導(dǎo)流板形狀對精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制影響分析

程宏偉　童　聰成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川　成都　610051

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導(dǎo)流板形狀對精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制影響分析

程宏偉童聰
成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610051

摘要生料終粉磨系統(tǒng)中的精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速無法控制，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)產(chǎn)量。通過流場仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，臥式選粉機(jī)的入口氣流一般高于設(shè)定的選粉機(jī)轉(zhuǎn)子邊緣速度。如果導(dǎo)流板設(shè)置不當(dāng)，入口處的高速氣流容易對轉(zhuǎn)子起到推動作用，造成選粉機(jī)轉(zhuǎn)速比給定的轉(zhuǎn)速高，即轉(zhuǎn)速失控，選粉過細(xì)，產(chǎn)量偏低。選粉機(jī)入口平面正上方的轉(zhuǎn)子外圍區(qū)域的流場對轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩（大小和方向）影響很大。在設(shè)計(jì)導(dǎo)風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該考慮利用氣流在該區(qū)域形成的、與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的壓差來對轉(zhuǎn)子起到一定的阻礙作用，從而在不增加制動單元的情況下達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的效果。

關(guān)鍵詞精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制導(dǎo)流板流場模擬

0　引言

某項(xiàng)目生料粉磨采用輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，在試生產(chǎn)過程中，V選上方的精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速失控（比如電機(jī)滿轉(zhuǎn)為1 500 r/min，給定頻率20 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該為600 r/min，但是實(shí)際是700 r/min以上），電機(jī)電流低于該設(shè)備空載電流，此時(shí)系統(tǒng)風(fēng)量還遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需要，以降低風(fēng)速來控制選粉機(jī)轉(zhuǎn)速無法實(shí)施。選出成品過細(xì)，粗粉中細(xì)粉過多，選粉效率偏低，生料粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量無法提高。也就是說，精細(xì)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速無法控制，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)產(chǎn)量。本文對此問題采用流場分析法查找原因，并給出解決辦法。

1　精細(xì)選粉機(jī)概況

精細(xì)選粉機(jī)型號為LR3400 臥式精細(xì)選粉機(jī)，轉(zhuǎn)子部件為錐形，中徑為Φ 3 400 mm，轉(zhuǎn)子葉片數(shù)量為150片，轉(zhuǎn)子葉片與水平成39°角度，選粉機(jī)無導(dǎo)風(fēng)葉片，只在入口處有一塊弧形導(dǎo)料板（圖1）。選粉機(jī)參數(shù)如下：

產(chǎn)量(t/h)：215~280(比表160~320 m2/kg)

選粉風(fēng)量(m3/h)：340 000~500 000

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min) ：40~132

電機(jī)功率：90 kW

精細(xì)選粉機(jī)的工作原理如下：經(jīng)過V選分選的物料隨氣流進(jìn)入精細(xì)選粉機(jī)的進(jìn)風(fēng)口，經(jīng)過導(dǎo)流板和蝸殼導(dǎo)向分布到轉(zhuǎn)子周圍。轉(zhuǎn)子呈臥式布置，變頻電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成分級流場，粗顆粒匯集到粗粉出口，合格的成品通過轉(zhuǎn)子從出粉口流出被下游的旋風(fēng)筒收塵器收集。從圖1中也可以看出，進(jìn)風(fēng)口的氣流對轉(zhuǎn)子有一定的驅(qū)動作用，驅(qū)動力的大小與進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速和轉(zhuǎn)子葉片的布置形式有關(guān)。

圖1　精細(xì)選粉機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2　問題分析

2.1理論分析

根據(jù)現(xiàn)場反映的情況分析，實(shí)際工作時(shí)選粉機(jī)的入口風(fēng)速是大于給定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子邊緣速度的，高速運(yùn)動的空氣對轉(zhuǎn)子葉片的推動作用大，在沒有制動單元的情況下，選粉機(jī)轉(zhuǎn)速會高于給定轉(zhuǎn)速，造成選粉機(jī)選出的產(chǎn)品過細(xì)，產(chǎn)量不高。

2.2仿真分析

為了驗(yàn)證理論分析的正確性，對選粉機(jī)的內(nèi)部流場進(jìn)行了仿真分析，從圖1可以看出，選粉機(jī)轉(zhuǎn)子的高度與進(jìn)風(fēng)口寬度大致相等，假設(shè)選粉機(jī)在轉(zhuǎn)子高度方向上氣流分布一致，可選取選粉機(jī)的轉(zhuǎn)子中性面截面進(jìn)行2D模擬。

分析時(shí)設(shè)定的操作參數(shù)中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r/min，入口風(fēng)速為15 m/s，從圖2和圖3選粉機(jī)的氣流速度和壓力分布可以看出：

（1）氣流在導(dǎo)風(fēng)葉片的末端、轉(zhuǎn)子的外圍形成高速運(yùn)動；

（2）轉(zhuǎn)子葉片迎風(fēng)面和背風(fēng)面存在較大的壓差，并且壓差產(chǎn)生的推力方向與轉(zhuǎn)動方向相同；

（3）轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩M= -214 N·m。上述現(xiàn)象說明高速運(yùn)動的氣流對轉(zhuǎn)子起到了較大的推動作用。

仿真分析的結(jié)果與理論分析一致，因此為了解決問題，應(yīng)考慮減小空氣對轉(zhuǎn)子的推動作用，或者將空氣對轉(zhuǎn)子的推動作用改變成對轉(zhuǎn)子的阻力作用，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速得到控制。

圖2　速度矢量圖

圖3　壓力云圖

3　修改方案的提出與分析對比

根據(jù)上述分析，考慮了以下4種修改方案。

3.1延長導(dǎo)風(fēng)葉片的長度

方案描述：將原有的導(dǎo)風(fēng)葉片沿著轉(zhuǎn)子外圍延長，使導(dǎo)風(fēng)葉片包絡(luò)約1/4轉(zhuǎn)子圓弧。仿真分析的結(jié)果可從圖4和圖5選粉機(jī)的氣流速度和壓力分布看出：

（1） 氣流在轉(zhuǎn)子外圍形成高速運(yùn)動的現(xiàn)象沒有消除，只是改變了位置；

（2） 轉(zhuǎn)子葉片之間仍然存在較大的壓差，壓差方向與轉(zhuǎn)動方向相同，壓差較大的區(qū)域改變了位置；

（3） 轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩M=- 527 N·m。

說明延長導(dǎo)風(fēng)葉片的長度不僅沒有消除高速氣流對轉(zhuǎn)子的推動作用，反而增強(qiáng)了推動作用，并且使得選粉機(jī)的有效選粉區(qū)域減小，產(chǎn)量會受到影響，此方案不可行。

圖4　速度矢量圖

圖5　壓力云圖

3.2去掉弧形導(dǎo)料板

方案描述：將原有的弧形導(dǎo)料板整個(gè)去除。仿真分析的結(jié)果可從圖6和圖7選粉機(jī)的氣流速度和壓力分布看出：

（1） 轉(zhuǎn)子外圍的氣流高速運(yùn)動現(xiàn)象消失，氣流入口上方、轉(zhuǎn)子外圍的氣流運(yùn)動比較紊亂；

（2） 氣流入口處上方的轉(zhuǎn)子葉片之間存在較大壓差，壓差產(chǎn)生的推力方向與轉(zhuǎn)動方向相反；

（3） 轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩M=825 N·m。

說明去掉導(dǎo)風(fēng)葉片以后，氣流對轉(zhuǎn)子的推動作用變成了阻礙作用，但是氣流入口上方、轉(zhuǎn)子外圍的氣流運(yùn)動比較紊亂，容易造成粒徑較大的顆粒從此處進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，產(chǎn)品跑粗，此方案不可行。

圖6　速度矢量圖

圖7　壓力云圖

3.3保持導(dǎo)料板不變，另外增加導(dǎo)風(fēng)葉片

方案描述：在選粉機(jī)入口管道中心另外增加一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉片，導(dǎo)風(fēng)葉片走向沿殼體與轉(zhuǎn)子外圍通道的中心線，導(dǎo)風(fēng)葉片包絡(luò)約1/6轉(zhuǎn)子圓弧。仿真分析的結(jié)果可從選粉機(jī)的氣流速度（velocity）（圖8）和壓力（pressure）分布（圖9）看出：

（1）氣流被分割成了兩個(gè)高速區(qū)，分別在增加的導(dǎo)風(fēng)葉片外側(cè)和轉(zhuǎn)子外圍，但是與不增加導(dǎo)風(fēng)葉片的情況相比，轉(zhuǎn)子外圍的速度降低了約15 m/s；

（2） 轉(zhuǎn)子葉片之間的壓差明顯減小了；

（3） 轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩M= - 54 N·m。

說明另外增加導(dǎo)風(fēng)葉片以后，高速氣流對轉(zhuǎn)子葉片的推動作用減弱明顯。

圖8　速度矢量圖

圖9　壓力云圖

3.4改變原導(dǎo)料板形狀

方案描述：將原有的導(dǎo)料板形狀進(jìn)行改變，變?yōu)橐欢沃卑寮右恍《位“?。仿真分析的結(jié)果可從選粉機(jī)的氣流速度（圖10）和壓力分布（圖11）看出：

圖10　 速度矢量圖

圖11　 壓力云圖

（1） 轉(zhuǎn)子外圍的氣流速度減小，氣流入口上方、轉(zhuǎn)子外圍的氣流運(yùn)動稍顯紊亂，紊亂程度較去掉導(dǎo)風(fēng)葉片的情況明顯降低；

（2） 氣流入口處上方的轉(zhuǎn)子葉片之間存在較大壓差，壓差方向與轉(zhuǎn)動方向相反；

（3） 轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩M=358 N·m。

說明氣流對轉(zhuǎn)子的推動作用變?yōu)樽璧K作用。

4　修改方案的擬定

表1中對上述提出的4種方案分析進(jìn)行了總結(jié)，綜合流場情況、轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩以及操作性，最后擬定方案為采用改變導(dǎo)料板形狀的方案4。

表1　不同修改方案轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩對比

注：轉(zhuǎn)矩為“-”表示氣流對轉(zhuǎn)子起推動作用；“+”表示氣流對轉(zhuǎn)子起阻礙作用。

5　結(jié)束語

通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，臥式選粉機(jī)的入口氣流一般高于設(shè)定的選粉機(jī)轉(zhuǎn)子邊緣速度。如果導(dǎo)流板設(shè)置不當(dāng)，入口處的高速氣流容易對轉(zhuǎn)子起到推動作用，造成選粉機(jī)轉(zhuǎn)速比給定的轉(zhuǎn)速高，即轉(zhuǎn)速失控，選粉過細(xì)，產(chǎn)量偏低。選粉機(jī)入口平面正上方的轉(zhuǎn)子外圍區(qū)域的流場對轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩（大小和方向）影響很大。在設(shè)計(jì)導(dǎo)風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該考慮利用氣流在該區(qū)域形成的、與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的壓差來對轉(zhuǎn)子起到一定的阻礙作用，從而在不增加制動單元的情況下達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的效果。當(dāng)然，如果能夠找到一個(gè)平衡點(diǎn)：即選粉機(jī)電流最低，又不會失速，是有利于降低選粉機(jī)電耗的。

（第11頁圖3）

中圖分類號：TQ172.632.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-0473(2016)01-0052-03DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.01.011

收稿日期：（2015- 12- 10）