錘片式飼料粉碎機分離裝置外管壁結(jié)構(gòu)的改進

■王 亮 曹麗英

（內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

我國目前使用較多的飼料粉碎機仍然是傳統(tǒng)的臥式錘片式粉碎機。在其工作時，容易在粉碎室內(nèi)部形成環(huán)流層，并且在離心力作用下，大顆粒物料容易堵住篩孔，從而導(dǎo)致了分離效率低以及物料顆粒過粉碎等問題。為解決上述問題，本課題組在傳統(tǒng)粉碎機的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新型飼料粉碎機，可以解決環(huán)流層和篩孔堵塞等問題，但是出現(xiàn)了飼料顆粒過篩率低以及度電產(chǎn)量不高等問題。本文針對這一問題提出了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)想，以解決這些問題。

1 問題描述

新型錘片式飼料粉碎機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于粉碎室內(nèi)部不是完整的圓形，所以在工作時粉碎室內(nèi)不形成環(huán)流層。并且由于其自身結(jié)構(gòu)的特點也不會造成飼料顆粒對篩片的堵塞，可大大改善飼料過粉碎等問題。

圖1 新型錘片式粉碎機結(jié)構(gòu)原理

當飼料顆粒在進入分離裝置時，速度基本是沿著分離裝置下端平面的切線方向，加上離心力的作用，絕大多數(shù)顆粒都是沿著分離裝置外管壁運動的。由于分離裝置上端結(jié)構(gòu)的特點，很多顆粒運動到上端拐彎處時將和外管壁發(fā)生碰撞后被彈回到內(nèi)管壁上，并沿著內(nèi)管壁一直流回粉碎室中，從而造成飼料過篩率和度電產(chǎn)量的降低。

為了解決上述問題，本文提出了一種將外管壁改為圓弧形的想法。

2 有限元模型的建立及求解

2.1 模型的建立

由于大多數(shù)顆粒是沿著外管壁運動，所以外管壁的機構(gòu)至關(guān)重要；而內(nèi)管壁的結(jié)構(gòu)幾乎不對顆粒濃度的分布產(chǎn)生重要影響。為了建模簡單，本文將內(nèi)管壁的半徑定格在600 mm，然后分別建立三組不同外管壁半徑R的值與之共同進行仿真模擬。三組外管壁半徑R的值分別為750 mm、800 mm和850 mm。建模時采用三維建模軟件Pro/e建立模型，將建立好的三維模型導(dǎo)入到ANSYS/FLUENT中進行網(wǎng)格劃分，使用軟件自動生成網(wǎng)格，如圖2所示。

圖2 計算區(qū)域網(wǎng)格單元

2.2 邊界條件及初始條件的確定

分離裝置進料口設(shè)為速度入口，氣相和固相進口速度均為10 m/s。出口設(shè)置為自由出口，進出口位置如圖2所示。

2.3 求解

兩相流模型采用歐拉模型，分散相選用體積分數(shù)占連續(xù)相10%的玉米顆粒，固相顆粒直徑設(shè)置為2.5 mm，連續(xù)相設(shè)置為空氣?？諝獾倪\動黏度為17.9×106m2/s，三組仿真入口當量直徑最小為112 mm，通過計算可知Re＞4 000，所以分離裝置中流體的流動為湍流，湍流模型選用標準k-ε模型，并選用無滑移邊界，近壁區(qū)的流動模擬采用標準壁面函數(shù)。其他條件保持默認設(shè)置。

3 結(jié)果分析

圖3是未改動的分離裝置中顆粒濃度分布。從圖3可以直觀地看出高濃度區(qū)分別分布在入口處和出口處附近。出口處的顆?？梢酝耆^篩，而入口處的顆粒絕大部分將被外管壁反彈后流回中心粉碎室。導(dǎo)致顆粒過篩率和度電產(chǎn)量不高。

外管壁半徑R值為750、800 mm和850 mm時，分離裝置中顆粒濃度分布情況分別如圖4、圖5、圖6所示?？梢钥闯觯?張圖中顆粒的高濃度區(qū)均分布在篩片的前后兩端。篩片前端的顆粒已經(jīng)過篩，篩片后端的顆粒絕大多數(shù)也能夠順利過篩?？梢?，由于飼料顆粒在進入分離裝置時速度是沿著下端平面的切向方向，圓弧形外管壁可以避免大多數(shù)飼料顆粒與外管壁的直接碰撞，沒有了外管壁的反彈，飼料顆粒的過篩率大大改善，效果良好。

圖3 未改動時分離裝置顆粒濃度分布

圖4 R=750 mm時顆粒濃度分布

圖5 R=800 mm時顆粒濃度分布

圖6 R=850 mm時顆粒濃度分布

4 結(jié)論

①本文利用FLUENT軟件分別對改進前和改進后的三組粉碎機的分離裝置進行了氣固兩相流模擬，效果良好，為合理設(shè)計分離裝置的結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。

②通過仿真實驗，驗證了在將外管壁的形狀改為圓弧形后，可以避免外管壁與大多數(shù)飼料顆粒的碰撞，飼料顆粒的過篩率顯著提高，進而可以提高粉碎機的度電產(chǎn)量。

③究竟外管壁的形狀如何設(shè)計可以使得飼料的過篩率得到最大提高，以及在飼料顆粒運動過程中，與外管壁的摩擦與碰撞所帶來的功耗如何降到最低，可以在以后的研究中繼續(xù)討論。