螺旋給料裝置現狀及研究

孫長征,楊 楠,閆 瑩,李 莉,劉曉峰,*

1.國投生物能源(鐵嶺)有限公司 (調兵山 112700) 2.國投生物能源(鐵嶺)有限公司遼寧省企業技術中心 (調兵山 112700) 3.廣西中糧生物質能源有限公司 (北海 536100)

在生產領域中,各種原料之間的配比穩定對生產過程的穩定和產品的質量、產量有重要的影響。給料系統已廣泛應用于水泥建材、化工、電力煤炭、糧食生產等行業的粉體連續給料工業環節,如糧食生產的給料,其供料過程中的穩定性、均勻性等問題是影響輸送設備壽命、生產裝置的穩定、計量精度的主要因素。新型給料系統是根據國內外給料裝置的發展狀況和趨勢,結合本企業提出的具體要求基礎上設計的螺旋給料裝置,具有結構簡單、給料均勻可靠等特點,是散狀物料進行連續給料的理想設備,它以技術先進、穩定可靠、性價比高、經久耐用而著稱。能夠適應各種生產環境,實現各種塊、粒狀物料(如糧食、石灰石、粘土)和粉狀物料(如淀粉、粉煤灰)等進行連續給料,為工業生產現場的生產提供保障。

1 螺旋給料裝置的研究

1.1 螺旋給料裝置原理

螺旋給料機結構是,在一個相對封閉的空間內安裝一條螺旋軸,在軸上安裝螺旋體,當螺旋軸旋轉帶動體旋轉時,螺旋旋轉推動封閉空間內的物料向前運動,直到輸送物料的作用,利用電氣設備(如變頻調速器)高速螺旋軸的旋轉速度,物料前進的速度就會發生變化,從而達到調整物料輸送量的目的。

把經過的物料通過稱重設備進行檢測重量,將重量信號送入控制器,控制器中的微處理器進行處理,產生并顯示累計量/瞬時流量[1]。該流量與設定流量進行比較,由控制儀表輸出信號控制變頻器改變給料機的驅動速度,使給料裝置內的物料流量發生變化,接近并保持在所設定的給料流量,從而實現定量給料的要求。

1.2 傳統螺旋給料裝置

傳統螺旋給料機通常是由驅動裝置、頭節、中間節、尾節、頭尾軸承、進給料裝置等幾部分組成,驅動裝置一般安放在出料端,驅動裝置及出料口裝在頭節(有止推軸承裝配),螺旋處于受拉裝態[2]。在螺旋給料機的上部設置進料口,下部設置出料口,其中頭節、中間節、尾節每個部分又有幾種不同的長度。螺旋式給料機各個螺旋節的布置次序遵循按螺旋節長度的大小依次排列和把相同規格的螺旋節排在一起。傳統螺旋給料機的結構示意如圖1。

圖1 傳統螺旋給料機

1.3 傳統螺旋給料裝置存在的問題

傳統螺旋給料裝置能夠適用于多種粉狀、粒狀物料的輸送,但有一定的局限性。當物料潮濕、密度小、冬季物料受冷熱吸潮時,螺旋給料裝置進料口位置極易發生板結、蓬頂,如果需要較慢速度輸送物料,因螺旋直徑限制,進料口不會很大,粉狀物料下料就會困難。

為解決此問題,傳統上會考慮在料倉底部(給料裝置進料口上方)增加氣錘、震動電機等設備,但是,當物料流速較小時,氣錘、震動電機的震動會使物料變得更加緊實,粉狀物料極易堵在螺旋給料裝置的進料口部位,疏通特別困難,很難保證生產裝置的穩定。

2 新型螺旋給料裝置的設計

2.1 新型螺旋給料裝置的設計與研究

傳統螺旋給料裝置最大的問題是進料口較小造成的,如果進料口足夠大,進料口的上方不會存在較大收口,物料不會在局部結頂造成堵料[3]。

為了解決粉狀物料料倉長周期、出量料穩定問題,對市場上主要螺旋喂料器進行分析,市場上主要喂料器存在喂料器入料口面積太小、物料易蓬住,因此從擴大進料口面積著手進行分析,找到解決問題的方法,設計出進料口、出料口均能滿足要求的設備,可以從根本上解決問題[4]。設計了1套螺旋進料裝置,進口面積可以達到1 m2或更大,杜絕了螺旋喂裝置進料口堵塞現象。新型給料裝置結構示意見圖2。

圖2 新型給料裝置結構圖

散狀物料由進料口進入喂料器,在進料口堆積,排螺旋上方堆滿物料,啟動設備后,排螺旋轉動,經排螺旋將物料推向出料口,通過進料口與出料口間的料封進入出料口,在重力作用下排出裝置,完成物料在此裝置的運動過程。當進料機構出現故障時,可以通過調整旁通插板機構從出料器直接向下游設備輸送物料。另外,下游設備出現故障時,出料口堆積物料過多,可能通過出料口防堵開關聯動喂料器停止運行,保障設備運行安全。

螺旋式定量給料裝置由主進料機構、排螺旋輸料機構、防溜料機構、旁通進料機構、防堵料機構、動力驅動機構、減速機構、鏈輪傳動機構八部分組成。

主進料機構設計成方形結構,上側為45°倒梯形結構與料倉相連,下側為正方體結構。

排螺旋輸送機構主要由箱體、螺旋組成,箱體由鋼結構外殼、軸承座、出料口、入料口組成,入料口、出料口采用方形法蘭與上、下游設備連接,螺旋由多個等徑、等螺距的螺旋組成。排螺旋輸送機構的進料部分為螺旋結構,出料口上方位置不設計螺旋,保證物料輸送末端下料通暢。

防溜料機構位于主進料口與旁通出料口之間,長度為螺旋直徑的2倍以上,螺旋轉動時物料可以順利通過;螺旋停止轉動時物料在此機構形成一段料封,阻止物料由進料口受重力作用溜到下料口。

旁通進料機構為倒梯形結構的箱體,上側為45°倒梯形結構,下側為正方體結構,與主進料為同一進料口,進料機構由插槽、2個插板閥組成,箱體采用鋼制方形管道形式,在箱體內設置2條插板槽,兩側各設置一個插板,插板在插槽上滑動,通過拔插插板來調整兩條插板間空隙大小來,從而調節物料下料量。

防堵料機構由外殼、橡膠膜片、壓力彈簧、行程開關、電纜線組成,利用行程開關的常閉觸點,常閉觸點串聯在出料驅動電機的控制回路,在不堵料時行程開關的觸點是閉合狀態,能夠通過按鈕或DCS遠程控制螺旋機構起動、停止。當物料出口出現堵料時,螺旋向前推動物料,在出料箱體內堆積物料并形成向外側的正壓,物料壓迫防堵料機構的橡膠膜片,橡膠膜片壓動彈簧機構向外側運動,行程開關動作,常閉點斷開,給料裝置驅動電機控制回路失電,變頻器停止輸出,給料裝置停止運行,出料口停止進料。

動力驅動機構由電動機、變頻散熱風扇電機組成,電機為低壓三相異步電動機,驅動電動機通過變頻器調整轉速,實現物料流量的調節。

減速機構由齒輪減速機和鏈輪傳動機構組成,減速機構固定在出料器的箱體側面。齒輪減速機構與動力驅動機構通過傳動鍵相連,低扭矩高速轉動力矩轉變成輸出端低高扭矩低轉速動力,減速機構輸出軸側、排螺旋力矩輸入側均安裝相同規格的傳動齒輪,各齒輪間通過傳動鏈條彼此相連,減速機構轉動時齒輪按照相同方向、相同速度旋轉,帶動螺旋轉動。

鏈輪傳動機構包括鏈條、鏈輪組成,鏈輪安裝在四條螺旋軸和減速機輸出端,鏈輪與減速機輸出軸、螺旋軸通過鍵槽內鍵條連接,減速機輸出軸安裝一條鏈輪、距離減速機最近的3條螺旋軸各安裝2條鏈輪、最后1條螺旋安裝1條鏈輪,每個鏈輪采用同一型號。減速機輸出軸與各條螺旋軸通過鏈條傳動。減速機輸出軸與第一條螺旋鏈輪連接,第一條螺旋的另一條鏈輪通過鏈條與第二條螺旋的鏈輪連接,第二條螺旋的另一條鏈輪通過鏈條與第三條螺旋的鏈輪連接,第三條螺旋的另一條鏈輪第四條螺旋的鏈輪連接,各鏈輪同步運行。

出料方式有兩種方式:主路出料,散狀物料由主進料口進入螺旋出料器,經排螺旋將物料向前方推進,通過進料口與出料口間的料封進入出料口,在重力作用下排出裝置,完成物料在此裝置的流動過程;旁路進料,散狀物料進入旁路進料口,經旁路插板在重力作用下排出裝置,完成物料在此裝置的流動過程。

2.2 新型螺旋給料裝置的特點

(1)解決了大粒度、散狀、低密度物料輸送問題,根據物料的特點進行適當調整均實現到穩定的供料功能。

(2)設計了插板旁路機構,可以保障在設備出現故障時,生產系統不受影響。

(3) 增加了變頻調速裝置,通過調整螺旋裝置旋轉速度,可以實現物料輸送計量功能;配合料倉液位變送器,通過自動化控制系統,能夠實現下游料倉料位自動調節。

(4) 在出料口設置防堵料裝置,可以保障螺旋給料裝置安全運行,配合自動化控制系統還可以實現自動給料。

(5)螺旋結構設計,使出料裝置不僅具有料倉出料作用,還可以打散物料,給下游生產穩定提供條件。

3 結論

新型螺旋給料裝置實現了糧食、植物殼粉、植物秸稈等輕質、潮濕易堆積粉狀物料定量給定,能夠滿足惡劣工況條件下生產穩定,并且動力能源消耗小、故障率低,是粉狀物料定量給定裝置的絕佳選擇,具有實際應用意義。