立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)空氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)分析

樂聲濱,柳逢春

（南昌礦山機(jī)械有限公司，南昌330004）

0 引言

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)是通過高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將石料加速，拋到石襯或鐵襯上破碎成砂。立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)在砂石骨料行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，用于砂石骨料制砂和整形，與傳統(tǒng)棒磨機(jī)制砂相比，具有通過量大、成砂量高、占地少、功耗低、磨耗低、不用水及水處理等優(yōu)點(diǎn)。但是，在干法或半干法工況可能會產(chǎn)生大量粉塵外溢。需要進(jìn)行防塵設(shè)計和處理。為了克服粉塵外溢，行業(yè)技術(shù)員人員作了很多努力。

1 減少空氣吸入一級內(nèi)循環(huán)

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 石打鐵立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)

圖2 石打石立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)，待破碎物料從上部入料斗中心孔進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，如果有溢流，物料在上部入料斗堆積后，再從上部周邊溢流窗落入轉(zhuǎn)子周邊。進(jìn)入轉(zhuǎn)子的物料被轉(zhuǎn)子加速后拋向轉(zhuǎn)子外周，與周邊石襯（石打石型）或鐵砧（石打鐵型）相撞，也與溢流下落的物料相撞，撞擊后失去動力的物料從下部排出設(shè)備。在物料進(jìn)入轉(zhuǎn)子的同時，也有空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)1500 r/min左右，轉(zhuǎn)子外周線速度超過65 m/s，形成空氣負(fù)壓，從上部中心孔吸入大量的空氣，從轉(zhuǎn)子通道口向周邊噴射，分別從上部溢流口和下部出料口溢出，如圖3所示。

圖3 石料、空氣在設(shè)備內(nèi)部走向示意圖

如果是干法制砂，溢出空氣中挾帶大量粉塵，形成嚴(yán)重的空氣污染。圖4為某國際品牌在干法制砂中，標(biāo)準(zhǔn)給料狀態(tài)時仍出現(xiàn)大量粉塵外溢的現(xiàn)場。此機(jī)型為石打石機(jī)型，粉塵空氣被轉(zhuǎn)子加速后，噴射到中部腔的石襯上，石襯是斜面向上，噴射氣流被反射向上，最終從上部溢流口溢出。

圖4 粉塵通過上部溢流門外溢

為了緩解這種現(xiàn)象，在內(nèi)部都設(shè)計有內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上方有內(nèi)部分料斗，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子上方中心入料孔形成負(fù)壓，通過分料斗從內(nèi)腔吸取空氣，從而形成空氣內(nèi)循環(huán)。不采用入料管從入料斗送料入轉(zhuǎn)子的最原始結(jié)構(gòu)。但是，這種內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)只能改善部分狀態(tài)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子上口負(fù)壓從內(nèi)部分料斗吸取空氣時，會同時從內(nèi)部和上部入料口吸取空氣，從外部吸取的空氣仍需要排出。

為了減少從上部吸入空氣及上部分料比例的調(diào)整，在上部料斗中心孔下設(shè)計有推拉門，能夠調(diào)整中心孔的開口面積，從而在給料時，料斗中心處于石料積滿狀態(tài)，減少空氣進(jìn)入。這種結(jié)構(gòu)被國內(nèi)生產(chǎn)單位優(yōu)化為雙向推拉門結(jié)構(gòu)[1]，中心是一個可以張縮的正方形開口，能在調(diào)整中心孔開口面積的同時保證正方形中心永遠(yuǎn)對準(zhǔn)轉(zhuǎn)子中心，入料均勻不偏，延長轉(zhuǎn)子、耐耗件、軸承等壽命，減少振動。采用積料入料方式，空氣較少從入料中心孔進(jìn)入。

圖5 雙邊同步推拉調(diào)節(jié)板和積料圖

另外，在溢流口上設(shè)計有橡膠板懸掛封閉，但這種封閉不可靠，在壓力氣流的沖擊下，還是出現(xiàn)了大量粉塵外溢。為了進(jìn)一步消除粉塵的危害，有必要進(jìn)一步從原理上分析，從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)設(shè)計。

產(chǎn)生粉塵處溢的第一個因素是外界空氣的進(jìn)入，一旦有外界空氣進(jìn)入，內(nèi)部無法儲存，勢必溢出。如果中心孔未封閉，在強(qiáng)大負(fù)壓的作用下，會有大量空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子，經(jīng)轉(zhuǎn)子加速后，如風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，產(chǎn)生高速運(yùn)動氣流，就一定會從某處溢出。因此，防止粉塵外溢的第一設(shè)計要點(diǎn)是盡量減少中心孔的空氣進(jìn)入。

現(xiàn)有的中心孔推拉門，仍存在一些不足。調(diào)節(jié)板運(yùn)行需要人工操作，一旦調(diào)整完成，一般不再變動。而來料的狀態(tài)是變化很大的，開機(jī)、關(guān)機(jī)及空機(jī)運(yùn)行時，無料或少料，此時，中心入料孔會吸入大量空氣，在干法系統(tǒng)中，同時排出大量粉塵空氣，產(chǎn)生嚴(yán)重空氣污染。鑒于此種狀態(tài)，筆者進(jìn)一步提出了動力控制和自動控制調(diào)節(jié)的新方式[2]，將使這一問題解決方案更加完善。原理如圖6所示。

圖6 自動控制調(diào)節(jié)入料口系統(tǒng)圖

如圖6所示，通過料位器監(jiān)控料位變化，設(shè)定料位允許變化值，超過或低于允許值將自動張縮入料口，在無料時關(guān)閉入料口。能適應(yīng)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)來料的動態(tài)變化，消除來料動態(tài)變化的不良影響，達(dá)到及時自動調(diào)節(jié)入料口大小的目的。也可以采用手動模式，通過人工觀察手動控制動力調(diào)整入料口。不需停機(jī)，不需人工操作。在運(yùn)行過程中，入料口一直對中擠滿入料，封閉空氣進(jìn)入，減少粉塵產(chǎn)生，物料對中均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)子，振動小，磨損均勻，軸承受力平衡，延長壽命。

2 減少空氣溢出二級循環(huán)

中心用石料積滿封閉后，能進(jìn)去的空氣很少，此時，轉(zhuǎn)子入料口的負(fù)壓主要吸取中部腔體的內(nèi)部空氣，進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)。要使內(nèi)循環(huán)更好地進(jìn)行，還需要更優(yōu)的設(shè)計。在石打石腔型中，轉(zhuǎn)子噴出的高壓氣流通過斜面向上的中部石襯的反射，形成向上的壓力氣流，在經(jīng)過轉(zhuǎn)子上部的內(nèi)部分料斗時，被轉(zhuǎn)子入料口的負(fù)壓吸取。但是，對于石打鐵的腔型，接受石料打擊的鐵砧是垂直布置的，轉(zhuǎn)子噴出的高壓氣流有一半向上噴射，形成良好的內(nèi)循環(huán)，但也有一半的高壓氣流是向下噴射，勢必從下部出料口噴射出來。

圖7 粉塵從下部出料口噴射現(xiàn)場圖

圖7為某公司產(chǎn)品現(xiàn)場圖。內(nèi)部空氣從下部出料口噴射后，勢必從外部吸取空氣補(bǔ)充，盡管堆積物料間隙小，但負(fù)壓仍可通過此處吸入空氣。因此，防止粉塵外溢的第二設(shè)計要點(diǎn)是盡量減少空氣外溢。圖8為一種產(chǎn)品，在下部出料口之外設(shè)置兩根回風(fēng)管，將下部溢出空氣循環(huán)回上部，減少空氣外溢量。圖9為文獻(xiàn)[3]的結(jié)構(gòu)，公開了一種將下部空氣轉(zhuǎn)入中部轉(zhuǎn)子循環(huán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖8 外部回風(fēng)管

圖9 下部回風(fēng)中部圖

顯而易見，盡管轉(zhuǎn)子中心入料孔形成了負(fù)壓，但經(jīng)過較長路徑的傳遞，在出料口抽取空氣的壓強(qiáng)有限，雖然在出料口不會出現(xiàn)明顯的溢出粉塵現(xiàn)象，但仍有較輕的溢出現(xiàn)象。在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，我們還需要進(jìn)一步減少出料口的出風(fēng)量。圖10為封閉出料口的一種結(jié)構(gòu)，下部左右兩側(cè)出料口，設(shè)置有90°轉(zhuǎn)動式擋風(fēng)門，在外的轉(zhuǎn)門上有配重。當(dāng)沒有物料下落時，擋風(fēng)門因?yàn)榕渲刈饔茫幱谒轿恢?，將出料口封閉，當(dāng)有物料下落，并在擋風(fēng)門上堆積，當(dāng)堆積物料超過擋風(fēng)門配重時，擋風(fēng)門轉(zhuǎn)動開啟，物料下落越多，擋風(fēng)門開啟越大，但擋風(fēng)門上仍有相當(dāng)于配重重量的物料，所以，出料口也是被物料所堆積，能從出料口溢出的空氣就很少了。此結(jié)構(gòu)需有回風(fēng)道配合，否則，向下的高壓氣流被擋風(fēng)門阻擋，在出口料堆上形成壓力區(qū)，仍會通過物料間隙溢出。

3 上部溢流門封塵三級循環(huán)

圖10 立軸破出料口擋風(fēng)門結(jié)構(gòu)示意圖

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，除了出料口要防止空氣外溢，上部入料斗的溢流門也要防止空氣外溢。在圖4中，粉塵通過上部溢流門外溢原因是：轉(zhuǎn)子噴射的空氣經(jīng)過中部石襯腔或鐵砧反射轉(zhuǎn)向上部噴射，向上噴射氣流經(jīng)過轉(zhuǎn)子上方的內(nèi)部分料斗，負(fù)壓吸走了部分空氣，但因?yàn)榭諝庀蛏系膭幽懿]有完全消除，仍有部分空氣向上，試圖從上部入料斗的溢流門溢出。在有物料的狀態(tài)下，粉塵外溢很少，但在沒有入料或入料較少的狀態(tài)下，上部出現(xiàn)了較多的粉塵外溢。

通過入料口的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以很大程度消除這種現(xiàn)象，但仍有進(jìn)一步優(yōu)化的必要。

向上的空氣是一種旋轉(zhuǎn)向上的氣流，當(dāng)遇到上部周邊擋板時，形成空氣正壓，從溢料口溢出。改進(jìn)如圖11所示，上部周邊以斜度擋板導(dǎo)向氣流改變走向，變向上為向下，回到轉(zhuǎn)子上方的內(nèi)部分料斗位置，再被轉(zhuǎn)子入料口的負(fù)壓吸走，這樣，從上部溢流門溢出的空氣就很少了。

圖11 上部周邊空氣流轉(zhuǎn)圖

以上所描述的三級空氣循環(huán)系統(tǒng)：1）轉(zhuǎn)子噴出的高壓氣流向上到達(dá)轉(zhuǎn)子上方內(nèi)部分料斗被轉(zhuǎn)子入料口負(fù)壓吸入轉(zhuǎn)子循環(huán)；2）轉(zhuǎn)子噴出的高壓氣流向下將通過中部回風(fēng)道回到轉(zhuǎn)子入料口循環(huán)；3）向上到達(dá)上部溢流門周邊的氣流被斜面擋板轉(zhuǎn)向回到轉(zhuǎn)子循環(huán)。此三級循環(huán)在南昌礦機(jī)稱為“三循環(huán)封塵系統(tǒng)”，在實(shí)際運(yùn)用中取得了很好的防塵效果，多次與國內(nèi)外同類產(chǎn)品同工況運(yùn)行，得到現(xiàn)場操作者的好評。

4 其它封塵系統(tǒng)

除了在設(shè)備內(nèi)部構(gòu)建多重循環(huán)封塵系統(tǒng)，也可以在外部或內(nèi)外結(jié)合構(gòu)建更嚴(yán)密的封塵系統(tǒng)。

圖12為文獻(xiàn)[4]的結(jié)構(gòu)，通過鼓風(fēng)機(jī)71通過管道7引入風(fēng)量，形成向上的氣流，再通過上方的引風(fēng)機(jī)81通過管道8收取粉塵氣流。可以進(jìn)行除塵和收塵作業(yè)。

圖12 聯(lián)接收塵器的除塵系統(tǒng)

圖13為反擊式破碎機(jī)的各類除塵設(shè)計[5]，也可用于立軸式?jīng)_擊破碎機(jī),有以下特點(diǎn)：1）封閉小室加抽風(fēng)除塵；2）入料抽風(fēng)加出料封閉料倉抽風(fēng)；3）入料抽風(fēng)加出料皮帶料罩抽風(fēng)；4）自封閉式入料抽風(fēng)加旁路回風(fēng)加出料皮帶料罩抽風(fēng)；5）自封閉式入料抽風(fēng)加旁路回風(fēng)加出料轉(zhuǎn)向加出料皮帶料罩抽風(fēng)。因此部分內(nèi)容已超出本文范圍，請參考相關(guān)文獻(xiàn)。

圖13 外部封閉的各種形式

5 結(jié)語

綜上所述，具有三循環(huán)封塵系統(tǒng)的主機(jī)，不需要外部除塵系統(tǒng)配合。如果內(nèi)部循環(huán)封塵系統(tǒng)設(shè)計不完備，應(yīng)配備外部除塵系統(tǒng)，來達(dá)到環(huán)保要求。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 樂聲濱.立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)入料口對中伸縮入料：CN20062015 7001.8[P].2008-06-11.

[2] 樂聲濱.立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)上部入料口自動調(diào)節(jié)方法：CN201711137024.1[P].2017-11-16.

[3] 樂聲濱.立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)中部回風(fēng)道：CN200720125698.5[P].2009-07-29.

[4] 李建生,湯明.一種沖擊式破碎機(jī)：CN201220367027.0[P].2013-02-06.

[5] 傅自強(qiáng).石棉選礦廠沖擊式破碎機(jī)的除塵[J].非金屬礦,1974(3)：27-33.