石墨干燥窯相關(guān)動(dòng)力設(shè)計(jì)分析

朱芳，許燦

（湖南省環(huán)科院環(huán)境工程有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

濕石墨粉料經(jīng)過真空上料機(jī)送到料斗，然后經(jīng)螺旋給料機(jī)輸送到干燥圓筒的進(jìn)料端，干燥圓筒是一個(gè)與水平線略成傾斜的旋轉(zhuǎn)圓筒，物料從高的一端進(jìn)入，石墨粉收到布置在中部的電加熱爐的熱量輻射，間接得到了加熱，石墨粉料得以干燥。

1 工作原理

濕石墨粉料經(jīng)過真空上料機(jī)送到料斗，由于筒體與水平存在角度，物料在隨筒體轉(zhuǎn)動(dòng)而揚(yáng)起的同時(shí)并前移，干燥圓筒內(nèi)壁設(shè)有抄板，它的作用是把石墨分抄起來又撒下，使石墨粉與氣流的接觸表面增大，以提高干燥速率并促進(jìn)石墨粉料的前進(jìn)，且圓筒外壁上還裝有振打裝置，以防止石墨粉料因濕度過大堆積在某一處。干燥時(shí)間與筒體轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān)，筒體轉(zhuǎn)速越大，干燥時(shí)間越短；反之，干燥時(shí)間長(zhǎng)。

考慮到石墨在超過400℃時(shí)氧化（干燥溫度高達(dá)850℃），故在干燥之前就必須對(duì)設(shè)備充入惰性氣體來置換筒內(nèi)氧氣及其他氣體，防止石墨氧化影響純度。

干燥后的石墨粉料經(jīng)過干燥圓筒后在尾部流出，最終可直接進(jìn)行收料裝袋或進(jìn)行篩分作不同用途。

干燥圓筒進(jìn)料端有排氣管道，通過將筒體內(nèi)物料揮發(fā)份氣體外排實(shí)現(xiàn)氣體流動(dòng)；考慮到尾氣中含有微量的石墨粉料，尾氣在前端進(jìn)行沉淀之后，經(jīng)由引風(fēng)機(jī)吸入布袋除塵器，可完全過濾石墨粉料，過濾后的尾氣再進(jìn)行排放。

2 石墨干燥窯設(shè)備

2．1 設(shè)備特點(diǎn)

（1）可根據(jù)不同的物料調(diào)整設(shè)備運(yùn)行角度，也可以設(shè)計(jì)不同的抄板類型或者加熱方式。

（2）全自動(dòng)真空上料，進(jìn)料速度可控，干燥圓筒傾斜角度可調(diào)，可滿足不同的干燥強(qiáng)度。

（3）筒體內(nèi)設(shè)置抄板，提供干燥效率，對(duì)于干燥那些附著性大的物料也很有利。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備動(dòng)力采用無極變速，易維護(hù)。

2．2 設(shè)備主要部件構(gòu)成

設(shè)備部件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 設(shè)備部件構(gòu)成

進(jìn)料系統(tǒng)：由真空上料機(jī)、料倉(cāng)、電動(dòng)蝶閥、螺旋給料機(jī)構(gòu)成，使物料連續(xù)進(jìn)入干燥器內(nèi)。真空上料可杜絕粉塵污染。

一級(jí)沉降室：安裝在筒體前端，中部有加熱介質(zhì)管穿過進(jìn)入筒體內(nèi)。中部設(shè)有惰性氣體接入口，底部為沉淀物料排放口，與蝶閥相接，方便排放。

干燥筒體：由于干燥筒體、抄板、振打機(jī)構(gòu)、擋水圈、輪帶等構(gòu)成。筒體為圓筒狀，筒端安裝大鏈輪，通過鏈條傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)。筒體前后有三個(gè)托輥，支撐筒體。筒體是干燥器的主體，內(nèi)筒是物料干燥的場(chǎng)所。內(nèi)筒內(nèi)壁有抄板，增加物料與內(nèi)壁的摩擦，拉動(dòng)物料，不產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，增加換熱面積，干燥均勻。

電阻加熱爐：由電阻絲、保溫層、控溫?zé)犭娕?、設(shè)備外殼等組成，提供熱源。

動(dòng)力裝置：由帶變頻電機(jī)的減速機(jī)、主動(dòng)鏈輪、鏈輪防護(hù)罩等構(gòu)成。

出料裝置：安裝在筒體后端，中部有加熱介質(zhì)管穿過進(jìn)入筒體內(nèi)，下部為出料孔，干燥好的物料由出料口流出。

水冷系統(tǒng)：安裝在筒體的兩端，采用活動(dòng)水套結(jié)構(gòu)，進(jìn)水采用噴淋接頭，冷卻面積大。保護(hù)筒上設(shè)備因高溫失效，延長(zhǎng)使用壽命。

操作平臺(tái)：主要有一個(gè)小平臺(tái)（可調(diào)角度）與一大平臺(tái)構(gòu)成。大平臺(tái)用來支撐整體系統(tǒng)以及操作檢修。

2．3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

支撐裝置承受著石墨干燥窯筒體等回轉(zhuǎn)部件的全部重量（包括筒體、抄動(dòng)葉片、物料、大鏈輪），并在徑向?qū)ν搀w起定位作用，使筒體能在托輪上平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)支撐裝置由一對(duì)托輪、4個(gè)軸承和一個(gè)大底座組成。兩個(gè)托輪對(duì)稱、穩(wěn)定的支撐著帶輪回轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)筒體回轉(zhuǎn)。各組托輪的安裝位置如圖2所示。

圖2 托輪的安裝位置

由于回轉(zhuǎn)的功率主要用來克服輪帶與托輪表面的滾動(dòng)摩擦，故這里計(jì)算托輪與輪帶的滾動(dòng)摩擦所消耗的功率。

（1）先求一個(gè)輪帶在一個(gè)托輪上的摩擦力矩M，根據(jù)滾動(dòng)摩擦知識(shí)，如圖3。

圖3 輪帶在一個(gè)托輪上的摩擦力矩

M=K，×F，

式中：K，為輪帶與托輪間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)；F，為托輪的正壓力。

鋼輪與鋼軌之間的滾動(dòng)摩擦如下圖，其中摩擦系數(shù)K=0.0005m。

利用下式中求K，

簡(jiǎn)化后得：

帶入 M=K，×F，得

（2）一個(gè)輪帶與一對(duì)托輪滾動(dòng)時(shí)所消耗的功率P

因?yàn)槊總€(gè)支撐座的托輪與滾筒輪帶都相等，則功率為：

圖4 鋼輪與鋼軌之間的滾動(dòng)摩擦

注：因水平計(jì)算時(shí)需要的扭矩最大，此處公式計(jì)算為圓筒水平放置的計(jì)算，如果圓筒由一定的傾斜角度，那么此處的重力G需要取垂直于桶軸線的分量作為計(jì)算。

計(jì) 算：G=2294kg,n=10r/min,D1=720mm,D2=160mm,g=取值10m/s2

根據(jù)功率計(jì)算公式，得出：

（3）考慮到還有以爐內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)與托輪軸承的摩擦阻力所消耗的功率，參照輪帶與托輪的摩擦消耗功率取值為0.5kW，故整體消耗的功率為：

P總=1.5+0.5=2kW

（4）考慮鏈傳動(dòng)與減速機(jī)傳動(dòng)的機(jī)械效率

在轉(zhuǎn)速為10r/min時(shí)，

根據(jù)減速機(jī)選型樣本，選擇型號(hào)D97Y100L2-4減速電機(jī)，電機(jī)功率3kW，傳動(dòng)比44.7，輸出軸轉(zhuǎn)速29r/min，輸出扭矩 970N·m。

2．4 鏈傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)筒轉(zhuǎn)速要求10r/min左右，輸入功率3kW，輸出軸轉(zhuǎn)速29r/min

（2）小鏈輪齒數(shù)z1=25(根據(jù)推薦值，速比2-3，小鏈輪取27-25齒)。

（3）大鏈輪齒數(shù)為z2=75。

（4）修正功率Pc=Pf1f2=3×1×0.98=2.94kW。

式中，P為傳動(dòng)功率，kW；f1為工況系數(shù)，此處回轉(zhuǎn)干燥類設(shè)備選1.0；f2為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，z1=25,f2=0.98。

（1）根據(jù)修正功率與z1選取20A單排滾子鏈，節(jié)距p=31.75。

（2）初定中心距a0=(30-50)p，此處選取a0=30p=30×31.75=952.5mm。

（5）實(shí)際中心距a=a0-Δa(Δa=(0.0002-0.004) a0),取Δa=0.003 a0=2.8575mm。

（8）作用在軸上的力

（9）潤(rùn)滑根據(jù)鏈速及鏈號(hào)選擇用油壺或油刷定期人工潤(rùn)滑。

（10）驗(yàn)算小鏈輪包角

圖5

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn)（如圖5），回轉(zhuǎn)窯整機(jī)動(dòng)力裝置運(yùn)行良好，設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)石墨回轉(zhuǎn)窯設(shè)備動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)一次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。少走了設(shè)計(jì)許多彎路，提高了效率，節(jié)省了成本，同時(shí)，也為以后的批量投產(chǎn)奠定了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。