毕业设计论文水泥厂新型高效分级设备的研究.doc

长春理工大学毕业论文 编号 本科生毕业论文水泥厂新型高效分级设备的研究Research of New and High Efficient Grading Equipments for Cement Plant学 生 姓 名专 业无机非金属材料工程学 号指 导 教 师学 院材料科学与工程2010 年 6 月2摘 要分级机是粉体制备行业中非常重要的设备之一，通过分级除去粉体原料或半成品中过大或过小的颗粒，控制产品的粒度在一定的范围之内，从而保证粉体颗粒粒度分布满足产品的质量要求。第三代动态空气分级设备，也就是涡流空气分级机，具有分级精度高、分级性能好的特点。分级机的关键技术是:分散和分级。本文对物料分散性和涡流空气分级机内流场特性二方面内容进行了实验研究与分析。在物料进入涡流空气分级机前增加了机械打散装置，通过机械力打散使物料悬浮分散于气流中并输送到分级机内。以重质碳酸钙和水泥生料为原料进行了分级实验。结果表明，在高风速范围内增加打散装置对分级粒径的影响不大，但可以明显提高分级精度;增加打散装置后水泥生料的分级精度明显高于重质碳酸钙的分级精度，由于颗粒粒度分布和粉体物理特性的差异，水泥生料易团聚，表明此打散装置更适合用于易团聚物料的分级。关键词:涡流空气分级机，机械打散，激光多普勒测速仪，流场特性， ABSTRACTIn the powder industry classification is one of the most important basic operation, which makes the particle size suit to the demand of powder product.As the third-generation dynamic air classification equipment, turbo air classifier has high classification precision and good classification performance.As we know, the key technology of turbo air classifier is as follows: dispersion nd separation. In this study, mechanical dispersion of raw materials and the low field characteristics in the turbo air classifier were investigated and nalyzed.The mechanical pre-dispersion equipment was installed in a turbo air classifier before the raw materials were classified. Raw materials were suspended to disperse and conveyed into classifier by pressured airflow. The classification experiments of ground calcium carbonate and cement raw meal were made and the effect of mechanical pre-dispersion on classification performance was investigated under different operating parameters. The results show that on the high air flow rate condition the effect of different feeding manner on the classified particle cut size is unapparent and employingthe dispersing equipment classification precision is improved enormously; the result that classification precision of cement raw meal is higher than that of ground calcium carbonate demonstrates that the dispersion equipment was suit to raw materials that are agglomerated largely because cement raw meal powder is prone to be agglomerated with contrast to ground calcium carbonate due to their particle size and difference nature of particles.KEY WORDS: o air classifier, mechanical dispersion, laser Dopplervelocimeter(LDV), flow field characteristics, 目录摘要ABSTRACT第一章 绪 论11.1 分级11.1.1 分级的定义11.1.2分级的意义11.1.3分级的方法类型11.2.分级机的发展简介1第二章 涡流空气分级机的分类42.1 分级室回转型分级机42.1.1 ACUCUT型分级机42.1.2 ATP型分级机42.2 叶片回转式分级机52.2.1 MPS 分级机52.2.2 MSS 分级机62.3颗粒回转型(O-Sepa)选粉机72.3.1 结 构72.3.2 工作原理7第三章 涡流空气分级机的分级原理及特性93.1涡流空气分级机的分级原理93.1.1涡流空气分级机中气固两相流运动特性93.1.2物料颗粒在分级机内的受力分析93.2涡流空气分级机的特点10第四章 涡流空气分级机的应用124.1 影响涡流空气分级机的因素124.1.1 操作条件的影响124.1.2 结构的影响134. 2 涡流空气分级机容易出现的问题144. 3 工艺使用中需注意的问题15第五章 涡流空气分级机的研究方向165.1关于分散的研究165.2分级理论的研究：165.3流场模拟的研究：17第六章 结 论19参考文献20致 谢22II第一章 绪 论1.1 分级1.1.1 分级的定义分级是根据不同粒度、形状和密度的颗粒在流体(如空气或水)中所受的重力和介质阻力不同，因而具有不同的沉降末速度来进行的。由于形状的复杂性，按照形状分级目前仍处于试验研究阶段，还无法在生产中得到实际应用。因而，目前所讨论的颗粒分级皆指粒度分级，是按照不同粒径颗粒在介质(通常采用空气和水)中受到离心力、重力、惯性力等作用，产生不同的运动轨迹，从而实现不同粒径颗粒的分级。分级的关键技术是:分散和分离。分散是指进入分级机的物料要尽可能地分散开来，物料颗粒之间形成一定的空间距离。分离是指当物料在分级室停留的有限时间内，在气流作用下完成分级功能，把物料的粗、细颗粒分开，并送至各自的出口。1.1.2分级的意义分级一方面能提高生料，煤以及熟料的粉碎效率，降低能耗及时的将合格的产品选出来，减轻过粉磨现象 和微细颗粒在粉末中的团聚现象；另一方面确保产品的细度和颗粒分布。研究水泥厂的高效分级设备具有很高的现实价值，对水泥厂的节能减耗有着重要的意义。1.1.3分级的方法类型常见分级方法有：手选、筛选和流体分选。手选是指：利用人工对粉碎产品进行挑选，常用于处理产品中的个别大块物料，分级效率低；.筛选是指：用工艺要求尺寸的筛网，对粉碎产品分批进行滑动、振动或回转过筛，分成大、小或粗、细两部分或不同粒径范围的几部分；.流体分选是指：利用颗粒在气体或液体中的阻力、惯性力、浮力、离心力等将粉碎产品按要求的粒径分开的过程。目前在水泥生产中有干法分级和湿法分级两种，常见的是干法分级，就是利用流动的空气对粉磨产品进行分级。1.2.分级机的发展简介用于水泥行业的动态分级机自问世以来, 已有110 余年的历史, 它随着圈流粉磨系统的发展而不断进步, 即以Gayco 型和Sturtevant 型为代表, 空气在内部循环, 利用物料颗粒的惯性、所受空气阻力和自身重力不同进行分级的第一代普通离心式分级机和以Wedag 型为代表, 空气在外部循环的第二代旋风式分级机之后, 现在已发展到分级机理与以前不同的以O - Sepa 型为代表的第三代高效分级机, 其分级效率和精度已有很大提高,利于增产节能。空气分级机按是否具有运动部件可划分为两大类，静态分级机:分级机中无运动部件，如重力分级机、惯性分级机、旋风分离器、螺旋线式气流分级机和射流分级机等。这类分级机构造简单，不需动力，运行成本低。操作及维护较方便，但分级精度不高，不适于精密分级。动态分级机:分级机中具有运动部件，为得到较为稳定的分级力场，通常采用二种方法:一是利用颗粒本身的重力与颗粒所受到的气体阻力形成分级力场对物料进行分级;另一种做法是在分级区内建立较强的离心力场，使颗粒在受到气体阻力的同时，还受到离心力的作用，通过二者之间的平衡来达到分级物料的目的。前者因采用重力场进行分级，分级力场强度较弱，不能得到较好的分级效果;后者的分级力场强度大且可调，可得到更小的切割粒径及更好的分级效果，因此在高效率的分级设备中常采用该方式，此种分级设备称为强制涡离心分级机自1885年英国人发明第一台动态空气分级机以来，分级技术有了很大的发展。其发展历程就其工作原理而言，可概括为三个阶段。第一阶段为以离心分级原理设计的离心式分级机，又称内部循环式分级机，其代表为德国普费佛（Pfeiffer）公司生产的离心式空气分级机。后来虽几经改进，但在分级原理及结构上没有重大突破，通称为第一代分级机。第二阶段为旋风式分级机，又称外部循环式分级机，是由德国洪堡·维格达(Humboldt.Vedag)公司在20世纪60年代发明的，较离心式分级机分级性能有了较大的提高，称为第二代分级机。第三阶段为涡流式分级机，涡流空气分级机结构和分级原理与离心式分级机、旋风式分级机完全不同，具有分级效率高、节能的特点，故称为第三代分级机降。它保留了旋风选粉机物料分散和机外风机循环气流机内分级的优点，增加了机内笼型转子分级和机外以袋收尘器滤袋过滤为主的细粉收集装置，从而改变了机内选粉原理，并大幅度的提高了选粉机的处理能力、选粉效率和细粉收集能力。它大量地利用机外冷空气，降低机内物料温度，可将出磨高浓度含尘气体或其它辅助设备排放的含尘气体直接引入选粉机，简化了粉磨系统，也有利于磨内风速的提高，降低粉磨电耗，增加磨机产量。我国于1986年从日本小野田公司引进了OSepa分级机的设计与制造技术。20世纪90年代初，一些地方设计院所应用这一技术原理及推出的技术数据，借鉴国外的外型结构资料，开发了无耐磨材料的小型涡流空气分级机。目前，在工业上应用的几种主要干式精细分级机是:日本细川公司的MS、MSS型气流分级机及其类似设备、德国ALPINE公司的ATP单轮或多轮涡轮式分级机以及LHB型涡轮式分级机。这些干式精细分级机基本上都是与相应的机械冲击式超细粉磨机或气流磨配套使用的，其分级粒径可以在较大的范围内进行调节，其中MS型及其类似设备的分级产品细度可达d97=10µm左右，MSS和ATP型及其类似分级机的分级产品细度可达d97=56µm左右。依据分级机规格或尺寸的不同，单机处理能力从每小时几十公斤至十吨左右不等。第二章 涡流空气分级机的分类涡流空气分级机采用水平涡流作为颗粒分散和分级手段，然后采用高速旋转的笼形转子分选。根据自身特点有如表11所示分类。表11涡流空气分级机的分类及性能涡流空气分级机分类形式分级粒径/µm处理能力/(kg/h)分级室回转型Acucut式0.5600.52000TC式0.5301050ATP式215025000叶片回转型MPS2.560206000MSS15051500颗粒回转型OSepa式<10515002.1 分级室回转型分级机2.1.1 ACUCUT型分级机该分级机最早由美国DONALDSON公司开发生产的，迄今有20年的历史。结构及原理如图1所示。其中:中间部分为分级转子，转子外侧是固定壁，上下盖板将分级室密封。转轴上段空心轴作为细粉出口，下段实心轴装有皮带轮，由电机带动旋转，转子由上下转盘和叶片构成，转子旋转形成离心力场同时在空心部分产生负压区，使气流随着转子旋转，并沿径向流向空心轴部，由此构成离心力场与压力场共同作用的流体流动。分级室内颗粒受到流体夹带的作用，若颗粒受到径向夹带力大于离心力，则颗粒通过细粉出口排出，粗粉由切向出口排出。该机的特点是分级精度高，切割粒径可小于1µm，分级粒径通过调整转子转速来实现。最大处理量达1t/h。此种分级的切割粒径为0.560µm，分级精度d75/d25为1.31.7，转子转速为5000-7000r/min，粉体处理量为0.52000kg/h。2.1.2 ATP型分级机该机由德国Alpine公司研制生产，为一种叶轮转子式分级机。分级叶轮水平安装于分级机顶部。被分级的物料先经过预选区，使颗粒完全分散;然后再通过分级轮分选。故由该分级机得到的产品收率比其它同类产品高得多。该机通常与流化床式气流磨或轮碾粉碎机等联合使用，为了克服叶轮转速太高所导致的生产能力下降问题，可将多个小直径分级叶轮并联。水平安装于分级机或粉碎机顶部，以提高生产能力并确保获得较细产品。该分级机的结构如图2所示图1 ACUCUT型分级机图2 ATP型分级机2.2 叶片回转式分级机2.2.1 MPS 分级机如图3所示，该机由给料管、调节管、调节环、分级涡轮及传动装置、闭风器、中间桶体和下锥体组成。它利用离心力场进行分级，当工作介质夹着颗粒进入分级室后，颗粒受到涡轮叶片离心力以及空气阻力、重力等三维力场作用，在该力场中，通过调节涡轮转速、系统风量等参数来调整其分级点，从而实现微细物料与粗物料的分级。该型机的特点是:分级物料范围广，在214µm之间任意调整分级点;适合于纤维状、薄片状、球状、似球状、块状、管状等各种干法微细分级;分级精度高，产品粒度分布狭窄，可与各种干式分级设备配套使用。1转轴;2细粉出口;3分级叶轮;4圆柱型壳体:5气流分布锥;6二次气流入口;7可调管;8给料管;9粗粒出口图3 MPS型分级机1 下部锥体, 2 风栅叶片, 3 分级室, 4 分级转子, 5 给料阀, 6 轴,7 细粉出口。8 三次风进口,9 二次风进口,10 调隙锥,11 粗粉出口图4 MSS型分级机2.2.2 MSS 分级机MSS分级机如图4所示，是一种具有切割粒径小至lµm的精密分级机，在原料和一次空气切向进入上部分级区之后，空气及细粉经过圆锥台形导向板和细颗粒出口进入过滤器，粗颗粒通过一个导向叶片被由分级区底部切向导入的二次空气分散。三次空气可强化分级机对被分级物料的分散和分级作用，使分散和分级作用反复进行，因而有助于提高分级精度和分级效率。这种分级机特点是:分级粒度细，可在12µm范围内进行分级;分级精度高，粒度分布窄;分级粒度范围在230µm。其分级处理能力为501500kg/h，空气量为15150m3/min，转子转速为8002300r/min，在高的转子转速下可使d97<2µm。2.3颗粒回转型(O-Sepa)选粉机2.3.1 结 构O-Sepa选粉机，又称：水平涡流式选粉机，是第三代笼型选粉机的代表。主要由壳体部分、回转部分、传动部分和润滑系统组成。图5 O-Sepa型分级机2.3.2 工作原理物料经两个入口喂入选粉机、落到撒料盘上，随转子旋转的撒料盘，将物料均匀地分散到转子与导向叶片之间形成的选粉区；来自磨机的气流从一次风管进入选粉机，来自收尘器的气流由二次风管进入选粉机，一次风和二次风经导向叶片作用后，进入选粉区分级物料；由垂直叶片和水平叶片组成的笼型转子，回转时使内外压差在整个选粉区高度上下维持一定，确保气流稳定、均匀，为物料分级创造了良好的条件；物料在选粉区下落的过程中，得到了多次重复分级的机会，粗颗粒最后落入集料斗，经过环境进入的三次风再一次地分选，部分贴附在粗颗粒上的细粉被三次风带起上升；粗颗粒则从下部的锁风阀卸出，返回磨机重新粉磨；合格的细粉随气流穿过笼型转子的叶片，进入转子中部的通道，由细粉出口排出机外，进入袋收尘器分离而被收集下来。一次风、二次风、三次风的比例一般控制在：721的经验范围。第三章 涡流空气分级机的分级原理及特性3.1涡流空气分级机的分级原理3.1.1涡流空气分级机中气固两相流运动特性涡流空气分级机的结构如图6所示。其分级机理为:气流从二个平行对称的进风口切向进入分级机的蜗壳中，并沿螺旋形蜗壳经环形安置的导风叶片进入转笼外边缘和导风片内边缘之间的环形区。由于风机的抽吸作用，在转笼中心形成负压，使进入该环形区的气流除具有切向速度外，还具有指向轴心的径向速度。这股气流将绝大部分进入转笼，并在转笼中心处作90o转弯沿轴向折向排出管流出。待分级的物料经上部喂料口撒落到撒料盘上经分散后，在重力的作用下进入到环形区，随气流被负压抽吸带到转笼外边缘附近，此时物料颗粒同时受到气流切向分速度给予的离心力和气流径向分速度给予的向心曳力的作用，在这二力的平衡下，物料产生分级。细颗粒随气流排出，经集粉器收集，粗颗粒与蜗壳壁相碰后，一边旋转一边下降落入底部的锥形排料斗排出。图6 涡流空气分级机的示意图3.1.2物料颗粒在分级机内的受力分析分级室内物料颗粒受三个力的作用如图7所示，即转笼内的负压气流经调整叶片产生的力Fr，气流在选粉室内作圆周运动产生的离心力Fu及自身重力Fw。在三个力的作用下，由于物料颗粒大小不同，所受力的大小方向不同，从而产生颗粒的分离分级。图7 物料颗粒在环形区的受力分析3.2涡流空气分级机的特点(1) 气料混合均匀效果好。被分选物料通过两个流槽喂入料盘上,撒料盘撒散的物料又经缓冲板撞击作用而松散均匀,在分级室内与导流后的平稳气流混合形成均匀的气料流。(2) 分级机内气料运动平稳。以切线方向从蜗壳的一次、二次入气口进入的气流,形成涡流旋转运动,经蜗壳内导流叶片作用后,分级室内气流分布均匀平稳, 在转子叶片和水平隔板作用下, 气料流呈现平稳的平面涡流旋转运动,创造了较好的颗粒分离分级的条件。(3) 分级室内的分级效率高。由于分级室内气料混合均匀,气料比大,气流平稳,使物料在分级室内分级分离能十分顺利地完成。(4) 成品收集效率高。粉尘捕集是采用旋风收集加袋式除尘器两段收集,或一段高效滤袋来进行气体与成品的分离,这样把分级机选出来的成品99. 9 %以上全部收集下来, 达到收集效率高的目的, 而且还避免了成品再回到分级机内或磨机内的现象。(5) 产品细度调节范围宽，并且操作、控制简单。只要调节立轴一选粉机转子转速，即可获得比表面积2 600 7 000 cm2/ g的成品。(6) 结构紧凑、占地面积小。在相同生产能力下，涡流空气分级机的体积只有一、二代选粉机的1/21/6，可节省部分土建投资。(7) 粉磨系统采用涡流空气分级机，磨机可采用强制通风，大量利用冷空气，有利于降低磨内温度，提高水泥的稳定性。(8) 维修方便且费用低廉。涡流空气分级机内凡与物料接触的部位及零件, 都镶嵌了高强度耐磨材料, 磨损量很少, 常规检查只需注意内部耐磨材料是否有脱落,叶片是否损坏,平日按时注油,防止机壳孔缝处漏入空气及防止从入料口落入铁器等。第四章 涡流空气分级机的应用4.1 影响涡流空气分级机的因素4.1.1 操作条件的影响涡流空气分级机中最重要的操作参数包括：进料速度、转笼转速、风量。当分级机结构尺寸确定后，在分级过程中，通常调整以上 3 个参数，而达到不同的分级目的。为了提高分级效率与分级精度，三者的选择必须遵循一定的原则。(1) 进料速度是指单位时间内进入到涡流空气分级机中物料量。其值的大小决定了分级机的粉体处理量和产量，而且也是影响分级机分级性能最重要的因素之一。当然从节能角度讲，应尽量增大进料速度，即增加处理量和产量。但在分级过程中，当其它操作参数不变时，随着进料速度的增加，分级效率和分级精度下降。这是因为当进料速度增加，分级机内固体颗粒浓度(单位风量中的物料量)增大时，粗细颗粒之间的碰撞、粘聚现象加剧，导致物料分散性变差，粗、细颗粒相互混杂增加。因此，在涡流空气分级机选型和操作时，不能单纯以增大处理量为目的，而应考虑适宜的进料速度范围。(2) 转笼转速是涡流空气分级机操作中最重要的参数之一，因为转笼转速的大小会直接影响到整个分级机的分级性能。当颗粒及空气的物理性质和分级机结构与进风量一定时，分级粒径的大小，完全由该处的气流切向速度确定，而气流切向速度与转笼转速是成正比的。因此，从理论上来说：随着转笼转速的提高，分级粒径呈明显降低趋势，分级效率提高。转笼转速虽然对分级性能有很大的影响，但转速的提高也不是无止境的，首先它受到机械本身的限制，转速太高对设备的加工和运转都会带来问题；其次，从流场对分级性能的影响来看，当转笼转速升高达到某一转速范围时，会使叶片间流场的湍流度增大，颗粒的分级受到影响，分级效率下降，与理论分析结果产生偏离。因而在实际分级过程中，必须根据模型实验和具体工况，综合考虑，而不是简单地增加转速以达到超细分级目的。(3) 风量是指单位时间内由两侧进风口进入到分级机中的空气量。它也是涡流空气分级机操作中重要的工艺参数之一。一方面，风量的大小直接影响颗粒的粒径分布和分级粒径的大小。由分级机理可知：当风量增大时，气流给颗粒的粘滞力就越大，部分粗粉物料可能被扯到细粉中，细粉的颗粒粒度就会增大，导致分级粒径增加。所以，从这一角度考虑，往往不希望增大风量。但另一方面，风量的大小还决定了气流承载物料的能力，如果风机风量太小，则气流不能在分级区域内产生足够的负压，不利于细粉的迅速排出，也就影响涡流空气分级机的产量和分级效果。 综上所述，涡流空气分级机的风量必须要选取一个最佳值，并且要与转速配合好以达到好的分级效果。从分级的实际过程看，最好是在风量和转速都较高的情况下进行分级。因为风量太小不利于物料的输送，而转速太小又不能分离出微细颗粒。 4.1.2 结构的影响涡流空气分级机的结构对其分级性能起着关键的影响作用。为了提高分级性能，必须对结构进行深入的研究。影响涡流空气分级机分级性能的主要结构因素有：撒料盘结构、环形区宽度、转笼叶片间距。(1)撒料盘结构的影响。在涡流空气分级机中，撒料盘起着相当重要的作用。撒料盘的作用一方面是使物料分散均匀，并打散由于凝聚而形成的结块；另一方面是赋予颗粒一定动能，使颗粒在脱离撒料盘时，具有正确的初速度。因此，把物料分散均匀，使固体颗粒充分地悬浮于气流中，这是完成有效分级的先决条件。(2)环形区宽度的影响。在涡流空气分级机中，转笼外边缘至导风叶片内边缘之间的区域称作环形区。物料颗粒受到撒料盘的分散作用以后就进入到该区，受旋转气流的作用实现进一步分散和按粒径分级。环形区宽度是涡流空气分级机结构中最重要的参数之一，因为其宽窄影响物料的分离时间及速度梯度的变化，从而直接影响分级机的分级效率。另外，在涡流空气分级机环形区内的湍流对分级效果也有很大的影响。湍流表现为环形区流场中各速度分量瞬时值随时间变化而出现脉动，结果造成分级效率和分级精度下降。这种现象主要是由于转笼的旋转使周围的流体产生了湍流。湍流是无法避免的，任何形式的利用气体或液体的分级过程都不可能达到理想状态。尽管湍流的影响难以消除，但为了提高分级精度，还应该考虑从流场设计上改善湍流的影响。为了减弱湍流的不利影响，可将涡流空气分级机内气流通道做成流线形，为此，导流叶片的剖面应设计成流线形，叶片安装位置也应尽量使流体不产生大的旋涡区。(3)转笼叶片间距的影响。转笼是涡流空气分级机的核心部件。在结构设计中，转笼叶片间距是转笼的主要结构参数之一，因此叶片间距的大小必将对分级机的分级性能有很大的影响涡流空气分级机转笼叶片间隙为气流的通道，与其它流体机械如水泵、风机等一样，当转笼高速旋转时，叶片通道内必然产生“惯性反旋涡” 现象。“惯性反旋涡” 不可避免，即使真正的无粘性理想流体在旋转叶片之间也会产生，因此只能设法减少。要减小 “惯性反旋涡” 现象对分级效率带来的不利影响，一方面要减小转笼转速；另一方面要减小叶片间距，即增加叶片的数目。转笼转速的选择原则前面已述，在转笼转速确定的情况下，应尽量增加叶片的数目。随着叶片数目的增加，叶片间区域减小，其径向速度增大，而切向速度减小，这是由于叶片的边壁效应的影响造成的。将有利于颗粒只受到气体粘滞阻力和离心力的作用，减少颗粒与叶片的碰撞，从而有利于颗粒的分级。但是在实际中一方面由于叶片厚度的影响，以及机械加工的限制，叶片个数不宜过多20；另一方面如果叶片间隔过小，其轨迹长而复杂，颗粒可能长期停留在叶片的外侧，细粉容易混入粗粉侧，分级精度反而会下降。因此，合理地选择叶片数目是十分重要的。4.2 涡流空气分级机容易出现的问题涡流空气分级机在我国已有多家水泥厂使用,也有许多成功的经验介绍, 但有一些用户使用中存在不少问题, 造成系统产量低、故障多、设备运转率低, 生产无法正常进行, 严重影响粉磨系统能力的正常发挥, 下面就一些常见问题进行分析探讨, 供使用时参考借鉴。(1) 撒料不均匀。国产的涡流分级机一般都是采用边缘喂料, 并由撒料盘及缓冲板进行打散和分散物料。对于中小型分级机,由于结构限制,其喂料口位置已靠近撒料盘边缘, 导致物料在分级区圆周上的分布不均匀。(2) 分级气流在分级区分布不均匀。分级气流经分级机蜗壳上互成180°的两个入风口进入分级机,再经导流叶片切向进入环形分级区。由于分级机的蜗壳结构及系统风管配置的不合理, 使进入环形分级区一周内的气流分布不均匀。(3) 排列角问题。导流叶片在转子带动下沿圆周旋转, 使分级区产生一个向心的压力差p 。压力差 p 在环状分级区是否均匀主要由导流叶片决定, 导流叶片在壳体内环周与法线呈一定角度排列, 而这种排列是涡流分级机在制造中最容易出现问题之处: 排列角度不匀, 导向角度和导流间隙有大有小,造成分级区环周上 p 不相等。在使用中,为保证产品细度合格, 只有加快转子转速, 使分级区内最大的 p 合适, 而其它位置的 p 偏小, 从而影响整机分级效率的发挥。排列角度错误, 会造成蜗壳积料,使机器无法使用。(4) 导流叶片的材质采用耐磨堆焊板，虽耐磨，但由于应力的存在，易变形，造成导流叶片间隙不均匀，导致选粉机内气流不稳定，风速不均匀，易堵塞等问题。原因是日本的IG板技术没能引进，当时采用这种方法替代，无可厚非。现在根据实际应用的效果来看，还应改进。建议采用易成型的耐磨材料替换。(5) 壳体内积料问题。选粉机在使用过程中，往往发现在一次风进口内、检查门处，有大量积料。这主要是因为从磨机吸上的粉尘进人选粉机后，风向改变，阻力增加，粉尘沉降的结果;同时，气流在转向过程中，由于惯性的作用，冲击壳壁，壳体的边壁效应，也是造成积料的重要因素。由于积料的产生，严重影响选粉机的使用效果。建议在壳体底部增加间隔为50 mm宽50mm料槽。开槽时，三边切开，一边相连，向下45o角。槽，既能卸料又能保持气流稳定。(6) 三次风问题。粗粉在下落过程中虽然被三次风再清洗一遍,但由于三次风风量有限, 不足以将其中大部分细粉分级出来, 反而扰乱了上部分级室的水平涡流流场的稳定,影响分级效果。4.3 工艺使用中需注意的问题涡流分级机在工作时, 转子的转向是有方向性的, 它的转向和一、二次风口的气流方向一致, 反映到电机输出轴上应为: 从电机方向看, 输出轴为逆时针旋转。尽管转子反转也有分级效果,但极易造成涡壳积灰,而且与转笼叶片和经由导流叶片进入的气流有一定的逆时针作用力, 分级机电机电流高, 能耗增加。工艺操作中可以调整3 个方面: 调整转速来改变产品细度; 调整系统风量, 这是一种辅助调节方式。主要是在试用初期调整,正常运转后不需再动。有些系统工艺中, 风机进风口, 进二级收集器管道和回风管未装风量调节阀, 各环节风量实际上无法调节,也就无法起到辅助调节作用。而主风机都是高压离心风机, 风机的每次启动都是满负荷启动, 极易造成设备损坏。 根据入磨物料的粒度、水分情况和闭路磨的工艺要求, 调整磨机各仓长度、研磨体级配和装载量, 以此来调整磨内的破碎和粉磨能力, 针对这一点, 只有一些定性的经验数据, 在使用中还得根据实际情况进行调整。第五章 涡流空气分级机的研究方向5.1关于分散的研究：增强颗粒分散性主要有二种方法：一方面是在分级机内的分散，分散程度主要取决于撒料盘的形式和分级区的结构参数。撒料.盘结构型式不同，对分散的作用不同。许多学者对撒料盘的结构和型式进行了研究，主要有圆形平板式撒料-盘、倒锥形撒料盘、叶片式撒料盘、无动力撒料盘、平板上带径向凸棱的撒料盘等。另一方面，是进料前的预分散，主要有流态化气流分散、障碍物冲击分散、机械分散、超声分散和分散剂分散等方法，但这些分散方式在国内外研究中论述有限，目前，有研究者53,54开始进行探讨，理论效果明显。5.2分级理论的研究：用图8所示的涡流式空气分级机来说明其分级机理:气流从进风口切向进入分级机的蜗壳中，并沿螺旋形蜗壳经环形安置的导风叶片顺次进入转笼外边缘和导风叶片内边缘之间的环形区域及转笼内。环形区域内的气流属于自由涡(半自由涡)，涡轮分级区域内的气流属于强制涡。在分级机内空气流速分布如下：径向速度：= (1-1)切向速度： (1-2)图8颗粒运动轨迹与受力常数S.、B、Q及流体粘性而异;由于风机的抽吸作用，在转笼中心形成负压，使进入该环形空间的气流除具有切向速度外，还具有指向轴心的径向速度。待分级的物料经上部加料口落到撒料盘上，经撞击分散后，进入环形区。物料颗粒在流场中受的力可以合并为三个，即转笼内的负压气流对颗粒的向心曳力Fr,汽流在分级室内作圆周运动产生的离心力Fu及自身重力Fg。由于物料颗粒大小不同，所受力的大小方向亦不同，对于细颗粒，Fr> Fu，迫使其随气流流向转笼中心，并经出风口排出机内，经集料器收集。对于粗颗粒，Fr<Fu，迫使其背离转笼中心运动，一边旋转一边下降落入底部的锥形粗料收集锥内排出，从而完成颗粒的分离分级。在作了如下三条假设后，(1)颗粒切向速度与转笼叶片圆周速度相同;(2)颗粒径向速度为零;(3)颗粒为球形等，研究者结合试验推导出了适用于涡流式空气分级机的理论切割粒径公式，更有研究者将分级机结构的细节因素都考虑在内。总之，这些理论成果为进一步提高分级的性能奠定了良好的基础。5.3流场模拟的研究：涡流空气分级机中，环形区(转笼外边缘和导风叶片内边缘之间的环形空间)的流场可以借助于传统的流体测量仪器检测，而转笼叶片间的流场分布，五孔球形测针和热线风速仪都无法测量。目前，对这部分流场的研究主要是采用PHOENICS等软件，对这部分区域的流场进行数值模拟。孙国刚等人用智能型五孔球形测针测量了涡轮式分级机的流场，结果得出涡轮式分级机内是一种复杂的多区旋转流场，分级轮附近气流旋转速度比分级轮外缘的旋转线速度低许多，进入分级轮的径向速度非常不均匀。根据实测的流场结果，取分级圆半径略大于分级轮外缘半径，可得到与实验值较一致的切割粒径。徐政等人对影响分级机的主要工艺因素涡轮转速和风量对叶片间流场的影响进行了数值模拟研究，并研究了流场对涡轮式分级机分级性能的影响。结果得出转速增加，叶片间流场涡流化程度增大，不利于粉体的精细分级;但另一方面，叶轮转速增加使叶片间颗粒所受的离心力增大，分级粒径降低。因此，需要综合考虑转速对分级性能的影响，而不是简单地增加转速以达到超细分级的目的。黎国华等研究了涡轮分级机内腔流场，针对FW 1 SO型强制涡卧式涡轮分级机的内腔流场，利用最新的计算流体动力学(CFD)技术，建立起分级机叶片间的三维旋转流场模型，分别进行了叶片形状为直型和带后弯导板型时的数值模拟计算。结果表明，当采用后弯导板的叶片形状时，混合气流通过两叶片间流场会产生一种正方向的涡旋，它以抵消使用直叶片时由于涡轮高速旋转而不能克服的附加反方向涡旋，从而使流场更加稳定，容易形成整流。为开发适合微米级的高效精密分级机提供了一定的理论依据。刘家祥等依据湍流基本概念和涡频谱基本理论，讨论了涡流空气分级机内不同频率、不同尺度的湍流涡对物料分散和分级精度的影响，提出高频脉动的小尺寸湍涡有利于团聚体解聚、粉料的分散，能提高物料分级精度和分级效率。第六章 结 论涡流空气分级机是矿物加工、建材(如水泥)、化工、粮食加工、食品、医药等行业干法粉体制备系统中最为重要的设备之一。分级机性能的好坏，不但决定着产品质量，同时也明显影响着系统能耗。当前各行各业对粉料的要求越来越高，因而对分级设备提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。涡流空气分级机作为第三代分级机，它比之前两代的分级机不仅在分级机理上有了重大的突破并且在结构上也有了长足的进步。分级精度大大提高，分级范围可调性变大，占地空间变小，耗电量减少，在分级机领域里已经达到了一个高峰。然而涡流空气分级机不是完美无缺的，在很多地方乃需要改进提高。本文论述了涡流空气分级机在实际使用中的不足之处，并相应的提出了解决的方法。由于涡流空气分级机结果复杂，流场运动复杂，目前对其分级机理和流场特性的研究还不是十分的清楚，所以涡流空气分级机