TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的初步設(shè)計(jì)

張雙江，同秀林

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012；3.唐山德安科技有限公司，河北 唐山 063000)

立式刮刀卸料離心脫水機(jī)是選煤廠中用于脫除<13 mm粒級(jí)末中煤、末精煤水分的主要設(shè)備，由于較高的分離因數(shù)、良好的脫水性能、優(yōu)良的穩(wěn)定性及比臥式振動(dòng)離心機(jī)更高的性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)，該類型設(shè)備在我國(guó)選煤廠得到了廣泛應(yīng)用。目前，TLL1150立式刮刀卸料離心脫水機(jī)是國(guó)內(nèi)同類型設(shè)備中處理能力最大的，其處理能力在200 t/h左右[1]，應(yīng)用也最為廣泛。隨著我國(guó)選煤廠的大型化建設(shè)和煤礦開采技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的處理能力提出更高要求[2]；加之原設(shè)備存在易損件較多[3]、使用壽命較短、所需的垂直拆卸空間大等問(wèn)題，故有必要研制TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)，以滿足選煤廠的生產(chǎn)需要。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機(jī)主要由篩籃、刮刀、鐘形罩、布料錐、入料口、上機(jī)蓋、出口保護(hù)環(huán)、電動(dòng)機(jī)、減振器、油箱、三角皮帶、齒輪差速器、出口圓錐體、機(jī)座等組成，整機(jī)結(jié)構(gòu)中的固定部分主要包括機(jī)座、上機(jī)蓋、出口圓錐體，傳動(dòng)部分主要包括電機(jī)、主被動(dòng)皮帶輪、三角帶、差速器，旋轉(zhuǎn)部分主要包括布料錐、刮刀、篩籃、鐘形罩等，潤(rùn)滑系統(tǒng)主要包括油箱、油泵電機(jī)、膠管、壓力表等。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—篩籃；2—刮刀；3—鐘形罩；4—布料錐；5—入料口；6—上機(jī)蓋；7—出口保護(hù)環(huán)；8—電動(dòng)機(jī)；9—減振器；10—油箱；11—三角皮帶；12—齒輪差速器；13—出口圓錐體；14—機(jī)座

1.2 工作原理

物料通過(guò)入料口進(jìn)入機(jī)體，經(jīng)布料錐進(jìn)入篩籃與刮刀之間的空間；在離心力的作用下，物料緊貼篩籃內(nèi)壁，其中的水和細(xì)顆粒透過(guò)物料層和篩縫，沿上機(jī)蓋流入機(jī)座上部的集水槽，然后通過(guò)機(jī)座兩側(cè)的排液管排出；由于刮刀與篩籃之間存在轉(zhuǎn)速差(由齒輪差速器提供)，篩籃內(nèi)側(cè)的煤粒被刮刀從內(nèi)壁刮下，并推送至篩籃大端，然后將脫水物料卸到機(jī)器下方的收料漏斗，一個(gè)脫水過(guò)程基本完成[4-5]。TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的工作原理示意如圖2所示。

圖2 TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機(jī)工作原理

2 技術(shù)參數(shù)的選取與計(jì)算

設(shè)計(jì)TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的技術(shù)參數(shù)時(shí)，主要考慮分離因數(shù)、處理能力、脫水時(shí)間、電機(jī)功率等。

2.1 分離因數(shù)

分離因數(shù)是表征離心脫水機(jī)脫水性能的主要指標(biāo)[6]，分離因素越大，其脫水性能越好，但過(guò)大的分離因數(shù)易使物料的粉碎程度和易損件的磨損程度增大[7]。因此，在選擇分離因數(shù)時(shí)既要考慮設(shè)備的脫水性能，也要兼顧其經(jīng)濟(jì)性。參考以往立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的分離因數(shù)，TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)篩籃大端的分離因數(shù)確定為184。

2.2 處理能力

設(shè)備處理能力不僅與物料本身特性有關(guān)，還與螺旋刮刀結(jié)構(gòu)參數(shù)、篩籃結(jié)構(gòu)參數(shù)及螺旋刮刀與篩籃的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。增加螺旋導(dǎo)程，可以提高處理能力，降低功率消耗，減少易損件的磨損；增加齒輪差速器的轉(zhuǎn)速差，可以提高處理能力，降低推料轉(zhuǎn)矩，但脫水時(shí)間減少。因此，在保證物料脫水時(shí)間的前提下，要盡量增加螺旋導(dǎo)程和轉(zhuǎn)速差。

按照螺旋排料能力計(jì)算，TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的處理能力[8]為:

Q=kr0Av，

(1)

式中：Q為設(shè)備處理能力，kg/s；k為填充系數(shù)，對(duì)于0～13 mm粒級(jí)末煤，選擇0.6；r0為煤的散密度，此處取900 kg/m3；A為螺旋過(guò)料面積，m2；v為煤粒沿篩籃軸線方向滑動(dòng)的速度，m/s。

螺旋過(guò)料面積通常按小端尺寸計(jì)算，計(jì)算式為：

(2)

式中：D為螺旋外錐直徑，D=0.9 m；d為螺旋內(nèi)錐直徑，d=0.537 m；Z為螺旋頭數(shù)，取12；t為螺旋葉片厚度，t=0.016 m；β為螺旋葉片升角，β=53.40°。

煤粒沿篩籃軸線方向滑動(dòng)的速度計(jì)算式為：

(3)

式中：S為螺旋導(dǎo)程，取3.80 m；Δn為篩籃與螺旋之間的轉(zhuǎn)速差，取8.50 r/min；Ep為輸煤效率，是一個(gè)與螺旋葉片升角、篩籃半錐角、煤與篩面的摩擦系數(shù)及煤與螺旋葉片的摩擦系數(shù)有關(guān)的參數(shù)，在螺旋葉片升角、篩籃半錐角確定的情況下，其隨摩擦系數(shù)的增大而減小，摩擦系數(shù)一般按經(jīng)驗(yàn)選取[9]，此處煤與篩面之間的摩擦系數(shù)取0.45，煤與螺旋葉片之間的摩擦系數(shù)取0.40。

依據(jù)式(1)、式(2)、式(3)，計(jì)算出的TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)處理能力為278 t/h。

2.3 脫水時(shí)間

物料的外在水分除與分離因數(shù)有關(guān)外，還與脫水時(shí)間有關(guān)，脫水時(shí)間越長(zhǎng)，其外在水分越低。物料在TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機(jī)內(nèi)的脫水時(shí)間計(jì)算式[8]為：

(4)

式中：T為脫水時(shí)間，s；β為螺旋葉片升角，(°)；δ1為物料沿篩籃內(nèi)壁滑動(dòng)方向與垂直于篩籃軸線的徑向平面之間的夾角，(°)；Δω為篩籃與螺旋的角速度差，rad/s；α為篩籃傾角，(°)；Kt為滯留時(shí)間系數(shù)；r1、r2分別為篩籃小端、大端的半徑，m。

通過(guò)式(4)可以看出，脫水時(shí)間是一個(gè)與篩籃結(jié)構(gòu)、螺旋葉片升角及篩籃與螺旋轉(zhuǎn)速差等有關(guān)的物理量，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮各參數(shù)的情況，保證物料在篩面有足夠的脫水時(shí)間。此處計(jì)算的脫水時(shí)間為2.10 s。

2.4 電機(jī)功率

對(duì)于立式刮刀卸料離心脫水機(jī)而言，電機(jī)功率主要包括三部分，即從物料進(jìn)入離心機(jī)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率N1、螺旋推料所需的功率N2、傳動(dòng)部分消耗的功率N3。

(5)

式中：ω為篩籃角速度，ω=50.80 rad/s；λ為物料攪動(dòng)損耗能量系數(shù)，取1.25；Q為設(shè)備處理能力，Q=77.20 kg/s；R為篩籃大端半徑，R=0.70 m。

根據(jù)式(5)計(jì)算的N1=61 kW。立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的篩籃半錐角小于煤與篩面之間的摩擦角，物料依靠螺旋卸料，設(shè)計(jì)中計(jì)算的螺旋推料功率N2=14 kW。傳動(dòng)過(guò)程中消耗的功率主要是三角皮帶和齒輪差速器等的消耗功率，計(jì)算的N3=11 kW。

除此之外，軸承摩擦、篩籃與空氣摩擦也有消耗，這部分功率不再單獨(dú)計(jì)算，而是在選擇電機(jī)時(shí)以系數(shù)k2考慮[10]，取k2=1.15。

立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的總功率計(jì)算式為：

N=k1k2(N1+N2+N3)，

(6)

式中：k1為電機(jī)安全裕度系數(shù)，取k1=1.10。

根據(jù)各部分功率綜合計(jì)算，可知立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的總功率為109 kW。

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用大直徑、低轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)，能在保證設(shè)備處理能力的條件下提高設(shè)備易損件的使用壽命。

(2)采用耐磨防護(hù)技術(shù)對(duì)易損件(刮刀、鐘形罩、出口保護(hù)環(huán)等)進(jìn)行處理，可以降低易損件的維護(hù)與采購(gòu)成本。

(3)上機(jī)蓋采用分體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠解決因現(xiàn)場(chǎng)空間、上機(jī)蓋尺寸及質(zhì)量造成的拆卸困難問(wèn)題，拆裝方便、快捷。

(4)考慮到鐘形罩、篩籃等回轉(zhuǎn)部件質(zhì)量大，且啟動(dòng)困難，設(shè)計(jì)采用耐磨沖洗裝置對(duì)鐘形罩和出口保護(hù)環(huán)之間的間隙進(jìn)行沖洗，防止煤泥在此堆積，進(jìn)而影響正常開機(jī)。

(5)為了提高潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑效果，在原稀油強(qiáng)制潤(rùn)滑的基礎(chǔ)上加入油溫與油壓檢測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)油質(zhì)變化，以保證離心脫水機(jī)正常工作。

4 結(jié)語(yǔ)

立式刮刀卸料離心脫水機(jī)是我國(guó)選煤廠廣泛應(yīng)用的脫水設(shè)備，主要用于脫除<13 mm粒級(jí)末中煤、末精煤水分。隨著選煤廠大型化的建設(shè)和原煤中細(xì)粒煤的增多，大處理量、高穩(wěn)定性立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的研制迫在眉睫。這種大型脫水設(shè)備的推廣與應(yīng)用，不但可以簡(jiǎn)化千萬(wàn)噸級(jí)選煤廠的生產(chǎn)工藝，而且能夠降低維護(hù)保養(yǎng)成本，進(jìn)一步提高我國(guó)立式刮刀卸料離心脫水機(jī)的整體技術(shù)水平。

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