渦輪分級機的理論研究

渦輪分級機是精密分級設(shè)備中非常重要的類型之一。今天我們結(jié)合渦輪分級機的結(jié)構(gòu)、工作原理、分級粒徑的數(shù)學模型 、分級機性能的實驗研究等內(nèi)容來進一步了解渦輪分級機。

渦輪分級機的結(jié)構(gòu)

該分級機主要由反沖氣套、渦輪、箱體等部件組成。其中關(guān)鍵部件是渦輪，該渦輪是一個特殊的轉(zhuǎn)子驅(qū)動裝置，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渦輪分級機采用渦輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力場來進行有效分散和分級，為了達到轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高運轉(zhuǎn)壽命，滿足精細分級的基本要求，在分級機的結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取了以下的優(yōu)化措施:

電機通過皮帶輪帶動支承在精密滾動軸承上的主軸，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)量級配均通過動力學參數(shù)優(yōu)化計算，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烈度范圍內(nèi)。?

為防止軸承中混入細小灰塵而磨損，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行 氣封處理，有效防止了粗顆?；烊敕旨壓蟮奈⒎壑小?/p>

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 某點的次數(shù)高達7200次，從而形成了強大而均勻的離心場。筒體內(nèi)襯用聚氨脂膠粘，防止顆粒受鐵質(zhì)污染。

渦輪分級機的工作原理?

150FJW渦輪分級機是根據(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行分級的。該型渦輪分級機的渦輪工作時在箱體內(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動，在渦輪形成的分級區(qū)域中心處有一抽風機產(chǎn)生的軸向抽吸力，這樣箱體內(nèi)將形成負壓，渦輪中心的壓力比較低。同時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，進入分級輪通道時，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，細顆粒因受離心力較小而進入渦輪中心通道，經(jīng)輸出管道被收塵器（旋風收塵器和袋式收塵兩級收塵系統(tǒng)）收集成為細產(chǎn)品。顯然，這種分級機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)學模型?

150FJW渦輪分級機渦輪的物料隨氣流進入分級輪通道時受到離心力和粘性力的作用，當離心力大于粘性力時，顆粒被甩出成為粗產(chǎn)品，當離心力小于粘性力時，顆粒進入分級輪通道后被捕集成為細產(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。

分級機性能的實驗研究?

實驗裝置

主要設(shè)備的工作參數(shù)

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

實驗條件

本實驗采用“分級—集塵”系統(tǒng)，對超細礦渣粉進行分級試驗，超細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。超細礦渣粉來源于青山鋼鐵廠。?

①分級機轉(zhuǎn)速4000 r/min，排風機處于全開狀態(tài)（主風機風量為30 m3/min），喂料量68kg，運行時間為35min。?

②當空氣流量一定時，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當渦輪轉(zhuǎn)速一定時,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。

實驗結(jié)果

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

實驗結(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；當粒徑>時，通過率反而減少，也就是說粒徑大于的某個粒徑開始，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性能的幾個關(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。

實驗中可以得到，濃度對分級精度的影響在最初階段比較明顯。當喂料速度緩慢時，顆粒分布較為均勻，分級效果較好；相反，當喂料速度過快，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，若對分級機的分級有較高的質(zhì)量要求時，應盡量保持喂料速度均勻，避免出現(xiàn)較大的波動。

（2）渦輪結(jié)構(gòu)

渦輪分級機的分級粒徑的大小與渦輪轉(zhuǎn)速、抽風機風量、風壓及渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)；實驗表明，對于一個結(jié)構(gòu)尺寸確定的渦輪分級機，通過選取前三個合適的參數(shù)，可以得到較理想的分級粒徑。如對于150FJW渦輪分級機，分級粒徑要求，渦輪轉(zhuǎn)速的較佳數(shù)值為4000~6000r/min。

（3）分級機內(nèi)部紊流的影響

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