工业固废资源化利用均匀给料装置设计

2019-06-18陈伟

四川水泥 2019年4期

关键词：辊轴配料驱动

陈伟

（福建省环境保护设计院有限公司，福建福州 350011）

关键字：工业固废；流动性差；均匀给料；缓存料斗；给料可控

1 设计背景

目前随着经济的发展，工业规模不断的扩张，周边城市工业固废的处理需求量逐步增大。其中，一般工业固废（服装厂、鞋厂边角料）因热值大，具有极高的回收价值，可作为电厂的辅助燃料，进行焚烧处理。

然而要对该类工业固废进一步资源化利用，必须对其进行预处理，工艺上要求破碎后压块成型。而对于压块成型工艺，其进料的控制要求较高，需保证给料的均匀性；针对不同含水率的物料，还要实现进料量可调。

传统的给料机，如振动筛式给料机，大多用于流动性好的粉末颗粒物料；圆盘式给料机，一般投送的流动性好的粉状、粒状或小块状不易缠绕的物料。因而，在没有适用的设备情况下，全新设计针对流动性较差的2D 片状柔性的物料，处理量为1.5t/h 工业固废压块生产线配套的，具有缓存料斗，且给料可控，上料均匀的给料装置。

2 均匀给料装置结构

如下图所示，均匀给料装置主要由顶部的缓存料斗、中间的配料控制室、底部的均料室以及机架组成（用户倾斜皮带输送机，根据后续设备布置情况配备）。

缓存料斗配有链轮驱动的破拱辊轴，由芯轴、辊轴以及破拱叉臂组成；配料控制室配有类似转龙的配料辊轴，由芯轴、辊体以及八个折边转龙叶片组成，该辊轴由涡轮减速电机驱动，采用分体式的设计，可方便组装与拆卸；下部均料室的梳理辊轴，由一体式的，带有梳理齿片的辊轴组成，亦由涡轮减速电机驱动。各分室辊轴结构详见下图：

图a）:破拱辊轴；b）:配料辊轴；c）:梳理辊轴。

3 均匀给料装置工作过程

经过上一道破碎工序处理后的物料，送进缓存料仓内，由转动的破拱轴，不断的叉起而后下落料至中部的配料室。配料室接受上方的落料，进入各个转龙叶片分割成的腔体内，通过转动落入下方的均料室。均料室的梳理辊轴，将上部转龙的物料均匀的击散在下方输送皮带上，实现均匀给料。

配备的减速电机，由380V/50Hz 电源驱动，结合配置的变频器，根据实际运行工况，通过PLC 程序设定的频率，控制破拱辊轴减速电机正反转的时间，以及配料室、均料室辊轴转速，来实现物料输送的破拱、均匀落料速度的控制。

4 设计流程

4.1 设计初始参数：

针对破碎后的工业布条固废，查询相关资料得知，该物料特性：

堆密度为ρ=0.3t/m3，物料安息角约为α=55°，尺寸为长度约3～10cm 的碎片，含水率约8%～15%，生产线规模1.5t/h，调速范围30%～150%。

4.2 缓存料斗及破拱辊轴设计

料斗设计倾角需大于安息角，取60°（>55°），以增加物料流动性。为满足事故状态时的应急反应时间，缓冲料斗容积需考虑>15min 的额定产量。针对1.5t/h的处理量，缓冲料斗的容积取值范围计算如下：

考虑较适宜的设备尺寸，选择设计料斗为棱台形状，上下部长宽以及高度分别为L2250*B1400，L650*B600，高度取H1400。由此得到缓冲料斗容积V= 2.05m3，料斗棱台最小α=62°，该容积量与料斗倾角满足上诉缓冲时间以及安息角的要求。

4.3 配料辊轴设计

按设计要求，配料辊轴最大卸料量：Vmax=1.5×150%÷0.3=7.5m2/h。

旋转芯辊轴使用外径Φ159 mm 无缝碳钢管；转龙叶片与配料室内壁间隙取物料尺寸长度较小值30mm，即转龙叶片外径最大值为Φ520mm，容积系数取0.9。设计辊轴工作长度为L=540mm，由此可得配料辊轴每转卸料量为： Vmax=π×（5001 -1592）÷4×540×0.9÷109=0.085 m2。

综合工况填充系数取0.2，取辊轴最大转速：

配料室辊轴考虑运行中可能卡死情况，侧壁需设计手工清理的检修门。

4.4 均料室辊轴设计

均料室辊轴设计转速高于配料辊轴，设计原理为考虑物料下落时，均衡的平布于下方落料口的投影区域内。辊轴外径为Φ400mm，有效长度同配料辊轴L=560mm；辊面上布置梳理齿片，齿片间距以物料尺寸为设计基准，并考虑下落时1.3 倍的不均衡系数，即间距为G=100×1.3=130mm。齿片在辊面上的分布轨迹，按正弦曲线分布。齿片高度取H=80mm。整个辊轴焊接有24 个翅片，以保证下落后的物料分布均匀。

4.5 驱动装置的设计

缓存料仓的破拱辊轴，为实现较好的破拱功能，需要频繁的正反转。辊轴的转速较低（额定转速设计20r/min），考虑防止辊轴的工作场合安装精度要求不高，存在轴向与径向的冲击力，设计采用摆线针轮型减速电机链条驱动的形式，实现本功能。摆线针轮减速机选用4极制动功能的防爆电机，n=1450r/min，减速比i1=23，功率P=2.2kW，需用转矩T=201N.m，；驱动端链轮采用12A，Z1=16 齿链轮；从动端链轮采用12A，Z2=48 齿设计；结合摆线针轮的速比，整体减速比i=i1×Z2÷Z1=23×48÷16=69，最终额定转速r=1450÷69=21r/min。

配料室辊轴运行转速较低，可选用减速比较大，结构紧凑的空心轴蜗轮蜗杆减速电机。根据设计的额定转速n=7.4r/min，选用带制动功能的防爆4 极电机n=1450r/min，减速比i=194，功率P=1.5kW，需用转矩T=1149 N.m，输出转速n1=7.4r/min。

均料室辊轴，无太大冲击，同样选择结构紧凑的空心轴蜗轮蜗杆减速电机。额定转速设计考虑为配料辊轴的2～4 倍，约为10～30r/min，以降低减速机尺寸。选用带制动功能的防爆4 极电机n=1450r/min，减速比i1=60，功率P=1.1kW，需用转矩T=311N.m，输出转速n1=23.3r/min。