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转子式离心粉碎机及其回转轴转速的确定
2011-08-10
简述了转子式离心粉碎机的工作原理和结构,通过能量和振动分析,提出了确定回 转轴转速的计算公式。实验结果证明,回转轴转速的计算公式是正确的。
第 18 卷 第 4 期 矿 冶 工 程 MINING AND METALL URGICAL ENGINEERING Vol. 18 № 4 December 1998 1 998 年 12 月 转 子 式 离 心 粉 碎 机 及 其 回 转 轴 转 速 的 确 定 刘 排 秧 易 凤 英 (长 沙 矿 冶 研 究 院 选 矿 设 备 研 究 所 ,长 沙 ,410012) 摘 要 简 述 了 转 子 式 离 心 粉 碎 机 的 工 作 原 理 和 结 构 ,通 过 能 量 和 振 动 分 析 ,提 出 了 确 定 回 转 轴 转 速 的 计 算 公 式 。 实 验 结 果 证 明 ,回 转 轴 转 速 的 计 算 公 式 是 正 确 的 。 Ξ 关 键 词 转 子 式 离 心 粉 碎 机 回 转 轴 粉 碎 轮 转 速   随 着 现 代 工 业 对 超 细 物 料 需 求 量 的 日 益 增 大 和 品 质 要 求 的 不 断 提 高 ,世 界 各 国 对 新 型 超 细 粉 磨 设 备 的 研 制 非 常 重 视 ,并 相 继 开 发 出 多 种 有 代 表 性 的 设 备 。 本 文 研 制 开 发 的 转 子 式 离 心 粉 碎 机 ,主 要 利 用 设 置 于 高 速 旋 转 水 平 轴 上 的 粉 碎 轮 组 对 物 料 进 行 冲 击 、碰 撞 ,从 而 实 现 颗 粒 物 料 的 粉 碎 。 在 研 制 过 程 中 ,确 定 回 转 轴 的 转 速 是 十 分 重 要 的 。 实 验 结 果 表 明 ,样 机 具 有 产 品 粒 度 细 、处 理 量 大 、单 位 产 量 能 耗 低 等 特 点 。 图 1 转 子 式 离 心 粉 碎 机 的 结 构 1 5 ——— 电 动 机 ; 2 ——— 传 动 皮 带 ; 3 ——— 皮 带 轮 ; 4 ——— 轴 承 座 ; ——— 密 封 装 置 ; 6 ——— 排 污 嘴 ; 7 ——— 排 料 鼓 风 轮 ; 8 ——— 排 料 1 结 构 及 工 作 原 理 1 11   主 要 结 构 转 子 式 离 心 粉 碎 机 的 结 构 如 图 1 所 示 。 它 口 ; 9 ——— 锥 形 喉 道 ; 10 ——— 平 键 ; 11 ——— 筒 体 ; 12 ——— 回 转 轴 ; 13 ——— 粉 碎 轮 ; 13a ——— 粉 碎 分 级 轮 ; 14 ——— 反 击 板 ; 主 要 由 传 动 部 件 、筒 体 机 架 部 件 、旋 转 粉 碎 轮 部 件 、鼓 风 轮 排 料 部 件 等 组 成 。 主 要 结 构 特 点 是 采 用 水 平 内 回 转 体 ,轴 向 给 料 、周 边 切 向 排 料 方 式 。 传 动 部 件 主 要 由 电 动 机 、传 动 皮 带 、带 轮 、 左 右 轴 承 座 及 排 料 鼓 风 轮 、粉 碎 (分 级 ) 轮 、回 转 轴 等 组 成 。 筒 体 机 架 部 件 主 要 包 含 筒 体 、内 衬 板 和 机 架 三 部 分 ,筒 体 由 含 锥 形 喉 道 的 粉 碎 室 A 和 粉 碎 室 B 以 及 蜗 壳 排 料 鼓 风 室 C 组 成 ,粉 碎 室 内 腔 衬 有 反 击 衬 板 和 粉 碎 反 击 板 。 根 据 被 粉 碎 物 料 和 粉 碎 产 品 的 要 求 不 同 ,粉 碎 室 可 以 是 1 个 或 多 个 ;旋 转 粉 碎 部 件 主 要 由 回 转 轴 和 粉 碎 (分 级 ) 轮 组 成 。 每 个 粉 碎 轮 有 多 个 具 有 轴 向 扭 角 的 粉 碎 叶 片 ,而 粉 碎 分 级 轮 的 叶 片 沿 径 向 布 置 ;排 料 鼓 风 轮 为 带 中 心 导 流 体 的 闭 式 结 构 ,起 强 力 排 料 的 作 用 。 1 5 ——— 衬 板 ; 16 ——— 给 料 口 ; 17 ,18 ——— 进 风 管 及 风 量 调 节 阀 ; 19 ——— 机 架 1 12   工 作 原 理 粉 碎 轮 的 叶 片 具 有 一 定 的 轴 向 扭 角 ,以 便 于 形 成 轴 流 旋 转 风 压 ,粉 碎 分 级 轮 叶 片 呈 径 向 布 置 ,以 便 形 成 旋 转 气 流 。 被 粉 碎 物 料 经 给 料 口 进 入 第 一 粉 碎 室 A ,随 气 流 旋 转 的 物 料 颗 粒 除 相 互 间 的 碰 撞 、冲 击 外 ,由 于 离 心 力 的 作 用 , 物 料 颗 粒 被 甩 向 内 衬 板 和 反 击 板 ,再 次 受 到 撞 击 冲 剪 。 若 物 料 受 到 的 离 心 力 大 于 轴 向 吸 力 , 则 滞 留 在 粉 碎 室 A 内 被 继 续 粉 碎 ,反 之 则 通 过 锥 形 喉 道 随 气 流 进 入 第 二 粉 碎 室 B ,再 次 受 到 冲 击 、碰 撞 而 进 一 步 被 粉 碎 。 粉 碎 后 的 合 格 物 料 随 气 流 进 入 排 料 鼓 风 室 C 而 被 排 出 机 外 。 Ξ 收 稿 日 期 1998206219 第 一 作 者 男 高 级 工 程 师 第 4 期 刘 排 秧 等 : 转 子 式 离 心 粉 碎 机 及 其 回 转 轴 转 速 的 确 定 31 m1 相 对 于 物 料 颗 粒 的 质 量 m2 而 言 ,可 视 为 无 2 回 转 轴 转 速 的 确 定 限 大 ,且 被 粉 碎 颗 粒 冲 击 碰 撞 前 的 速 度 相 对 高 速 旋 转 的 粉 碎 轮 来 说 可 视 为 0 ,那 么 ,式 (5) 可 简 化 为 : 转 子 式 离 心 粉 碎 机 属 机 械 冲 击 式 粉 碎 设 备 ,它 主 要 依 靠 设 置 在 高 速 回 转 轴 上 的 粉 碎 (分 级 ) 轮 冲 击 碰 撞 物 料 颗 粒 ,从 而 实 现 颗 粒 与 粉 碎 轮 之 间 、颗 粒 相 互 之 间 、颗 粒 与 衬 板 及 反 击 板 之 间 的 冲 击 碰 撞 ,达 到 粉 碎 物 料 的 目 的 。 因 此 ,确 定 回 转 轴 的 适 当 转 速 是 十 分 重 要 的 。 通 常 ,必 须 遵 循 如 下 两 个 准 则 : 1 2 2 1 W = m2 v (6)   要 实 现 物 料 的 粉 碎 ,粉 碎 能 W 必 须 大 于 物 料 粉 碎 所 需 的 能 量 。 根 据 基 克 体 积 功 耗 学 说 ,可 以 得 到 : 2 m2 v ≥ δm2 凤 2σ E (7) ( 1) 产 生 的 冲 击 粉 碎 能 必 须 大 于 物 料 粉 碎 1 2 2 1 所 需 的 能 量 ; 式 中 E 为 物 料 的 弹 性 模 量 ;σ 为 物 料 破 碎 强 ( 2) 回 转 速 度 n 必 须 避 开 回 转 轴 的 一 阶 临 度 ;δ 为 物 料 颗 粒 密 度 ; m2 为 颗 粒 质 量 。 化 简 界 转 速 ncr1 ,即 回 转 速 度 n ≤ 0175 ncr1 。 式 (7) ,得 根 据 冲 击 碰 撞 原 理 , 设 2 个 质 量 分 别 为 σ m1 、m2 的 颗 粒 ,其 碰 撞 前 后 的 速 度 分 别 为 v1 、 v1 ≥ (8) δ E 从 式 (8) 可 以 看 出 ,对 不 同 的 物 料 ,其 粉 碎 v2 和 u1 、u2 , 则 有 : m1 v1 - m1 v2 =   τ Fd t (1) (2) 所 需 要 的 速 度 是 不 同 的 ;同 时 ,导 致 物 料 粉 碎 的 冲 击 速 度 似 乎 与 颗 粒 的 大 小 无 关 。 但 实 际 上 , 随 着 物 料 颗 粒 尺 寸 的 变 小 ,其 内 部 缺 陷 和 裂 纹 相 应 减 少 , 因 而 必 须 具 有 较 高 的 冲 击 速 度 。 Rumpf 等 人 对 粉 碎 能 耗 与 冲 击 速 度 之 间 的 关 ∫ 0 τ m2 u1 - m2 u2 = - Fd t ∫ 0 式 中 F 为 冲 击 力 ,τ 为 作 用 时 间 。 由 式 (1) 、(2) 可 得 : [ 1 ] 系 进 行 了 研 究 (图 2) ,其 结 果 也 说 明 了 这 一 点 。 从 图 2 可 以 看 出 ,粉 碎 速 度 的 最 佳 范 围 为 m1 ( v1 - v2) = m2 ( u2 - u1) (3)   在 碰 撞 过 程 中 ,颗 粒 因 受 到 冲 击 压 力 的 作 5 5~ 75 m/ s。 用 而 产 生 变 形 ,从 而 导 致 碰 撞 能 量 的 损 失 ,这 一 能 量 损 失 的 结 果 就 必 然 导 致 物 料 颗 粒 内 部 产 生 新 的 扩 展 裂 纹 甚 至 物 料 颗 粒 的 粉 碎 。 设 碰 撞 后 ,2 个 颗 粒 具 有 相 同 的 速 度 u ,则 : m1 v1 + m2 u1 u = (4) m1 + m2   那 么 ,碰 撞 前 后 的 能 量 损 失 即 粉 碎 能 为 : W = W前 - W后 = 1 2 2 1 1 2 2 1 m1 v + m2 u - 1 2 2 ( m1 + m2) u = u1) 2 m1 m2 m1 + m2 凤 ( v1 - (5) 2   4) 中 的 速 度 u 就 表 示 粉 碎 颗 粒 的 质 量 中 心 速 度 。 对 转 子 式 离 心 粉 碎 机 而 言 ,粉 碎 轮 的 质 量 必 须 注 意 的 是 ,若 碰 撞 后 颗 粒 被 粉 碎 ,则 式 [1 ] 图 2 能 量 利 用 与 冲 击 速 度 的 关 系 (   粒 径 / mm :1 ——— 0108 ;2 ——— 0122 ;3 ——— 0132 ;4 ——— 0154 ; 5 ——— 1~ 2 ;6 ——— 3~ 4 ;7 ——— 6~ 7 3 2 矿 冶 工 程 第 18 卷 设 粉 碎 轮 的 回 转 速 度 为 n ,回 转 半 径 为 r , 则 有 : 3 样 机 的 结 构 参 数 和 实 验 结 果 π n 0 311 结 构 及 主 要 参 数 v1 = r 凤 3 (9) 所 研 制 的 转 子 式 离 子 粉 碎 机 结 构 见 图 1 所 示 。 其 回 转 轴 的 转 速 为 1 880 r/ min ,对 应 的 粉 碎 轮 叶 片 端 部 线 速 度 为 65 m/ s ,安 装 功 率 为 37 kW。 通 过 计 算 ,其 回 转 轴 的 一 阶 临 界 转 速 为   由 式 (8) 、(9) 可 得 : 3 0σ n ≥ (10) rπ δ E   另 一 方 面 ,对 转 子 式 离 心 粉 碎 机 而 言 ,其 粉 ncr1 = 2 660 r/ min ,可 见 , n = 1 880 < 0175 ncr1 。 碎 轮 随 回 转 轴 一 起 高 速 旋 转 ,因 而 不 可 避 免 要 产 生 周 期 性 的 离 心 载 荷 ,这 种 载 荷 的 频 率 就 是 轴 的 旋 转 频 率 。 因 此 ,必 须 对 回 转 轴 进 行 振 动 分 析 ,计 算 其 临 界 转 速 ncr1 ,并 采 取 措 施 ,使 轴 的 自 振 频 率 与 载 荷 作 用 频 率 不 一 致 ,以 免 发 生 共 振 现 象 而 导 致 机 器 的 破 坏 。 在 转 子 式 离 心 粉 碎 机 中 ,回 转 轴 上 装 有 多 个 粉 碎 (分 级 ) 轮 ,为 便 于 计 算 ,可 把 其 力 学 模 型 简 化 成 多 圆 盘 回 转 轴 来 处 理 ,根 据 雷 利 (Rayleigh) 公 式 ,其 第 一 阶 临 界 转 速 为 : 3 12   实 验 结 果 在 样 机 上 ,进 行 了 单 一 物 料 的 粉 碎 实 验 。 被 粉 碎 物 料 为 硝 酸 铵 ,入 料 粒 度 为 012~ 013 mm ,粉 碎 产 品 粒 度 为 小 于 011 mm 物 料 占 9 0 % ,处 理 量 达 215~ 3 t/ h ,实 际 消 耗 功 率 为 8~ 31 kW。 这 说 明 所 开 发 研 制 的 转 子 式 离 心 2 粉 碎 机 是 成 功 的 。 4   结 论 ( 1) 转 子 式 离 心 粉 碎 机 的 回 转 速 度 必 须 满 g ∑ miyi 2 ∑ miy i 式 中 yi 为 轴 上 有 几 个 圆 盘 时 轴 在 mi 处 的 静 挠 度 ; mi 为 轴 上 第 i 个 圆 盘 的 质 量 ; g 为 重 力 加 速 度 。 30 σ δ E ≤ n ≤ 0175 ncr1的 要 求 。 2) 转 子 式 离 心 粉 碎 机 主 要 适 用 于 莫 氏 硬 3 0 ncr1 = π (11) 足 r凤 π ( 度 为 5 级 以 下 物 料 的 粉 碎 ,可 广 泛 应 用 于 非 金 属 矿 、颜 料 、涂 料 、粮 食 加 工 和 化 工 原 料 等 部 门 。 综 合 以 上 分 析 可 知 ,回 转 速 度 必 须 满 足 如 下 关 系 式 : 参 考 文 献 3 0σ ≤ n ≤ 0175 ncr1 (12) 1 郑 永 林 . 超 细 粉 碎 原 理 、工 艺 设 备 及 应 用 . 北 京 : 中 国 建 材 工 业 出 版 社 ,1993 rπ δ E ROTATORY CENTRIFUGAL MILL AND DETERMINATION OF ITS SHAFT SPEED Liu Paiyang Yi Fengying ( Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy , Changsha ,410012) ABSTRACTThis paper describes the operating principles and construction of a rotary centrifugal mill. By analysing its impact energy and vibration , the authors give a calculation formula for determining the rotation speed of its rotary shaft. The test results show that the formula is correct. KEY WORDS Rotary centrifugal mill , Rotary shaft , Breaking plate ,   Rotation speed
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