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FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機的設計與改造
摘 要
傳統(tǒng)旋風選粉機因分離效率低而影響粉磨產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，采用導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器技術(shù)取代傳統(tǒng)單出風口分離器對傳統(tǒng)旋風選粉機改造后，降阻節(jié)能作用顯著，分離效率明顯提高，其提高部分恰是捕集細粉增加部分，因而產(chǎn)品細度改觀，比表面積增大。產(chǎn)量也隨之提高了。
關(guān)鍵詞：旋風分離器；選粉機；雙出風口；細度
Abstract
Tradition whirlwind powder selecting machine had low separation efficiency,it influence the output and quality of the powder products.Adopting water conservancy diversion mouth but the mode one pair of air outlets whirlwind separator technology replaced the tradition single air outlets separator.After transformated the tradition whirlwind powder slecting machine ,the reduce obstruction function was remarkable.The separation fficiency obvious improved.It was the lucky catch and collect thin powder of the adding.So the thin degree of the products changed,than the surface increased.The quality also improved.
Keyword:Whirlwind separator; Powder selecting machine;
One pair of air outlets; Thin degree;
目 錄
引言…………………………………………………………………………………..1
正文…………………………………………………………………………………. 3
1.技改方案和措施…………………………………………………………………. 3
1.1選粉室內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造…………………………………………………………. 3
1.2選粉室上部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行更新……………………………………………. 4
1.3選粉機外部工作環(huán)境的改善…………………………………………………. 6
1.4改進選粉機……………………………………………………………………. 7
2.雙粗風口旋風分離器……………………………………………………………. 8
2.1工作原理及優(yōu)點……………………………………………………………... 8
2.2細粉集灰斗設計的弊與利………………………………………………….. 11
3.存在問題及診斷………………………………………………………………… 12
3.1粗粉與細粉的分離………………………………………………………….. 13
3.2細粉與氣流的分離………………………………………………………….. 13
4.旋風選粉機的設計計算……………………………………………………….. 13
4.1旋風選粉機的阻力損失計算……………………………………………….. 14
4.2根據(jù)規(guī)格直徑核算風量…………………………………………………….. 16
5.旋風筒管道阻力損失計算……………………………………………………….16
結(jié)論………………………………………………………………………………… 20
致謝………………………………………………………………………………… 21
參考文獻…………………………………………………………………………….22
附件清單…………………………………………………………………………….23
一、設計（論文）內(nèi)容
設計課題:FXS80雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機；
對選粉機的旋風分離器的內(nèi)部管道進行設計與改進,并在每2個旋風筒之間增加一
個集灰斗,共增加3個集灰斗。
二、設計（論文）依據(jù)
貴州水城水泥廠Φ3×9m水泥磨,圈流,配Φ2.8m旋風選粉機山東建材機
械廠制造,95年使用,使用情況見表:該廠根據(jù)《水泥》2003.2中”雙出風口旋風分離器
技術(shù)改造旋風選粉機”的線索,調(diào)研了鹽城工學院在霸王山水泥廠Φ2.8m選粉機改造實
施的成功經(jīng)驗,將該廠上述資料發(fā)來,想也請我們改造。
生產(chǎn)品種
比表面積
細度
礦渣摻量
(%)
臺時產(chǎn)量
(t/h)
選粉效率
(%)
循環(huán)負荷(%)
P042.5
>340m2/kg
<1.5%
10
27-28
40-45
200-300
P042.5R
>360m2/kg
<1.5%
9
23-25
38-42
200-260
三、技術(shù)要求
改造后p042.5產(chǎn)量30(t/h),p042.5R產(chǎn)量28(t/h),選粉效率70%,循環(huán)負荷150%左右,
細度仍控制在原有水平。
四.畢業(yè)設計（論文）物化成果的具體內(nèi)容及要求
(具體內(nèi)容參照機械工程系畢業(yè)設計<論文>大綱及實施細則的有關(guān)要求填寫)
1．Φ2 .8m旋風選粉機改造方案二設計總圖:
①.旋風筒部分部裝圖;
②.旋風筒部分全部零件圖約17張;
備注:全部計算機繪圖,裝配圖附手工草圖,總圖量不少于4.5m2。
2.設計說明書一份(10000字左右);
設計要求:
1. 場測繪并考察原選粉機系統(tǒng)，經(jīng)核實知上述提供的數(shù)據(jù)基本正確。另外，其粉磨
系統(tǒng)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)由實習報告充分體現(xiàn);
2. 實習期間，調(diào)研霸王山水泥廠采用雙出風旋風分離器專利技術(shù)改造Φ2.8m選粉機
成功的經(jīng)驗，以及仍然存在的細節(jié)問題；此外，再到中天（仕名）重型機械有限公司
（原徐州建材機械廠）調(diào)研水泥生產(chǎn)系統(tǒng)所需機械的現(xiàn)場制造情況；
3. 從分離力場的基本理論出發(fā)，分析原選粉機選粉效率不高的原因；
4. 提出改進設計的選粉機選粉分離的力學模型及流體力場分析計算；
5. 改進設計方案比較確定，改進目標：選粉效率提高到60%，旋風選粉機捕集細粉
增加10%；
6.繪制改進部分的全套設計圖樣(兩人一套);
7.本課題是真題設計,是兩人合作完成的設計,應注意總體設計和部件設計間的協(xié)調(diào),注
意在實習期間多向?qū)嵺`經(jīng)驗豐富的師傅和領(lǐng)導請教,以取得盡可能多的實踐資料。
五. 畢業(yè)設計（論文）進度計劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
3月27日—3月30日
調(diào)研查閱并收集國內(nèi)外相關(guān)資料和信息。
3月31日—4月11日
畢業(yè)實習,完成實習報告。
4月12日—4月25日
總體方案確定;各部件結(jié)構(gòu)改進方案確定;部裝草圖形成。完成外文資料翻譯。
4月26日—5月26日
圖樣設計、繪制;并將設計圖樣及時提交指導教師初審。(電子郵件)
5月27日—6月15日
編寫設計計算書,根據(jù)指導教師意見修改圖樣;交全部設計文件。
6月16日—6月25日
準備答辯。
六. 主要參考文獻：
[1] 王仲春,水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù),中國建材工業(yè)出版社,2000年6月;
[2] 朱昆泉,許林發(fā),建材機械工程手冊,武漢工業(yè)大學出版社2000年7月;
[3] GZK期刊中文版;
[4] 江旭昌,高效選粉機,國家建材局技術(shù)情報研究所;
[5] 水泥工藝設計手冊,中國建材工業(yè)出版社,1988年6月;
[6] 中小水泥廠設備工作者,中國建材工業(yè)出版社,1990年2月;
[7] 水泥 近5年期刊;
[8] 水泥技術(shù)近5年期刊;
[9] 粉體工程學,武漢工業(yè)大學出版社,1991年8月;
[10] 水泥廠破碎粉磨系統(tǒng)新技術(shù)文集,合肥水泥工業(yè)研究設計院,2000年;
[11] 水泥粉磨工藝新技術(shù)文集,國家建材局技術(shù)情報研究所,2002年10月;
[12] 唐敬鱗,破碎與篩分機械設計手冊,化學工業(yè)出版社,2000年10月;
[13] 粉體工程手冊,粉體工程手冊編寫組,化學工業(yè)出版社,1992年2月。
七、其他
23
引言
隨著應用技術(shù)的發(fā)展，性能優(yōu)于普通旋風選粉機的高效渦流選粉機和O-SEPA型選粉機在水泥廠的新建項目和改造項目中得到了廣泛的應用，并取得了良好的經(jīng)濟效益。但由于高效渦流選粉機工藝布置中須配用大容量的除塵器，一次性投資比較高，這對于國內(nèi)小廠比較普遍的情況來說，如果要用高效渦流選粉工藝來替代普通離心選粉機，就存在改造投資大、改造時間長、設備安裝沒有空間和位置、施工困難、嚴重影響正常生產(chǎn)等難題。為此根據(jù)廠家的要求和實際情況對旋風式選粉機進行必要和適當?shù)母脑?，達到節(jié)能增產(chǎn)的目的。
自英國人Mumford和Moodie利用空氣分級原理于1885年研制出第一臺選粉機以來,到現(xiàn)在已經(jīng)過了一百年了,在這一百年,隨著世界工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,雖有新型選粉機不斷涌現(xiàn)。
旋風式選粉機作為閉路粉磨的第二代分級設備,因其選粉效率較第一代分級設備———離心式選粉機高,具有細度調(diào)節(jié)方便、設備磨損件少、適宜于比表面積高的物料的分選等優(yōu)勢,20世紀70年代至80年代在我國水泥行業(yè)得到了較好推廣,幾乎成為當時新建和改建閉路粉磨系統(tǒng)的首選方案。選粉機是水泥企業(yè)圈流磨系統(tǒng)的關(guān)鍵分級設備,該設備性能的優(yōu)劣,直接影響到圈流系統(tǒng)的產(chǎn)量及成品的質(zhì)量。目前,水泥企業(yè)無論是新建生產(chǎn)線,還是老廠節(jié)能技改,都較多地采用帶選粉機的圈流磨系統(tǒng)。
但旋風式選粉機存在著選粉效率低,磨機產(chǎn)量低,比表面積波動大,積灰嚴重等問題。原因分析是:系統(tǒng)漏風,干擾選粉區(qū)分選和旋風筒收塵;風力分布不均勻,主鳳管分布不均勻,含塵濃度高;旋風筒本身的缺陷;主風管擺放不合理,易積灰。
貴州水城水泥廠Φ3×9m水泥磨，圈流，配Φ2.8m旋風選粉機，山東建材機械廠制造，95年使用，其兩種品種：po42.5：比表面積>340m2/kg，細度<1.5%,礦渣摻量10%，臺時產(chǎn)量27～28t/h，選粉效率45%，循環(huán)負荷200～300%；po42.5R：比表面積>360m2/kg,細度<1.5%,礦渣摻量9%，臺時產(chǎn)量23～25t/h，選粉效率40%，循環(huán)負荷200～260%。
該廠根據(jù)《水泥》2003.2中”雙出風口旋風分離器技術(shù)改造旋風選粉機”的線索,調(diào)研了鹽城工學院倪文龍在霸王山水泥廠Φ2.8m選粉機改造實施的成功經(jīng)驗,該廠發(fā)上述資料來,想也請我們改造。
由于選粉機的選粉效率比較低，循環(huán)負荷比較高，而且磨內(nèi)存在嚴重過粉現(xiàn)象，造成磨機臺時產(chǎn)量比較低，且細度難以控制，操作難度大。隨著社會的不斷發(fā)展與進步，科學技術(shù)的不斷更新與提高，這對水泥廠的要求也將越來越高。經(jīng)過認真分析，認為造成磨機系統(tǒng)產(chǎn)量不高的主要原因在于選粉機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不合理，選粉區(qū)空間太小，旋風分離器捕集細粉能力差，細粉漏風嚴重，因此，我們將要對選粉機進行改造，以提高其選粉效率。
1. 增大選粉區(qū)空間；
2. 改進旋風筒；
3. 改進選粉室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加物料沖擊板；
4. 改進旋風筒下料口尺寸；
5. 改進細粉出口的鎖風方式；
6. 增加撒料盤上撥料小葉片的數(shù)量與規(guī)格。
預期經(jīng)過以上的改進后，選粉機的選粉效率將會大大提高，磨機的臺時產(chǎn)量也會進一步提高。
正文
1技改方案和措施
根據(jù)測試結(jié)果，擬訂了改進選粉機分級能力，提高旋風分離器捕集細粉能力，強化磨機的粉磨能力，改善磨內(nèi)料流和通風能力為主線的改造方案。改造時我們將回轉(zhuǎn)小風葉拆除，改成籠形轉(zhuǎn)子，分離力場從平面圓環(huán)變成圓柱體，徑向變化范圍較小，分離力場均勻，分級臨界粒徑范圍較窄，因而混料竄料較少，分級效果較好，為使分離臨界粒徑可調(diào)，我們將轉(zhuǎn)子電動機改用調(diào)頻電動機。原選粉機外圍是6個Φ1.2m的單出風口旋風分離器，它一般只能收集20um以上顆粒。研究和實踐表明：現(xiàn)行單出風口旋風分離器核心強制渦的無用壓力損失占旋風分離器總壓力損失的65%～85%；出風口下端附近有較大的 徑向速度，呈短路流現(xiàn)象；錐體下部有較大的偏心流，造成排塵口粉塵返混，而使分離效率下降。為解決上述問題，我們選用導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器,并且把6個Φ1.2m的旋風筒改成6個Φ1.1m的旋風筒,并增加三個集灰斗。
1.1針對上述問題,對選粉機的選粉室進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造:
1)拆除原36片輔助風葉,改成分級圈,替代原輔助風葉起分離作用。分級圈由90根分級柱及上、下盤組成,固定在原風葉座上。分級圈高速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生強大的旋流及切向剪切作用,使物料分散性好且分級強度高。
2)在分級圈上部設置蓋風筒,固定在選粉機殼體上,防止氣流從分級圈與選粉機殼體間通過,迫使氣流從分級圈通過。
3)在分級圈上盤外側(cè)均勻設置42片小風葉,小風葉隨分級圈高速運轉(zhuǎn),形成氣壓,使氣流從分級圈通過,防止短路。
4)在選粉室錐體部位增設錐形內(nèi)筒,提高該處風速,避免了塌料。
5)選粉室及6個旋風筒的蝸旋內(nèi)殼部分均采用鋼板內(nèi)襯代替原來的鑄石襯板。
①由于直筒上部和蝸旋部分的內(nèi)襯基本完好,因此只改直筒下部和縮口部分的內(nèi)襯。
②打掉上述部位殘存的襯板,內(nèi)殼清掃干凈。
③用厚度10mm的鋼板替代鑄石襯板,分縮口和直筒兩部分下料。
④鋼板內(nèi)襯與內(nèi)殼短焊。這樣,一便于更換;二可以避免用螺栓鎖定殼體難以密封,且割螺孔的殼體強度會受損;三可以加強殼體剛度。使用過程中牢固、可靠,合乎生產(chǎn)要求。更換時只需把短焊處割掉,即可拆下,非常簡便。
1.2由于選粉機受減速機影響,加之改造僅針對選粉室,故改造后存在循環(huán)負荷偏低和成品比表面積下降等問題。選粉機改造后,由于水泥成品顆粒級配發(fā)生了變化,從而使其比表面積下降。針對上述問題,我們進行了一次系統(tǒng)標定,根據(jù)標定結(jié)果對磨內(nèi)鋼球級配進行重新調(diào)整,同時對選粉機做適當調(diào)整。改造是在不動選粉室外殼、下部結(jié)構(gòu)和旋風筒的情況下,對選粉室上部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行更新。轉(zhuǎn)子是由立軸、分級圈、撒料盤和小風葉所組成。由耐磨鋼棒組成呈倒錐形的分級圈與平式撒料盤,固定在立軸上,由可調(diào)速的電機、立式減速機帶動立軸一起轉(zhuǎn)動。出磨水泥從頂部進料口喂入,落到回轉(zhuǎn)的撒料盤上,靠離心力將物料拋撒出去,分散在氣流中進行第一次分選,然后攜帶細粉的氣流進入籠形分級圈的狹長空間再度分離,然后沿切線方向進入氣固分離的旋風筒,細粉被收集卸出成品。
1)采用籠式分級圈代替原有的大風葉。經(jīng)撒料盤分選的物料,連同機內(nèi)循環(huán)風,通過籠式分級圈時被切割。當氣流穿過由圓棒組成的縫隙時速度加快,而物料與籠子上的圓棒碰撞,又一次被分離,提高分級精度,因此選粉效率有所提高。新結(jié)構(gòu)中為避免料氣流短路,在選粉室殼體上設有環(huán)狀蓋風板。分級圈的上盤焊有小風葉,迫使氣流從分級圈內(nèi)均勻通過
。
2)縮小撒料盤。采用螺旋槳撒料盤原理,使撒料葉面上的物料沸騰揚起,細顆粒得到首次分離。在回轉(zhuǎn)過程中,傾斜的葉片對撒下的物料有撞擊作用,能將凝聚、結(jié)團的物料擊三而易于分離。此外,相同直徑螺旋槳形的邊緣輪廓線是鋸齒形的,從而加長了撒料圓周線的長度和增大了撒料面積。目前,選粉機的撒料盤一般采用平板狀。這中形式的機械撒料盤,不能把物料中凝聚成團的粒子打碎,并且從理論上講也不能使粒子得到應有的加速,因此分散效率是較低的。這樣就使喂入選粉機中的物料應成為產(chǎn)品的微粉或多或少地還沒有機會分級就落入粗粉中去了。為滿足高細產(chǎn)品要求,需提高主軸轉(zhuǎn)速,故將撒料盤直徑由Φ1.6m改為Φ1.2m,減小離心力可改善選粉效率。撒料盤外周邊上加一圈檔料圈,以其提高盤上存料量。由于撒料盤結(jié)構(gòu)改變后,改善了撒料盤分散性能,從而降低了選粉機的分離率所致。撒料盤的中間部分為帶邊棱的盤形,因此物料粒子在盤面上受到加速,只有達到一定速度后,才會跳過邊棱,這樣就保證了粒子的初速度;撒料盤的周邊呈波浪狀,物料粒子在這一區(qū)域產(chǎn)生跳躍,物料中的粒子團得到很好的破碎;在撒料盤的下面,安裝有風葉,它的作用是提高氣流的切向分速度值,對降低分離率,提高分級精度都有重要作用。
3)主軸加長、加粗。采用新轉(zhuǎn)子后,零部件加重,需將主軸加粗至Φ140mm,長度也略有增加,原立軸、底座全部拆除、更換。
4)除轉(zhuǎn)子改造外,傳動部分也進行更新。
該設備直齒圓錐齒輪,噪聲大、使用壽命短、輪齒易折斷。在保證傳動比不變、安裝尺寸基本不變的條件下,在選粉機減速箱內(nèi),設計安裝了一對螺旋錐齒輪,齒輪采用格里森齒形制,取代直齒圓錐齒輪。
①電機容量加大,以滿足正常運行。
②選用變頻調(diào)速取代電磁調(diào)速。由于其調(diào)速靈活穩(wěn)定可靠,有利于控制產(chǎn)品細度及粒度分布的質(zhì)量要求。
③傳動裝置更換。更換立式減速機,加大容量,延長使用壽命。
改造后,水泥成品的各粒徑篩余值均下降,表明磨內(nèi)粉磨作用改善,提高了磨
機臺時產(chǎn)量和各齡期水泥強度值,不僅說明粉磨效率的提高,而且經(jīng)選粉后的水泥成品顆粒級配也有所改善,選粉機的選粉效率較以前有所提高了。
可以看出,造成系統(tǒng)產(chǎn)量不高的主要原因在于選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,選粉
區(qū)空間太小,旋風筒收集細粉能力差,細粉出口漏風嚴重。選粉機的外部工作環(huán)境不負荷規(guī)定要求也會造成選粉效率不高?；诖饲闆r,我認為造成生料系統(tǒng)產(chǎn)量不高的主要原因是選粉機的選粉效率不高。一、選粉機的外部工作環(huán)境不負荷規(guī)定要求;二、選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在不完善之處。
針對以上兩點,我采用以下技改措施。
1.3選粉機外部工作環(huán)境的改善:
1)調(diào)整磨機內(nèi)的鋼球級配。通常,鋼球級配是大球和小球的數(shù)量較少,中間規(guī)格的數(shù)量較多,這樣就使得鋼球見空隙大,物料流速快,出磨細度粗,為了延長物料在磨內(nèi)的停留時間,滿足產(chǎn)品產(chǎn)量和細度要求,有必要減少鋼球之間的空隙,基于此目的,加大大小鋼球比例,這樣既保證了對物料的沖擊能力,也減少了鋼球間的空隙,起到了物料減速的作用,從而滿足了磨機的物料細度與產(chǎn)量的要求。
2)改進選粉機的鎖風裝置。因細粉、粗粉出料口與輸送機之間的距離太短,造成它們之間的聯(lián)接管道的容量太小,致使重錘翻板時時處于開放狀態(tài),鎖風效果太差,跑風嚴重,影響了旋粉機的選粉效率。故改為剛性葉輪喂料機進行喂料和鎖風,效果很好。
1.4改進選粉機
1)采用螺旋槳式撒料盤,撒料盤與小風葉的聯(lián)接裝置采用新的結(jié)構(gòu)。撒料裝置性能的好壞,對選粉機性能具有很大的影響,因此在各國研制出的新型選粉機中,都紛紛采用了與之相適應的新結(jié)構(gòu)的撒料裝置,這些新型撒料裝置雖然結(jié)構(gòu)不同,但都比平板狀撒賴哦盤在性能上有較大的提高，為整機性能的提高奠定了基礎。螺旋槳式撒料盤具有撒料作用,本身又產(chǎn)生上升氣流,使撒料盤葉面上的物料顆粒沸騰揚起,可使物料顆粒增加分級、分散性能。增加了撒料盤上撥料小葉片數(shù)量,由原來的8件改為16件。這樣就防止了物料的集中下落,使物料被空氣吹起,更加分散均勻,從而提高了選粉效率。
2)撒料盤下部加裝輔助風葉,其水平角度可任意調(diào)節(jié)。它使得由于中立作用而下落的物料顆粒重新?lián)P起,重新回到循環(huán)風中再次分級,增加了選粉機的分級、分散能力。
3)改進選粉室內(nèi)部結(jié)構(gòu),增加物料沖擊板。在選粉室內(nèi)壁周邊沿豎直方向均勻焊上32根角鋼30mm×30mm,角向中心。同時,在錐形筒體襯板上均勻焊上40根扁鋼,將圓滑壁改成波紋壁面,使受離心力作用的物料與壁面接觸時,形成反向撞擊,使粗粉、細粉進一步分離。
4)合理調(diào)整選粉區(qū)與提升區(qū)繁榮部位,重新設計和不止小風葉與撒料盤的高度,加大選粉室空間。加大這一區(qū)域,使物料在離心區(qū)域中自由狀態(tài)下完成分級,再受到小風葉的加速作用,粗、細顆粒間的相互干擾減小,顆粒間的分級性能提高,可使回粉中的細粉更加有效選出,從而提高選粉效率。
5)調(diào)節(jié)循環(huán)風量。循環(huán)風量是旋風式選粉機的重要操作參數(shù),它不僅關(guān)系到選粉機的產(chǎn)量、產(chǎn)品細度,而且還直接影響分級區(qū)的分級精度。首先,分離粒徑與循環(huán)風量的平方根成正比,因此改變風量,可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)品細度,當循環(huán)風量增加時,選粉機的斷面風速提高,使被懸浮的粒子直徑加大,理論分離粒徑變大,則產(chǎn)品變粗;反之,則產(chǎn)品變細。其次,選粉機的細粉產(chǎn)品是由循環(huán)氣流攜帶逸出分級區(qū)進入旋風收塵器的,被收集下來才成為成品,因此風量的大小直接決定了產(chǎn)品產(chǎn)量的多少。第三,循環(huán)風量減小后,分級區(qū)的氣流速度降低,當粒子自撒料盤邊緣脫離時,受到氣流的沖擊和洗刷作用下降,可能會使粘附在一起的粒子分不開,作為粒子團沉落到粗粉中去,從而使分級精度下降;另外,循環(huán)風量減小后,也會使旋風收塵器的進風口風速降低,收塵效率下降,使排出的氣流中夾帶的微粒子增多,這也反過來降低了分級精度。調(diào)節(jié)循環(huán)風量有兩種方法:一、調(diào)節(jié)主風管蝶閥開度;二、調(diào)節(jié)主風機轉(zhuǎn)速。
6)改進旋風筒。新設計了旋風筒的進風口的蝸牛角,加設了導風板。使循環(huán)風量在導風板的作用下以較高的速度進入旋風筒,在蝸牛角擴大部分風速突然減低,從而減少了氣流中細粉碰撞旋風筒內(nèi)壁的幾率,加速了顆粒沉降,提高了旋風筒的收塵效率。
我這次畢業(yè)設計的主要任務是對貴州水城水泥廠Φ2.8m選粉機的旋風筒進行改造。它與霸王山水泥廠的Φ2.8m選粉機類似,經(jīng)過現(xiàn)場測繪,分析計算以及查閱參考文獻,確定了改造的方案:選用6個Φ1.1m的導流口可調(diào)式雙出風口旋風分離器來代替原來的6個Φ1.2m的單出分口旋風分離器,并且在每兩個旋風分離器之間增設一個集灰斗,共三個集灰斗。
2.雙出風口旋風分離器結(jié)構(gòu)、原理和優(yōu)點
2.1工作原理及優(yōu)點
(1)工作原理
旋風分離器如圖。含塵氣體從進風口切向進入筒體，在筒體與出風管、導流管之間的環(huán)形空間旋轉(zhuǎn)向下并逐漸進入錐體，氣體中的粉塵受旋轉(zhuǎn)力場中的離心力作用而與氣流分離并碰撞筒壁，失去動能，沿筒壁入鎖風閥后及時排出；氣固分離后的凈化氣流，經(jīng)反射屏強制改向，沿導流管外壁旋轉(zhuǎn)向上并經(jīng)導流口從上、下出風口排出。
(2)實驗室對比
模擬同一種工況，對同一種規(guī)格的單出風口旋風分離器與雙出風口旋風分離器測試進出風口的流量、壓力、分離效率及旋風筒內(nèi)流場；改變雙出風口旋風分離器的導流筒結(jié)構(gòu)參數(shù)，進行同比測試，尋求系統(tǒng)的最佳化。
(3)優(yōu)點
與傳統(tǒng)旋風分離器相比：出口風速降低近半，壓力損失顯著降低;筒身縱向開設多個導流口,可基本消除核心強制渦;導流筒上口與上出風口下端聯(lián)接,可消除短路流;導流筒下口與下出風口上端聯(lián)接,并設置反射屏,可顯著降低粉塵返混現(xiàn)象,分離效率可進一步提高。
(4)設計時需要注意的問題
1)雙出風口旋風分離器的進口風速的設計和控制至關(guān)緊要;
2)雙出風口旋風分離器的上下出風管風涼平衡問題不容忽視;
3)雙出封口旋風分離器下出風管水平段不宜過長沿程阻力盡量減少,風速不宜過低,切忌漏風,以防水平段積灰,可增設集灰斗。
2.2細粉集灰斗的設計的弊與利
(1)細粉集灰斗的設計優(yōu)點是:
①減少了細粉出灰口的數(shù)量,相應減少了鎖風點,降低了系統(tǒng)漏風;
②選粉機本機便于安裝。
(2)細粉集灰斗的設計缺點是:降低了細粉收集效率,從而降低了整機的分級性能。
由旋風式選粉機的結(jié)構(gòu)可以看出,分布在筒體周圍的六只旋風筒出口并不
處在相同的靜壓下,靠近風機的靜壓高,遠離風機的靜壓低。靜壓的不平衡,形成流經(jīng)各個旋風筒的風量不平衡?？拷L機的旋風筒靜壓高,則風量大;反之離風機遠的旋風筒,通風量就低。這種差異,隨著旋風筒出口的分叉鳳管積灰的增多而加劇。
在通風系統(tǒng)的風量、風壓十分穩(wěn)定的情況下,各旋風筒間通風量的差異,影響不大,僅因各旋風筒進口風速不同而收集效率有高有低罷了。但因離心式通風機所構(gòu)成的氣流循環(huán)系統(tǒng),受多種因素的影響,風量與風壓在不斷地變化。這種風量、風壓的波動造成了系統(tǒng)中各旋風筒風量的不穩(wěn)定。由于各旋風筒的排灰口與細粉集灰斗相連,形成六只旋風筒排灰口間相互傳統(tǒng),在風量與風壓不穩(wěn)定的情況下,各旋風筒的排灰口間就會發(fā)生氣流的串流,即有的排灰口排出氣體,有的排灰口倒吸氣體。前者隨對收集效率有影響,但不嚴重;而后者會使收集效率大大降低,嚴重時則使收集效率下降為零。由于風量與風壓的頻繁變動,所以總有某個旋風筒瞬時收集效率急劇下降。這樣六只旋風筒的綜合收集效率受到上述現(xiàn)象的影響就不會高了。目前旋風式選粉機大部分使用不佳,除去由于鎖風不良造成的影響外,上述因素的影響,也是相當重要的。
3.存在問題及診斷
分析先行旋風選粉機的工作原理,可以把選粉過程分成兩大部分,其一是粗粉與細粉的分級,由一組籠形轉(zhuǎn)子構(gòu)成的分離力場完成;其二是細粉與氣流的分離,由一組旋風分離器完成。因而對選粉機的改造,主要是從這兩個方面進行。
3.1粗粉與細粉的分級
經(jīng)籠性轉(zhuǎn)子改造后,只要將風量、轉(zhuǎn)速、粉磨能力匹配好,一般都能解決好。
3.2細粉與氣流的分離
分級后的細粉在先行的單出風口旋風分離器中分離效率普遍較低,而這個項目是6個Φ1200mm的旋風筒,分離效率比較難提高,再加上分格輪磨損使旋風筒底部漏風,風機風量限制使旋風筒進風口風速偏低,因而造成較多殘留細粉隨氣流在風機中循環(huán),兩條同樣的圈流粉磨線選粉效率不一致,是因為漏風情況不一致,風機實際風量不一致。
因為與粗粉分級后的細粉通過空氣作載體,要使細粉成為產(chǎn)品,必須再與細粉分離,,但本機是收塵效率很差的旋風筒,估計收塵效率低于75%,所以大量的細粉在風機中循環(huán),致使雖經(jīng)籠形轉(zhuǎn)子分級改造,選粉效率和磨機產(chǎn)量都無法顯著改觀,不是分級部分不幸,而是氣固分離分離部分太差。分離效率低是由設備固有因素決定。
4.旋風選粉機的設計計算
D=1200mm , H=4340mm,
H/D=4340/1800=3.62,而高效旋風分離器H/D=4,H小,分離路程短,因而分離效率低。
分離器內(nèi)粉塵的離心沉降速度為:[1]
[1]
由上式知,流體速度越大,沉降越快;分離器半徑越小,沉降速度越快。本機R=600,過大;=12m/s,過小,因而收塵效率偏低。
4.1旋風選粉機阻力損失的計算
旋風選粉機阻力損失主要分三個部分,選粉室、旋風筒、管道系統(tǒng),選粉室相當于一個大的旋風筒,阻力損失可用下式表示:[2]
=/2 [2]
式中—假想斷面風速,一般取=3m/s;
—當量阻力系數(shù),=70～105,
則選粉室阻力=/2g=105××1.293/2=611Pa
管道長徑比大小選粉機變化不大,一般管道系統(tǒng)阻力估算值在200～300Pa;即=200～400Pa;
旋風筒阻力可用下式表示:[2]
=/2 [3]
式中—切向進口風速,一般控制=17～23m/s;理想狀態(tài)21m/s;
—阻力系數(shù),=5.5～11,
關(guān)于的數(shù)值,較接近實際的有下述3種:
(無導向葉片時),k=7.5（有導向葉片時）
-1] [4]
n=1-(1-0.351) [5]
f=1.9+0.76 [6]
) [7]
改造前:D=1.2, de=0.6, a=0.66, b=0.31,
h=1.65, l=2.69, T=373
16×0.66×0.31/0.62=9.09
n=1-(1-0.351×1.20.14)(373/283)0.3=0.305
f=1.9+0.76×0.3051.84=1.9855
=4.62×0.66×0.31/(0.6×1.2){(20.64-1)0.695/0.305+1.9855×20.61
=5.76
=24×0.66×0.31/0.62×(1.22/1.65×2.69)1/3=9.3679
取中值 =9.09
旋風筒阻力=9.09×1.293×(273/373)×16.4642/2=1166 Pa
611+400+1166=2177Pa
在實測值區(qū)間,比均值略高。
當v=21m/s時, =600×(21/12)2=1836Pa
=0.7×1836=1285Pa
改造后因旋風筒進口風速提高抵沖后阻力損失增加1285-1166=119Pa;
實際阻力統(tǒng)計值為1800～2300Pa[2]。
4.2根據(jù)規(guī)格直徑核算風量:
Q=0.7854×2.82×3600×3×1.2=79802m3/h,
選粉機斷面假定上升風速u一般取值2.8m/s,
k為考慮風機泄露與工況變化的儲備系數(shù),一般取值為1.2
因為選粉室的直徑D=2.8m,Q0=Q/1.2=79802/1.2=66502m3/h,實際選用:4-72-11 NO:10C,Q’=72760m3/h,p0=2360Pa,1120r/min,Y225M-4,75kw
按旋風筒進口風速u2=21m/s計算進風口尺寸
S28=66502/453600=0.1466
現(xiàn)行值:S’28=0.66×0.31=0.2046
相應旋風筒截面積A28=0.7854×1.22=1.131
u2=72760/6×0.2046×3600=16.464
5.旋風筒管道阻力損失計算
旋風分離器的壓力損失包括入口損失、邊壁摩擦損失、灰斗損失、本體內(nèi)動壓損失及出口損失五部分。旋風分離器壓力損失的準確確定是除塵系統(tǒng)動力設備選擇的關(guān)鍵,也是減少能量浪費的前提條件。
Q’=72760/6=12130m3/h
Q1=12130×112/(112+122)=5539m3/h
Q3=6591m3/h
V1=Q1/A2=5539/(×0.552/4)=6.48m/s
v3=6.48m/s
V2=Q1/A2=5539/×0.352=4m/s
V4=2Q3/A4=2×6591/×0.452=5.76m/s
V5=2Q3/A5=2×6591/1=3.66m/s
/d1=0.5/0.55×103=0.00091
1=0.02
/d2=0.5/0.7×103=0.00071
2=0.0180
/d3=0.5/0.6×103=0.00083
3=0.0195
/d4=0.5/0.9×103=0.00056
4=0.0175
P1=1L1/2d1
=0.02×850×6.482×0.946/2×550=0.614Pa
P2=0.018×1900×42×0.946/2×700=0.37Pa
P3=0.0195×1590×6.482×0.946/2×600=1.026Pa
P4=0.0175×2660×5.762×0.946/2×900=0.812Pa
1) 局部損失1 直角進口
=0.5
P01=/2=0.5×6.482×0.946/2=9.931Pa [8]
2)局部損失2 突然擴大 A1/A2=0.62
=0.155
P02=0.155×6.482×0.946/2=3.079Pa
2) 局部損失3 彎管120o
=0.12
P03=0.12×6.482×0.946/2=2.38Pa
4)局部損失4 突然擴大 A3/A5=0.283
=0.51
P04=0.51×6.482×0.946/2=10.13Pa
5)局部損失5 折管30o
=0.2
P05=0.2×6.482×0.946/2=3.97Pa
6)局部損失6 突然縮小 A4/A5=0.64
=0.23
P06=0.23×3.662×0.946/2=1.46Pa
P1+P2+P01+P02-P3-P4-P5-P6-P03-
P04-P05-P06
=-5.784Pa
按總高H=4400,H/D=4為旋風筒的優(yōu)化結(jié)構(gòu)思想,用6個Φ1100mm的旋風筒
代替原來的6個Φ1200mm的旋風筒為宜,截面比6×121/(6×144)=0.84,比較合適,捕集細粉能力比較強, 而且又增設了3個集灰斗。
經(jīng)過上述設計計算,可以看出集灰斗的出風管道與旋風筒的上出管道在結(jié)合處是基本上壓力平衡的。
備注:公式[1]～[8]選自《工程流體力學》和《水泥工廠收塵及其測試》
結(jié)論
為期兩個多月的畢業(yè)設計即將結(jié)束，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。通過這次設計，使我將四年中學到的基礎知識得到一次綜合應用，使學過的知識結(jié)構(gòu)得到科學組合，同時也從理論到實踐之間發(fā)生一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設計是理論知識踐運用之間互相過渡的橋梁。
在這次畢業(yè)設計中,我的設計任務是對FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機進行設計與改造,對該選粉機的旋風分離器的管道和集灰斗進行了改造與設計,已經(jīng)完成。和以前的旋風式選粉機相比,經(jīng)過改造后的選粉機有了顯著的提高,捕集細粉的能力有了顯著的提高,收塵效率也有了很大的提高,比表面積明顯增加,循環(huán)效率也大大降低,增產(chǎn)幅度較大。
預期經(jīng)過改造后,貴州水城水泥廠的選粉機的選粉效率會提高到70%,循環(huán)負荷將會下降到150%左右,產(chǎn)量也將會達到預期目標。
這次設計是獨立完成，不僅鍛煉了我獨立設計的工作能力嚴謹求實的工作作風，也培養(yǎng)了我獨立思考的能力和團隊合作精神，為以后的工作打下了良好的基礎。
由于本人能力有限，設計中還存在許多不足之處，懇請各位老師同學給予批評指正。
參 考 文 獻
[1] 王仲春．水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù)．北京：中國建材工業(yè)出版社，2000
年6月；
[2] 水泥．近5年期刊；
[3] 合肥水泥工業(yè)研究設計院．水泥廠破碎粉磨系統(tǒng)新技術(shù)文集．2000年；
[4] 國家建材局技術(shù)情報研究院．水泥粉磨工藝新技術(shù)文集．2002年10月；
[5] 郭俊才．水泥工廠實用技改新技術(shù)．北京：中國建材工業(yè)出版社，2000
年6月；
[6] 水泥工藝設計手冊．中國建材工業(yè)出版社，1988年6月;
[7] 徐錦康．機械設計．北京：機械工業(yè)出版社， 2001年8月；
[8] 王伯平．互換性與測量技術(shù)基礎．北京：機械工業(yè)出版社，2000年2
月；
[9] 陳秀寧，施高義．機械設計課程設計．浙江：浙江大學出版社，2001
年10月；
[10] 湖南省建材科技情報總站.水泥工廠收塵及其測試.湖南科學技術(shù)出版社,1981年2月.
附件清單
1. 畢業(yè)設計論文 一份
2. 畢業(yè)設計任務書 一份
3. FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機裝配圖 FXS80 A0加長 1張
4. FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機旋風筒組部裝 FXS80-05 A2 1張
5. FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機 迷宮密封FXS80-02 A4 1張
6. FXS雙出風口籠形轉(zhuǎn)子選粉機 導風管FXS80-04 A4 1張
7. 旋風筒 FXS80-05-01 A2 1張
8. 集灰斗 FXS80-05-02 A3 1張
9. 導流筒 FXS80-05-01-01 A3 1張
10.筒體 FXS80-05-01-02 A2 1張
11.錐體 FXS80-05-01-03 A2 1張
12.門 FXS80-05-01-04 A2 1張
13.支架 FXS80-05-01-04-01 A4 1張
14.門體 FXS80-05-01-04-02 A2 1張
15.襯板 FXS80-05-01-04-03 A3 1張
16.絲杠 FXS80-05-01-04-04 A4 1張
17.支架（二）FXS80-05-01-04-05 A4 1張
18.手柄 FXS80-05-01-04-06 A4 1張
19.小軸 FXS80-05-01-04-07 A4 1張