螺旋给料装置现状及研究

孙长征,杨 楠,闫 莹,李 莉,刘晓峰,*

1.国投生物能源(铁岭)有限公司 (调兵山 112700) 2.国投生物能源(铁岭)有限公司辽宁省企业技术中心 (调兵山 112700) 3.广西中粮生物质能源有限公司 (北海 536100)

在生产领域中,各种原料之间的配比稳定对生产过程的稳定和产品的质量、产量有重要的影响。给料系统已广泛应用于水泥建材、化工、电力煤炭、粮食生产等行业的粉体连续给料工业环节,如粮食生产的给料,其供料过程中的稳定性、均匀性等问题是影响输送设备寿命、生产装置的稳定、计量精度的主要因素。新型给料系统是根据国内外给料装置的发展状况和趋势,结合本企业提出的具体要求基础上设计的螺旋给料装置,具有结构简单、给料均匀可靠等特点,是散状物料进行连续给料的理想设备,它以技术先进、稳定可靠、性价比高、经久耐用而著称。能够适应各种生产环境,实现各种块、粒状物料(如粮食、石灰石、粘土)和粉状物料(如淀粉、粉煤灰)等进行连续给料,为工业生产现场的生产提供保障。

1 螺旋给料装置的研究

1.1 螺旋给料装置原理

螺旋给料机结构是,在一个相对封闭的空间内安装一条螺旋轴,在轴上安装螺旋体,当螺旋轴旋转带动体旋转时,螺旋旋转推动封闭空间内的物料向前运动,直到输送物料的作用,利用电气设备(如变频调速器)高速螺旋轴的旋转速度,物料前进的速度就会发生变化,从而达到调整物料输送量的目的。

把经过的物料通过称重设备进行检测重量,将重量信号送入控制器,控制器中的微处理器进行处理,产生并显示累计量/瞬时流量[1]。该流量与设定流量进行比较,由控制仪表输出信号控制变频器改变给料机的驱动速度,使给料装置内的物料流量发生变化,接近并保持在所设定的给料流量,从而实现定量给料的要求。

1.2 传统螺旋给料装置

传统螺旋给料机通常是由驱动装置、头节、中间节、尾节、头尾轴承、进给料装置等几部分组成,驱动装置一般安放在出料端,驱动装置及出料口装在头节(有止推轴承装配),螺旋处于受拉装态[2]。在螺旋给料机的上部设置进料口,下部设置出料口,其中头节、中间节、尾节每个部分又有几种不同的长度。螺旋式给料机各个螺旋节的布置次序遵循按螺旋节长度的大小依次排列和把相同规格的螺旋节排在一起。传统螺旋给料机的结构示意如图1。

图1 传统螺旋给料机

1.3 传统螺旋给料装置存在的问题

传统螺旋给料装置能够适用于多种粉状、粒状物料的输送,但有一定的局限性。当物料潮湿、密度小、冬季物料受冷热吸潮时,螺旋给料装置进料口位置极易发生板结、蓬顶,如果需要较慢速度输送物料,因螺旋直径限制,进料口不会很大,粉状物料下料就会困难。

为解决此问题,传统上会考虑在料仓底部(给料装置进料口上方)增加气锤、震动电机等设备,但是,当物料流速较小时,气锤、震动电机的震动会使物料变得更加紧实,粉状物料极易堵在螺旋给料装置的进料口部位,疏通特别困难,很难保证生产装置的稳定。

2 新型螺旋给料装置的设计

2.1 新型螺旋给料装置的设计与研究

传统螺旋给料装置最大的问题是进料口较小造成的,如果进料口足够大,进料口的上方不会存在较大收口,物料不会在局部结顶造成堵料[3]。

为了解决粉状物料料仓长周期、出量料稳定问题,对市场上主要螺旋喂料器进行分析,市场上主要喂料器存在喂料器入料口面积太小、物料易蓬住,因此从扩大进料口面积着手进行分析,找到解决问题的方法,设计出进料口、出料口均能满足要求的设备,可以从根本上解决问题[4]。设计了1套螺旋进料装置,进口面积可以达到1 m2或更大,杜绝了螺旋喂装置进料口堵塞现象。新型给料装置结构示意见图2。

图2 新型给料装置结构图

散状物料由进料口进入喂料器,在进料口堆积,排螺旋上方堆满物料,启动设备后,排螺旋转动,经排螺旋将物料推向出料口,通过进料口与出料口间的料封进入出料口,在重力作用下排出装置,完成物料在此装置的运动过程。当进料机构出现故障时,可以通过调整旁通插板机构从出料器直接向下游设备输送物料。另外,下游设备出现故障时,出料口堆积物料过多,可能通过出料口防堵开关联动喂料器停止运行,保障设备运行安全。

螺旋式定量给料装置由主进料机构、排螺旋输料机构、防溜料机构、旁通进料机构、防堵料机构、动力驱动机构、减速机构、链轮传动机构八部分组成。

主进料机构设计成方形结构,上侧为45°倒梯形结构与料仓相连,下侧为正方体结构。

排螺旋输送机构主要由箱体、螺旋组成,箱体由钢结构外壳、轴承座、出料口、入料口组成,入料口、出料口采用方形法兰与上、下游设备连接,螺旋由多个等径、等螺距的螺旋组成。排螺旋输送机构的进料部分为螺旋结构,出料口上方位置不设计螺旋,保证物料输送末端下料通畅。

防溜料机构位于主进料口与旁通出料口之间,长度为螺旋直径的2倍以上,螺旋转动时物料可以顺利通过;螺旋停止转动时物料在此机构形成一段料封,阻止物料由进料口受重力作用溜到下料口。

旁通进料机构为倒梯形结构的箱体,上侧为45°倒梯形结构,下侧为正方体结构,与主进料为同一进料口,进料机构由插槽、2个插板阀组成,箱体采用钢制方形管道形式,在箱体内设置2条插板槽,两侧各设置一个插板,插板在插槽上滑动,通过拔插插板来调整两条插板间空隙大小来,从而调节物料下料量。

防堵料机构由外壳、橡胶膜片、压力弹簧、行程开关、电缆线组成,利用行程开关的常闭触点,常闭触点串联在出料驱动电机的控制回路,在不堵料时行程开关的触点是闭合状态,能够通过按钮或DCS远程控制螺旋机构起动、停止。当物料出口出现堵料时,螺旋向前推动物料,在出料箱体内堆积物料并形成向外侧的正压,物料压迫防堵料机构的橡胶膜片,橡胶膜片压动弹簧机构向外侧运动,行程开关动作,常闭点断开,给料装置驱动电机控制回路失电,变频器停止输出,给料装置停止运行,出料口停止进料。

动力驱动机构由电动机、变频散热风扇电机组成,电机为低压三相异步电动机,驱动电动机通过变频器调整转速,实现物料流量的调节。

减速机构由齿轮减速机和链轮传动机构组成,减速机构固定在出料器的箱体侧面。齿轮减速机构与动力驱动机构通过传动键相连,低扭矩高速转动力矩转变成输出端低高扭矩低转速动力,减速机构输出轴侧、排螺旋力矩输入侧均安装相同规格的传动齿轮,各齿轮间通过传动链条彼此相连,减速机构转动时齿轮按照相同方向、相同速度旋转,带动螺旋转动。

链轮传动机构包括链条、链轮组成,链轮安装在四条螺旋轴和减速机输出端,链轮与减速机输出轴、螺旋轴通过键槽内键条连接,减速机输出轴安装一条链轮、距离减速机最近的3条螺旋轴各安装2条链轮、最后1条螺旋安装1条链轮,每个链轮采用同一型号。减速机输出轴与各条螺旋轴通过链条传动。减速机输出轴与第一条螺旋链轮连接,第一条螺旋的另一条链轮通过链条与第二条螺旋的链轮连接,第二条螺旋的另一条链轮通过链条与第三条螺旋的链轮连接,第三条螺旋的另一条链轮第四条螺旋的链轮连接,各链轮同步运行。

出料方式有两种方式:主路出料,散状物料由主进料口进入螺旋出料器,经排螺旋将物料向前方推进,通过进料口与出料口间的料封进入出料口,在重力作用下排出装置,完成物料在此装置的流动过程;旁路进料,散状物料进入旁路进料口,经旁路插板在重力作用下排出装置,完成物料在此装置的流动过程。

2.2 新型螺旋给料装置的特点

(1)解决了大粒度、散状、低密度物料输送问题,根据物料的特点进行适当调整均实现到稳定的供料功能。

(2)设计了插板旁路机构,可以保障在设备出现故障时,生产系统不受影响。

(3) 增加了变频调速装置,通过调整螺旋装置旋转速度,可以实现物料输送计量功能;配合料仓液位变送器,通过自动化控制系统,能够实现下游料仓料位自动调节。

(4) 在出料口设置防堵料装置,可以保障螺旋给料装置安全运行,配合自动化控制系统还可以实现自动给料。

(5)螺旋结构设计,使出料装置不仅具有料仓出料作用,还可以打散物料,给下游生产稳定提供条件。

3 结论

新型螺旋给料装置实现了粮食、植物壳粉、植物秸秆等轻质、潮湿易堆积粉状物料定量给定,能够满足恶劣工况条件下生产稳定,并且动力能源消耗小、故障率低,是粉状物料定量给定装置的绝佳选择,具有实际应用意义。