破架桥机在粉体料仓上的应用

刘海景

（上海艾的维机械制造有限公司）

破架桥机在粉体料仓上的应用

刘海景*

（上海艾的维机械制造有限公司）

针对粉体行业在产品加工、储存、运输各个环节中广泛存在的架桥现象，从粉体架桥的微观机理入手，寻找到有效的破架桥解决方法。介绍了破架桥机的原理、结构特点和主要技术参数，并通过试验数据证明了破架桥机的性能及其稳定性。

破架桥机 粉体 空气 凝聚 团聚 摩擦 流动性

本文针对粉体行业在产品加工、储存、运输各个环节中广泛存在的架桥现象，介绍了破架桥机的原理、结构特点和主要技术参数，并通过试验数据证明了破架桥机的性能及其稳定性。

1 粉体的流动和架桥

1.1 粉体颗粒的流动和架桥问题

在粉体加工、储存和运输过程中，经常会碰到因粉体物料团聚而引起的出料不畅，甚至产生架桥而形成漏斗流。所谓漏斗流，就是在料斗的中心部分产生漏斗状的局部流动，而周围其他区域的物料则停滞不动，严重时甚至导致出料完全堵塞。

需要分析物料形成架桥的机理，才能找到解决架桥问题的方法。与粉体架桥有关的因素可以分为两类：一是粉体自身因素，即粉末颗粒的各项物性参数，包括颗粒的尺寸、形状、表面纹理结构、表面积、多孔性、密度、内聚力、黏附力、弹性、塑性等[1-2]。二是环境因素，主要是环境湿度和粉体储存时间。这些因素不同程度地影响了粉体物料的流动性。

1.2 影响粉体颗粒流动的主要因素

粉体是一种性能独特的物料，具有流动性。粉体的流动性与其颗粒本身、颗粒间的空气以及颗粒表面和内部的水分有关。空气含量的变化和颗粒之间接触应力的变化均会影响粉体的流动性。粉体间空气含量越大，粉体就越疏松，其流动性就越好。颗粒接触应力的减小也会使颗粒流动性增强[3]。

空气含量和颗粒之间接触应力是影响粉体流动性的两个最主要因素，其他因素会对其产生影响。比如颗粒的尺寸、表面积、多孔性以及储存过程中环境湿度、储存时间等因素会影响粉体的空气含量；颗粒的形状、表面纹理结构、弹性、塑性等因素会影响粉体中的空气含量和颗粒间的接触应力。

阻碍粉体颗粒流动的因素主要是摩擦、机械联锁、颗粒间凝聚力和液桥等，具体如表1所示。一般来说，这些因素限制了粒子的独立性，其影响力越强，颗粒聚结程度就越严重，导致粉体的流动性就越差。

表1 粒子运动的限制因素

促进粉体流动的因素主要是粉体颗粒的重力。因此，要避免因料仓锥段角度过大、垂直方向分力过小而造成的粉体堆积架桥。

2 破架桥机的设计

2.1 破架桥机的设计思路

粉体破架桥机的设计必须考虑两个影响粉体颗粒流动的主要因素。颗粒之间空气含量低和接触应力大都会造成物料团聚甚至结块。要使物料流动通畅，就需要人为削弱颗粒流动的限制因素。对于高黏附性粉末或者形状不规则的颗粒，如果向其施加合适的激励力，就可以有效破坏颗粒之间的聚结和架桥。同时，原本团聚的颗粒在疏松过程中空气含量也会增加，从而促使粉体颗粒实现通畅流动[5]。

破架桥机的作用就是提供给粉体物料一定的激励力，用于破坏粉体颗粒之间的聚结和架桥，人为削弱颗粒流动限制因素的影响，增强粉体流动性。

2.2 破架桥机介绍

（1）破架桥机的技术背景

现有的粉体储运环节大都存在物料因黏附、吸潮、压实、结晶而造成的结块现象，继而导致出料不均匀或不出料等情况，影响后续生产的进行。现有的解决办法主要是通过人工锤打震动料仓，以达到破坏物料架桥的目的。机械设备上还有以下几种装置可用来破坏架桥现象：料仓顶部和侧面机械搅动方式、料仓震动方式、料仓表面增加气源吹动的方式。但以上几种常用方法都不能有效解决特殊物料架桥的问题，而且还分别存在占用空间大、生产环境噪音大、粉尘外溢和机油污染物料等弊端。鉴于上述情况，现设计制造了一种新型的破架桥机。

（2）破架桥机的结构和原理

破架桥机的结构如图1所示。其结构主要包括外筒、旋转内筒和驱动装置、冷却系统、密封系统以及设置在旋转内筒装置上的上破架桥杆组件和下破架桥杆组件。外筒的上下面分别和料仓等设备连接，密封面带密封槽。外筒的外侧面设置冷却槽，可根据使用情况选择开启或关闭。旋转内筒装置上的上、下破架桥杆可以分别拆卸或组合使用。

图1 破架桥机结构

旋转内筒上的上破架桥杆组件和下破架桥杆组件可分别伸入到料仓或设备的内部，对物料实现强制破架桥，之后物料便可依靠自重通畅出料。破架桥杆组件的倾斜角需与相关的料仓和设备相匹配。使用电动机驱动旋转内筒和破架桥杆组件。

2.3 破架桥机的试验

破架桥机的试验分为三个步骤。

（1）物料储存在料斗内，料斗和物料基本性能参数如表2所示。不安装破架桥机时，装满物料后开始出料，随时间的推移出料越来越少，最后出料完全停止。料斗内的物料不能靠自重流动下料。

表2 料斗和物料基本性能参数

（2）安装破架桥机，其基本参数如表3所示。启动破架桥机后物料迅速流动，下料完全彻底。

表3 破架桥机基本参数

（3）启动破架桥机后，调整合适的转速，依次截取30 s的落料，称重并计算平均出料量，结果如表4所示。经过计算可知，试验时该破架桥机每30 s平均出料量为105．2 g。对比6次出料，全程出料虽有波动，但无断流。试验表明，破架桥机破坏了物料团聚，使得物料均匀疏松，流动顺畅。

表4 出料量记录表

图2所示为破架桥机试验过程中料仓内物料的运动变化状况。图2（a）所示为破架桥杆搅动初期粉体颗粒开始疏松；图2（b）所示为随着破架桥杆继续搅动，粉体颗粒开始落料；图2（c）所示为随着破架桥杆继续搅动，粉体颗粒实现持续落料，料仓内余料越来越少。

图2 破架桥机试验

以上试验表明，该破架桥机达到了设计要求，实现了粉体破拱，并且使物料均匀疏松，改善了其流动性。

3 破架桥机的应用

该破架桥机针对颗粒团聚的主要原因采用强制方式进行破拱。与其他破拱设备相比，该设备具有以下优点：（1）设备占用空间小、造价低、维护费用低；（2）对于团聚严重的物料，采用震荡敲击破拱无效时，该机也能有效破拱，从根本上解决了企业难题；（3）该机噪音小，结构密闭，可防粉尘外溢，绿色环保。

该产品已在苏州东帝士纤维地毯有限公司使用两年，且运行稳定。目前破架桥机系列产品已经做到出口直径达400 mm，包括杜邦在内的多家生产单位正在正常使用。

4 结束语

在工业生产诸多粉体输送环节中，由于粉体颗粒自身因素和环境因素造成物料团聚、架桥和出料不畅，甚至出料阻塞情况经常发生。影响粉体流动性的主要因素是粉体颗粒间的接触应力和空气含量。破架桥机的作用就是给粉体物料提供外加的激励力，用于破坏粉体颗粒之间的聚结和架桥，人为削弱颗粒流动限制因素的影响，降低粉体颗粒间的接触应力，提高粉体颗粒间空气含量，以达到增强粉体流动性的目的。试验表明，破架桥机的设计思路可行，实现了粉料破拱，改善了物料流动性。

破架桥机适用的物料较为广泛，特别是对超细微物料、吸湿性物料、黏附性物料、丝状易勾结团聚物料等特殊物料的破架桥很有效。该机工作噪音小，安装空间小，结构密闭，防粉尘外溢，可广泛用于化工、医药、冶金、发电、煤炭和食品等行业，尤其是粉体行业的生产加工。

[1] 武玉琴，胡林，安红海，等.颗粒物质中静摩擦力与接触面形状有关[J].大学物理实验，2005，18（3）：4-7.

[2] 杨林，胡林，张兴刚.二维晶格颗粒堆积中侧壁的压力分布与转向系数[J].物理学报，2015，64（13）：212-218.

[3] 王伟.颗粒介质摩擦界面及其润滑效应[M].合肥：合肥工业大学出版社，2016.

[4] 李志，夏国涛，肖国先，等.料仓中湿颗粒流动规律的数值仿真与试验研究[J].海南大学学报（自然科学版），2004，22（1）：23-27.

[5] 王海兵，刘咏，周科朝，等.粉末颗粒堆积的科学问题[J].粉末冶金材料科学与工程，2001，6（3）：216-222.

Application of Bridge Breakage Machine in Powder Hopper

Liu Haijing

In the process of powder processing,storage and transportation,the phenomenon of bridging is widespread.Based on the analysis of microcosmic mechanism of powder bridging,an effective solution is found.The main technical parameters and structural features of the bridge breakage machine are introduced.The performance and stability of the bridge breakage machine are proved by experimental data.

Bridge breakage machine;Powder;Air;Condensation;Reunite;Friction;Mobility

TQ 051.25

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.008

2017-04-10）

*刘海景，男，1973年生，助理工程师。上海市，201514。