自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王曉斌 陳淑蘭

華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電分公司 常州 213143

0 引言

帶式輸送機(jī)是火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的主要設(shè)備，其能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行直接影響到發(fā)電機(jī)組的燃煤供應(yīng)。因落料點(diǎn)不正導(dǎo)致帶式輸送機(jī)輸送帶于導(dǎo)料槽處跑偏屬于最常見(jiàn)、最多發(fā)的情況，在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中落料點(diǎn)是動(dòng)態(tài)變化的，因積料或瞬時(shí)流量變化而變化，人為調(diào)整托輥組難以適應(yīng)此變化，自動(dòng)液壓糾偏裝置糾偏能力有限，此類輸送帶跑偏問(wèn)題難以得到徹底解決。輸送帶跑偏后導(dǎo)料槽兩側(cè)物料撒漏，撒漏物料清理工作量大、人工成本高、含煤廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行成本及電耗增加。導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)優(yōu)化相關(guān)資料較少，缺少可借鑒的相關(guān)示例，因落料點(diǎn)不正導(dǎo)致輸送帶跑偏、導(dǎo)料槽兩側(cè)出現(xiàn)撒漏情況得不到有效解決，屬于業(yè)內(nèi)難題。

1 傳統(tǒng)常見(jiàn)導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)

1.1 矩形口導(dǎo)料槽

矩形口導(dǎo)料槽由頂板和兩側(cè)板組成，現(xiàn)階段為了增大導(dǎo)料槽氣體通流截面積、便于安裝干霧抑塵裝置和提高導(dǎo)料槽剛度，頂板一般設(shè)計(jì)成圓弧狀。此導(dǎo)料槽斷面由頂板和兩側(cè)板組成半封閉的矩形狀，故稱為矩形口導(dǎo)料槽。其斷面如圖1 所示。

圖1 矩形口導(dǎo)料槽斷面圖

矩形口導(dǎo)料槽的優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作難度小；物料通流面積大，不易堵料；兩側(cè)板因豎直安裝，與料流接觸應(yīng)力較小，導(dǎo)料槽兩側(cè)板不易磨損，使用壽命長(zhǎng)。矩形口導(dǎo)料槽的缺點(diǎn)有：下料對(duì)中性差，帶式輸送機(jī)重載運(yùn)行時(shí)輸送帶易跑偏；從圖1 中可以看出，帶寬B=1 400 mm 的帶式輸送機(jī)的矩形口導(dǎo)料槽因兩側(cè)板內(nèi)間距大，達(dá)980 mm，而輸送帶在承載段的寬度僅為1 243 mm，導(dǎo)料槽側(cè)板兩側(cè)均勻余量?jī)H為131.5 mm（側(cè)板厚度忽略不計(jì)）。帶式輸送機(jī)重載運(yùn)行時(shí)輸送帶發(fā)生跑偏后，輸送帶易跑進(jìn)導(dǎo)料槽兩側(cè)防溢裙板內(nèi)側(cè)，物料撒漏嚴(yán)重。

1.2 喇叭口導(dǎo)料槽

喇叭口導(dǎo)料槽由頂板和兩側(cè)板組成，頂板設(shè)計(jì)與矩形口導(dǎo)料槽的一致。喇叭口導(dǎo)料槽斷面由頂板和兩側(cè)板組成半封閉的梯形狀，類似喇叭形狀，其斷面如圖2所示。

圖2 喇叭口導(dǎo)料槽斷面圖

喇叭口導(dǎo)料槽的優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作難度較??；通流面積適中，不易堵料；有一定的匯聚料流功能，有利于糾正落料點(diǎn)。喇叭口導(dǎo)料槽的缺點(diǎn)為 匯聚料流作用不明顯，下料對(duì)中性較差，帶式輸送機(jī)重載運(yùn)行時(shí)輸送帶較易跑偏。

由圖2 可以看出，B=1 800 mm 帶式輸送機(jī)的矩形口導(dǎo)料槽因兩側(cè)板下部?jī)?nèi)間距大，達(dá)1 162 mm，而輸送帶在承載段的寬度僅為1 589 mm，導(dǎo)料槽側(cè)板兩側(cè)均勻余量?jī)H為213.5 mm（側(cè)板厚度忽略不計(jì)）。帶式輸送機(jī)重載運(yùn)行時(shí)輸送帶發(fā)生跑偏后，輸送帶易跑進(jìn)導(dǎo)料槽兩側(cè)防溢裙板內(nèi)側(cè)，物料撒漏嚴(yán)重。

2 當(dāng)前流行的技改方案

針對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的缺點(diǎn)，尤其是為了糾正物料堆積位置和增加自動(dòng)對(duì)中下料功能，解決因落料點(diǎn)不正導(dǎo)致的輸送帶跑偏問(wèn)題，應(yīng)用單位提出了一系列技改方案，付諸實(shí)施后取得了一定的效果，但離預(yù)期值還存在一定的差距。就取得的效果而言導(dǎo)料槽目前流行的技改方案有導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板和導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝集流擋板2 種。

2.1 導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板

導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板糾正物料堆積位置，利用導(dǎo)料槽出口的導(dǎo)流板把輸送帶上不正的物料在導(dǎo)料槽出口處進(jìn)行糾正，使物料堆積位置和斷面形狀發(fā)生變化，從而解決因物料堆積不正導(dǎo)致的輸送帶跑偏問(wèn)題。B=1 800 mm 帶式輸送機(jī)的喇叭口和B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)的矩形口導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 B=1 800 mm 帶式輸送機(jī)的喇叭口導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板

圖4 B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)的矩形口導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板

從圖3、圖4 可以看出，B=1 800 mm 帶式輸送機(jī)的喇叭口和B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)的矩形口導(dǎo)料槽出口加裝的導(dǎo)流板，其下部和上部?jī)?nèi)間距尺寸分別為450 mm 和850 mm、350 mm 和640 mm。導(dǎo)料槽出口加裝的導(dǎo)流板底部?jī)?nèi)間距尺寸遠(yuǎn)小于輸送帶寬度尺寸，其撥正和匯流料流作用明顯，能達(dá)到糾正落料點(diǎn)的目的，導(dǎo)料槽出口加裝的導(dǎo)流板底窄上寬的設(shè)計(jì)保證了足夠的通流面積。

2.2 導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝集流擋板

導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝集流擋板增加導(dǎo)料槽自動(dòng)對(duì)中下料功能，匯聚上級(jí)物料，糾正其落料方向，使輸送帶上堆積物料均勻處于輸送帶中心兩側(cè)，從而解決因物料堆積不正導(dǎo)致的輸送帶跑偏問(wèn)題。有2 落料點(diǎn)的導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝前后落料點(diǎn)集流擋板，如圖5、圖6 所示。

圖5 導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝前落料點(diǎn)集流擋板

圖6 導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝后落料點(diǎn)集流擋板

從圖5 和圖6 可以看出，導(dǎo)料槽內(nèi)部于上級(jí)落料管給料匙出口處加裝集流擋板，集流擋板上斜段有導(dǎo)流匯聚物料作用，集流擋板下豎直段有限制整形物料作用。上下段組合后能改變上級(jí)物料落點(diǎn)方向和限制料流截面作用，能達(dá)到糾正落料點(diǎn)的目的。

上斜段和下豎直段尺寸根據(jù)導(dǎo)料槽截面合理設(shè)計(jì)，上斜段與水平面夾角60°，B=1 400 mm 的帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽下豎直段內(nèi)間距為540 mm，前落料點(diǎn)集流擋板進(jìn)口加裝匯流板，以匯流物料進(jìn)入集流擋板內(nèi)部。

為降低上級(jí)料流對(duì)導(dǎo)料槽和輸送帶的沖擊，現(xiàn)階段上級(jí)落料管出口一般設(shè)計(jì)成給料匙結(jié)構(gòu)，以降低料流向下速度。受給料匙影響和為了便于安裝，導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝的集流擋板下豎直段尺寸較小，B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)加裝的集流擋板下豎直段為200 mm，上級(jí)料流不能完全被限制在集流擋板的下豎直段內(nèi)，其限制料流截面作用相對(duì)較小。

3 導(dǎo)料槽目前流行的技改方案存在的問(wèn)題

3.1 導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板

傳統(tǒng)常見(jiàn)的導(dǎo)料槽兩側(cè)板與輸送帶中心線平行，而導(dǎo)料槽出口加裝的兩側(cè)導(dǎo)流板與輸送帶中心線存在夾角。物料在輸送過(guò)程中，會(huì)有部分物料從導(dǎo)流板與輸送帶間的縫隙中通過(guò)。部分塊狀物料不可避免地會(huì)卡在導(dǎo)料板與輸送帶間，尤其是導(dǎo)流板下方布置托輥組的區(qū)域，較大的塊狀物料可能會(huì)卡在二者的縫隙處，與輸送帶發(fā)生碰磨，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輸送帶撕裂，存在安全隱患。

基于上述原因，一般在導(dǎo)料槽出口加裝導(dǎo)流板時(shí)，調(diào)整或拆除其下方的托輥組，以實(shí)現(xiàn)退讓功能，但輸送帶撕裂安全隱患仍不能完全消除。

3.2 導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝集流擋板

傳統(tǒng)常見(jiàn)導(dǎo)料槽兩側(cè)板一般采用單層設(shè)計(jì)，而導(dǎo)料槽內(nèi)部加裝集流擋板后，節(jié)流擋板與原有導(dǎo)料槽的兩側(cè)板形成雙層結(jié)構(gòu)。物料在輸送過(guò)程中，會(huì)有部分物料從集流擋板與兩側(cè)板中的腔體中通過(guò)。一旦集流擋板破損且未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分大塊狀物料會(huì)進(jìn)入腔體并卡在某部位，與輸送帶發(fā)生碰磨，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輸送帶撕裂，存在安全隱患。

針對(duì)上述問(wèn)題，導(dǎo)料槽內(nèi)部設(shè)計(jì)加裝集流擋板時(shí)，放大集流擋板下豎直段與輸送帶間的間隙，降低安全隱患的同時(shí)集流功能降低，限制料流截面作用降低，落料點(diǎn)糾正功能減弱。

4 新型導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)思路

分析矩形口和喇叭口導(dǎo)料槽的優(yōu)缺點(diǎn)及導(dǎo)料槽目前流行的技改方案，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的導(dǎo)料槽和技改后的導(dǎo)料槽使用效果均不能達(dá)到預(yù)期值，需設(shè)計(jì)新型具有自動(dòng)對(duì)中下料功能，使用效果更好的導(dǎo)料槽。

在不影響帶式輸送機(jī)功率的前提下，設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的、能自動(dòng)對(duì)中下料的導(dǎo)料槽以解決落料點(diǎn)不正問(wèn)題，如何組合使其具有自動(dòng)對(duì)中下料功能且不影響功率是設(shè)計(jì)難點(diǎn)，部分關(guān)鍵尺寸需經(jīng)過(guò)計(jì)算校核和試驗(yàn)確定?？紤]匯流使其具有自動(dòng)對(duì)中下料功能，將導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)成矩形口且縮小其內(nèi)間距，內(nèi)間距比水平托輥長(zhǎng)度尺寸略大，B=1 400 mm 的帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽內(nèi)間距初定610 mm。考慮導(dǎo)料槽通流面積和連接問(wèn)題，內(nèi)間距過(guò)小的矩形導(dǎo)料槽通流面積不能滿足運(yùn)行要求，與上級(jí)落煤管連接時(shí)也必須加裝過(guò)渡板，加裝的過(guò)渡板會(huì)阻礙料流通過(guò)，系統(tǒng)易發(fā)生堵塞。為解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)組合式導(dǎo)料槽，即上段喇叭口+下段矩形口結(jié)構(gòu)，需要技改的應(yīng)用場(chǎng)合還能保留導(dǎo)料槽頂板。同時(shí)，需考慮新型導(dǎo)料槽上段喇叭口斜板的傾斜角度，即斜板與水平面的夾角。參考GB50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》中原煤倉(cāng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合的規(guī)定及轉(zhuǎn)運(yùn)站三通設(shè)計(jì)原則，斜板與水平面的夾角不小于55°，新型導(dǎo)料槽上段喇叭口斜板的傾斜角度暫定65°。

5 設(shè)計(jì)原則

1）改變導(dǎo)料槽斷面結(jié)構(gòu)形式，即選用喇叭口+矩形口的斷面形式。

2）參考GB50660—2011《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》原煤倉(cāng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合的規(guī)定及轉(zhuǎn)運(yùn)站三通設(shè)計(jì)原則，并根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定導(dǎo)料槽上段斜面角度。

3）根據(jù)水平托輥長(zhǎng)度暫定導(dǎo)料槽下部豎直段內(nèi)間距，即內(nèi)間距略大于水平托輥長(zhǎng)度。

4）根據(jù)計(jì)算有效料流截面積暫定導(dǎo)料槽下部豎直段高度，以下落后直線流動(dòng)的物料高度低于導(dǎo)料槽下部豎直段高度為原則。

5）運(yùn)用CAD 軟件設(shè)計(jì)繪制導(dǎo)料槽，初步確定導(dǎo)料槽斷面相關(guān)尺寸。

6 各相關(guān)尺寸確定

根據(jù)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)應(yīng)遵循原則，盡可能滿足現(xiàn)場(chǎng)改造邊界條件，本著節(jié)約成本原則，應(yīng)用CAD 軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽的相關(guān)尺寸，計(jì)算校核影響帶式輸送機(jī)額定出力的相關(guān)尺寸，待根據(jù)重載運(yùn)行情況進(jìn)一步調(diào)整、優(yōu)化相關(guān)尺寸，從而固化自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽的相關(guān)尺寸，形成規(guī)定值進(jìn)行推廣應(yīng)用。初步設(shè)計(jì)的B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)的自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽斷面如圖7 所示。

圖7 自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽斷面圖（B=1 400 mm）

該導(dǎo)料槽相當(dāng)于喇叭口+矩形口組合結(jié)構(gòu)，上斜段屬于喇叭口結(jié)構(gòu)，下豎直段屬于矩形結(jié)構(gòu)。上斜段為了能與落料管出口給料匙順利對(duì)接設(shè)計(jì)成喇叭口結(jié)構(gòu)，下豎直段為了集流自動(dòng)對(duì)中下料設(shè)計(jì)成矩形口。上斜段兩側(cè)板斜面與水平面夾角為65°，避免物料因下落不暢而堆積。下豎直段兩側(cè)板豎直布置，不承受沖擊，使用壽命長(zhǎng)且不易積料。B=1 400 mm 的帶式輸送機(jī)下豎直段內(nèi)間距尺寸暫定610 mm，比水平托輥長(zhǎng)度大80 mm。

上級(jí)物料進(jìn)入導(dǎo)料槽后，經(jīng)過(guò)上斜段時(shí)被初步集流，物料向下流速逐漸增大，至下豎直段時(shí)進(jìn)一步被集流，增速的物料被限制在豎直段封閉腔體內(nèi)均勻布置在輸送帶中部，料流截面窄而高，落料點(diǎn)被強(qiáng)制糾正。物料出導(dǎo)料槽后會(huì)有一定的坍塌，但布置在輸送帶中心線兩側(cè)不均勻性誤差較小，不會(huì)導(dǎo)致輸送帶跑偏。

7 截面積計(jì)算校核

7.1 料流截面積

以B=1 400 mm 的帶式輸送機(jī)為例，帶式輸送機(jī)帶寬B為1 400 mm，帶速V為2.5 m/s，功率Q為1 500 t/h，取料流密度ρ為0.85 t/m3，計(jì)算料流截面S為

7.2 自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉區(qū)域截面積

運(yùn)用CAD 軟件，繪制自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉區(qū)域，利用合并命令，將此封閉區(qū)域合并成一個(gè)整體。再運(yùn)用CAD 查詢面積功能，查詢得知自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉腔體截面積為0.25 m2，自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉區(qū)域及面積如圖8 所示。

圖8 矩形口與輸送帶封閉區(qū)域及面積

比較帶式輸送機(jī)額定功率下料流截面積和自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉區(qū)域截面積數(shù)據(jù)可以看出，自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段與輸送帶構(gòu)成的封閉區(qū)域截面積大于額定出力下料流截面積，說(shuō)明自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽下豎直段相關(guān)尺寸是合理的。

8 加工制作工藝及要求

自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽上斜板和下豎直板均選用6 mm（Q235B 基板）+6 mm（堆焊層）的埋弧焊板，法蘭和筋板選用Q235B 材料。

因埋弧焊板不能大角度彎曲，導(dǎo)料槽上斜板和下豎直板分段下料，采用焊接拼接工藝進(jìn)行連接組成自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽側(cè)板合件。拼接完成后再與法蘭進(jìn)行焊接連接組成帶法蘭側(cè)板合件。焊接連接時(shí)，基板層選用J507 焊條，采用手工電弧焊焊接；堆焊層選用ER307Si（H09Cr21Ni9Mn7Si）實(shí)心焊絲，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接；筋板和夾持器底座因安裝在導(dǎo)料槽兩側(cè)板基板上，選用J507 焊條，采用手工電弧焊焊接。

針對(duì)部分應(yīng)用場(chǎng)合，如物料體積和比重較大，為提高自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽整體剛度，可在自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽側(cè)板外壁面交線處加裝等邊角鋼。選用J507 焊條，采用手工電弧焊焊接工藝將其與自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽側(cè)板和筋板進(jìn)行焊接連接。導(dǎo)料槽側(cè)板外壁面交線處加裝等邊角鋼（見(jiàn)圖9）。

圖9 自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽側(cè)板外壁面交線處加裝等邊角鋼

9 結(jié)語(yǔ)

某電廠加倉(cāng)段B=1 400 mm 帶式輸送機(jī)導(dǎo)料槽改進(jìn)為自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽的結(jié)構(gòu)后，額定功率運(yùn)行時(shí)，料流截面較窄，物料均勻分布在輸送帶中心線兩側(cè)，料流兩側(cè)均勻平整。輸送帶無(wú)跑偏現(xiàn)象，解決了因落料點(diǎn)不正導(dǎo)致的輸送帶跑偏問(wèn)題。

借鑒設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同帶寬的帶式輸送機(jī)，設(shè)計(jì)不同尺寸的自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽取得預(yù)期效果，得到廣泛推廣應(yīng)用。進(jìn)一步延伸應(yīng)用在振動(dòng)給料機(jī)出口、其他溜筒出口、鎖氣漏斗內(nèi)部等區(qū)域，加裝類似于自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽的導(dǎo)流裝置，能有效改善料流方向，減小沖擊角度，降低磨損，延長(zhǎng)料流通過(guò)部件使用壽命。

為解決因落料點(diǎn)不正導(dǎo)致的帶式輸送機(jī)輸送帶跑偏問(wèn)題，分析傳統(tǒng)導(dǎo)料槽的結(jié)構(gòu)缺陷和目前流行的技改方案，拓寬設(shè)計(jì)思路，科學(xué)合理設(shè)計(jì)自動(dòng)對(duì)中下料導(dǎo)料槽，解決業(yè)內(nèi)難題，同時(shí)也可為解決實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)難題提供借鑒。