螺旋粉料定量给料器的设计及应用

2 结构设计
2.1 粉末活性炭投加装置 中国石化安庆分公司污水处理粉末活性炭投加
装置每天需要往污水处理生化池定量投加粉末活性 炭，螺旋定量给料器为该装置的核心设备。 粉末活性 炭投加装置由粉末活性炭料仓、料斗、螺旋定量给料 器、加湿锥体、喷射器及各控制阀门组成，粉末活性炭 投加装置示意图如图 2 所示。
末活性炭。 粉末活性炭为粉状粒度，吸水性较强、易结 块。 在满足给料量和给料速度的前提下保证给料精 度，对粉末活性炭进行定量投加。
1 给料计算
螺旋定量给料器利用安装螺旋叶片的螺旋轴的 旋转，使物料产生沿螺旋面的相对运动。 物料受到料 槽和定量给料管管壁的摩擦力作用不与螺旋一起旋 转，而沿着螺旋轴轴向推进，实现物料的定量输送。 螺
为防止粉末活性炭粉从传动轴承泄漏，造成对环 境的污染及对轴承磨损影响使用寿命或造成运行故 障，螺旋定量给料器传动轴要采取有效的轴封防泄漏 措施[6]。 螺旋定量给料器传动轴轴 封设计为带 空气吹 扫的轴封，将压缩空气注入密封环和旋转轴唇形密封 之间的气室，压缩空气 压力为 0.02～0.05 MPa，空气 消 耗量为 0.01 m3/min。 螺旋定量给料器传动轴轴封结构 如图 5 所示。
S— — — 螺 距 ，m ；
n— — — 螺 旋 转 速 ，r/min ；
ρ— — — 粉 料 堆 积 密 度 ，t/m3；
λ— ——物料填充系数，粉末活性炭 λ 为 0.35～0.40。
由式（1）可知，当螺旋直径 D、螺距 S、粉料堆积密
度 ρ 和物Biblioteka 填充系数 λ 确定后，螺旋定量给料器的给
料能力由螺旋转速 n 决定，即只要改变螺旋转速就可
1 23
1 23
45
103 4 5
6
10
9
87 6
1 圆法兰密封；2 张紧环；3 卷边密封环；4 电动 2 位 5 通电磁阀； 5 阀位开启感应开关；6 活塞；7 FESTO 气缸；8 活塞连杆； 9 给料阀密封；10 给料阀阀芯
图 4 螺旋定量给料器给料阀结构
带 检 测 输 出 信 号 和 发 光 二 极 管 （LED）的 感 应 开 关 检测活塞位置， 当活塞在给料阀完全打开位置时，开 关上的 LED 指示给料阀为完全开启状态，并将给料阀 完全打开的检测信号作为粉末活性炭投加装置控制 系统启动螺旋定量给料器的均化器和螺旋的先决控 制条件。 2.4 传动轴轴封
料管、螺旋、传动轴轴封、给料阀等设备组成，如图 3 所示。 由于粉末活性炭为黏性粉料，且吸水性较强，为 防止结块， 在螺旋定量给料器的进料口设计均化器， 传动轴安装破块拐，利用破块拐的搅动将粉末活性炭 搅拌成颗粒均匀的粉状物料。 均化器由恒定转速的涡 轮电动机驱动。
4
3 12
5
10 9 8
7
6
1 定量给料管；2 螺旋；3 均化器；4 均化器驱动电机；5 破块拐传 动轴轴封；6 螺旋驱动电机；7 螺旋传动轴轴封；8 破块拐传动轴；
第 33 卷第 10 期 2016 年 10 月
机械设计 JOURNAL OF MACHINE DESIGN
Vol.33 No.10 Oct. 2016
螺旋粉料定量给料器的设计及应用 *
胡志宜
（安徽万纬工程管理有限责任公司，安徽 安庆 246001）
摘要：螺旋定量给料器是冶金、石化等行业粉状物料定量投加的关键设备。 根据中国石化安庆分公司石化污水生化处 理粉末活性炭投加装置的使用要求，进行了高精度螺旋定量给料器的结构设计，确定了变频器调速、给料阀、传动轴密封 等定量给料器的系统结构，最后，通过定量精度的测试，确认了其使用性能。 该螺旋定量给料器在污水处理装置投用时定 量投加了约 60 t 的粉末活性炭，正常运行时每天投加 960 kg 补充量。 应用结果表明，该螺旋定量给料器符合设计要求，既 保证了粉料的定量给料，又避免了环境二次污染及易燃易爆。
9 破块拐；10 料槽
图 3 螺旋定量给料器结构
螺旋定量给料器螺旋由带减速齿轮的电动机驱 动，输出的给料量通过驱动电机转速来调节，电机转 速由变频器提供不同频率的供电电源来控制，变频器 频率调节范围为 5～100 Hz，以改变螺旋定量给料器的 定量给料能力及保证粉末活性炭投加定量精度。 定量 给料管与给料阀直接相连。
10 9 LSH LSL
M M
1 2 3
4
压缩空气
5
8
7
6
生产水
污水处理池
1 料仓；2 出料阀；3 料斗；4 螺旋定量给料器；5 加湿锥体； 6 投加阀；7 喷射器；8 供水阀；9 低料位检测；10 高料位检测
图 2 粉末活性炭投加装置示意图
2.2 螺旋定量给料器结构 高精度螺旋定量给料器由均化器、料槽、定量给
关键词：螺旋定量给料器；结构设计；测试；应用 中图分类号：TH237 文献标识码：A 文章编号：1001-2354（2016）10-0101-04 DOI:10.13841/ki.jxsj.2016.10.021
Design and application of screw quantitative feeder for powder materials
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机械设计
第 33 卷第 10 期
制，点击自动控制系统的“定量给料”启动按钮后，供 水阀和投加阀自动打开； 给料阀 2 位 5 通电磁阀通 电，给料阀被打开；当螺旋定量给料器自动控制系统 接受到给料阀完全打开的感应开关信号后，均化器和 螺旋定量给料器电动机启动，螺旋定量给料器按预先 设定的定量给料量往粉末活性炭投加装置送料，使粉 末活性炭投加装置按污水处理工艺要求向污水生化 池投加粉末活性炭。
螺旋定量给料器通过调节变频器的频率改变驱 动电机转速，计量螺旋定量给料器每分钟送出的粉末 活性炭质量来进行校准。 校准程序为：将螺旋定量给 料器驱动电机变频器的频率调整为 10 Hz， 打开给料 阀，启动均化器和螺旋定量给料器驱动电机，测量并 记录螺旋定量给料器运行的时间， 运行计时 60 s，称 重并记录定量给料的粉末活性炭净质量。
传动轴轴封组件在螺旋定量给料器运行前进行 调试，在调试时如果螺旋定量给料器料槽内的粉末活 性炭从传动轴和密封环之间逸出，则需增加密封环的 张力，调节相应的螺栓，将轴封盖压入轴封组件以增 加密封环的张力直至无粉末活性炭泄漏。
1 轴封组件；2 密封环；3 压力盘；4 压缩空气接口；5 轴封盖； 6 旋转轴唇形密封
图 5 螺旋定量给料器传动轴轴封
3 调试及应用
3.1 给料阀调试 给 料 阀 气 缸 的 压 缩 空 气 气 源 压 力 调 整 为 0.3
MPa，供水阀 、投加阀的气 源压力调 整为 0.6 MPa。 接 通给料阀 2 位 5 通电磁阀电源， 电磁阀处于 “ON”位 置， 活塞向背离给料阀的方向运动使给料阀打开，给 料阀完全打开时感应开关 LED 亮。在螺旋定量给料器 电动机启动之前，应确认给料阀完全打开，且感应开 关必须检测到给料阀在完全打开位置，否则启动螺旋 定量给料器会损毁螺旋或驱动电机。 3.2 螺旋定量给料器校准
分 别 将 变 频 器 频 率 调 整 为 20，30，40，50，60，70， 80，90，100 Hz，重 复 上 述 测 试 程 序 ，记 录 每 次 测 试 的 结果， 得出螺旋定量给料器定量给料能力测试表，如 表 1 所示。 3.3 螺旋定量给料器运行
螺 旋 定 量 给 料 器 的 运 行 由 PLC 自 动 控 制 系 统 控
* 收稿日期：2014-08-28；修订日期：2016-04-21
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第 33 卷第 10 期
旋定量给料器的定量给料能力及精度取决于螺旋设
计参数，由式（1）计算：
Q=47D2Snρλ
（1）
式 中 ：Q— — — 螺 旋 定 量 给 料 器 的 给 料 能 力 ，t/h ；
D— — — 螺 旋 直 径 ，m ；
以改变螺旋定量给料器的定量给料能力，使其适合不
同的物料定量需求。 该螺旋定量给料器的螺旋采用变
速电机驱动，而电机转速与电机供电频率成正比。 螺
旋定量给料器的定量给料能力与驱动电机供电频率
之间的试验曲线如图 1 所示。
定量给料能力/%
100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0
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胡志宜：螺旋粉料定量给料器的设计及应用
2.3 给料阀结构 给料阀对螺旋定量给料器出料进行控制，其阀芯
由气缸中的活塞推动，双作用气缸通过电动 2 位 5 通 电磁阀控制压缩空气推动活塞运动，活塞连杆与给料 阀阀芯连接，以开启或关闭给料阀，给料阀开启或关 闭的速度由电磁阀放空管上的排气调节阀调节。 气动 给料阀结构如图 4 所示。
HU Zhi-yi
（Anhui Wanwei Engineering Management Co．， Ltd．， Anqing 246001）
Abstract：A screw quantitative feeder is key equipment for quantitative dosing for powdered materials in metallurgy， petrochemical and other industries． According to the requirements of use dosing equipment for powdered activated carbon in the biological wastewater treatment unit in Anqing Company China＇s SINOPEC， it designs the structural of the high precision screw quantitative feeder， and the system structure of the quantitative feeder， including the inverter to speed， feeding valve， drive shaft seals， etc， is determined． Finally， through the tests of quantification accuracy for the quantitative feeder， it confirmed its use performance． The screw quantitative feeder in the sewage treatment quantitatively dosed about 60 t of powdered activated carbon when the unit was put into use， and adds supplemented 960 kg per day during normal operation． The application results show that the screw quantitative feeder have met the design requirements， both to ensure the quantitative powder feeder， but also to avoid environmental pollution and secondary explosive．