导流板形状对精细选粉机转速控制影响分析

2016-07-01程宏伟聪成都建筑材料工业设计研究院有限公司四川成都610051

新世纪水泥导报 2016年1期

程宏伟　童　聪成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川　成都　610051

导流板形状对精细选粉机转速控制影响分析

程宏伟童聪
成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川成都610051

摘要生料终粉磨系统中的精细选粉机转速无法控制，严重影响了系统产量。通过流场仿真分析可以发现，卧式选粉机的入口气流一般高于设定的选粉机转子边缘速度。如果导流板设置不当，入口处的高速气流容易对转子起到推动作用，造成选粉机转速比给定的转速高，即转速失控，选粉过细，产量偏低。选粉机入口平面正上方的转子外围区域的流场对转子受到的转矩（大小和方向）影响很大。在设计导风叶片的结构时，应该考虑利用气流在该区域形成的、与转子转动方向相反的压差来对转子起到一定的阻碍作用，从而在不增加制动单元的情况下达到控制转速的效果。

关键词精细选粉机转速控制导流板流场模拟

0　引言

某项目生料粉磨采用辊压机终粉磨系统，在试生产过程中，V选上方的精细选粉机转速失控（比如电机满转为1 500 r/min，给定频率20 Hz，电机转速应该为600 r/min，但是实际是700 r/min以上），电机电流低于该设备空载电流，此时系统风量还远不能满足生产需要，以降低风速来控制选粉机转速无法实施。选出成品过细，粗粉中细粉过多，选粉效率偏低，生料粉磨系统产量无法提高。也就是说，精细选粉机转速无法控制，严重影响了系统产量。本文对此问题采用流场分析法查找原因，并给出解决办法。

1　精细选粉机概况

精细选粉机型号为LR3400 卧式精细选粉机，转子部件为锥形，中径为Φ 3 400 mm，转子叶片数量为150片，转子叶片与水平成39°角度，选粉机无导风叶片，只在入口处有一块弧形导料板（图1）。选粉机参数如下：

产量(t/h)：215~280(比表160~320 m2/kg)

选粉风量(m3/h)：340 000~500 000

转子转速(r/min) ：40~132

电机功率：90 kW

精细选粉机的工作原理如下：经过V选分选的物料随气流进入精细选粉机的进风口，经过导流板和蜗壳导向分布到转子周围。转子呈卧式布置，变频电动机驱动转子旋转形成分级流场，粗颗粒汇集到粗粉出口，合格的成品通过转子从出粉口流出被下游的旋风筒收尘器收集。从图1中也可以看出，进风口的气流对转子有一定的驱动作用，驱动力的大小与进风口风速和转子叶片的布置形式有关。

图1　精细选粉机结构图

2　问题分析

2.1理论分析

根据现场反映的情况分析，实际工作时选粉机的入口风速是大于给定转速的转子边缘速度的，高速运动的空气对转子叶片的推动作用大，在没有制动单元的情况下，选粉机转速会高于给定转速，造成选粉机选出的产品过细，产量不高。

2.2仿真分析

为了验证理论分析的正确性，对选粉机的内部流场进行了仿真分析，从图1可以看出，选粉机转子的高度与进风口宽度大致相等，假设选粉机在转子高度方向上气流分布一致，可选取选粉机的转子中性面截面进行2D模拟。

分析时设定的操作参数中，转子转速为60 r/min，入口风速为15 m/s，从图2和图3选粉机的气流速度和压力分布可以看出：

（1）气流在导风叶片的末端、转子的外围形成高速运动；

（2）转子叶片迎风面和背风面存在较大的压差，并且压差产生的推力方向与转动方向相同；

（3）转子受到的转矩M= -214 N·m。上述现象说明高速运动的气流对转子起到了较大的推动作用。

仿真分析的结果与理论分析一致，因此为了解决问题，应考虑减小空气对转子的推动作用，或者将空气对转子的推动作用改变成对转子的阻力作用，从而使转子转速得到控制。

图2　速度矢量图

图3　压力云图

3　修改方案的提出与分析对比

根据上述分析，考虑了以下4种修改方案。

3.1延长导风叶片的长度

方案描述：将原有的导风叶片沿着转子外围延长，使导风叶片包络约1/4转子圆弧。仿真分析的结果可从图4和图5选粉机的气流速度和压力分布看出：

（1）气流在转子外围形成高速运动的现象没有消除，只是改变了位置；

（2）转子叶片之间仍然存在较大的压差，压差方向与转动方向相同，压差较大的区域改变了位置；

（3）转子受到的转矩M=- 527 N·m。

说明延长导风叶片的长度不仅没有消除高速气流对转子的推动作用，反而增强了推动作用，并且使得选粉机的有效选粉区域减小，产量会受到影响，此方案不可行。

图4　速度矢量图

图5　压力云图

3.2去掉弧形导料板

方案描述：将原有的弧形导料板整个去除。仿真分析的结果可从图6和图7选粉机的气流速度和压力分布看出：

（1）转子外围的气流高速运动现象消失，气流入口上方、转子外围的气流运动比较紊乱；

（2）气流入口处上方的转子叶片之间存在较大压差，压差产生的推力方向与转动方向相反；

（3）转子受到的转矩M=825 N·m。

说明去掉导风叶片以后，气流对转子的推动作用变成了阻碍作用，但是气流入口上方、转子外围的气流运动比较紊乱，容易造成粒径较大的颗粒从此处进入转子内部，产品跑粗，此方案不可行。

图6　速度矢量图

图7　压力云图

3.3保持导料板不变，另外增加导风叶片

方案描述：在选粉机入口管道中心另外增加一个导风叶片，导风叶片走向沿壳体与转子外围通道的中心线，导风叶片包络约1/6转子圆弧。仿真分析的结果可从选粉机的气流速度（velocity）（图8）和压力（pressure）分布（图9）看出：

（1）气流被分割成了两个高速区，分别在增加的导风叶片外侧和转子外围，但是与不增加导风叶片的情况相比，转子外围的速度降低了约15 m/s；

（2）转子叶片之间的压差明显减小了；

（3）转子受到的转矩M= - 54 N·m。

说明另外增加导风叶片以后，高速气流对转子叶片的推动作用减弱明显。

图8　速度矢量图

图9　压力云图

3.4改变原导料板形状

方案描述：将原有的导料板形状进行改变，变为一段直板加一小段弧板。仿真分析的结果可从选粉机的气流速度（图10）和压力分布（图11）看出：

图10　速度矢量图

图11　压力云图

（1）转子外围的气流速度减小，气流入口上方、转子外围的气流运动稍显紊乱，紊乱程度较去掉导风叶片的情况明显降低；

（2）气流入口处上方的转子叶片之间存在较大压差，压差方向与转动方向相反；

（3）转子受到的转矩M=358 N·m。

说明气流对转子的推动作用变为阻碍作用。

4　修改方案的拟定

表1中对上述提出的4种方案分析进行了总结，综合流场情况、转子受到的转矩以及操作性，最后拟定方案为采用改变导料板形状的方案4。

表1　不同修改方案转子受到的转矩对比

注：转矩为“-”表示气流对转子起推动作用；“+”表示气流对转子起阻碍作用。

5　结束语

通过仿真分析可以发现，卧式选粉机的入口气流一般高于设定的选粉机转子边缘速度。如果导流板设置不当，入口处的高速气流容易对转子起到推动作用，造成选粉机转速比给定的转速高，即转速失控，选粉过细，产量偏低。选粉机入口平面正上方的转子外围区域的流场对转子受到的转矩（大小和方向）影响很大。在设计导风叶片的结构时，应该考虑利用气流在该区域形成的、与转子转动方向相反的压差来对转子起到一定的阻碍作用，从而在不增加制动单元的情况下达到控制转速的效果。当然，如果能够找到一个平衡点：即选粉机电流最低，又不会失速，是有利于降低选粉机电耗的。