螺旋溜槽的设计计算与应用

王绍岩

（河曲县泰阳煤业有限公司，山西 忻州 034000）

引言

块煤自由落入煤仓的冲击和相互间剧烈的碰撞会造成大量块煤破碎，降低块煤率，降低企业收益。应用螺旋溜槽，可使煤流沿螺旋溜槽匀速下滑，降低块煤在下落过程中的碰撞和冲击，减少块煤破碎，并提高煤仓的使用寿命。根据螺旋溜槽在煤仓方式安装不同，螺旋溜槽又分为外螺旋溜槽和内螺旋溜槽两种，外螺旋溜槽被安装在筒仓壁，使煤沿筒仓壁下滑；内螺旋溜槽采用独立的钢结构立柱支撑，被螺旋安装于立柱上。相比外螺旋溜槽，内螺旋溜槽直径小、煤流速度低、物料相互之间的碰撞和冲击小，可提高块煤率[1-4]。

1 设计计算

如图1 所示，煤流的角速度ω 和螺旋溜槽螺距h 由螺旋溜槽外半径R、螺旋角α 和底板倾角φ 等参数决定。

图1 螺旋溜槽示意图

煤流在螺旋溜槽中的运行轨迹如下。

为使煤流匀速下滑、不堆积和集聚，在煤仓由满仓再次放煤时，溜槽上的煤能随煤位的下降而滑动，制作时给螺旋溜槽底板设置一个斜角度，该角度叫作底板倾角φ，如图2 所示。

图2 底板倾角

底板倾角φ的取值由煤与溜槽底板的摩擦系数f 决定，受煤的含水率、煤的粒度分布、煤的品种、煤的黏附性等因素影响。

暂取摩擦系数f=0.35（该值需要根据实际物料种类进行测量和选择），则底板倾角φ=arctanf=19.29°。

考虑到实际振动和螺旋角的综合影响，取值比理论值小2°～3°较合适。

最大倾角γ 为螺旋叶片的最大倾斜角度，由螺旋角α 和底板倾角φ 决定，公式如下。

最大倾角处与螺旋中部槽外侧边缘的夹角为β，公式如下：

将上述公式编入EXCEL，可计算得出各种螺旋溜槽的参数。

2 内外螺旋溜槽对比

将某一参数的内螺旋溜槽和外螺旋溜槽的煤流速度理论值计算分析对比，可发现两种溜槽的优缺点，对比如下。

内螺旋溜槽参数：螺旋直径2 600 mm；螺旋螺距3 750 mm；底板倾角16°。经公式计算，正常运行时需要给定的煤流速度v=5 m/s。

外螺旋溜槽参数：螺旋直径16 000 mm；螺旋螺距24 000 mm；底板倾角16°。经计算，正常运行时给定的煤流速度v=11 m/s。

经计算可知，外螺旋溜槽需要的给定速度约为内螺旋溜槽的2 倍，而高速会导致螺旋溜槽磨损变快，块煤破碎率增高，煤流对煤仓冲击增大。

外螺旋溜槽是直接安装于煤仓侧壁上，其参数受煤仓尺寸的约束。但外螺旋溜槽的运行速度快，不容易堵塞，适合运输湿度大、不易碎的物料。

内螺旋溜槽如图3 所示，其安装于中间钢结构立柱上，尺寸与煤仓的直径无关，可自由调节，适用于各种物料。但是当煤仓煤位上升时，溜槽的钢结构立柱会受到较大的侧向挤压力，对钢结构的稳定性要求较高。内螺旋溜槽用钢量比外螺旋溜槽大。内螺旋溜槽既可以应用于煤仓，也可以应用于落差较大的输送机相互搭接处。螺旋溜槽应用于输送机搭接处，既可减少物料的破碎损耗，也可降低物料对受料设备的冲击。

图3 内螺旋溜槽

3 螺旋溜槽结构设计和制造

采用4 根立柱为外框架，螺旋叶片和螺旋侧边挡板等作为支撑也作为溜槽，增强钢结构立柱的抗挤压能力。螺旋溜槽设计有引入段、过渡段、匀速段三部分，引入段为来料设备与溜槽的接入段；过渡段为要达到给定速度的加速度段，该段结构既可以是大螺旋角的溜槽，也可以是曲线溜槽（本文不讨论曲线溜槽的设计计算）；匀速段为煤流速度达到设计要求后进入导向溜槽部分匀速下滑的区域。

内螺旋先采用螺栓与钢结构立柱连接，每隔一个螺距的连接处再进行焊接连接。外螺旋采用预埋螺栓或锚栓与仓壁固定。

不同的螺旋叶片采用不同的制作方法，直径小于3 m、叶片宽度小于1 000 mm的螺旋叶片采用整体下料和拉制，制作需要设计专用的工装和设备。对于直径较大的叶片，无法直接制作大叶片，可采用三维软件建模，将整体模型等分成若干小段模型，设计专用的模具，将螺旋叶片分段分小节压制成型，再拼焊成大叶片。

为降低块煤在运行过程中的翻滚现象，保持块煤的匀速滑动，降低块煤的破碎率，需要选择能降低块煤与螺旋叶片摩擦系数的敷面材料，使叶片具备较高的耐磨性，防止堵塞溜槽现象发生。对于外螺旋溜槽，因运行速度较高，可采用陶瓷、铸石板等耐磨材料敷面。内螺旋溜槽速度较低，为防止堵塞，可采用摩擦系数较低的高分子材料敷面。

4 结语

采用螺旋溜槽可以减少块煤的破碎率，提高煤仓使用寿命，降低受料设备冲击。内螺旋溜槽直径小，造价低，煤流速度小，块煤的破碎率更小，在解决钢结构立柱稳定性和低速堵煤问题上，应用前景将非常广泛。