螺旋输送机输送机理及其主要参数的确定_黄石茂

图 3 物料运动速 度
#W, 就是物料颗粒 M 牵连运动的速度, 可用
_
矢量OA表示, 方向为沿 O 点回转的切线方
向; 物料颗粒 M 相对于螺旋面相对滑动的速
度, 平行于 O 点的螺旋线切线 方向, 可用矢
_
量AB表示。当不考虑叶片摩擦时, 则物料颗
粒 M 绝对 运动的速 度 Vn 应是螺 旋面上 O
_
点的法线方向, 可用矢量OB表示。由于物料
与叶片有摩擦, 物料颗粒 M 自 O 点的运动速
度 V 的方向应与法线偏转 ) 摩擦角 Q。现对
V 进行分解, 则可得到物料颗粒自 O 点移动
的轴向速度 V1 和圆周速度 V 2。因此, V1 就 是料槽中物料的输 送方向, 而 V 2 则是对物
料输送的阻滞和干扰。
n ) ) ) 螺旋转速( r/ min) ;
f ) ) ) 物料与 叶片间 的摩擦 系数, f = t gQ, Q为叶片与物料的摩擦角( b)
A) ) ) 螺旋面升角( b) 。
据此, 可得出物料在料槽内轴向移动速 度 V 1 和圆周速度 V 2 随半径 r 而变化的曲线 图( 图 4) 。
图 4 螺距一定时 V1 、V 2 变化曲线
许超过它的临界转速, 即:
的性质, 可将物料分成 4 类。第 1 类为流动
P[ nmax
( 6) 性好、较轻且无磨琢性的物料; 第 2 类为无磨
式中 n ) ) ) 螺旋的实际转速( r/ min) 。
琢性但流动性较第 1 类差的物料; 第 3 类为
根据物料在料槽中的运动分析, 可看出, 粒度尺寸及流动性同第 2 类接近, 但磨琢性
根据式( 8) 计算出来的 D 值应尽量圆整 成下列 标准 直径( mm ) : 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800 , ,。 3. 2 螺距
螺距的大小不仅决定着螺旋升角, 而且 决定着在 一定填充系数 下物料运行 的滑移
面, 所以螺距的大小也影响物料的输送过程。 输送量 Q 和直径 D 一定时, 螺距改变, 物料 运动的滑移面随着改变, 这将导致物料运动 速度分布的变化。从图 2 可知物料颗粒 M
方向显著得多, 运动的滑移面几乎平行于输 送方向, 这时垂直于输送方向的附加物料流 减弱, 能量消耗降低; 相反, 当填充系数较高 时, 物料运动的滑移面很陡, 其在圆周方向的 运动将比输送方向的运动强, 这将导致输送 速度的降低和附加能量的消耗。因而, 填充 系数适当 取小 值较有 利, 一般 取 U< 50% 。 各种物料的填充系数 U值可参考表 1。
量、螺旋直径和物料的特性而定, 在满足输送
Q = 47K 1AUcrD2. 5
2. 5
_ D=
1 47K
1A#UQcr
令
K=
2. 5
1
47K 1A
2. 5
_ D= K
Q Ucr
( 8)
式中 K ) ) ) 物料综合特性系数。物料综合
量要求的前提下, 螺旋转速不宜过高, 更不允 特性系数为经验数值。一般说来, 根据物料
和填充系数 U四个参数来满足 Q 的要求。
3. 1 螺旋直径
将式( 5) 代入式( 7) , 并设 S= K 1D, 则式
( 7) 为
令A=
30K P
2g , 则式(
4) 可转化为常见的经
验公式:
nmax= A ( r/ min)
( 5)
D
式中 A ) ) ) 物料的综合特性系数, 见表 1。
螺旋输送机的螺旋转速应根据物料输送
当位于螺旋外径处的物料颗粒不产生垂
直于输送方向的径向运动时, 则它所受惯性
离心力的最大值与其自身重力之间应有如下
关系:
mX2max R [ mg
即
Pn max 30
R
[
gR
轴向速度 V 1> 0, 即 A<
P2 - Q, 因为 rmin=
d 2
处的 A最 大( d 为 螺旋轴的直径) , V1 最小,
螺旋面型式
半磨琢性 石 灰 0. 3~ 0. 4
实体螺旋面
磨 琢性 无 磨性 磨 琢性 半磨琢性 磨 琢性 半磨琢性 磨 琢性
硫铁矿粉 锯木屑 炉渣粒 煤 干炉渣 块煤
硫铁矿石
0. 25~ 0. 3 0. 25~ 0. 35 0. 25~ 0. 3 0. 25~ 0. 3 0. 2~ 0. 25 0. 2~ 0. 25 0. 125~ 0. 2
由图 4 可见, V 2 在半径长度范围内是变 化的, 因此, 物料在螺旋内的移动过程中要产
1998 年. No. 3
生相对滑动。靠近螺旋轴的物料的 V2 比外 要使物料在料槽中输送, 物料在螺旋面上的
层的大, 而 V 1 却比外层 的要小; 反之, 靠近 螺旋外侧的物料 V 1 大、V 2 小。这将使内层 物料较容易随螺旋轴转动, 因而产生一个附
所以 A2< P2 - Q( A2 为螺旋的内升角) 。同时 螺旋的转速不能超过临界转速。
3 主要参数的确定
对于螺旋输送机, 其物料输送量可按下
式计算:
Q = 3600F rV 1c 式中 Q ) ) ) 螺旋输送机输送量( t / h) ;
F ) ) ) 料槽内物料层横截面积( m2) ,
F= U P4 D2( U 为填充系数) ; r ) ) ) 物料的单位容积质量( t/ m3) ;
加的物料流。螺旋在一定的转数之前, 这种
附加的物料流对物料运动的影响并不显著。
但是, 当超过一定的转数时, 物料就会产生垂
直于输送方向的跳跃的翻滚, 起搅拌而不起
轴向的推进作用。这不仅会降低物料的输送
效率, 加速设备构件因此, 为了避免这种现象的产 生, 螺旋的转数不得超过它的临界转速。
所受螺旋面在轴向的作用力 P轴 为
1) D。当倾斜布置或输送物料流动性较差时
P轴= Pcos( A+ B) UP cos( A+ Q)
( 9) S [ 0. 8D; 当水平布置时, S= ( 0. 8~ 1) D。
3. 3 轴径
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5广东造纸6 1998 年. No. 3
轴径的大小与螺距有关, 因为两者共同 决定了 螺旋叶片的内 升角 A2。根据 物料的 运动分析, 可知要保证物料在料槽中的轴向
同上 同上 同上 同上 实体螺旋面或带式螺旋面 同上 同上
K值
0. 0415
0. 0565 0. 0490
0. 06 0. 0573 0. 0645
0. 06 0. 0795
A值
75
35 50 30 40 25 30 15
表2
倾斜输送系数
倾斜角度 (b) 倾斜输送系数
0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0. 97 0. 94 0. 92 0. 88 0. 82 0. 76 0. 7 0. 64 0. 58 0. 52 0. 46
工作原理是: 物料从进料口加入, 当转轴转动 时, 物料受到螺旋叶片法向推力的作用, 该推 力的径向分力和叶片对物料的摩擦力, 有可 能带着物料绕轴转动, 但由于物料本身的重 力和料槽对物料的摩擦力的缘故, 才不与螺 旋叶片一起旋转, 而在叶片法向推力的轴向 分力作用下, 沿着料槽轴向移动。
图 1 螺旋输送机 结构示意图
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较大的物料; 第 4 类为流动性差且磨琢强烈
物料在料槽中的填充系数对物料的输送
的物料。各种物料的 K 值见表 1。
和能量的消耗有很大影响。当填充系数较小
螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物 时, 物料堆积高度较低, 大部分物料靠近螺旋
料的输送效果。随着倾斜角度增大, 输送能 外侧, 因而具有较高的轴向速度和较低的圆
物料颗粒 M 在 p 力作用下, 在料槽中进 行着一个复合运动, 即沿轴向移动, 又沿径向 旋转, 如图 3 所示, 既有轴向速度 V1, 又有圆 周速度 V2, 其合速度为 V 。
当螺旋体以角速度 W 绕轴回转时, 若在 螺旋叶片任一半径 r 的 O 点处有一物料颗粒 M , 则物料颗粒 M 的运动速度可由图 3 的速 度三角形求解。叶片上 O 点的线速度 V 0= r
D ) ) ) 螺旋直径( mm ) ;
g ) ) ) 重力加速度( m/ s2) ;
nmax ) ) ) 螺旋的 最大转速, 即 临界转
速( r/ m in) 。
动速度 V1 U S6n0。
_ Q = 47D2SnUrc
( 7)
由上式可以看出, 当物料输送量 Q 确定
后, 可以调整螺旋外径 D、螺距 S、螺旋转速 n
为使 P轴 > 0, 必须满足 A<
P 2
-
Q,
因为
rm in=
d 2
处的 A最大,
P轴
最小,
所以许用螺距
可由下式求得:
Smax [ Pdt g( P2 - Q)
( 10)
此外, 还应考虑物料运动速度各分量间
的合理分布问题, 既要使物料具有尽可能大
的轴向输送速度, 同时, 又要使各点轴向速度
均大于圆周速度, 即 V 2 [ V 1, 由此可得:
根据物料颗粒 M 运动速度图的分析, 物
料轴向移动的速度为:
28
5广东造纸6
V 1= V cos( A+ Q)
由于 V=
Vn cosQ
V n= V 0#sinA
_ V 1= V 0 scionsAQcos( A+ Q)
而
V0=
X#r=
P3n0#2PSt gA=
Sn 60 tgA