渦輪分級機(jī)的理論研究

渦輪分級機(jī)是精密分級設(shè)備中非常重要的類型之一。今天我們結(jié)合渦輪分級機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、分級粒徑的數(shù)學(xué)模型 、分級機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究等內(nèi)容來進(jìn)一步了解渦輪分級機(jī)。

渦輪分級機(jī)的結(jié)構(gòu)

該分級機(jī)主要由反沖氣套、渦輪、箱體等部件組成。其中關(guān)鍵部件是渦輪，該渦輪是一個(gè)特殊的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置，為減小沿渦輪垂直方向上速度梯度的影響，渦輪轉(zhuǎn)子水平安裝，同時(shí)可避免產(chǎn)生局部渦流，轉(zhuǎn)子的外圓周上安裝有足夠數(shù)量（72片）的葉片。

由于150FJW渦輪分級機(jī)采用渦輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場來進(jìn)行有效分散和分級，為了達(dá)到轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，滿足精細(xì)分級的基本要求，在分級機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了以下的優(yōu)化措施:

電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)支承在精密滾動(dòng)軸承上的主軸，其轉(zhuǎn)速可由變頻器調(diào)整。

渦輪以懸臂方式聯(lián)結(jié)在主軸的另一端，懸臂主軸支承結(jié)構(gòu)和渦輪質(zhì)量級配均通過動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算，從而獲得了較好的支承穩(wěn)定性，并保證軸系在允許的振動(dòng)烈度范圍內(nèi)。?

為防止軸承中混入細(xì)小灰塵而磨損，對軸承采用氣封技術(shù)，以保證軸承壽命極限和安全運(yùn)轉(zhuǎn)； 渦輪與安裝在筒體上的反沖氣套間采用極小的間隙，通過一定的壓力的反吹氣體進(jìn)行 氣封處理，有效防止了粗顆粒混入分級后的微粉中。

渦輪采用在徑向均勻布置72片葉片的鼠籠結(jié)構(gòu)和特殊的焊接技術(shù)，葉片每分鐘通過 某點(diǎn)的次數(shù)高達(dá)7200次，從而形成了強(qiáng)大而均勻的離心場。筒體內(nèi)襯用聚氨脂膠粘，防止顆粒受鐵質(zhì)污染。

渦輪分級機(jī)的工作原理?

150FJW渦輪分級機(jī)是根據(jù)物料顆粒的大小，在旋轉(zhuǎn)氣流場中受到離心力的大小不同進(jìn)行分級的。該型渦輪分級機(jī)的渦輪工作時(shí)在箱體內(nèi)高速回轉(zhuǎn)，空氣由外部引入，氣流呈螺旋狀向渦輪中心運(yùn)動(dòng)，在渦輪形成的分級區(qū)域中心處有一抽風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的軸向抽吸力，這樣箱體內(nèi)將形成負(fù)壓，渦輪中心的壓力比較低。同時(shí)由上部喂入的物料被由下而上的氣流分散形成的氣固兩相流，進(jìn)入分級輪通道時(shí)，由于受到離心力的作用，較大的顆粒被甩向外側(cè)成為粗產(chǎn)品，細(xì)顆粒因受離心力較小而進(jìn)入渦輪中心通道，經(jīng)輸出管道被收塵器（旋風(fēng)收塵器和袋式收塵兩級收塵系統(tǒng)）收集成為細(xì)產(chǎn)品。顯然，這種分級機(jī)的分級粒徑取決于顆粒所受離心力和流體阻力的大小，即取決于氣流速度和渦輪（分級輪）的幾何尺寸及轉(zhuǎn)速。

分級粒徑的數(shù)學(xué)模型?

150FJW渦輪分級機(jī)渦輪的物料隨氣流進(jìn)入分級輪通道時(shí)受到離心力和粘性力的作用，當(dāng)離心力大于粘性力時(shí)，顆粒被甩出成為粗產(chǎn)品，當(dāng)離心力小于粘性力時(shí)，顆粒進(jìn)入分級輪通道后被捕集成為細(xì)產(chǎn)品。這里我們假設(shè)氣流的徑向速度為υ，氣體的密度為；顆粒的粒徑為，密度為，渦輪的半徑為，其轉(zhuǎn)速為（r/min），則可推出：?

式中為渦輪角速度，為顆粒的質(zhì)量。?

（3）分級粒徑：?

當(dāng)是的粒徑為分級粒徑，即：?

解出上述方程可以得出分級粒徑：?

由上式可知分級粒徑d與渦輪的轉(zhuǎn)速n成反比，與氣流徑向速度的1/2次方成正比。

分級機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究?

實(shí)驗(yàn)裝置

主要設(shè)備的工作參數(shù)

設(shè)備參數(shù)	?	? ? ? ? ? ? ? ? ? 設(shè)備參數(shù)	?
主機(jī)電機(jī)功率(KW)	5.5	電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速(r/min)	2900
排風(fēng)機(jī)功率(KW)	3.0	排風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速(r/min)	2900
螺旋輸送機(jī)功率(KW)	0.75	螺旋輸送機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)	1390
旋風(fēng)收塵器型號	XZZ-III型	袋式收塵器型號	DMC-24

實(shí)驗(yàn)條件

本實(shí)驗(yàn)采用“分級—集塵”系統(tǒng)，對超細(xì)礦渣粉進(jìn)行分級試驗(yàn)，超細(xì)礦渣粉的粒度大約在20um左右，并用粒度分析儀分析產(chǎn)品的粒度分布。超細(xì)礦渣粉來源于青山鋼鐵廠。?

①分級機(jī)轉(zhuǎn)速4000 r/min，排風(fēng)機(jī)處于全開狀態(tài)（主風(fēng)機(jī)風(fēng)量為30 m3/min），喂料量68kg，運(yùn)行時(shí)間為35min。?

②當(dāng)空氣流量一定時(shí)，變換不同的渦輪轉(zhuǎn)速，得到部分分級效率隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。?

③當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速一定時(shí),改變空氣流量,得出部分分級效率隨空氣流量的變化規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

①分級后結(jié)果：粗料50.5 kg、旋風(fēng)收塵器中10.2 kg、袋式收塵器中6.6 kg；

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：粒徑在之間的粒子通過率較高，特別是左右的粒子通過率是增加的；當(dāng)粒徑>時(shí)，通過率反而減少，也就是說粒徑大于的某個(gè)粒徑開始，就不能通過旋轉(zhuǎn)葉片了。

?

結(jié) 論

通過上述研究分析，可以得到影響分級機(jī)性能的幾個(gè)關(guān)鍵因素：

（1）顆粒濃度對分級精度的影響

顆粒的濃度對分級機(jī)的分級精度有較大的影響，氣流速度梯度越大，則分級精度越低。

實(shí)驗(yàn)中可以得到，濃度對分級精度的影響在最初階段比較明顯。當(dāng)喂料速度緩慢時(shí)，顆粒分布較為均勻，分級效果較好；相反，當(dāng)喂料速度過快，顆粒的濃度較大，顆粒間有著較大的相互干擾，不易分散，分級效果較差，分級精度也較低。因此，若對分級機(jī)的分級有較高的質(zhì)量要求時(shí)，應(yīng)盡量保持喂料速度均勻，避免出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

（2）渦輪結(jié)構(gòu)

渦輪分級機(jī)的分級粒徑的大小與渦輪轉(zhuǎn)速、抽風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓及渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)；實(shí)驗(yàn)表明，對于一個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸確定的渦輪分級機(jī)，通過選取前三個(gè)合適的參數(shù)，可以得到較理想的分級粒徑。如對于150FJW渦輪分級機(jī)，分級粒徑要求，渦輪轉(zhuǎn)速的較佳數(shù)值為4000~6000r/min。

（3）分級機(jī)內(nèi)部紊流的影響

分級機(jī)在分級的同時(shí)，由于高速流動(dòng)會形成強(qiáng)烈的紊流，使顆粒間、顆粒與分級機(jī)內(nèi)壁、顆粒與渦輪葉片間產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞，會出現(xiàn)粉碎效應(yīng)，因此在分析分級精度時(shí)應(yīng)考慮該因素的影響。