立轴式冲击破碎机空气内循环技术分析

2018-05-23乐声滨柳逢春

机械工程师 2018年5期

乐声滨,柳逢春

（南昌矿山机械有限公司，南昌330004）

0 引言

立轴式冲击破碎机是通过高速旋转的转子将石料加速，抛到石衬或铁衬上破碎成砂。立轴式冲击破碎机在砂石骨料行业得到了广泛的运用，用于砂石骨料制砂和整形，与传统棒磨机制砂相比，具有通过量大、成砂量高、占地少、功耗低、磨耗低、不用水及水处理等优点。但是，在干法或半干法工况可能会产生大量粉尘外溢。需要进行防尘设计和处理。为了克服粉尘外溢，行业技术员人员作了很多努力。

1 减少空气吸入一级内循环

立轴式冲击破碎机的内部结构如图1、图2所示。

图1 石打铁立轴式冲击破碎机

图2 石打石立轴式冲击破碎机

立轴式冲击破碎机，待破碎物料从上部入料斗中心孔进入高速旋转转子，如果有溢流，物料在上部入料斗堆积后，再从上部周边溢流窗落入转子周边。进入转子的物料被转子加速后抛向转子外周，与周边石衬（石打石型）或铁砧（石打铁型）相撞，也与溢流下落的物料相撞，撞击后失去动力的物料从下部排出设备。在物料进入转子的同时，也有空气进入转子，转子转速高达1500 r/min左右，转子外周线速度超过65 m/s，形成空气负压，从上部中心孔吸入大量的空气，从转子通道口向周边喷射，分别从上部溢流口和下部出料口溢出，如图3所示。

图3 石料、空气在设备内部走向示意图

如果是干法制砂，溢出空气中挟带大量粉尘，形成严重的空气污染。图4为某国际品牌在干法制砂中，标准给料状态时仍出现大量粉尘外溢的现场。此机型为石打石机型，粉尘空气被转子加速后，喷射到中部腔的石衬上，石衬是斜面向上，喷射气流被反射向上，最终从上部溢流口溢出。

图4 粉尘通过上部溢流门外溢

为了缓解这种现象，在内部都设计有内循环结构，在转子上方有内部分料斗，当转子旋转在转子上方中心入料孔形成负压，通过分料斗从内腔吸取空气，从而形成空气内循环。不采用入料管从入料斗送料入转子的最原始结构。但是，这种内循环结构只能改善部分状态，因为转子上口负压从内部分料斗吸取空气时，会同时从内部和上部入料口吸取空气，从外部吸取的空气仍需要排出。

为了减少从上部吸入空气及上部分料比例的调整，在上部料斗中心孔下设计有推拉门，能够调整中心孔的开口面积，从而在给料时，料斗中心处于石料积满状态，减少空气进入。这种结构被国内生产单位优化为双向推拉门结构[1]，中心是一个可以张缩的正方形开口，能在调整中心孔开口面积的同时保证正方形中心永远对准转子中心，入料均匀不偏，延长转子、耐耗件、轴承等寿命，减少振动。采用积料入料方式，空气较少从入料中心孔进入。

图5 双边同步推拉调节板和积料图

另外，在溢流口上设计有橡胶板悬挂封闭，但这种封闭不可靠，在压力气流的冲击下，还是出现了大量粉尘外溢。为了进一步消除粉尘的危害，有必要进一步从原理上分析，从结构上改进设计。

产生粉尘处溢的第一个因素是外界空气的进入，一旦有外界空气进入，内部无法储存，势必溢出。如果中心孔未封闭，在强大负压的作用下，会有大量空气进入转子，经转子加速后，如风机鼓风，产生高速运动气流，就一定会从某处溢出。因此，防止粉尘外溢的第一设计要点是尽量减少中心孔的空气进入。

现有的中心孔推拉门，仍存在一些不足。调节板运行需要人工操作，一旦调整完成，一般不再变动。而来料的状态是变化很大的，开机、关机及空机运行时，无料或少料，此时，中心入料孔会吸入大量空气，在干法系统中，同时排出大量粉尘空气，产生严重空气污染。鉴于此种状态，笔者进一步提出了动力控制和自动控制调节的新方式[2]，将使这一问题解决方案更加完善。原理如图6所示。

图6 自动控制调节入料口系统图

如图6所示，通过料位器监控料位变化，设定料位允许变化值，超过或低于允许值将自动张缩入料口，在无料时关闭入料口。能适应立轴式冲击破碎机来料的动态变化，消除来料动态变化的不良影响，达到及时自动调节入料口大小的目的。也可以采用手动模式，通过人工观察手动控制动力调整入料口。不需停机，不需人工操作。在运行过程中，入料口一直对中挤满入料，封闭空气进入，减少粉尘产生，物料对中均匀进入转子，振动小，磨损均匀，轴承受力平衡，延长寿命。

2 减少空气溢出二级循环

中心用石料积满封闭后，能进去的空气很少，此时，转子入料口的负压主要吸取中部腔体的内部空气，进行内部循环。要使内循环更好地进行，还需要更优的设计。在石打石腔型中，转子喷出的高压气流通过斜面向上的中部石衬的反射，形成向上的压力气流，在经过转子上部的内部分料斗时，被转子入料口的负压吸取。但是，对于石打铁的腔型，接受石料打击的铁砧是垂直布置的，转子喷出的高压气流有一半向上喷射，形成良好的内循环，但也有一半的高压气流是向下喷射，势必从下部出料口喷射出来。

图7 粉尘从下部出料口喷射现场图

图7为某公司产品现场图。内部空气从下部出料口喷射后，势必从外部吸取空气补充，尽管堆积物料间隙小，但负压仍可通过此处吸入空气。因此，防止粉尘外溢的第二设计要点是尽量减少空气外溢。图8为一种产品，在下部出料口之外设置两根回风管，将下部溢出空气循环回上部，减少空气外溢量。图9为文献[3]的结构，公开了一种将下部空气转入中部转子循环的内部结构。

图8 外部回风管

图9 下部回风中部图

显而易见，尽管转子中心入料孔形成了负压，但经过较长路径的传递，在出料口抽取空气的压强有限，虽然在出料口不会出现明显的溢出粉尘现象，但仍有较轻的溢出现象。在环保要求日益严格的今天，我们还需要进一步减少出料口的出风量。图10为封闭出料口的一种结构，下部左右两侧出料口，设置有90°转动式挡风门，在外的转门上有配重。当没有物料下落时，挡风门因为配重作用，处于水平位置，将出料口封闭，当有物料下落，并在挡风门上堆积，当堆积物料超过挡风门配重时，挡风门转动开启，物料下落越多，挡风门开启越大，但挡风门上仍有相当于配重重量的物料，所以，出料口也是被物料所堆积，能从出料口溢出的空气就很少了。此结构需有回风道配合，否则，向下的高压气流被挡风门阻挡，在出口料堆上形成压力区，仍会通过物料间隙溢出。

3 上部溢流门封尘三级循环

图10 立轴破出料口挡风门结构示意图

立轴式冲击破碎机的内循环系统，除了出料口要防止空气外溢，上部入料斗的溢流门也要防止空气外溢。在图4中，粉尘通过上部溢流门外溢原因是：转子喷射的空气经过中部石衬腔或铁砧反射转向上部喷射，向上喷射气流经过转子上方的内部分料斗，负压吸走了部分空气，但因为空气向上的动能并没有完全消除，仍有部分空气向上，试图从上部入料斗的溢流门溢出。在有物料的状态下，粉尘外溢很少，但在没有入料或入料较少的状态下，上部出现了较多的粉尘外溢。

通过入料口的自动调节系统可以很大程度消除这种现象，但仍有进一步优化的必要。

向上的空气是一种旋转向上的气流，当遇到上部周边挡板时，形成空气正压，从溢料口溢出。改进如图11所示，上部周边以斜度挡板导向气流改变走向，变向上为向下，回到转子上方的内部分料斗位置，再被转子入料口的负压吸走，这样，从上部溢流门溢出的空气就很少了。

图11 上部周边空气流转图

以上所描述的三级空气循环系统：1）转子喷出的高压气流向上到达转子上方内部分料斗被转子入料口负压吸入转子循环；2）转子喷出的高压气流向下将通过中部回风道回到转子入料口循环；3）向上到达上部溢流门周边的气流被斜面挡板转向回到转子循环。此三级循环在南昌矿机称为“三循环封尘系统”，在实际运用中取得了很好的防尘效果，多次与国内外同类产品同工况运行，得到现场操作者的好评。

4 其它封尘系统

除了在设备内部构建多重循环封尘系统，也可以在外部或内外结合构建更严密的封尘系统。

图12为文献[4]的结构，通过鼓风机71通过管道7引入风量，形成向上的气流，再通过上方的引风机81通过管道8收取粉尘气流。可以进行除尘和收尘作业。

图12 联接收尘器的除尘系统

图13为反击式破碎机的各类除尘设计[5]，也可用于立轴式冲击破碎机,有以下特点：1）封闭小室加抽风除尘；2）入料抽风加出料封闭料仓抽风；3）入料抽风加出料皮带料罩抽风；4）自封闭式入料抽风加旁路回风加出料皮带料罩抽风；5）自封闭式入料抽风加旁路回风加出料转向加出料皮带料罩抽风。因此部分内容已超出本文范围，请参考相关文献。