小型螺旋送粉器的設(shè)計

孫智興，李占賢

（河北聯(lián)合大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009）

0 引言

送粉器是一種儲存粉末和定量送粉的裝置，目前應(yīng)用的類型主要包括自重式、霧化式、刮吸式、螺旋式和微細(xì)粉等［1-3］。由于煤粉為細(xì)小而有乳聚性的粉體，且受粉末間勃附作用和氣固流體動力學(xué)雙重因素的影響，粉末向下流動非常困難，甚至在出口附近粉末固結(jié)，出現(xiàn)架橋、結(jié)拱等現(xiàn)象［4］。也就是說，依靠自重下料方式的送粉器（如自重式）無法完成煤粉的送粉過程，因此，煤粉送粉器需選用借助機(jī)械力的螺旋送粉器。而市場上的螺旋式送粉機(jī)構(gòu)多為應(yīng)用于廠礦的大型供粉設(shè)備，對于實驗室中應(yīng)用的小、微型供粉設(shè)備很難找到成熟產(chǎn)品。因此，本文開發(fā)了一款小型螺旋送粉器，對于開展實驗室規(guī)模的煤粉點火研究工作十分重要。

1 送粉器的工作原理

不同類型的送粉器由于采用的工作原理不同，傳送粉末的特性也存在著較大的差異，表1為幾種送粉器的特性比較。

表1 幾種送粉器的特性比較

根據(jù)表1中幾種送粉器的特性比較，結(jié)合煤粉的黏附特性，螺旋式送粉器和消磨針式送粉器滿足煤粉的送粉要求，而在我們的煤粉點火實驗中，要求送粉量連續(xù)可調(diào)，且實驗過程中不需要多種粉末混合使用，因此，螺旋式送粉器更符合要求。

螺旋式送粉器基于機(jī)械學(xué)原理，通過機(jī)械的推力傳送粉末。該送粉器的優(yōu)點是：對所傳送粉末的干濕度、形狀均無限制，所傳送粉末的直徑大于Φ15μm；單位時間的粉末輸送量可通過更換不同的螺旋桿及控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，能實現(xiàn)供粉量的連續(xù)控制。其缺點是：由于是采用螺旋桿的螺紋間隙傳送粉末，單位時間粉末的輸送量不能從0起調(diào)，且在一套裝置上一般只配置一個送粉器，不能將兩種不同材料的粉末混合傳送。

2 螺旋送粉器總體設(shè)計方案

本文所設(shè)計的用于煤粉點火的小型螺旋送粉器總體設(shè)計方案如下：

（1）采用漏斗型結(jié)構(gòu)作為儲料室。

（2）在儲料室中間位置安裝螺旋攪拌器件，通過電機(jī)帶動螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使煤粉均勻落下，并在螺旋結(jié)構(gòu)上設(shè)計攪拌結(jié)構(gòu)，防止粉末結(jié)拱。

（3）電機(jī)的傳動采用連接件將運動傳遞到螺旋攪拌組件，并通過軸承固定，保證螺旋組件與儲料室同心。

（4）氣力采用分通道輸送方式，在出粉腔內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，從而有利于粉末沉降。

（5）結(jié)構(gòu)整體采用封閉式載氣系統(tǒng)，各部件連接處添加密封圈以保證良好密封。

3 送粉器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

本螺旋送粉器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要工作原理是：通過直流調(diào)速電機(jī)帶動螺旋攪拌組件轉(zhuǎn)動使煤粉下落，隨著高速氣流形成風(fēng)粉。整個送粉器結(jié)構(gòu)均采用螺紋連接，方便更換粉末時的設(shè)備清理。

3.1 螺旋攪拌結(jié)構(gòu)的設(shè)計及固定

由于粉末顆粒間自然黏著力的存在，使顆粒處于聚團(tuán)的狀態(tài)，其流化阻力增強(qiáng)。針對煤粉粉末易黏附的特點，我們在送粉器儲料室中增加攪拌結(jié)構(gòu)（圖1中的11），打散煤粉因黏著力形成的架橋、結(jié)拱等現(xiàn)象。螺旋攪拌組件由螺旋桿和高強(qiáng)度及高硬度的攪拌架組成，攪拌架采用截面積為3mm×5mm的鋼板構(gòu)成，長度按儲料室的錐形長度設(shè)計，且采用對稱結(jié)構(gòu)，降低了運轉(zhuǎn)過程中的噪聲。通過攪拌架的轉(zhuǎn)動，打散粉末，增強(qiáng)其流動性，使其不斷地向儲料室端口流動，同時為保證端口處煤粉充足，在送粉器中增加了空氣振動器，通過振動使粉末向下流動。端口的螺旋結(jié)構(gòu)連續(xù)不斷地將煤粉卷入，使煤粉隨螺旋結(jié)構(gòu)向下運動，形成連續(xù)不斷的煤粉流，以達(dá)到均勻供粉的目的。

圖1 螺旋送粉器的機(jī)械結(jié)構(gòu)

本設(shè)計中的螺旋攪拌組件安裝在粉斗的中部，為固定和拆裝方便，在其與直流電機(jī)之間增加連接法蘭。連接法蘭通過角接觸軸承（7004C）固定，一方面保證軸向固定，另一方面保證連接法蘭與儲料室對中。為保證法蘭與螺旋攪拌組件的連接在軸向和周向均固定，采用圓錐銷將其固定。因螺旋攪拌組件比較長，且徑向上有許多攪拌架，轉(zhuǎn)動起來慣性比較大，為保證送粉器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，在螺旋攪拌組件下方添加滑動軸承。各連接部件間設(shè)計定位臺，確保裝配精度。

3.2 整體結(jié)構(gòu)的密封

密封是氣動送粉裝置的關(guān)鍵，它一方面保持送粉器內(nèi)壓力；另一方面阻止粉末向轉(zhuǎn)動連接部分?jǐn)U散，保證送粉器的正常運行。在設(shè)計過程中，為防止粉末進(jìn)入軸承腔，本設(shè)計采用了聚四氟材質(zhì)的密封套，在密封套的凹槽內(nèi)填充黏稠的高熔點黃油等固體油脂，將連接法蘭從密封套中間穿過，并將聚四氟套緊貼在法蘭軸上。由于聚四氟質(zhì)地光滑且凹槽內(nèi)添加油脂起到了一定的潤滑作用，因此其與軸間的摩擦阻力較小。同時，為了防止儲料室內(nèi)的儲粉量高于上密封圈，在其下方設(shè)計安裝了錐形粉斗罩，起到密封圈保護(hù)作用。在滑動軸承的上端采用同樣的凹槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封。而其他連接處因沒有相對運動的部件且腔內(nèi)氣壓較低，因此采用密封圈的方式進(jìn)行密封，即在連接處加墊硅膠墊并用螺母壓緊。

3.3 送粉器氣路設(shè)計

載氣式送粉器為多氣路供氣，本文設(shè)計的螺旋送粉器采用兩路進(jìn)氣方式，如圖2所示。

圖2 送粉器的氣路設(shè)計

從圖2可以看出，進(jìn)氣口1輸入一路氣，送入儲粉器，其作用是為儲料倉提供一定的壓力，使儲料倉與下料口壓力相同，煤粉易于向下運動，防止氣流回流；另一路氣體從進(jìn)氣口2直接送入落粉腔，這一路氣流最為關(guān)鍵，它直接將下料口落下的煤粉在腔內(nèi)分散，形成風(fēng)粉，并通過管道直接送到工作區(qū)域。由于這兩路氣流最終都從出粉口輸出，因此兩路氣流共用一個流量計。輸送過程中，為了保證粉末的正常輸送，要求送粉氣體流速要大于粉末顆粒懸浮速度。

4 送粉器供粉性能測試

將300g由小型粉碎機(jī)粉碎而成的煤粉放入送粉器，在載氣量Qs=5.0L／min的條件下（此氣體流量能保證煤粉全部被吹出），調(diào)節(jié)送粉電機(jī)的供電電壓Us，通過測量送粉器的質(zhì)量減少量來標(biāo)定送粉器的送粉量。隨著送粉電機(jī)供電電壓的增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，煤粉供粉量增加，且供粉量隨電壓近似線性變化，該線性變化的斜率為0.64，如圖3所示。

圖3 送粉量隨直流電機(jī)供電電壓的變化規(guī)律

5 結(jié)論

本文成功設(shè)計了螺旋結(jié)構(gòu)的小型煤粉送粉器，并對其性能進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明：采用該送粉器可以實現(xiàn)煤粉送粉量在2.5g／min～7g／min之間連續(xù)可調(diào)，且供粉量隨送粉電機(jī)的供電電壓呈線性變化；當(dāng)載氣流量大于粉末顆粒懸浮速度時，風(fēng)粉均勻穩(wěn)定，送粉器滿足應(yīng)用要求。

［1］ 羅濤.載氣式超細(xì)粉末送粉器的研制［D］.天津：天津工業(yè)大學(xué)，2006：10.

［2］ 陳再良.塑料板材表面噴涂技術(shù)的開發(fā)研究［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2011：23.

［3］ 崔海濤，李強(qiáng)，武強(qiáng)，等.激光快速成型送粉器及其特性［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，28（3）：341-344.

［4］ Donsi G，F(xiàn)errari G，Poletto M，et al.Gas pressure measurements inside an aerated hopper［J］.Chemical Engineering Research and Design，2004，82（1）：72-84.