分級機課程設計--渦輪分級機系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　粉體工程</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 粉體工程課程設計 </p><p>　　專業(yè)班級： 11級粉體材料科學與工程一班 </

2、p><p>　　作者姓名： </p><p>　　學 號：____ _______ ___ _ _ </p><p>　　指導老師： _____ </p>

3、<p>　　目 錄</p><p><b>　　1.概述4</b></p><p>　　1.1渦輪分級機工作原理：4</p><p><b>　　2.分級的定義4</b></p><p><b>　　3.分級的分類5</b></p>

4、<p>　　4.各型號渦輪分級機簡介7</p><p>　　4.1O-Sepa高效分級機7</p><p>　　4.2ATP型分級機8</p><p>　　4.3HTC渦輪分級機簡介9</p><p>　　5.渦輪分級機結構參數與運行參數分析10</p><p>　　5.1分級機設計參數的分析1

5、0</p><p>　　5.2分級機運行參數的分析10</p><p>　　5.3渦輪分級粒徑公式的推導11</p><p>　　5.4.顆粒在分級機內的運動軌跡12</p><p>　　5.5葉片設計13</p><p>　　6.設計結構圖15</p><p>　　粉體工程課程設計任

6、務書</p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　渦輪氣流分級機結構和分級原理與離心式分級機、旋風式分級機不同。渦輪式氣流分級機自20世紀70年代末由日本小野公司最旱研制成功具有代表性的機型—O-Sepa高效分級機以來，因為它具有工作穩(wěn)定、分級效率和分級精度高以及生產能力大等優(yōu)點，于是在世界各國得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應用。近十多年來，德國、丹麥

7、、法國、美國等國家應用渦流原理，開發(fā)出了多種外型和結構不同的渦輪式空氣分級機，而且形成了系列化產品。國內從上世紀80年代中期開始引進、消化、吸收的基礎上研制了一些渦輪式空氣分級機，如南京理工大學研制的PS型圓盤分散分級機等。</p><p>　　1.1渦輪分級機工作原理：</p><p>　　渦輪分級機主要是依據不同粒徑大小的顆粒，在旋轉氣流場中受到的離心力大小不同的原理進行分級的?；旌现?/p>

8、物料的空氣流被引進分級機下部，經導流形成一個自由渦形的氣流進入分級機的分級腔，分級腔內有一個水平放置的分級輪轉子，通過分級輪轉子的旋轉，產生一個旋轉氣流場；同時轉軸的空心部分由排風機造成一個負壓，使攜帶著物料的空氣沿分級機轉子邊緣進入分級輪，呈螺旋狀向渦輪中心運動。粗的顆粒由于其所受的離心力大于氣流對之產生的粘滯阻力被甩出分級輪，經二次風清洗后由粗粉出口排出；而細顆粒隨空氣一道被吸進轉子中心，由細粉引出筒排到物料收集器收集。</p

9、><p><b>　　2.分級的定義</b></p><p>　　分級是根據不同粒度、形狀和密度的顆粒在流體(如空氣或水)中所受的重力和介質阻力不同，因而具有不同的沉降末速度來進行的。在靜止的流體中，細的、輕的、片狀等形狀不規(guī)則顆粒較粗的、重的或球狀顆粒沉降得慢；在一定條件下，流體的密度和粘度越高，沉降速度越慢。一般來說，引入分級機中的流體是運動的，這樣可阻連續(xù)地將分級后

10、的產品輸送出分級機。分級可以在重力場中進行，也可以在離心力場中進行。</p><p>　　分級技術的關鍵體現(xiàn)在以下幾點：</p><p>　　(1)顆粒的充分分散。顆粒分散不好，凝聚的顆粒表現(xiàn)出租顆粒的性質；</p><p>　　(2)要有一個穩(wěn)定的、持久的、作用力強的力場；</p><p>　　(3)在這個力場中存在一‘個能夠將粉料按照相應

11、于工藝要求分成粗細二種顆粒的“篩面”，由于這個“篩面”的存在，任何大于所要求粒度的顆粒，都不能進入所選出的細粉中，同樣，所有小于所要求粒度的顆粒，都不能進入所選出的粗粉中；</p><p>　　(4)分出的粗、細顆粒要能及時排出。分級面“篩面”往往都是受力的平衡面，分級產品如不能及時排出，就會產生干擾，使得分級粒徑發(fā)生變動，分級精度降低。</p><p><b>　　3.分級的分

12、類</b></p><p>　　在粉體工程學上，廣義的粉體分級是利用粉體顆粒的特性(如粒徑、形狀、密度、化學成份、顏色、放射性、磁性、靜電特性等)的差別將其分離的操作的總稱；而狹義的粉體分級是利用顆粒的大小或形狀的差別將其分離的操作。按顆粒的大小而進行的分級稱為粒度分級，而按顆粒的形狀進行的分級則稱為形狀分級。由于形狀分級目前還處于實驗室研究階段，沒有達到實用化的程度，因此，我們逶常所提到的分級是指粒

13、度分級。</p><p>　　超細粉體分級的原理是將粉體置于某種流體介質中，利用顆粒受到流體力學作用時運動情況的差異，將顆粒群分為二組或二組以上的操作。在分級時，必須有二個以上相反方向的力的作用在粉體顆粒上(這些力可分為兩類，一類是使顆粒產生運動的力，另一類是阻礙顆粒運動的力)，各個顆粒在受到這些力的作用時。由于顆粒本身某個特性(如粒徑、密度、磁性等)的不同，其運動的情況或者說其運動的軌跡就不同，這樣就可以按所需

14、的標準(比</p><p>　　如粒徑大于或小于某一值)將特性不同的顆粒群分別集中到不同的地方，從而將粉體按顆粒的某種特性進行分離。</p><p>　　超細粉體按被所使用流體介質的不同可分為干法分級(主要是以空氣等氣體為介質)、濕法分級(主要是以水等液體為介質)和超臨界分級(介于干法和濕法之間)，其中，超細粉體的干法分級無論是從工藝過程還是能耗、控制等方面都具有其優(yōu)越性，所以，干式流體分

15、級設備在工業(yè)中使用最為廣泛，設計新型的干法超細分級機，特別是關于亞微米級超細粒子的精密分級，近年來成為國內外專家們研究開發(fā)的主攻方向。按照干法分級設備適應的粒徑范圍，可分為粗粉(分級粒徑大于10吮m)、細粉(分級粒徑為10～lO毗m)、微粉(分級粒徑為1～1即m)和超微粉(分級粒徑在1“m以下)分級機。按照分級的工作原理(即利用何種力與空氣阻力相平衡)，干法分級設備可分為如下的幾大類：</p><p>　　在工業(yè)

16、上使用最多的是強制渦式離心力分級機，又稱渦輪式氣流分級機，在各種類型的干法分級設備中其分級精度最高，是具有廣泛研究價值和發(fā)展前途的一種有代表性類型。</p><p>　　離心式超細氣流分級機的葉片結構常有兩種型式：徑向葉片和傾斜葉片(如圖所示)。有研究報道．徑向葉片分級輪，常存在微細顆粒浮游于分級輪外側的現(xiàn)象。而傾斜葉片(傾角護O)的分級輪，由于顆粒流動方向傾斜于葉片半徑方向．故只與n不在同一直線上。沿傾斜葉片的

17、迎風側壁而上(上表面)幾乎不存在流動力，因此在分級粒徑附近的微細顆粒更容易附著在葉片迎風側的壁面上．當西大時．分級粒徑變?。欢⌒r，分級精度較高(與同等p的徑向葉片相比)。在傾斜葉片中，粒子一旦進入葉輪內側，由于葉片流道變小，使粒子被加速，從而產生粒子在分級室內側發(fā)生旋回現(xiàn)象，這是粒子附著于傾斜葉片內側的原因之一。所以，幣角應有一適宜值。結構設計時應考慮這些因素的影響。設計分級要求較高的分級機時，應采用較小的葉片夾角并適當增加葉片數量

18、。</p><p>　　分級機的物料處理量和操作氣量是一對關聯(lián)的量，可用分級機內固體物料濃度來控制。顆粒濃度增加，細粉誤人粗粉側的概率增加，分級精度下降，分級粒徑亦增大。因此，分級機一定時，必須嚴格控制處理的顆粒濃度．不可隨意超額。另外．設計還應注意轉速隨處理量的不同而可調節(jié)的問題。</p><p>　　4.各型號渦輪分級機簡介</p><p>　　4.1O-Sep

19、a高效分級機</p><p>　　O-Sepa型高效分級機是最早的一種機型，它由日本小野田水泥公司于上世</p><p>　　紀70年代末研制成功。該分級機的結構簡圖如圖所示</p><p>　　當其工作時，粉體物料經入口喂入，分級過程必需的空氣通過導向葉片1被均勻地分散后按切線方向引入分級空間，并在分級帶形成一個穩(wěn)定的旋渦，同時，旋渦流被調整旋翼加速到分級必要的速

20、度，粒子依靠作用在其上的離心力和向心力平衡面分級。經過第一次粗略分級后，較分級粒徑小的細粒子進入轉子內部，經過出口通道5排出及并收集。而粗粒子在導向葉片內側旋轉向下時，受到來自含塵氣流入口管lO或二次風入口管1l下部的氣流沖洗，然后再受到三次風12的分選，最后的粗粒從分級機底部靠重力作用而落下排出。分級粒徑的控制是通過調整旋翼的回轉數即改變粒子所受的離心力而決定。</p><p>　　O-Sepa型高效分級機的主

21、要特征可歸納如下：</p><p>　　(1)分級銳度高。被分級的物料除有主風道氣流作用外，還有輔助風氣流及三次風氣流的作用。每個粒子有多次被分選的機會，從而使該機具有很高的分級銳度。</p><p>　　(2)粒徑調節(jié)范圍廣。通過調整渦輪的轉速可方便地調節(jié)分級粒徑，該機可以在l～100“m的范圍內自由選定分離點，而且能生產出粒度分布很陡的產品。</p><p>　

22、　(3)生產能力大。比如，與配備普通分級機的磨機相比，裝有O-Sepa分級機的磨機在生產高標號水泥時，產量提高24％，生產普通水泥時，產量提高22％。</p><p>　　(4)設備投資省。該機內部氣流密度大，故其結構十分緊湊，設備容積相當小，只有普通分級機容積的15～50％。因而設備投資大為減少，成本降低。該機存在的主要問題是需要進一步提高分級效率，以及不適合對幾個微米以下的粒子進行分級。</p>

23、<p>　　4.2ATP型分級機</p><p>　　ATP型分級機是德國Alpine公司制造的渦輪式超微細分級機[∞1。這種分級機有上部給料式和物料與空氣一起從下部給入式兩種裝置，每種裝置又分為單輪和多輪兩種形式踞郇，圖1．3是原料與氣流一起給入的單輪ATP型分級機結構原理圖，圖1．4是上部給料式多輪ATP型分級機結構原理圖。物料通過分級室時，在分級輪旋轉產生的離心力及分級氣流的粘滯阻力作用下進行分

24、級，粗粒物料從下部出口排出，細粒物料從出料口隨氣流排出，用集料裝置收集。原料與氣流一起給入分級機，主要便于與以空氣輸送產品的超細粉碎機(如氣流磨)配套不需要設置原料與氣流分離的工序；使用多輪分級機可提高處理量，解決了單輪分級機設備生產能力低的缺點。ATP型分級機具有分級粒度細、精度高、結構緊湊、處理能力大等優(yōu)點</p><p>　　4.3HTC渦輪分級機簡介</p><p>　　本次設計選

25、擇的是HTC渦輪分級機，國家高新技術企業(yè)浙江豐利粉碎設備有限公司運用引進的德國HOBER技術，利用流體力學的變速渦輪分級原理研制而成的一種高性能、適用性廣的新一代超微粉體材料分級機，已通過了浙江省科技成果鑒定。專家認為該機解決了超微粉體材料的分級難題，是粉體工程技術的一項重大突破，產品填補了國內空白，其技術處于國內領先水平。</p><p>　　實現(xiàn)自控化作業(yè)是體現(xiàn)粉碎、分級裝置技術水平的重要標志之一。HTC高效

26、渦輪超微分級機的誕生，則為粉體制備企業(yè)提供了一種理想的分級設備。這種新穎分級機由上部帶分散導向葉片的進口渦殼和高速轉動的后向多葉片式分級葉輪組成，分級葉輪與出料口采用動態(tài)氣流密封；下部為帶有二次分選的進風裝置組成，并配有高壓負壓系統(tǒng)，產品具有結構緊湊，生產率大，分級效率高，分級粒度曲級窄，粒度分布均勻，成品粒度分選最細可達3微米以下，運行安全可靠，噪聲低等特點；分級過程采用自動化控制，也可人工改變分級渦輪轉速及調節(jié)系統(tǒng)風量達到調節(jié)細度的

27、目的。該機可廣泛應用于化工、醫(yī)藥、食品、農藥、造紙、飼料、非金屬礦及高技術材料等行業(yè)超微粉碎加工后的微粉分選、除鐵、精選等分級加工，同時可對不同密度物料的超細粉末進行提??；特別適用于碳酸鈣、高嶺土等非金屬礦行業(yè)的非纖維性物料的分級。</p><p>　　5.渦輪分級機結構參數與運行參數分析</p><p>　　5.1分級機設計參數的分析</p><p>　　分級機關

28、鍵部件是葉輪的設計 ,在給定流量下 ,正確設計葉輪外徑、葉片個數、厚度、高度、安裝角度是十分重要的。</p><p>　　1) 結構 : 要提高分級效率 , 降低分割直徑 ,可以采取增大渦輪半徑和渦輪寬度 ,但過大的渦輪半徑和寬度將使分級精度下降。在效率和精度均有較高的要求時 , 可以采用在分級室內安裝多臺半徑適中的渦輪分級機機組。</p><p>　　2) 葉片數目 : 由于通常葉片數目

29、總是有限個數 , 這會導致在槽內形成葉輪旋轉方向的慣性渦流 , 它的存在使流場更加趨于不均勻 , 為了減少這種有害影響 , 應增大葉片數目 ,減少葉片之間的距離。</p><p>　　3) 葉片厚度 : 應在滿足強度和焊接工藝要求的前提下 , 盡可能薄。通常分級是在葉輪外徑附近進行 ,過厚的葉片 ,使進出口很易產生紊流 ,使流場造成紊亂不利于顆粒分散。但有時粒度的分布要求不高時 , 可以通過增大葉片的厚度 ,使渦

30、輪的切向方向產生更強的渦流來加強分散提高分級成品率。 </p><p>　　4) 葉片高度 : 從徑向速度的公式可以看出 ,當在葉槽內流動時 , 隨著半徑的變小 ,V 是一個變化的數值 , 從而使分級粒徑也成為一個不穩(wěn)定的值 ,就必須使葉片高度 ,從葉輪外緣向內沿徑向逐漸增高。這是一種較為理想的葉輪型式。 </p><p>　　5)葉片安裝角度 : 葉片安裝角對分級粒徑、分級銳度和分級效率

31、均有影響 , 通常后彎葉片分級銳度高于徑向葉片和前彎葉片 , 徑向葉片分級粒徑最小 , ( 指葉輪尺寸相同、運行參數相同 , 僅安裝角不同而言) 。在需要分級出小粒徑的物料時 , 可采用較大角度的后傾葉片。但隨著葉片傾角的減小 , 分級的截斷粒徑減小 ,分級精度也隨之下降 ,為了既保證細度又保證精度 ,葉片安裝角度應綜合考慮。</p><p>　　5.2分級機運行參數的分析</p><p>

32、;　　通常在運行中為改變分級粒徑 , 最常用的方法是改變葉輪轉速 ,以及通過二次風調節(jié)流量 ,這里尤其強調的是 :</p><p>　　1 ) 從操作參數考慮 , 在一定范圍內提高渦輪的轉速 ,減小空氣流量可降低分割直徑的大小 ,提高有效分選尺寸。但轉速和空氣流量具有一定界限 ,轉速過大時 ,過低的空氣流量將影響分級機的臺時產量。</p><p>　　2) 對渦輪分級機而言 ,最好設置流場

33、調節(jié)或導流裝置 , 以對進入分級機后的氣固兩相紊流進行整流 ,并減少進入分級輪外緣的粗顆粒數量。</p><p>　　3) 單獨使用的外置式渦輪分級機為保證很好分散 ,通常使用了二次風 , 有的甚至使用三次風。因此正確確定二次風量 , 也是保證分級質量的有效措施。</p><p>　　4) 分級的粉體應盡可能地在強大的分離場中進行分級 ,且分離力不應在分級器內部的點上或線上起作用 ,而是希

34、望在一個帶域中起作用</p><p>　　5.3渦輪分級粒徑公式的推導</p><p>　　粗顆粒在轉動時產生的離心力作用下向轉子外緣運動 ,而細顆粒卻在氣流的帶動下逆向運動進入轉子中心 ,達到分級目的。假定超細粉顆粒為球形 , 并處于層流或弱紊流流場中 ,顆粒濃度小 , 相互間無干擾 , 此時為氣固兩相流。根據力學模型 , 流體介質中分散的單顆粒子運動方程可近似表達為</p>

35、<p>　　式中 , a 為加速度 ; A T 為顆粒迎流截面 ; t 為時間 ;Cw 為阻力系數 ; dT 為顆粒粒徑 ; m T 為顆粒質量 ; V T為顆粒速度 ; ρ F 為流體密度 ; Re 為雷諾數 ; V rel 為顆粒與流體的相對速度。</p><p>　　忽略隨機運動的影響 , 并在切向和徑向分別建立單顆粒子運動方程 ,可得如下微分方程式</p><p>　

36、　式中 , Req 為周向雷諾數 ; Rer 為徑向流雷諾數 ; VLq為氣體圓周速度 ; VLr 為氣體徑向速度 ; V Tq 為顆粒圓周速度 ; V Tr 為顆粒徑向速度 ; g 為重力加速度 ; θ為葉片角。</p><p>　　5.4.顆粒在分級機內的運動軌跡</p><p>　　渦輪分級機工作時電動機主軸運動帶動皮帶輪，經過皮帶帶動分級機主軸一起轉動，主軸旋轉帶動轉子一起運動。由

37、于轉子的高速轉動，在轉子外側與殼壁之間形成一個強渦流場，粉體就在此渦流場內完成分離和分級。粉體的運動軌跡如圖1所示，物料首先沿軌跡1從給料管進入后隨上升氣流向上運動，然后進入分級室，在渦流場內，細粉受到的氣流阻力大于其他力，所以細粉沿軌跡2隨氣流進入轉子中心區(qū)域，然后進入轉子中心的細粉隨著氣流一起從細粉出口排出，并作為成品起來。粗粉在渦流場內由于受的離心力比較大，其沿軌跡3被氣流拋向殼壁，在重力的作用下沿殼壁沉降下來，最后落入粗粉收集錐

38、內?？梢姺垠w的分級主要取決于渦流場的強弱，和場內氣流的大小，渦流場是由轉子的旋轉形成的，故可通過調節(jié)轉子的轉速和進口風量來獲得精確的分級。</p><p><b>　　5.5葉片設計</b></p><p>　　機械空氣分級機葉片安裝角度的選擇設計，葉片的安裝有如下四種不同的形式。</p><p>　?。ㄒ唬┤~片的此種設計形狀簡單，結構簡便，容

39、易制造和安裝，但是，MVM高速沖擊超細粉磨機要求機械式空氣分級機具有打碎式分散顆粒作用，且保持晶狀。此種葉片的安裝不能滿足要求的原因是它是純粹的空氣分級，無打擊作用。根據使攜帶粒于通過較于的空氣阻力等于輸于對輸入空氣和粒子作用而產生的離心力，由此導出的簡化方程為：</p><p><b>　　粒子直徑：</b></p><p><b>　　式中 </b

40、></p><p>　　K——空氣粘度，粒子形狀，轉子和葉片形狀的函數：</p><p>　　RPM——每分鐘轉子葉片間間隙的空氣量由此可見，其他條件一定時，粒子直徑只與RPM和有關，當RPM、m3/s一定時，分選范圍較窄。影響了產量，故不采用。</p><p>　?。ǘ┤~片安裝為錐形時，此種形狀的分級級比前一種略有改進，原理同（一）一樣，根據相同的力學原理

41、?？傻煤喕綖椋?lt;/p><p><b>　　粒子直徑=</b></p><p><b>　　式中R——葉片半徑</b></p><p>　　其他符號同前，此式表明分選粒往是轉于葉片半徑的函數，由于采用變化的葉片半徑，使粒徑范圍變大，使產量提高，但仍不理想。</p><p>　?。ㄈ┊敯惭b角α傾

42、斜某一角度時，圓柱形狀當采用此種形狀時，可推導出簡單方程。</p><p><b>　　粒子直徑=</b></p><p>　　由于α的改變，使粒徑的分級范圍再次改變，在粒子直徑一定時，轉速不變，風量增加，而含塵濃度不變時，產量大幅度提高。</p><p>　　（四）錐狀，安裝角α傾斜某一角度時。</p><p>　　采