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技術 丨 選粉機的撒料原理及性能


【全文摘要】選粉機的工作原理選粉機的功能是將從磨機排出的粗細粉混合料按產品的細度或比表面積的要求,對合格產品與不合格的粗粉實現分離和收集,將不合格的粗粉送回球磨機重新粉磨。其總的工作原理是采用氣粉混合形成氣-固兩相流,使含塵氣流產生旋轉,粗粉粒獲得較大的慣性離心力,也產生較大的離析徑向運動速度,并以此實現粗細粉分離,同時采用相應的方法對粗、細粉分別進行收集,上述工作原理主要是通過三個功能來實現的。


一、 選粉機的工作原理

選粉機的功能是將從磨機排出的粗細粉混合料按產品的細度或比表面積的要求,對合格產品與不合格的粗粉實現分離和收集,將不合格的粗粉送回球磨機重新粉磨。其總的工作原理是采用氣粉混合形成氣-固兩相流,使含塵氣流產生旋轉,粗粉粒獲得較大的慣性離心力,也產生較大的離析徑向運動速度,并以此實現粗細粉分離,同時采用相應的方法對粗、細粉分別進行收集。上述工作原理主要是通過三個功能來實現的,這三個功能分別是:撒料、分級和成品收集。但不同類型的選粉機具體實現這三個功能的工作過程是不完全相同的。第一類離心式選粉機是采用下部撒料,空氣和粉體在機內循環來實現粗細粉的分離和收集的。它的特點是:由于空氣和粉料在機體內部循環,所以稱這種選粉機是內循環工作。第二類旋風式選粉機也是采用下部撒料,但空氣的進入是采取下部切向進風,在空氣進入和上升的過程中穿過撒料料幕,再經過旋轉風葉或錐形轉籠實現分級,經過分級的氣流將成品細粉帶出選粉室,從選粉室排出的含塵氣流再送入旋風筒進行氣粉分離實現成品收集。它的特點是:由于從旋風筒出來的干凈氣流再進入風機進行循環,所以稱這種選粉機是外循環工作。以O-Sepa為代表的第三類選粉機是采取上部撒料,這種撒料不是依靠撒料盤使粉料產生慣性離心力形成料幕,而是通過撒料盤布料后靠物料的自重進行自由落體形成料簾,平面切向進風,通過圓柱形轉籠形成柱面渦旋實現分級,成品細粉隨氣流排出選粉室進入除塵器實現細粉收集。它的特點是:由于該類選粉機采用了圓柱轉籠,能形成較為均勻的渦流場,因而有較好的分級效果,選粉效率較好,同時,除塵器出來的氣流直接通過風機排空,不進行循環工作。


二、 撒料機構的工作原理及分析


選粉機的撒料是選粉機主要工作過程中的第一步,它的作用是通過對混合物料的分撒,使其能與氣流充分交互,盡量讓符合要求的粉料能被氣流帶走,使其進入到選粉過程中的下一步的分級過程。但不同類型的選粉機的撒料機構和撒料原理不盡相同。從撒料與分級的位置關系上大體可分為兩類,一類是撒料在下,分級在上;另一類是撒料在上,分級在下?,F對這兩類型撒料機構的結構及性能分析如下:


(一)下部撒料原理及性能分析

離心式選粉機、旋風式選粉機及組合式選粉機及其改進型選粉機的撒料機構的設計被安排在分級機構的下部。由于這種結構一般都采用下部進風,氣流穿越撒料料幕,攜帶一部分粉塵形成含塵氣流,含塵氣流再進入分級區或分級機構實現粉體的分級。撒料質量可用氣流穿越料幕后攜帶粉塵的效果來衡量,在同樣氣流條件下撒料效果可用如下兩個指標來衡量,一個是合格細粉的攜帶率;另一個是不合格產品粗粉的攜帶率,分別用CX和CC來表示,它們的表達式分別為:

其中:Fxs:為隨氣流上升粉體中的合格細粉量,
Fxz:為粗細混合粉中的合格細粉總量,
Fxc:為上升粉體中不合格粗粉量,
Fs:為上升粉體總量


目前,市場上比較常見的撒料盤的型式有如下幾種:

1、  平板撒料盤

圖  1


平板撒料盤結構比較簡單如圖1所示,它是將從上方下落到撒料盤上的粉料通過撒料盤的旋轉,同時使物料產生徑向慣性離心力和徑向運動,使物料沿徑向和切向方向產生拋撒運動,使物料分散,在選粉機內的橫截面上形成一層料幕,來自機體下部的氣流穿過該料幕,將合格細粉和一部分粗粉帶入到分級區。由此可見拋撒的料幕越均勻、料幕越松散,同時在合適的氣流條件下帶走的合格產品的可能性越大。


該撒料盤除了有上述撒料機理以外還具有如下兩方面的功能:

(1)利用粗粉的自重實現預分級,該機構是利用具有一定速度的氣流將細粉由下而上帶入到分級區,理論上只有當氣流對粉體產生隨氣流上升的粘性力大于或等于細粉的自重,細粉才會隨氣流上升,因為氣流對細粉的粘性是表面力,物料的重力是體積力,因此較大粒徑的物料不容易被提升。從而實現物料的預分級功能。氣流速度越高,能被氣流帶走物料粒徑越大。

(2)利用物料產生的慣性離心力實現預分級,物料的拋撒是依靠撒料盤使物料產生旋轉運動,同時使物料獲得慣性離心力而產生徑向運動,同樣由于物料獲得的慣性離心力是體積力,因而大的物料也能獲得較大的慣性離心力和相對較小的粘性阻尼力,較粗物料產生較高的運動速度,會出現粗粉在前,細粉在后的情況,當撒料盤達到一定的旋轉速度時,粗粉就沖撞到四周的殼體上,這樣也可以實現預分級的目的。


但這種撒料方式也存在以下方面的不足:

(1)轉速問題

在離心式選粉機中撒料盤是采取和分級小風葉、細粉收集大風葉同軸的結構,在旋風式選粉機中撒料盤是和分級風葉或分級轉子同軸的,由于是同軸結構,所以工作中只能取一種轉速,但無論是離心式的大、小風葉還是旋風式的分級機構,都與撒料盤有不同的適宜轉速要求有關,一般情況下選粉機的轉速是以獲得合格產品為主,所以選粉機的轉速調節是依據分級轉子對速度的要求,不會考慮撒料盤的實際撒料情況,盡管在產品設計中會考慮撒料盤與分級系統之間的統一,但每一個用戶都會根據產品細度要求的不同和實際運行狀況來取不同的轉速,也就是說同樣的結構,不同的場合有不同的速度,因此一般情況下撒料盤很難有合適的旋轉速度。這就是平板撒料的最主要的缺陷。也無法通過改變撒料盤的結構和其他工作參數來克服。由此出現的現象有兩種:

A、一種是轉速不足,使得物料不能充分拋撒,造成一方面有較多的密集料群,另一方面是料幕不能覆蓋整個截面而形成空隙,這將影響細粉的攜帶效果。

B、另一種情況是轉速偏高,過高的轉速會將粉料形成過拋撒,使粉料沖擊到筒壁上,同樣會形成密集料群和較大的空隙。

(2)進料問題

這種下部撒料機構都是采用上部單點進料方式,由于是單點進入的粉料,它將落在撒料盤對應固定位置,這就造成撒料盤轉子偏載,更嚴重的是由于是單點落料,使得撒料盤不能在全圓周均勻拋撒,也就是說在可布料的圓環形截面上,會出現一個扇形區的空洞,氣流流經此處,無料幕過濾,造成浪費。

由于上述的轉速因素和單點進料的原因,實際上采用這種撒料方式,在布料截面上或大或小地都有空洞現象存在。


2、 螺旋漿撒料

圖 2


螺旋槳撒料盤結構如圖2所示,這種撒料裝置在結構上是采用若干傾斜葉片代替圓盤式的平面撒料裝置,將要拋撒的粉料下落到這些傾斜的葉片上,通過旋轉被拋撒的粉料形成若干片料幕在機體內錯開分布形成層疊,形成空間立體分散狀料幕,粉體疏松地分布在拋撒空間中,有利于氣流穿過時帶走細粉.顯然這種撒料效果優于平板撒料裝置.但平板撒料裝置存在的缺陷在螺旋槳撒料盤上仍然存在.


1、 無撒料盤裝置

現在市場上有一種組合式選粉機是采用無撒料裝置的下部布料的結構。該結構是采用下部進風,中部給料和布料,上部分級。它的撒料過程是通過中部進料落在一個圓錐體上,粉體在自重的作用下,下滑到圓錐體的下部邊緣,下落后形成環向料幕,進風口在圓錐體的下方,氣流穿過料幕將細粉攜帶上升進入分級區。這種結構是采用小直徑筒體和高速氣流以實現無撒料盤帶料上升,結構簡單。


這種結構主要存在的問題是:

1.導料圓錐結構大小受到限制。從布料的情況看希望有較大的底部直徑,這樣可以形成較薄的料幕,氣流穿過料幕時可以帶走更多的細粉,可以獲得較高的Cx。但較大的底部直徑一方面又將會減小氣流穿透速度,另一方面在經過圓錐體后的速度差會增大,這兩個因素都會影響細粉的攜帶率;圓錐底部直徑偏小時,料幕厚度大大增加,高速氣流穿過時易形成氣洞,也將會降低細粉攜帶率,同時粗紛攜帶量增加。

2.由于采用圓錐導料,存在粉料沿圓周分布不均的現象,這就形成沿圓周分布的料幕厚度不均,甚至形成空洞,這種空洞的影響對細粉攜帶率的影響較大。

這種機構一般是采用大風速帶料,再利用含塵氣流上升過程中氣流減速和粗粉自重大的特點實現預分級。下部氣流的進口與圓錐體之間的距離對粉料攜帶效果有較大的影響。


上部撒料原理及分析

以O-Sepa選粉機為代表的第三類選粉機的撒料機構是在分級區的上方,進風口與分級區等高。由于結構上的布置不同,形成的撒料機理和效果上有很大的區別。該結構的撒料過程和撒料機理是這樣實現的:待選粉料從分級區外殼的頂部進入,落入到分級轉籠上部的撒料盤上,該撒料盤也是與分級轉籠同步旋轉,使落入的粉料產生慣性離心力,并產生徑向和切向運動,將粉料拋撒到固定的緩沖擋板上,再沿緩沖擋板向下自由落體,形成沿圓周分布的垂直料幕,這種結構的粉料拋撒到這兒并沒有結束,料幕垂直下落的過程中,在實現粉料分級前,還要繼續完成物料分散的作業,在垂直料幕自由下落過程中,由于分級轉籠的旋轉產生較高的切向速度,而且在轉籠與導向葉片之間有較大的速度梯度,由于這兩方面的因素使得垂直下落的料幕被逐層剝離,使粉體與氣流充分混和形成氣固兩相流,只有在氣粉充分混合的情況下,才能取得后續較好的分級效果。

這種撒料機構的撒料效果對撒料盤的依賴不同于下部撒料的情況,該撒料裝置僅需要將落在撒料盤上的粉體沿圓周均勻分布就行,與徑向速度的大小、料幕分散程度無關,這種撒料的效果與下部撒料效果相比,對速度的要求并不敏感,盡管撒料盤也是與分級轉籠同軸,分級速度的調整對撒料并無太多的影響,粉料沿圓周的分布不僅可以依靠轉速調節,也可以依靠其他方法來控制。

目前這種形式的撒料裝置主要是兩方面不足; 一方面是粉料在撒料盤周向分布不均,尤其是上出風的結構使得撒料盤的環形面積變小,也就是粉料可運行的徑向距離太小,很難實現沿周向均勻分布,盡管目前有廠家在撒料盤上增加徑向隔板,使粉料能沿圓周運行更長一段距離,以實現均布的作用,但這種辦法只能在有限的范圍里改善撒料情況,而且這種方法也會帶來副作用,粉體集中于徑向隔板處,同樣會造成料幕厚薄不均的情況。 另一方面是如何盡快地將垂直下落的料幕分散,并隨氣流同步旋轉,如果料幕太厚,或粉體成團狀下落,甚至一直落到分級區的下方,這種料團雖也經過了分級區但實際上并沒有分級處理的過程,同理料幕分散過程越長,粉體參與分級的時間就越短,分級效果也就越差。


二、 撒料機構改進措施


針對上述撒料機構的撒料原理和性能分析提出如下改進措施:

1.對傳統的因單點卸料而引起的撒料不均的情況,可采用分料機構將一點進料改變成兩點下料或多點下料。讓撒料機構有對稱載荷,在同樣的轉速條件下,由原來一點落料360°撒料,變成兩點落料,每點180°或90°撒料,由此來提高撒料的均勻性。這種結構比較簡單,也易于實現。

2.采用雙撒料盤進行二次撒料,這種結構是在原撒料盤的上方,在落料管內再設置一個撒料盤。雙撒料盤的工作過程是這樣的:由上部進來的粉料首先落在上層撒料盤上,上層撒料盤將粉料拋撒撞擊在下料管的內壁,再由下料管內壁降落到下層撒料盤上,由下層撒料盤拋撒形成料幕。這樣可以在整個圓環截面獲得均勻一致的料幕。

3.采用向上彎曲的撒料板,形成向上拋撒的拋物線軌跡,這種結構對撒料盤的撒料效果對速度高低并不是很敏感,速度高或低時只能反映拋物線頂點的高與低,不會因速度過高或過低而形成料幕空隙。

4.采用撒料獨立驅動結構,可以獲得最合適的撒料轉速。但這種結構比較復雜,動力消耗較高。

5.上部撒料還可結合料氣混合裝置,使料氣提前混合,使其盡快進入分級狀態。


三、 總結


以上是對目前常見的各類選粉機的撒料機構進行結構、原理上的剖析,總結了各結構對撒料效果的影響并分析了其原因。提出了下部撒料效果的衡量依據——即合格細粉的攜帶率和不合格粗粉的攜帶率。同時提出了克服各類撒料裝置缺陷的改進措施,上述對撒料機構的改進方案均已獲國家專利保護,并已應用于工程實踐,取得了很好的效果。

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