皮带输送机上清扫器改进

磨俊铭 俞玉海 赵泽文 彭耀稳 覃家谈 莫芳华 魏昌贵

（广西钢铁集团有限公司炼铁厂 广西防城港538002）

1 前言

高炉上料系统主要用于把原燃料通过皮带输送机送往高炉冶炼，皮带输送机是连接各上料设备的纽带，设备沿线较长。由于皮带机输送的物料不同，且有时物料较湿，致使部分粘稠的粉尘粘接在输送带上，因此通常在输送带的重要部位安装一些皮带清扫器，以达到清洁皮带表面，增加使用寿命的目的。

2 工作原理及存在问题

2.1 原有皮带清扫器的工作原理

在高炉上料皮带输送机投入使用时，只在驱动滚筒和回程皮带两处设计安装了皮带清扫器。该清扫器为悬挂式，依靠自重或配重使其上面的清扫刮片与皮带接触，分为H型和V型两种，通过皮带运转将粘在皮带上面的煤刮掉并排除到皮带外部，以回程皮带为例，如图1所示。

图1 V型皮带清扫器

这种V型皮带清扫器悬挂在皮带架上，调整好距离后依靠自重使其下部的橡胶或聚氨酯刮片与皮带相接触，当皮带经过该清扫器时，粘在上面的煤就会被刮片刮掉并随两侧的倾斜角度排到皮带外面，理论上达到清洁皮带表面的目的。

2.2 原皮带清扫器存在的问题

1）由于该皮带清扫器是悬挂在皮带架上的，与皮带的距离已经固定，当使用一段时间后，清扫器上的刮片就会磨损，无法有效接触到皮带表面，失去其功能性，达不到清洁皮带表面的目的。

2）由于皮带在运转当中会发生上下抖动，而清扫器又是与皮带接触的，清扫器也随着皮带上下抖动，导致清扫器与皮带架的连接容易脱落。脱落后的清扫器在皮带上滑动，其尖端部分可能会划伤皮带，严重时导致皮带撕裂。

基于这两点因素，清扫器在日常的使用和维护当中，需要经常检查、调整及更换，浪费人力、材料成本，同时存在安全隐患，影响正常生产。

3 皮带清扫器设计及改进原理

根据高炉上料的实际作业情况，皮带机是由电机驱动滚筒带动皮带运转的，中间又有各种承载托辐和改向滚筒，皮带对应运转时粘在上面的物料就会进入回程的托辗上，把托辗弄脏并粘有这些附着物。物料进入托辗壳体内，从而增大轴承座上的径向载荷和轴向载荷，使轴承快速磨损，托辗壳体粘上物料会撕裂和拉毛输送带的面胶，加速输送带的磨损毁坏。如果粘着物进入改向滚筒，就会粘在滚筒表面上，附着力也越来越大，其结果是造成输送带跑偏和滚筒串轴，增加输送带滚筒轴承的磨损。输送带上残留的物料还会加大对滚筒的摩擦力，有时会引起输送带面胶和滚筒包胶层的撕裂，酿成严重后果。再者工作面带回的物料与粉尘，堆积不及时清理影响现场环境卫生，人工清理成本增加。

此次皮带清扫器采用拉瓦尔喷头原理及伯努利公式进行推导改进。

3.1 伯努利原理

伯努利原理是建立在流体力学的连续介质理论方程建立之前，力学所采用的基本原理，其实质是流体的动能守恒［1］。即：动能＋重力势能＋压力势能＝常数，伯努利方程揭示气体力学中流体在重力场中流动时的能量守恒，由伯努利方程可以看出，流速大处压力低，流速小处压力高［2］。

伯努利方程公式如下：

P1＋PV21＋Pgz1＝P2＋PV22＋Pgz2＝恒量

3.2 拉瓦尔喷头原理

拉瓦尔原理是吹扫器的重要组成部分，喷头（如图2所示）的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张至管道。管道中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部溢出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至跨音速。所以，把这种喇叭形喷管叫跨音速喷管［3］。

图2 拉瓦尔喷管

拉瓦尔喷头中气流单元体的动量守恒方程表达式如：

流经拉瓦尔喷头的加速能量守恒方程如公式所示：

4 压缩空气吹扫器工作原理

由伯努利原理在流体力学的能量守恒，在吹扫器工作气体进入的喷头前，通过公式计算，设计的管道能让气源遵循理想流体的稳定流动输出，每一个单位体积的动能、势能和压强之和为一个恒量。

当恒定流体从管道内进入喷头时，通过拉瓦尔原理，实现气体的气流速度因喷头截面积的变化而提升，同时每一个喷头所喷出的气体在理论上均匀加速。

压缩空气吹扫器就是利用压缩空气的恒量动能，到因喷头截面积的变化而提升气流的速度，对皮带表面的物料与粉尘进行吹扫清理的原理。这种方法，既能保证吹扫器与皮带没有接触，皮带运行时粘在皮带的物料不会对吹扫器造成刮破和磨损，又能延长使用寿命，起到清扫作用，同时让皮带吹扫可以减少压缩空气的用量，节约成本。

5 压缩空气吹扫器的制作

广西钢铁集团有限公司防城港钢铁基地项目以1号高炉主皮带为实例试验，高炉主皮带机带宽为2000mm，水平机长达到350m，输送量运矿3500t／h、运焦800t／h，输送速度2m／s，将设计好的管道进行开口与拉瓦尔喷管组合焊接在一起（如图3所示）。每个小管子的距离保持在设计位置，用于把恒定风力，通过气体加速均匀的吹到皮带上，第一根与最后一根的小管子制作时角度往里偏移＜10°把两侧的风量往里收，防止物料与粉尘往外吹出，吹扫皮带中间的工作面80%即可，最终实现皮带吹扫。

图3 皮带清扫器

6 安装

原有的分为H型和V型两种清扫器需要经常检查、调整及更换，所以清扫效果并不是很明显。在改进清扫器时，只要在驱动滚筒回程皮带处设计安装皮带吹扫器，该处加装有除尘罩，吹扫胶带工作时粉尘通过除尘罩进行收集（如图4所示），防止二次扬尘外溢影响现场环境，这样制作安装的方式，提高了清扫效果也改善了现场环境卫生。

图4 清扫器安装位置示意图

7 结论

综上所述，经过使用验证，通过伯努利原理使压缩空气作定常流动，达到清扫器喷管时，利用拉瓦尔喷管原理，让气体在管中运动时，从截面小处进入，截面大处流出，让气流不断加速，最终产生相对大的推力和面积，起到将压缩空气流速增大的作用。

改进的压缩空气吹扫器比原来的皮带清扫器起到更好的清扫效果，减少人工劳动力费用，吹扫器的使用寿命明显延长，已在广钢高炉上料的皮带输送机上应用，进一步的保证生产设备稳定运行。