錐底部被迫轉(zhuǎn)向收塵器中心，形成旋轉(zhuǎn)向上的氣流，最后排出排氣管。 圖2.1旋風(fēng)筒工作原理圖 (2) 旋風(fēng)收塵器內(nèi)的流場和壓力分布 根據(jù)測定，氣流在旋風(fēng)收塵器內(nèi)呈復(fù)雜的三維流動，器內(nèi)任何一點上都存在著切向速度、徑向速度和軸向速度。 切向速度是控制氣流穩(wěn)定，使含塵氣體產(chǎn)生慣性離心力的主要因素，它與旋風(fēng)收塵效率和阻力損失關(guān)系最大。在外旋流中，由于壁面摩擦和氣流的粘性，使切向速度與旋轉(zhuǎn)半徑有如下關(guān)系： 式中 D為外筒直徑（m）;T為氣體絕對溫度（K）。一般n=0.5-0.9 內(nèi)旋流中類似于剛體的旋轉(zhuǎn)運動，即 根據(jù)上述兩種情況，在離軸心一定的距離處，具有最大的切向旋轉(zhuǎn)速度，如圖2.2所示。將此作為分界面，其外稱外旋流，切向速度接近中心時趨于上升；其內(nèi)稱內(nèi)旋流，切向速度趨于下降。 徑向速度也分為兩種：外旋流處是向心的;內(nèi)旋流處則從軸心向外流動。較要低得多，如圖2.2。 圖2.2 切向速度與徑向速度 圖2.3 軸鄉(xiāng)向速度 軸向速度 在近壁處向下，而在中心區(qū)域向上，且數(shù)值較大，如圖所示2.3。根據(jù)上述流場可知，在旋風(fēng)收塵器內(nèi)具有一個向心氣流速度 ，此氣流把粉塵帶向中央，此力稱為向心力。同時，由于向心的徑向速度存在，使氣流并非全部沿壁旋轉(zhuǎn)向下，再旋轉(zhuǎn)上升進入排氣管，而是一部分氣流以向心徑向速度在中途離去，如圖2.4。形成渦流。 圖2.4旋風(fēng)收塵中實際氣流流速示意 圖2.5旋風(fēng)收塵器中渦流 切向流速和徑向流速對收塵效率起主導(dǎo)作用。前者產(chǎn)生徑向加速度 ，因而使塵粒在半徑方向上進行由里向外的離心沉降，把塵粒推到圓筒壁而被分離；后者是使塵粒在徑向上由外向里推到中心部渦核而隨上升氣流從排氣管逸出。這是流場中諸流速分量中的一對矛盾，可稱為主流。此外，還有軸向速度和徑向速度構(gòu)成的次流，一般可能有兩種次流：筒體次流和錐體次流。對應(yīng)于筒體次流就產(chǎn)生上灰環(huán)，而對應(yīng)于錐體次流就產(chǎn)生下灰環(huán)，如圖2.5所示。上灰環(huán)使原來已分離在圓筒邊壁的粉塵先沿外筒壁向上移動，然后沿頂蓋向內(nèi)移動，又沿內(nèi)筒外壁向下移動，最后短路而排入排氣管，造成不良后果。下灰環(huán)是一方面推動已捕集在錐體邊壁的粉塵向下推移，最后推入灰倉，這是有利的；另一方面在中心處易將已捕集的粉塵再次揚起。 2.3.2 創(chuàng)新方案 對旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，在渦殼處延長進口管。穩(wěn)定粉塵的流動方向。減少筒體次流的影響，防止上灰環(huán)使原來已分離在圓筒邊壁的粉塵先沿外筒壁向上移動，然后沿頂蓋向內(nèi)移動，又沿內(nèi)筒外壁向下移動，最后短路而排入排氣管現(xiàn)象的發(fā)生。同時，在筒體下部和錐體處開圓周口，讓粉體提前分離，防止錐體次流的影響，將中心處已捕集的粉塵再次揚起。 2.4 改進后的選粉機結(jié)構(gòu)原理 結(jié)構(gòu)如下圖 圖2.6 選粉機結(jié)構(gòu)原理圖 1 電動機 2 小帶輪 3 大帶輪 4 主軸 5 上輪轂 6 下輪轂 7 小葉片 8 格板壓板 9 撒料擋圈 10 導(dǎo)向葉片 11葉片 12 導(dǎo)向葉片底座 13 底座 14 漏斗 15 粗料出 16 出風(fēng)管 17立筒 18旋風(fēng)筒 19入風(fēng)口 20 入料口 機體分選原理： 電動機(1)帶動小帶輪(2)，然后通過大帶輪(3)使主軸(4)旋轉(zhuǎn)，主軸(4)通過上輪轂(5)和下輪轂(6)帶動整個籠子，使其繞軸旋轉(zhuǎn)，料粉從入料口(20)進入筒體，落到格板壓板(8)上，由于離心力及小葉片(7)產(chǎn)生的風(fēng)力的作用，料粉將會向周圍均勻散開，當料粉撞擊到撒料擋圈(9)上時，將會開始下落，這時，從入風(fēng)口(19)進來的空氣流將穿過導(dǎo)向葉片(10)形成有向風(fēng)，由于其他地方密封，所以氣流只能攜帶下落的粉塵從葉片(11)通過，在通過葉片時，粉塵粒子將被葉片撞擊，由于離心力的作用及撞擊力，粒徑比較大的粉粒將被甩出，撞擊到導(dǎo)向葉片上，然后下落，從導(dǎo)向葉片底座(12)與底座(13)之間的環(huán)形孔下落到漏斗(14)中去，然后順著漏斗進入粗料出口(15)，最終被分離出來。 氣流從殼體的切向進風(fēng)口水平導(dǎo)入機內(nèi)，穿過導(dǎo)向葉片，與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用相結(jié)合，形成強烈的水平旋流，強大的剪切力能將物料團塊打碎，給高效選粉創(chuàng)造條件，避免合格細粉旁路，未經(jīng)選出就進入粗粉和磨機的喂料系統(tǒng)固定的豎向?qū)蛉~片確保在整個選粉區(qū)內(nèi)壓力降恒定，并使其流方向一致，可避免物料和氣流向阻力最小的區(qū)域流動。轉(zhuǎn)子的多層水平格板產(chǎn)生一個水平的渦旋流，一方面可消除層流，另一方面可以促進氣流的渦旋流動，因而可使物料在選粉區(qū)的停留時間延長，有利于粉粒的精確選粉。 粗顆粒在通過窄而長的分離區(qū)下落過程中，不斷受到水平切向氣流的沖刷，將粘附在其上的細粉不斷地沖刷下來，進入到籠形轉(zhuǎn)子的中部。偶爾尚存的粉料團會被轉(zhuǎn)子葉片繼續(xù)擊散，同時還能精確地控制最大顆粒。隨氣流逸出選粉室的細粉，被分散引入四個等距離布置在選粉室四周的旋風(fēng)筒內(nèi)分離。 2.5 應(yīng)用技術(shù)及其效益預(yù)測 選粉機的上述改造方案已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，取得良好的改造效果。 2.5.1 選粉效率與粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量明顯提高 表2-1 三代選粉機技術(shù)性能比較 項目 單位 選粉機型 離心式 旋風(fēng)式 O-Sepa 磨機規(guī)格 m Φ4.16×11.72 Φ4.12×12.74 Φ4.16×11.72 磨機風(fēng)速 t/min 14.8 14.8 14.8 磨機電動機功率 kW 3300 3400 3300 選分機臺數(shù) 臺 2 1 1 磨機產(chǎn)量 t/h/% 85/100 98/115.3 105/123.5 單位電耗 MJ/t/% 153.4/100 136.8/89.2 125.3/81.7 循環(huán)負荷 % 160 117 424 細 度 比表面積 cm2/g 3400 3300 3240 +33μm % 18 18 20 +88μm % 1.2 0.6 0.2 由表2-1可見，??O-Sepa型高效選粉機比離心式選粉機的產(chǎn)量提高23.5%，單位電耗降低了18.3%，比旋風(fēng)式選粉機產(chǎn)量提高7.1%，電耗降低8.4%。 我們的設(shè)計的選粉機在結(jié)構(gòu)上更加優(yōu)化，應(yīng)該能夠取得更好的效果。 (1)在法國考米里斯水泥廠的應(yīng)用效果 在法國巴黎附近的拉法日水泥公司的考米里斯水泥廠，安裝一臺HP7型Φ200×800 mm，功率為2×500=1000 kW的MR輥壓機，與一臺功率為1250 kWΦ3×11.5 m中卸磨和O-Sepa N-2000型高效選粉機組成的混合粉磨系統(tǒng)，袋收塵的處理風(fēng)量為12000 m3/h，新裝這臺選粉機代替了原來兩臺Φ4.2 m的離心式選粉機，而且大大地改善了選粉性能，減少了占地面積。改造后產(chǎn)量提高了134.4%，單位產(chǎn)品電耗卻下降了29%，接近于30%。 (2)在我國淄博水泥廠的應(yīng)用效果 我國山東淄博水泥廠為擴大生產(chǎn)能力，決定將Φ1.83×6.4 m的生料磨拆掉，改換Φ2.4×7 m的生料磨并配用O-Sepa高效選粉機，這樣原有廠房可以不動。經(jīng)過1300小時的運轉(zhuǎn)，取得了滿意的效果。改后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)量提高了13.25%，電耗下降了12%，系統(tǒng)調(diào)整靈活，細度容易控制，運轉(zhuǎn)可靠，粉塵污染小。 2.5.2 應(yīng)用技術(shù) a. 籠式轉(zhuǎn)子自重比原小風(fēng)葉雖有所增加，但可通過適當提高加工精度來保證其運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。因此，改造時原傳動部分結(jié)構(gòu)及傳動功率可不變。 b. 在改造過程中，為達到系統(tǒng)參數(shù)的最優(yōu)化，應(yīng)對磨機鋼球級配等工作參數(shù)及襯板類型等作相應(yīng)調(diào)整，調(diào)整后出磨細度一般控制在３０％～３５％。 c. 在改造后的實際運轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機處理風(fēng)量對選粉機性能及系統(tǒng)產(chǎn)量有顯著影響。由于是改造項目，選粉機結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)風(fēng)管尺寸及其布置均受工藝條件限制。線路長、彎頭多，則系統(tǒng)阻力較大，風(fēng)機往往達不到設(shè)計要求的處理風(fēng)量而影響改造效果。生產(chǎn)中可通過二條途徑來解決： (1)設(shè)計選型時可適當提高風(fēng)機型號、規(guī)格，并盡量使工藝布置合理； (2)在風(fēng)機電機功率允許的情況下，通過改變速比（皮帶輪大?。┨岣唢L(fēng)機轉(zhuǎn)速，來增加風(fēng)機的風(fēng)量與壓頭。 2.5.3 結(jié)論 ??? 利用高效籠式選粉機技術(shù)對傳統(tǒng)旋風(fēng)式選粉機進行技術(shù)改造，可明顯提高選粉機的選粉效率與粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量，產(chǎn)品細度調(diào)節(jié)方便，設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，具有很高的推廣應(yīng)用價值和廣泛的市場應(yīng)用前景。 3 具體設(shè)計說明 3.1 主要技術(shù)參數(shù)的計算 3.1.1 主要工藝尺寸 選粉機內(nèi)相關(guān)的工藝尺寸將影響選粉機的選粉性能。不同類型的選粉機，為適應(yīng)不同的工藝要求，其各部分的相對尺寸比例也不相同。但是由于選粉機調(diào)節(jié)因素較多，靈活性較大，我們可以尋求一個統(tǒng)一的基本尺寸作為設(shè)計和生產(chǎn)中調(diào)整的依據(jù)，再配合可變的其他工藝參數(shù)，就能滿足不同的需要。選粉機各部的相對尺寸可以看作為直徑的函數(shù)，并可視為簡單的比例關(guān)系。這些關(guān)系可以對實際生產(chǎn)的選粉機通過統(tǒng)計并結(jié)合典型選粉機的相對尺寸來確定。其關(guān)系如表3-1如下： 表3-1 高效二次風(fēng)選粉機各部工藝尺寸 各部尺寸名稱 符號 比例值 選粉機直徑 D 1 內(nèi)筒直徑 d 0.70 小風(fēng)葉直徑 d2 0.60 撒料盤直徑 d3 0.33 小風(fēng)葉底至壓風(fēng)板距 h1 0.11 撒料盤至壓風(fēng)板距 h2 0.15 小風(fēng)葉寬度 b2 0.045 3.1.2 生產(chǎn)能力 實踐表明，選粉機的生產(chǎn)能力與選粉室面積大小成比例。根據(jù)生產(chǎn)實踐的數(shù)據(jù)近似地換算成與選粉機內(nèi)錐體直徑的比例關(guān)系。 對于生產(chǎn)在0.080mm方孔篩余為8%的水泥生料時可用下列公式來估算： Q= 7.2 D (3-1) 式中：Q — 高效二次風(fēng)選粉機的產(chǎn)量，t / h； D — 選粉機直徑，m。 亦可采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)來計算：對于生產(chǎn)#325和#425 水泥時，選粉室單位面積產(chǎn)量為6～17 t / m h 。 3.1.3 選粉室直徑 已知產(chǎn)量Q= 70～90 t / h 根據(jù)式（4-1）可知： D= (3-2) = 118～3.536 (m) 因此，取D= 3.2 m 。 由公式(3-1) Q = 7.2 D = 7.2×3.2 = 74 (t / h) 3.1.4 風(fēng)量 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當操作溫度為100℃，產(chǎn)品細度為80um，高孔篩篩余是6%～8%，粉料濃度為500g/m時，一般選粉室中截面氣流上升速度，取ν=3.4～4m/s，根據(jù)選粉室中截面氣流上升速度算出風(fēng)量后，考慮到漏風(fēng)量，增加10%，即可作為風(fēng)機的風(fēng)量。 W= 1.1×3600νS (3-3) = 1.1×3600×3.5×3.14×() = 111413 (m/ s) 式中：W — 鼓風(fēng)機風(fēng)量，m/ s； ν— 速度，3.4～4 m/s； S — 選粉室截面積，m。 3.1.5 風(fēng)機選型 風(fēng)機的風(fēng)壓一般取2.35kPa(20℃)， 一般通風(fēng)換氣及逆風(fēng)故選取離心通風(fēng)機，選粉機的體外風(fēng)機可以依上查閱參考文獻[1]，采用推薦的常用風(fēng)機型號。 型號：KXJF—N01613； 轉(zhuǎn)速(rpm)：900； 風(fēng)壓(Pa)：2684； 風(fēng)量(m)：136430； 電機功率(KW)：132。 3.1.6 主軸轉(zhuǎn)速 選粉機的主軸轉(zhuǎn)速可按下式估算： nD= 300～500 (3-4) 式中：n — 選粉機主軸轉(zhuǎn)速，r/min ； D — 選粉機直徑，m 。 選粉機直徑愈大，所取nD值也愈大。對于直徑為3.5m以上的選粉機，nD值宜取550mr/min左右。 取nD= 550, 則n= (3-5) = 550/3.2 = 172 (r/min) 3.2 傳動部分設(shè)計 3.2.1 電機的選擇 3.2.1.1 選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式 按工作條件和要求，采用調(diào)速電機，選用YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動機，為立式封閉結(jié)構(gòu)。 3.2.1.2 選粉機功率 由于沒有轉(zhuǎn)子式選粉機功率的計算公式，故采用離心式選粉機的功率計算公式，并結(jié)合經(jīng)驗得到。 離心式選粉機的功率，可按經(jīng)驗公式（3-8）計算： N= KD (3-8) = 1.58×(3.2) = 25.8(KW) 式中：N — 離心式選粉機的所需功率，KW ； K — 系數(shù)，一般取1.58 ； D —選粉機直徑，m 。 3.2.1.3 選擇電動機的功率 電動機所需功率 (3-9) 經(jīng)分析計算得選粉機所需消耗的總功率 =25.8 KW ； 由經(jīng)驗及實踐選擇，整個傳動過程中有一對軸承電機采用V帶傳動,它們的傳動效率可查閱機械設(shè)計手冊得出如下表3-2。 表3-2 機械傳動效率 類 別 傳 動 形 式 效 率（%） 帶 傳 動 V 帶 傳 動 0.96 軸 承（一 對） 滾動軸承（球軸承取最大） 0.99 ～ 0.995 從電動機至攪拌機的主軸的總效率為 (3-10) = 0.96×0.995 = 0.9552 由公式(3-9)得 (KW) 根據(jù)經(jīng)驗，查機械設(shè)計手冊 取電動機的額定功率= 75 KW 3.2.1.4 確定電動機轉(zhuǎn)速 取V帶傳動的傳動比 故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為 =·=（2～4）×172 (3-11) = 344～688(r/min) 3.2.1.5 電機選擇 結(jié)合實際生產(chǎn)，選擇YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動機，技術(shù)參數(shù)如下： 型號：YCT355-4B； 功率：75KW； 調(diào)速范圍：1320～440 r/min； 額定轉(zhuǎn)距：469 N·m； 電源：三相交流50HZ 380V。 3.2.2 V帶的設(shè)計計算 已知V帶所需傳遞功率P = 75KW，由YCT系列電磁調(diào)速三相異步電動機驅(qū)動，調(diào)速范圍=1320～440 r/min,從動輪轉(zhuǎn)速=172 r/min，每天工作24小時。采用立式安裝，初定i為2.2，計算過程如表3-3，下表所出現(xiàn)的公式、圖表均出于參考文獻[2]。 表3-3 V帶計算過程 設(shè)計項目 設(shè)計依據(jù)及內(nèi)容 設(shè)計結(jié)果 1. 選擇V帶型號 (1)確定計算功率 (2)選擇V帶型號 表4.6得工作系數(shù)，由式(4-22) =· 按、 查圖4.11，選D型V帶 選用D型V帶 2. 確定帶輪直徑、 (1)選取小帶輪直徑 (2)驗算帶速 (3)確定從動帶輪直徑 (4)計算實際傳動比 參考圖4.11及表4.4，選取小帶輪直徑 由式(4.8), 查表4.4 23 m/s 在5～25 m/s內(nèi)，合適。取 3. 確定中心距和帶長 (1)初選中心距 (2)求帶的計算基準長度 (3)計算中心距 (4)確定中心距調(diào)整范圍 由式(4.23) 由式(4.24) 查表4.2得 由式(4.25) 由式(4.26) 取 續(xù)表3-3 設(shè)計項目 設(shè)計依據(jù)及內(nèi)容 設(shè)計結(jié)果 4. 驗算小帶輪包角 由式(4.12) 合適 5. 確定V帶根數(shù)z (1)確定額定功率 (2)確定V帶根數(shù)z 確定 確定包角系數(shù) 確定長度系數(shù) 計算V帶根數(shù)z 由、及查表12-1-18,得單根D型V帶的額定功率為和，用線性插值法 求時的額定功率值 由式(4.28)， 查表12-1-18得 查表4.8得 查表4.2得 取z=6根，合適 6. 計算單根V帶初拉力 查表（4.1 ）得 由式(4.29)， 續(xù)表3-3 設(shè)計項目 設(shè)計依據(jù)及內(nèi)容 設(shè)計結(jié)果 7.計算對軸的壓力 由式(4.30), 8.確定帶輪結(jié)構(gòu)尺寸，繪制帶輪工作圖 ，采用腹板式結(jié)構(gòu)， ，采用輻條式結(jié)構(gòu)， 3.3 旋風(fēng)筒設(shè)計 3.3.1 旋風(fēng)筒的收塵工作原理 旋風(fēng)筒是利用含塵氣體的高速旋轉(zhuǎn)運動，通過塵粒離心力的作用，使塵粒從氣流中分離出來并被捕集的收塵設(shè)備。旋風(fēng)筒由外圓筒、錐筒、頂蓋、進氣管、排氣管、反吹屏等組成。進氣管與外圓筒相切，排氣管位于圓筒中心，其上還可裝有蝸殼型出氣口。 如圖3.1所示，含塵氣體切向進入筒體后，沿筒內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，在同一平面上旋轉(zhuǎn)360°，被繼續(xù)進入的氣流擠壓而旋轉(zhuǎn)向下和向上流動。向上的氣流被頂蓋擋住并返回。向下的氣流在旋轉(zhuǎn)過程中，塵粒在離心力的作用下甩向筒壁，到達錐筒后，旋轉(zhuǎn)半徑逐漸減小，旋轉(zhuǎn)速度逐漸增大。已分離的塵粒在重力和向下氣流帶動下落入外錐體收集。已凈化的向下氣體在錐體下