粉体自动加料系统的结构设计

粉体自动加料系统的结构设计

作者：李洁云,樊利民

来源：《科技传播》2010年第16期

摘要本文针对粉体在包装过程中出现的偏析和架桥等问题,根据其物理特性和加料工况要求,通过理论分析,计算和结构设计,在现有的设备中进行改进,设计出一种满足使用要求的加料系统。这种系统主要包括料仓及料斗组件和螺旋输送器,振动料斗的使用使偏析和架桥问题得到解决;螺旋输送器提高了加料精度。

关键词粉体;加料;偏析;架桥

中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)25-0112-02

0 引言

工程上将在常态下尺寸比较小,以粉体形式存在的固态颗粒统称为粉体物料,简称粉体。粉体由于颗粒很小、形状很不规则、堆密度和紧实密度差异比较大,造成其内摩擦系数较大、锥角和吸附力较小,使加料过程变得相对困难[1]。偏析和架桥是粉体处理过程中通常都会遇到的两个问题,是由于粉体流动不畅造成的。粉体粒度分布不均匀致使流动时出现偏析,从而导致粒度大的粒子分散于边缘并浮于表层。自由卸料时,小粒子顺利排出而大粒子之间由于相互支撑,形成球表面一一架桥。粉体阻塞料斗排出口,导致物料无法正常排出,使粉体的运输和包装产生很大的困难[2]。本设计以聚丙烯酰胺为例。聚丙烯酰胺简称PAM,广泛用于水处理及电力、采矿、选煤、石棉制品、石油化工、造纸、纺织、制糖、医药、环保等领域。

1 总体方案设计

所设计的加料系统由2部分组成:1)料仓及料斗组件,用于完成储料、垂直落料和定量计量控制功能;2)螺旋填充器,用于水平输送。该加料系统是为包装机进行定量加料而设计。

2 料斗组件的设计

料斗组件由料斗体、活化锥、激振器等组成。

料斗的落料方式有自然落料,搅动落料,吹气落料,振动落料等方式。自然落料适用于流动性好,不容易产生起拱架桥的物料。而搅动与吹气方式又因为与物料或者空气直接接触,对于密闭空间加料,结构要求很复杂,而且容易产生静电,仅仅适用于开放式落料和不会产生飞扬的物料。所以本设计选择振动落料。

料斗体为倒置的截圆锥壳形钢结构。相关资料表明,用料斗处理粉体物料的生产率与排料口直径的关系可用M≈d2.5来表示。我们并未证实此式可否用于振动给料,但是排料的快慢与排料口直径有着重要的关系。

料斗的主要参数有进料口直径D、排料口直径d、料斗倾斜角。

(1)根据以往的经验设计,本设计取进料口直径D=500mm,排料口直径d=150mm。

(2)料斗体斜度α。

料斗体斜度α的选择与聚丙烯酰胺和料斗材料的摩擦系数有关。摩擦系数越大,斗体坡角也越大。出料口直径确定后,斗体倾斜度越大,料斗高度也越大,在设计时要考虑空间位置的安排。对于粘性大的物料,通常选择α=60°。

2.2 活化锥

活化锥是一个正圆锥形钢结构,刚性支撑在振动底斗上,与底斗保持一定的环形间隙。作用是通过物料与其相对运动,产生破拱的效果。它是振动料斗的重要组成部分。活化锥主要的参数有底角β、直径d'和足隙d'[3]。活化锥的底角β底角越大,对物料的水平振动作用越大。对黏性大的物料活化锥底角选为45°。活化锥直径d'决定着锥体周边与料斗体间形成的环形面积的大小。起拱趋势大的物料,活化锥直径应取大值。本设计中振动料斗还起截流的作用,所以停振后聚丙烯酰胺在环形缝隙之间结拱,使聚丙烯酰胺不能在惯性力的作用下继续流动。一般活化锥直径按料斗斗体直径大小选取,,本设计取d'=200mm。活化锥足隙是指活化锥周边对料斗体母线的垂直距离,其大小应满足加料流量的要求。活化锥足隙越大,给料流量越大。一般情况下,若要求料斗起闸门作用时,在料斗停止振动时,物料起拱而不再流动。一般活化锥足隙,这里取

h'=75mm。

2.3 料斗振动形式的选择

根据料斗运动形式的不同,可分为直线型、涡旋型、平旋型3种振动形式[4]。由于平旋型破拱作用比直线型振动强,并且结构比涡旋型简单,应用最为普遍,所以此设计中我们选择平旋型振动形式。

2.4 辅助装置的设计

用人造革、帆布或者橡胶制成波形管,联接并且密封料仓与振动给料斗之间的间隙,使振动给料斗既不影响振动,又不致使物料外溢、灰尘飞扬以及有害气体逸散。

螺旋加料装置密闭性好、使用外力驱动加料、加料速度快,技术非常成熟、结构简单且价格低廉,能进行准确的速度与位置控制。螺旋加料器是一种常用的粉体处理设备,从螺旋输送机演变而来,采用管状料槽能实现比输送机更大的充填率,可用于处理多种类型的粉体[5]。

3.1 螺旋输送器结构尺寸的设计

1)螺旋直径D的确定[6]

螺旋片固定在螺旋轴上面,用轴承支撑,作旋转运动。根据以往设计,螺旋轴为直径30~35mm,长为1.5~2m的A4钢管或圆钢制成[7]。

螺旋直径的设计方法如下:

假设计量包装秤的设计生产率为每分钟20袋,每袋25kg,则螺旋输送器所要达到的输送能

力应为:

一个节距内螺旋轴的体积为(2)

一个节距内螺旋轴所能输送粉体的最大重量为:

螺旋轴每秒的转速为n(r/s),则每秒内螺旋输送器所能输送粉体的重量为:

于是,根据生产效率计算的螺旋输送能力Q应和由螺旋几何尺寸所确定的输送能力相等,即:

式中: k为螺旋输送器的充填系数,对于封闭式螺旋输送器来说取0.45~0.55较为合适;

Q为螺旋输送器输送能力,kg/s ;

为聚丙烯酰胺的容重, kg/mm3;

n为螺旋轴转速, r/s;

d为螺旋轴的直径,mm。

2)螺旋节距的确定[8]

螺旋片是螺旋输送器的主要部分,材料为3~6mm厚的钢带或钢板。螺旋片分为满面式,带式,月牙式,锯齿式。螺旋输送器要求连续均匀的供料,满面式主要用来输送干燥的粒状,粉状及有粘附性的物料。所以本设计中我们采用满面式螺旋片。螺距t=0.8D。