FXS900組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計【14張CAD圖紙+PDF圖】

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Through the separators choice of the size of the power, it reduces the chance that thin power return to the ball mill, solves the problem of buffer action to the thick power grinding, enhances the grinding rate, and improves the energy efficiency. This graduated course is the design of FXS900 combination separator. It is a high efficiency separator, which is based on the cyclone separator. This design absorbed the advanced Suspension Technology Plane Vortex Technology of O-SEPA separator, and also absorbed Cyclones Collecting Technology of cyclone separator .And around the separator, there are a fewer of cyclone collectors which are used to collect the thin power. The contents of this design are overall design of FXS900 combination separator and design of Cyclone Collector with Double Outlet for Dust . In the design of the separator, at first, calculate the air amount choose the air fan ,then confirm the diameters of the dust separator room and rotor. After calculate the rotor speed of main shaft and the power capacity, choose the electromotor and decelerate machine. The cyclone collectors design is the point of my design. Design of the structural of the cyclone collector with double outlet for dust is based on the traditional cyclone collector. There are three imperfections on the traditional cyclone collector: a. The airflow in the center of the cyclone collector is a strong swirling flow. The uselessness gas pressure loss is 65% of the total loss. b. Between the upper air import and outlet ,there is a short-circuit faultc. c. The air-flow at the outlet of dust steer and bring on the micro dust which has ground settlement mixes again. Increase an adjustable opening degree construction diversion in the barrel part .It improves the stream field and the ability of catching the micro dust. It expands the market for existing Combination Separator. 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 3 Key words: separator; cyclones separator with Double Outlet for Dust; circle grinding system; plane eddy 1 前言 選粉機是閉路粉磨系統(tǒng)的主要設備之一，通過選粉機對粉末粒徑的選擇，能夠 很大程度上減少細粉重新進磨，解決對粗粉粉磨的緩沖作用問題，從而提高粉磨效 率，進而提高了能源利用率。由磨機、選粉機等設備組成的閉路粉磨系統(tǒng)，比無選 粉機的開路粉磨系統(tǒng)提高產量 1020%。因此，粉磨作業(yè)中選用選粉機作為磨機的 配套設備是提高產量的主要途徑之一。 水泥工業(yè)用選粉機于 1885 年發(fā)明，由美國斯特蒂文特( Sturtovant)公司生產,即 離心式選粉機，這就是第一代選粉機。離心式選粉機至今已經(jīng)歷經(jīng)了幾次重大的變 革，雖然最初的離心式選粉機經(jīng)過多次的改進而仍在大量使用，但還是無法消除其 存在的三個根本性缺點： a. 循環(huán)氣流中粉塵多，使選粉區(qū)內物料的實際濃度大，降低了系統(tǒng)的沉降率； b. 選粉區(qū)內存在較大的風速梯度，使分離粒經(jīng)不均，粗顆粒會被高速風帶出； c. 存在邊壁效應問題，使細小顆粒隨粗顆粒在此區(qū)域碰撞而同時降落。 60 年代原西德的 WEDAG 公司開發(fā)了旋風式選粉機，采用外部循環(huán)風機供風來取 代離心式選粉機的內部供風，用小旋風筒取代離心式選粉機的大直徑外筒來收集細 粉，提高了收塵效率，從而使得循環(huán)氣流中含塵濃度大為降低，基本克服了離心式 選粉機的第一項缺點，但無法消除第二、三項缺點，故其分離效率仍偏低。 直至 1979 年日本的小野田公司開發(fā)了 O-SEPA 選粉機，才消除了離心式選粉機 存在的第二、三項缺點，成為了較理想的高效分選設備。O-SEPA 選粉機既保留了旋 風式選粉機外部供風循環(huán)氣流高效凈化，又利用了平面螺旋氣流選粉的原理，以籠 式轉子取代小風葉，使氣流在橫截面上與切向成一定角度穩(wěn)定均勻地穿越整個選粉 區(qū)，這樣就消除了離心式選粉機存在的第二、三項缺點，但由于 O-SEPA 選粉機的 細粉收集須通過氣箱脈沖袋收塵，以至系統(tǒng)價格較高。 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)應是選粉機今后的發(fā)展趨勢。所謂高性能 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 4 選粉機應該是不僅選粉效率高，而且具有能明顯改善產品的顆粒分布、分級精度高、 設備能耗低、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。 本課題是 FXS900 組合式選粉機的設計。課題來源：江蘇蘇亞機電制造有限公 司。 課題為 2 人共同承擔設計任務，本人主要承擔 FXS900 組合式選粉機的總體設計和 雙出風口分離器的設計。 FXS900 組合式選粉機，組合式選粉機集前幾代選粉機的優(yōu)點于一體。它不僅吸 收了 O-SEPA 式選粉機先進的懸浮分散技術、平面渦流技術，同時又吸收了旋風式 選粉機利用幾個旋風筒收集成品的技術。需要說明的是，該選粉機采用導流口可調 式雙出風口旋風分離器技術取代傳統(tǒng)單出風口分離器，對現(xiàn)行組合式選粉機進行改 進，降阻節(jié)能，提高選粉機選粉收集效率，從而改觀產品細度，提高粉磨產品的產 量和質量，市場前景良好，因此本課題的研究是有一定市場價值的。 FXS900 組合式選粉機總體的設計要解決的實際問題是如何高系統(tǒng)的效率，降低 電耗，提高使用壽命，能更加合理和科學的選擇和設計其結構，最終提高選粉機的 性能。 分離器的結構設計對選粉機的選粉效率有著重要的影響。通過對傳統(tǒng)單出風口 旋風分離器的改進，采用雙出風口解決旋風分離器長期存在的缺陷： A旋風分離器中心凈化氣流是一股較強的旋渦流無用壓力損失占分離器總壓力 損失 65%以上。 B在上進風口與上出風口間存在短路流。 C錐部集料口因氣流轉向而導致已沉降微細粉塵“二次返混”。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 5 2 總體方案論證 2.1 組合式選粉機的工作原理 風機把空氣從進風口切向送入選粉機，經(jīng)滴流裝置的縫隙旋轉上升，進入選粉 室。粉料由進料斗喂入，落在撒料盤上，在撒料盤的旋轉作用下立即向四周甩出， 經(jīng)反擊板撞擊后撒到選粉區(qū)中，與上升的旋轉氣流相遇。在選粉室內被氣流分散的 粉粒，經(jīng)過導流葉片和轉子作渦流調整，由離心力與內向氣流間產生平衡實現(xiàn)分級。 粉料中的粗粉質量較大，受撒料盤、籠型轉子旋轉引起的旋轉氣流作用產生的慣性 離心力也較大，被甩到選粉室的四周邊緣。當它與壁面相撞碰后，失去動能，便被 收集下來，落到滴流裝置處。在該處被上升氣流再次分選，然后落到內錐體處，作 為粗粉經(jīng)粗粉管排出。粉料中的細顆粒，質量較小，在選粉室中隨氣流進入轉子內， 經(jīng)由配風室分六路進入雙出風口旋風分離器，氣流從切線方向進入旋風分離器的， 在筒內形成一股猛烈旋轉氣流。處在氣流中的顆粒受到慣性離心力的作用，甩向四 周筒壁，向下落到下部的外錐體中，作為細粉經(jīng)細粉管排出。清除細粉后的空氣經(jīng) 旋風分離器中心的上下兩排風管經(jīng)集氣管再返回通風機，形成了閉路循環(huán)。 粉塵顆粒將同時受重力、風力和旋轉離心力的作用，氣流中的物料受較強的離 心力，該力的大小可以通過調節(jié)主軸的轉速來調節(jié)。當轉速增大時，該力也增大。 此時如果保持處理風量一定，則此時的切割粒徑減少，產品變細。如轉速降低則產 品變粗。 在組合式選粉機工作時，主要分為（a）分散（b）分級（c）收集三個過程。 其中考核分離效率高低的主要標準就是分級。 A.撒料盤的懸浮分散分離 通過組合式選粉機殼體上的兩個喂料口，物料落在下方轉子上部的撒料盤上。 物料在撒料盤上均勻撒開，隨著撒料盤一同旋轉，由于離心力的關系，物料撞在反 擊板上進入下級分離區(qū)。 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 6 B.轉子平面渦流分級分離 由于重力作用，懸浮分散的物料落入導向風葉和轉子之間的選粉區(qū)。在選粉氣 流和轉子旋轉的共同作用下，物料將同時受到重力、風力和離心力的作用，較小的 顆粒進入轉子內部，經(jīng)由配風室進入下級分離區(qū)，而粗粉留在選粉室，經(jīng)滴溜裝置 落入粗粉收集倒錐內，再通過粗粉出口排出。 C.旋風筒氣固分離 切向進入旋風筒的含塵氣體，經(jīng)蝸角區(qū)形成螺旋下行氣流，細粉由于離心力作 用沿筒壁下滑至下錐內由細粉出口排出。而氣體由出風口排出進入循環(huán)風機進行內 部循環(huán)。 1粗粉管；2滴流裝置；3轉子；4雙出風口分離器；5轉子；6喂料斗；7集風管； 8電機；9減速機；10分岔風管；11豎直風管；12進風管；13內錐；14外錐圖 2-1 FXS900 組合式選粉機 2.2 設計方案的選擇 方案一：在旋風式選粉機基礎上采用傳統(tǒng)大前年出風口分離器設計組合式旋風 機?？梢杂行У靥岣哌x粉效率但由于單出風口分離器自身有許多缺陷，增大了整個 系統(tǒng)得風損，系統(tǒng)整體效率的提高很有限。因此不采用此方案。 方案二：在旋風式選粉機基礎上結合雙出風口分離器和 O-SEPA 的平面渦流轉 子相結合設計組合式選粉機。O-SEPA 的平面渦流分級理論是較先進的分級理論，操 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 7 作簡單,細度調節(jié)方便;選粉效率高，雙出風口分離器是我院倪文龍教授的專利，這 一技術可以解決傳統(tǒng)單出風口分離器的 3 個缺陷，減小了中心強制渦帶來的壓力損 失，消除了短路流和“二次返混”現(xiàn)象。 所以此次設計選用方案二。 2.3 設備性能特點 設備將渦流分級、慣性分級、離心分級原理學科學地組合在一起，與其它選粉 系統(tǒng)相比，新型組合式選粉機主要有如下優(yōu)點： a. 能處理較大量的含塵氣體系統(tǒng)中料路、氣路合一，使整個系統(tǒng)更簡單，特 別是在烘干粉磨系統(tǒng)和風掃磨系統(tǒng)中，可省去為處理大量含塵氣體而建立的粗粉分 離器系統(tǒng)，其優(yōu)越性能加顯著。 b. 自帶旋風收塵器 新型組合式選粉機自帶一組低阻高效旋風收塵器，可將 80的合格成品收集下 來，因而大大減輕了下一級收塵器的處理壓力和工作負荷，使系統(tǒng)的運轉率更高， 投資更省。 c. 系統(tǒng)的阻力更小，工藝布置更流暢 新型組合式選粉機采用了從下部進風（含塵氣體）的型式，系統(tǒng)的阻力更小， 工藝布置更流暢。 d. 選粉效率高 新型組合式選粉機能大幅度提高磨機產量，提高開流磨產量 60-100，閉路磨 產量（與離心式選粉機比）提高 30-40%。 e. 降低粉磨系統(tǒng)電耗可節(jié)電 5-20%。 f. 能改善顆粒分布，提高水泥質量。 g. 產品細度調節(jié)范圍廣，控制簡單，改變細度不停機。 h. 設備體積小，重量輕，布置靈活，使用壽命長，維護保養(yǎng)方便。 j. 系統(tǒng)采用全負壓操作，杜絕粉塵污染，保養(yǎng)方便。 綜上所述：新型組合式選粉機性能優(yōu)越、結構合理，是選粉機發(fā)展的大趨勢。 另外在具體技術方面還主要采用了下訴幾種亮點： a.高效旋風分離器采用雙出風口分離器技術。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。 b.轉子部分采用先進的籠型轉子技術?；\形轉子由分級圈和撐柱構成框架，上 部固定著迷宮密封圈，表面焊有帶輻射筋并噴涂耐磨材料的撒料盤。一周固定有許 多均勻分布的豎向窄而長的分級葉片，中部有一錐體，且通過撐板連接起來，形成 一個籠形轉子。轉子用鍵固定在主軸上從而帶動整個籠形轉子轉動。 c.內循環(huán)收集技術。細粉的收集采用六個高效旋風分離器，布置于選粉機主體 的四周形成一整體，一方面可提高細粉的分離效率；另一方面與其它高效選粉機相 比，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 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 8 荷和要求，降低系統(tǒng)的一次性投資及裝機容量。 d 籠式轉子與撒料盤一起安裝在主軸上，主軸傳動采用調速裝置，從而保證了 分級力場的強度可通過改變電機轉速靈活調節(jié)，以改變分級力場中顆粒的受力情況， 控制分級的切割粒徑，調節(jié)產品的細度與粒度分布，滿足生產需要。 e 選粉機的處理風量采用外部循環(huán)風機供給并可根據(jù)工藝要求調節(jié)。這樣，處 理風量的變化也可起到調節(jié)分級力場強度、控制產品細度與粒度組成的作用。 f 內襯的處理采用混凝土和鐵皮替代鑄石襯板，方法簡便，成本較低。 2.4 主要技術參數(shù)的設計計算 已知參數(shù)如下： 選粉機規(guī)格：FXS900 粉磨對象：425 礦渣水泥，臺時產量 36t/h 產品細度：比表面積330m 2/kg 通過量：65t/h 選粉效率：80% 系統(tǒng)阻力1.7kpa 2.4.1 風量計算 根據(jù)參考資料1，選粉機選粉所需要的空氣量 Qa是根據(jù)在分級腔內料氣濃度 來確定的，即每立方米空氣內所含的物料量，稱為料氣濃度比，簡稱料氣比，用 kg/m3表示。對此次設計的 FXS900 選粉機而言，其選粉空氣量是按料氣比 I=1.2kg/m3確定的。因此選粉空氣量可按下式計算： （2-1）106.7aAQII 式中 A喂料量，取 A=65t/h 取35.1.902.7/min0aII390/inaQ 2.4.2 風機的選型 風機的風壓一般取 2.35kPa(20)， 一般通風換氣及逆風故選取離心通風機， FXS900 選粉機的體外風機選型為： 型號：SCFNo16B； 風壓(Pa)：2520； 風量(m /h)：107500；3 電機功率(KW)：110。 2.4.3 選粉室直徑與轉子直徑的確定 由于選粉機采用內循環(huán)風，忽略漏風，系統(tǒng)內風量是固定不變的。 已知總風量 Q=900m3/min，根據(jù)生產實踐,當操作溫度為 100oC,成品在 0.080mm 方孔篩上篩余位 6%8%時，一般選粉室截面氣流上升速度取 3.44.0m/s，選粉濃 度取 500g/m3較為合適 4。所以選粉室直徑為 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 9 （22） 4QDu 其中 u=4.0m/s，Q=900 m 3/min,代入求得 D=2.186m，圓整得 D=2.2m。 由生產經(jīng)驗可知轉子直徑 d=0.7D=1540mm，轉子高度為 h=0.5d=770mm。 2.4.4 主軸轉速的確定 根據(jù)參考資料 3公式（11-13） ，選粉機的主軸轉速可按下式估算： （2-3） 2zrB=153.8V.0nd (c/g) 式中 B-用比表面積表示產品細度 cm 2/g，由設計已知條件 B330m 2/kg dz 轉子外徑，m； n 轉子主軸轉速，r/min。 430126.037/min8.05z8.5.Br 根據(jù)參考資料9公式（11-12） ，OSEPA 選粉機的主軸轉速可按下式估算： （2 4） 9nD 式中 D 選粉機直徑，m； n 選粉機主軸轉速，r/min。 27409/ir 綜上: 選粉機主軸轉速 267409/minnr 2.4.5 選粉機需要功率的計算 根據(jù)參考資料 7 選粉機在穩(wěn)定狀態(tài)下的運轉功率包括兩個方面。其一是撒料，可按每小時喂料 量從撒料盤上水平零速，達到最大滑離速度的動能來計算： （25）22211013603670faaamQPVVQg 式中： 撒料功率，Kwf 撒料量，t/h（如上喂料則 等于喂料量，下部氣流噴進喂料則Q 0，上、下均喂，則應扣除下部氣流帶入） ；65t/h 撒料盤速度，m/s（與轉子速度相近） 。aV 12.5/6zndms 其二是抵消轉子葉片回轉時料幕的阻力，該阻力亦可認為是流體運動對阻礙物的推 力。轉子葉片切割料幕時，相對速度 Ve 近似于 Va。因此所有葉片的總阻力為： （2-6） 20()areFCAg 式中：F轉子葉片回轉時的總阻力，KN FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 10 Cr阻力系數(shù)，與 Re有關 A0轉子葉片總面積，m 2，取 3 m2 Ca喂料濃度，kg/m 3，取 3.0 kg/m3 re氣體密度，kg/m 3，取 1.2 kg/m3 Va轉子的線速度，m/s 消耗的功率為 PD (KW) （2- 30()/12raeaCAVFV 7） 阻力系數(shù) Cr: 可以從氣體繞平板運動的原理得出。 根據(jù)流體力學，顆粒的繞流阻力系數(shù) Cr與 Re之間有如下關系：e2413R,;0,;reree 1000Re100000,Cr減降至 0.18。 高效選粉機實際計算求得的 Re一般110 5 。因此其繞流阻力正處于速降至 0.18 的范圍。由此選粉機的運行功率為： （2-8） 2300.18()7Daf aeaQVPCrAV 選粉機在實際運轉時還有機械摩擦消耗，如軸承和軸封的摩擦損失、轉子和導 向葉之間的圓盤氣阻磨損等。由于轉子安裝的工藝限制,實際轉子在高速運轉時,會 出現(xiàn)振動,損耗相當一部分功率.這些可以用上述運轉功率 P 的百分數(shù)來計算。因此 選粉機的實際功率 P0可以按下式計算： ()DfkkW 式中：K選粉機動力系數(shù)，K1，K 值應該從實際選粉機運轉功率反求得出。根據(jù) 一些高效籠式選粉機的計算統(tǒng)計 K 值波動于 1.31.6，取 1.6。所以需用功率 P0的 計算式為： （2-9） 230 0()Daf aeQVPkCrVAk 代入數(shù)據(jù)：得 2 30651.0.8(31.2).527 kw 2.4.6 電動機功率的確定 由參考資料3公式（7-4）： 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 11 (2-10)01Pa 式中: 電動機的儲備系數(shù)，取 =0.2； 傳動裝置的機械效率，由表 7-9 取 =0.95。 10.2531.9aPKW 2.5 選擇電動機 選擇電動機,按已知工作要求和條件選用一般用途的全封閉自冷扇籠型三相異 步電動機，因為此次設計的籠式選粉機直徑不是很大，采用 4 級電動機，又因為設 計原始數(shù)據(jù)要求電機功率 P31.5kw，所以選用 YCT315-4A 型號的電動機，其功率 為 37kw，轉速為 1320132 r/min。 2.6 選擇減速機 a 傳動裝置總傳動比 (2-11)1320.749mwni b 減速機型號：B CFL 65-12-I i=3.5 因此電動機實際轉速為 1320934.5r/min 2.7 雙出風口旋風筒的方案設計 雙出風口旋風筒的設計是以本院倪文龍教授的“雙出風口旋風分離器的研究與 應用”的理論為依據(jù)而設計出來的。傳統(tǒng)旋風選粉機因分離效率低而影響粉磨產品 的產量和質量，采用導流口可調式雙出風口旋風分離器技術取代傳統(tǒng)單出風口分離 器，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， 因而產品細度改觀，比表面積增大。 本部分的設計是該課題的一大重要的任務，也是該課題的核心技術。 2.8 轉子部件的方案設計 轉子部件是 FXS900 組合式選粉機的重要組成部分，它的好壞直接影響產品的 質量，效率和效益。轉子部件主要包括渦流調整葉片、導向葉片和撒料盤。成品細 度易于調節(jié)，選粉效率高。但維修困難，易損件多，價格高，油耗大，制造復雜。 2.9 殼體部件的方案設計 殼件部件的設計按照做的出來，裝得上去，拆得下來，用得起來和零件好加工 的原則，以及從資料上得來的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和畢業(yè)設計時現(xiàn)場測繪的數(shù)據(jù)進得設計。 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 12 3 雙 出 風 口 旋 風 分 離 器 設 計 3.1 旋風分離器工作原理 如圖示，下面兩圖分別為普通單出風口分離器和雙出風口分離器的結構示意圖 1上出風口；2蝸角區(qū)；3筒體；4下錐；5細粉出口；6-進風口 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 13 圖 3-1 單出風口旋風分離器 圖 3-1 所示的傳統(tǒng)單出風口旋風分離器的基本結構是由 4 錐型外筒、6 進氣管、 1 排氣管（內圓筒）和 2 圓柱筒組成。排氣管插入外圓管里邊形成了內圓筒。內圓 筒與排灰口中心在一條直線上。進氣管口與外圓筒相切，外圓筒下部是圓錐筒 含塵氣流以較高速度（一般為 1424 米/秒）從進氣口沿外圓筒的切線方向進入， 由于外圓筒上蓋及內外筒壁的作用，逼迫氣流由上向下作螺旋線型的旋轉運動，稱 它為外旋流。含塵氣旋轉運動過程中，產生很大的離心力。由于塵粒慣性力比氣體 大得多，因而將大部分粒子甩向外筒壁，使外圓筒壁下部形成料粒濃集區(qū)。當料粒 一進入濃集區(qū)后由于塵粒之間與筒壁之間的碰撞，逐漸失去慣性力并受重力影響而 沿壁面旋轉下落，與氣流逐漸分離，經(jīng)排灰口流入下部外錐內，經(jīng)細粉出口排出。 旋轉下降的外旋流沿錐體向下運動時，隨著錐體收縮而向中心部分靠攏，達到錐體 下部時，由于下部成密封狀態(tài)而迫使氣流開始旋轉上升，形成一股自下向上的螺旋 線運動，稱作內旋流，經(jīng)內圓筒向外排出。在內旋流開始形成的時候，由于內、外 兩旋轉氣流相互干擾形成渦流。這股渦流有很大害處，它把沉于底部的塵粒又帶起， 其中細粒子有一部分被攜帶走。這就是旋風筒內的二次飛揚現(xiàn)象成因。旋風筒內的 氣流的徑向速度方向與塵粒的徑向速度方向相反，粒子是由內向外，氣體是由外向 內流動。由于氣流旋轉原因，使旋風筒內壓強越接近軸心越低。即使采用正壓操作， 系統(tǒng)排氣管直通大氣，在軸心處仍常為負壓。當負壓操作時，軸心處的負壓值將更 大。這說明排灰口有點漏風就會明顯地降低選粉效果，這是值得工廠自制旋風筒與 操作時應注意的要點之一。嚴格密封對保證一定選粉收集的效率是很主要的。 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 14 1上出風管；2筒體 ；3可調葉片；4導流管；5下錐；6反射屏；7下出風管 ； 8焊接彎管；9葉片開度調節(jié)裝置； 10 進風口 圖 3-2 雙出風口旋風分離器 基于上述問題，在本課題中我們采用雙出風口分離器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單出風口分 離器。 從兩個圖的對比可以看出，在外觀結構上兩者基本上沒有多大的差別，后者的 核心技術就在與它在中部開設了導流口，并設有反射屏。由流體力學中的知識可知， 當流體的流量一定時流體的流速和流體所流過區(qū)域的接截面積成反比。利用這一原 理在中部開設導流口，讓旋風筒內的空氣由上，下兩個出風管排出，這就相當于增 加了流體通過的截面積，從而降低了風速。筒體內的風速降低了，細粉的收集效率 明顯得到提高，而且降低了氣體流經(jīng)旋風筒的壓力損失，這也提高了整個系統(tǒng)的效 率。 實驗研究結果證明，在旋風筒內，外旋流向下旋轉，內旋流向上旋轉。向下與 向上氣流分界面上各點的軸向速度必為零而這個分界面成為倒錐體形狀錐角約為 7。 分界面以外的氣流切線速度，其值隨與軸心的距離的減小而增大，越接近軸心切 線速度越大。氣流切向速度 Wt與旋轉半徑 R、外圓筒內徑 D1、氣流進口速度 Wi之間 的關系為： （3-1）1 ntiDK0.560.82n式 中 ； 由此可知氣流切向速度為：W t=28m/s，分界面內的氣流切線速度隨著軸心距離的減 小而降低。氣流切線速度與旋轉半徑的關系為：W T/R=常數(shù)。 3.2 雙出風口旋風分離器結構設計 固體顆粒運動也是很復雜的，有圓周、徑向和軸向的運動。粒子在沉降過程中 隨著旋轉半徑和相應的圓周線速度的變化，它的離心加速度也不斷變化。它說明了 離心沉降速度并不是一個定值。但是流經(jīng)選粉室的風量與進入旋風分離器的風量可 視為相等，根據(jù)這一關系，可以算出旋風分離器的直徑。 3.2.1 旋風筒結構形式對性能的影響 在水泥生產的預分解窯系統(tǒng)中,而旋風筒則是它的核心，故其性能直接影響系統(tǒng) 的技術經(jīng)濟指標。對旋風筒本身的設計，主要應考慮如何獲得較高的分離效率和較 低的壓力損失，為獲得這種效果，就要求旋風筒本身具有合理的結構形式。理論分 析及實驗測試均已表明，在操作參數(shù)一定的情況下，影響旋風筒分離效率及壓力損 失的因素，一是旋風筒的幾何形狀，二是流體本身的物理性能。由于旋風筒所處理 的含塵氣流的物理性能大致確定，所以，旋風筒的結構是否合理，技術參數(shù)選取是 否適當，直接影響其性能指標 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 15 a) 筒體直徑（D） 旋風筒的直徑對分離效率的影響較大。由于顆粒所受的離心慣性與其運動軌跡 的曲率半徑成一定的反比關系，所以隨著旋風筒直徑的縮小，離心力均可增強， 從而使效率提高。但直徑過小時，較大的顆粒碰撞彈跳易被帶入內旋流中而被帶出。 旋風筒的直徑?jīng)Q定于旋風筒的處理能力，其處理能力又決定于通過的風量和截面風 速。風量一定時，截面風速愈大，旋風筒的直徑就愈小。過去的旋風筒平均截面風 速一般在 3m/s5m/s 范圍內。近年來普遍有所提高，一般在 5m/s6.5m/s 之間。 研究表明：若保持旋風筒的直徑不變而提高截面風速，只要相應擴大進出口面積， 并保持進出口氣體速度不變，旋風筒的阻力并不會顯著增加。即在一定范圍內旋風 筒截面風速對壓力損失影響很小，但截面風速也不能太大，否則仍將影響阻力和分 離效率。 b) 旋風筒的相對高度（H/D） 增長旋風筒高度，可增加氣流在筒內旋轉圈數(shù)，使粉料有足夠的沉降時間，有 利于提高分離效率。近年來 H/D 普遍有所增大。但 H 增大，會增加窯尾框架高度和 鋼材耗量。為了確定合理的旋風筒高度，可按照 Alexander 提出的“旋風自然長” 的概念而得到旋風筒的計算高度 Hi=Hc+S 式中： Hi:一旋風筒的計算高度； Hc :一 旋風自然長； S :一 內筒插入深度。 旋風筒的分離效率隨 H/D 與 H/Hi 的增大而提高，H/Hi 接近 1 時對分離效率的 提高有利，H/Hi 大于 1 時，由于存在卷吸物料的作用，反而不利。 c) 進口面積系數(shù) 在一定范圍內，旋風筒進口風速越高，分離效率越高，但進口風速過大時，分 離效率也會下降，由于壓力損失與進口風速的平方成正比，因而不適當?shù)靥岣哌M口 風速，將使阻力呈平方增加而分離效率并不提高。所以，必須合理確定各級旋風筒 的進口面積系數(shù)。定義進口面積系數(shù)為進口截面積與筒體截面積之比。 d) 進口形狀和氣流進入方式 在進口面積一定時，其高寬比（a/b）對分離效率影響較大。一般的說，高寬 比大，提供了有利于氣流流動的結構形式，使入口含塵氣體行程偏離氣體排出管較 遠，并縮短了被分離料粉到筒壁的徑向距離，對提高分離效率有利。但高寬比過大， 將使柱體高度增加，也不合理，一般在 0.40.6 為宜。氣流入口的方式，一般有 兩類，即進口氣流外緣與圓柱體相切的直入式和進入氣流內緣與圓柱體相切的渦殼 式。渦殼式又可分為 900 切和 2700 切。由于渦殼式進口能使進入旋風筒內氣流通 道逐漸變窄，有利于減小顆粒向筒壁移動分離的距離，而且增加了氣流通向排氣管 的距離，避免產生短路，因此可提高分離效率，同時處理風量較大。 e) 排氣管的尺寸和內筒插入深度 排氣管下端直徑是一個十分重要的尺寸，它決定了內外旋流的分界點位置及最 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 16 大切向速度值，因而對分離效率和壓力損失的影響很大。排氣管下端直徑越小，即 出口面積越小，外旋流區(qū)越大，離心力場越強，效率可提高，但壓降也隨之增大。 若主要希望高效，壓降沒有太嚴格的限制，則排氣管直徑可取小些。但過小也不好， 對排氣管末端的向心徑向氣流也變大了，對分離反而不利。定義出口面積系數(shù)為出 口截面積與筒體截面積之比。由于旋風氣流在內筒內器壁之間運動，因而內筒插入 深度對旋風筒的性能也有一定的影響。插入太短，易使排氣管末端的短路流加劇， 不利于分離；若過長，反使分離空間長度變小，對分離效率也沒好處，并且使壓降 增加。近年來，一些公司普遍采用短內筒，目的是在較小影響分離效率的條件下， 降低阻力損失。 f) 錐體高度與形式 錐體高度（h2）與形式對分離效率和壓力損失都有一定的影響。錐角較大的長 錐體，氣流變向緩慢、壓力較小、分離效率較高；錐角大的短錐體，氣流變向急促、 阻力較大、分離效率也較低。排料口直徑 E 和錐角 a 偏大時，有利于物料向下流動， 減少下料口結皮堵塞。但排料口物料填充率低，容易漏風、負壓將引起二次飛揚， 把分離下來的物料重新卷入旋流核心之中， 影響分離效率；E 與 a 太小， 容易造 成“自由旋流”與錐壁過早接觸，同時離心力將使物料壓在錐壁上，造成物料向下 流動困難易引起堵塞。 （一般有 tga=h2/(D-E)）因此，正確選擇 E 和 a 值對減小漏 風、提高效率和消除堵塞現(xiàn)象有著重要意義。以上我們討論了旋風筒的主要性能與 結構參數(shù)的關系，將這些參數(shù)總結歸納于表 4-9 中。由表中可以看出，除總高 H 增 加對分離效率和阻力損失都有利外，其余尺寸的變化對兩者有相反的作用，但 H 增 高，將增加建筑高度、設備容積和鋼材耗量，因此必須統(tǒng)籌考慮。 表 3-1 旋風筒結構參數(shù)對主要性能的影響趨勢 因素 符號 分離效率 壓力損 筒體內徑增大 D 減小 減小 總高增大 H 增大 減小 進口面積增大 ab 減小 減小 內筒直徑增大 d1 減小 減小 內筒插入深度增大 h2 增大 增大 3.2.2 旋風分離器分離器主要尺寸的計算 由經(jīng)驗公式先計算大致尺寸 已知風量 900m3/min=15 m3 /s , 一般進入旋風筒的風速為 2225 m/s , 取風 速 v=21 m/s,計算如下: 總截面積 S=Q/v1 （3-2） 代入數(shù)據(jù)得，S=15/20.71 m 2 預安裝六個旋風筒，每個旋風筒的截面積為 S1=S/6=0.71/6=0.12 m2.設旋風筒 入口寬為 a ，則入口高為 1.2a（由經(jīng)驗得） , 由式 S1=1.2a2=0.077 得 a 316mm 考慮各種原因所以 a 取 300mm,即旋風筒入口寬為 300 mm , 入口高 H 為 400 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 17 mm 。 由關系式 H=(0.40.5)D o （3- 3） 取 0.4 可得旋風筒筒徑 Do =1000 mm 表 3-2 單出風口旋風筒結構尺寸的參考值(單位 mm) 直 筒 高 h1 =2 Do =2000 錐 筒 高 h2 =2 Do =2000 出 口 直 徑 De = Do/2 =500 灰塵出口直徑 L = Do/4 =250 內 筒 長 L = Do/3 =267 由于考慮到雙出風口的特殊結構，特此做出調整上出風口直徑 d1=450mm，上出 風口長為 800mm，下出風口直徑 d11=400mm。 3.2.3 旋風分離器的結構設計和相關尺寸設計 本部分是雙出風口分離器的核心設計部分，它的結構是否合理直接影響到雙出 風口分離器的改良是否有效。 a.本著“裝得上去，拆得下來，用得起來得”設計標準，在確定各內部結構尺寸 的同時，更多的要考慮其結構上的合理性。 由于內部的部件是在一個密閉的筒體內，如果只考慮密封將內部的各部件通過 焊接的方式連成一體，毫無疑問，其收集效率最為理想。但是，再用“裝得上去， 拆得下來，用得起來得”設計標準考查其結構的合理性。結論是相當肯定的，那就 是無法實現(xiàn)這一裝置的生產。在設計的初期，我也曾一度苦惱，想找到一個完美的 解決方案，但是最終，我還是舍棄了理想化的內部流場，從結構的可行性上著手， 盡量減少對內部流場的影響。 在設計的過程中，我考慮了很多方案，經(jīng)過對比，最終我還是采用了下面的 方案： 圓柱筒體和下圓錐之間采用螺栓連接，反射屏焊接在一段短圓筒上后，在將其 依次與焊接彎頭、下出風管焊接為一體。在下圓錐的相應位置開槽，使得上步所得 的整體可以將下出風管伸出下圓錐到設計的位置，再按下出風管尺寸和下圓錐的錐 度在卷制過的鋼板開孔，最后再將其在孔的直徑方向對稱割開，以便將下出風口和 下圓錐焊接為一體。 為了導流管的安裝，必須在筒體上開一個檢修門，此檢修門采用螺栓鎖緊的方 式，并配有密封墊圈，保證不漏風。具體的鎖緊裝置結構如下圖所示: FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 18 圖 3-3 檢修門鎖緊裝置 而導流口則采用活動式連接，依靠其自重和底部的擋塊達到固定作用，詳細結 構和尺寸見下圖 圖 3-4 導流口結構及尺寸圖 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 19 圖 3-5 導流管的支撐裝置 導流管的安裝主要通過支撐裝置來實現(xiàn)，主要過程為先將導流管由檢修門放入 筒體內。再將圖 3-4 中的 1-上部接口部分插入上出風管內，然后通過螺栓將導流 管和支撐裝置連接起來，最后將支撐裝置放在帶有反射屏的圓筒內。就這樣，通過 支撐裝置四周焊接的 4 個擋塊和導流管上部接口的共同作用來實現(xiàn)導流管的定位安 裝。 為了在生產過成中方便調節(jié)導流口的開度，在筒體周向，導流葉片相應位置設 有調節(jié)裝置。 b.確定結構尺寸 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 20 圖 3-6 雙出風口分離器結構簡圖 表 3-3 旋風筒具體尺寸 符號 取值(mm) 符號 取值(mm) d 1000 d3 d1+100=550 H 4000 d4 0.45d1=200 ab 400300 d5 d4+50=250 h1 2000 d6 d4+100=300 h2 700 d7 0.7d1=315 h3 200 d8 0.4d=400 h4 670 d9 0.5d+50=450 h5 850 d10 0.8d-100=700 h6 1200 d11 d9+50=500 d1 0.45d=450 d12 d9+100=550 d2 d1+50=500 雙出風口分離器的具體結構尺寸和相對關系如表 3-3 所示 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 21 c.注意問題： A 旋風筒兩端的法蘭采用 10mm 厚的鋼板切割而成，旋風筒的筒體則有 6mm 厚的 鋼板卷制而成； B 旋風筒在焊接時，基本采用融化焊中的手工電弧焊，筒體焊接的接頭采用對 接接頭，焊縫形式則為對接焊縫；法蘭與筒體之間的焊接則采用 T 型接頭，焊縫形 式則為角焊縫；焊接時要先均勻點焊，以防焊接時變形，然后再焊接，焊接時要保 證密封性，不能有漏風的現(xiàn)象，否則會影響選粉機的產量。 4 選粉機的安裝、操作、維護及檢修 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 22 4.1 安裝要求 a.選粉機可以安裝在堅固、平整的鋼筋混凝土基礎上，也可以用鋼結構平臺支 持，安裝后的選粉機應是無振動的。 b.選粉機在現(xiàn)場安裝時，應注意主體的垂直度，尤其保證內部轉子的垂直度， 安裝時可以在主軸皮帶上用水平儀校正主軸垂直度（2/1000） 。 c. 傳動部件安裝時的注意事項： A. 裝配前，軸承內應涂適量的 2#二硫化銅復合鈣基潤滑脂。 B. 密封可靠，不得有漏油現(xiàn)象。 C. 減速器支架的腿不能防礙卡殼聯(lián)軸器的傳動。 D. 裝配時可刮修軸承座，使上下軸承的不同心度不大于 0.005mm. E. 傳動裝置中，各帶輪軸線應相互平行，各帶輪相對應的 V 型槽的對稱平 面應重合，誤差不得超過 20。 F. 帶傳動裝置應加防護置，并應能保證通風. d.各密封結合面處不得有漏氣、滲油現(xiàn)象，安裝時各法蘭必須用橡膠密封圈密 封。 e.風機固定位置根據(jù)工作場所進行合理選擇，注意聯(lián)接風管不要太長，以免影 響風壓，其支腳減振器應放在平整、堅固的水平面上。為保證使用效果，風機不配 節(jié)能減振支架，一律采用混凝土基礎。 f.現(xiàn)場安裝前，應對回轉部分進行檢查，主軸在鉛垂狀態(tài)時轉動靈活，無卡滯 現(xiàn)象，風葉、撒料盤的組裝件應進行靜平衡。 g.回轉部分的旋轉方向應與主機進風口、撒料葉片、旋風筒進風方向相一致， 不得相反。 h.安裝時，粗粉和細粉的雙聯(lián)鎖風閥應盡量垂直放置在粗粉、細粉管道的末端， 即盡可能靠近輸送設備的進料口。 j.整機安裝完畢，應在上蓋的加工面上測量水平誤差，其誤差在每 m 長度上不 得大于 2mm。 4.2 操作 a.試運轉：選粉機安裝結束后，應將各潤滑點加上適量的潤滑油，隨后應進行 試運行 48 小時，檢查各軸承供油情況是否正常，轉子部分運動是否平穩(wěn)，有無 振動噪音，試運轉認為完全合格后才允許正式投入生產。 b.開機順序：成品輸送 選粉風機 選粉機主軸電機 磨尾混合提升 磨機。關機順序與此相反。 c.喂料：當選粉機達到正常轉速，并且風機風量達到正常時，才允許喂料，停 車時應先停止喂料，才能停電動機。 4.3 維護 為保證選粉機長期安全運轉，需特別注意對選粉機進行日常維護和定期檢修。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 23 使用廠家應制定適合本廠實際情況的操作規(guī)程和維護制度。 日常運轉過程中，要保證各潤滑點充分潤滑，選粉機內部軸承及風機軸承要定 期加入潤滑油（見下表） 。日常維護中應注意選粉機轉子的平衡性，如果發(fā)現(xiàn)異常 振動現(xiàn)象，必須立即停車檢查原因，清除故障后才能繼續(xù)運轉。定期清理匯風管及 管道內的積灰。 表 4-1 潤滑項目表 潤滑點 潤滑劑 潤滑方式 允許溫度 潤滑周期 選粉機主軸軸承 2#鋰基脂 油杯 750C 一周 風機主軸承箱 20#機油（夏用）10#機油（冬用） 連續(xù)無壓 600C 視油位情況定期加油 4.4 檢修及注意事項 選粉機必須定期檢修。停機后，轉子部分等數(shù)分鐘后才會停止轉動，待選粉機 內物料沉淀后，才能打開檢修門。一般對下述零件進行檢修。清除軸承中黃油渣， 注意不允許有灰塵進入軸承內，更換分級片及襯板等已經(jīng)磨損零件。 注意：對轉 子部件的每一個零件都應稱重合格后方可對稱裝配，確保更換磨損后能保持平衡。 4.5 產品細度的調節(jié) 細度調節(jié)通常采用調節(jié)主軸轉速的方法進行。除特別需要，一般不應用調節(jié)風 量的辦法調節(jié)細度。一般情況下，在試生產時，通常將主風全部打開，通過改變主 軸轉速來調節(jié)細度；轉速越高，細度越細，轉速越低則細度越粗。如果此時不能將 細度調節(jié)到規(guī)范要求，則可以調節(jié)主風閥的位置，改變循環(huán)風量，一旦細度合乎要 求后，即將風閥固定好，在正常生產過程中，不應隨意調整。 4.6 常見故障的處理方法 由于操作維護不當，以及軸承支座螺母松動的磨損、損壞等原因造成各種故障， 應及時處理。常見故障處理方法如下表： 表 4-2 故障處理方法 故障現(xiàn)象 產生原因 處理方法 選粉機電流突然增大 1.主軸下端大螺母或軸承支座螺母松動。 2.雜物卡住撒料盤。 3.主軸承壞或被異物卡住。 1. 擰緊螺母 2. 檢查清除 3. 檢查更換或清理、加油 電流擺動幅度大 2.軸承支座螺栓松動 3.零部件之間相互摩擦 4. 喂料不均，波動較大 1. 修換 2. 擰緊螺栓 3. 檢查、調整 產品細度突然變化 1.風機皮帶打滑或損壞 1.張緊或更換皮帶 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 24 5 工藝平衡計算 5.1 設計水泥粉磨工藝圖 1-喂料倉; 2-輥壓機 ;3-打散機; 4-球磨機 ;5-FXS 組合式選粉機; 6-斗式提升機; 7-粗粉分離器 ;8-除塵器 ;9-排風機 圖 5-1 水泥粉磨流程圖 5.2 根據(jù)物料平衡對設備進行選型計算 a.球磨機 由選粉機產量喂料量 65t/h，可知磨機產量為 65t/h。所選磨機型號 2.410m 中卸烘干磨。產量 G65.34t/h。 b.提升機 G 提 =K(1+L)G G 提 提升機提升能力，t/h; K提升機提升物料不均衡系數(shù)，K=1.2-1.3; L選粉機循環(huán)負荷率； G磨機產量，t/h G 提 =1.2（1+1.5）65.34=196.02 t/h 提升機設計計算： 設計計算：Q 實 =Q/K,選供料不均勻系數(shù) K=1.2 Q=K Q 實= 1.2196.02=235.2 t/h 由于輸送粉磨礦渣，查表得 =0.6 由公式 i0/a0= Q/3.6pv=235.2/（3.60.610 30.6）=1.8110 -4 m3/m 查表：選取 THD500 型斗式提升機，斗寬為 500mm ，斗距為 450mm,料斗容積為 27L。輸送能力 260m3/h，提升高度 100m。 c.選粉機 根據(jù)選粉機喂料量 A=65t/h，令料氣比 I=1.2kg/m3。因此選粉空氣量可按下式 計算： 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2007 25 310656.71.904./min2aAQII 即，選粉機型號為 FXS900，自行設計。 d.打散機 由于磨機產量 G65.34t/h，球磨機循環(huán)負荷 L1.5。 喂料量 G0（L1）G163.4t/h 可知打散機產量 G 打散機 G 0163.4t/h。打散機選型為 SF500/120 e輥壓機 輥壓機選型為 HPCG120-45，處理能力 100-150t/h，功率 2-220kw，入料粒度 60mm. f.袋收塵 氣箱脈沖袋收塵:SY-MCL1 處理風量 3254465088m 3/h，風機 9-26 4-16 功率 5.5-850kw。 g.磨機的通風作用 A冷卻磨內物料，改善物料的易磨性。80%以上的能量轉變?yōu)闊崮?，使磨?物料溫度上升，且物料的易磨性隨溫度上升而降低，因物料溫度高會產生靜電效應， 使物料拈成團，粘附在研磨體和襯板上，降低粉磨效率。 B及時排除磨內水蒸汽，可降低糊球和阻塞蓖孔現(xiàn)象。 C消除磨頭冒灰，改善環(huán)境衛(wèi)生，減少設備的磨損，同時還可以減少細粉 的緩沖墊層作用。因此合理選擇通風量有很重要意義。 h磨機需要通風量的計算 A.按磨機容積計算 Q= （34）V m 3/min 或 Q=(141188)DL m 3/h 式中 V-磨機有效容積，m 3； L-磨機有效長度 所以 Q= 1502.410=3600 m3/h B.按磨機產量計算： Q=(300 400)G 式中，G-磨機產量，t/h 因為 G=65.34 t/h,所以 Q=19602 26136m 3/h。采用不同的方法計算出的通風量相 差很大。因此，應全面衡量各方面的情況，選擇合理的通風量，以求得最佳的經(jīng)濟 效率。 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器設計 26 6 結論 在本次 FXS900 組合式選粉機總體及雙出風口分離器的設計過程中，我通過前 期對歷代選粉機的工作原理和性能上的優(yōu)缺點的認真研究，加深了對選粉設備的認 識，為我在后期的設計計算中能夠優(yōu)化和改進傳統(tǒng)的設備提供了理論依據(jù)。 關于本次設計的 FXS900 組合式旋粉機，我認為有以下幾點特色： a.導流口可調式雙出風口旋風分離器的設計，有效克服了單出風口旋風分離器 三大先天缺陷