第32卷第11期煤礦機(jī)械VoL. 32No 112011年11月Coal Mine MachineryNov 2011重介質(zhì)旋流器磨損機(jī)理分析及應(yīng)用*李坤,李冒斌(安徽理工大學(xué),安徽淮南232001)摘要:從磨損機(jī)理出發(fā),分析了旋流場(chǎng)內(nèi)分散相顆粒的受力情況以及各種參數(shù)對(duì)磨損的影響,提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以期減少旋流器的磨損。關(guān)鍵詞:重介質(zhì)旋流器;磨損;分散相顆粒;受力;優(yōu)化中圖分類(lèi)號(hào):TD455文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1003-0794(2011)11-0111-03Analysis and Application of Heavy Medium Cyclones AbrasionMechanismLI Kun, LI Xue-binAnhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)Abstract: On base of abrasion mechanism, analyzed the forces acting on the dispersal particles in aswirling flow field and the impacts of various parameters, summarized the method of configurationoptimizing design and presumed upon reducing the abrasion of heavy medium cyclones.Key words: heavy medium cyclones; abrasion; dispersal particles; forces; optimization*安徽理工大學(xué)青年教師科學(xué)研究基金資助(QN200900引言受截割阻力(沿采煤機(jī)牽引方向的推進(jìn)阻力)F、牽 Workbench建立采煤機(jī)搖臂的物理模型,并將計(jì)算引阻力(垂直牽引方向的縱向截割阻力)F軸向力載荷和阻力矩施加在該模型上,對(duì)其進(jìn)行有限元仿(滾筒軸向方向受力)F及阻力矩滾筒軸向轉(zhuǎn)矩M真分析,得出了該搖臂的應(yīng)力分布圖及形變圖(見(jiàn)的作用。圖5)。通過(guò)結(jié)果分析,可以看出在播臂法蘭盤(pán)的根通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用Maab軟件編制滾筒部及電機(jī)的根部?jī)商幊霈F(xiàn)較大的應(yīng)力,因此在搖臂載荷計(jì)算機(jī)仿真程序。經(jīng)計(jì)算可得F60kN,F=78優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該處的局部結(jié)構(gòu)加以改善(如增大其kN; F=30 kN: M=46. 8 kNmo相應(yīng)圓角或加些輔助肋板等結(jié)構(gòu)形式)來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)4載荷與約束的最優(yōu)化。經(jīng)以上分析,將 Matlab算出的載荷大小施加在距法蘭面300mm處,將阻力矩施加在法蘭面上。聯(lián)應(yīng)力較集中處接牽引箱耳孔及油缸后聯(lián)接耳處采用圓柱支撐約束形式,徑向、軸向約束,切向自由。因?yàn)槁?lián)接牽引應(yīng)力較集中處箱耳孔處承受軸向力,油缸與搖臂采用圓柱體聯(lián)接方式。圖2為搖臂載荷與約束圖。圖3搖臂俯視應(yīng)力圖圖4搖臂仰視應(yīng)力圖Lfie strutural圖5搖臂形變圖以上方法具有方便、簡(jiǎn)單、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本低的優(yōu)點(diǎn),可用于指導(dǎo)采煤機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)圖2搖臂載荷與約束圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。5結(jié)果與分析參考文獻(xiàn):通過(guò)圖3、圖4可以看出搖臂應(yīng)力主要集中在[吳彥國(guó)產(chǎn)大功率采煤機(jī)播臂CAE分析煤礦機(jī)電,203(5):105-108.煤壁側(cè),且在法蘭盤(pán)的根部及電機(jī)的根部出現(xiàn)較大(2]李景林斜切狀態(tài)時(shí)的采媒機(jī)滾筒的載荷分析門(mén)煤礦機(jī)械19819的應(yīng)力。因此在設(shè)計(jì)中可以適當(dāng)考慮改善局部結(jié)(6):1-3構(gòu),減小以上2個(gè)部位的應(yīng)力集中(如增大其相應(yīng)3]王英山采煤機(jī)滾筒截煤載荷的模擬門(mén)煤礦機(jī)電,9962)24圓角或加些輔助肋板等結(jié)構(gòu)形式)[4]尹力數(shù)控銑削加工過(guò)程動(dòng)力學(xué)仿真優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用研究[D]北6結(jié)語(yǔ)京:北京航空航天中國(guó)煤化工本文利用Mlb軟件編程,算出采煤機(jī)搖臂在技術(shù)工作電子箱3H!從事煤炭CNMHG額定工況下所受的載荷及阻力矩,然后利用 ANSYS責(zé)任編輯:于秀文收稿日期:2011-04-22ⅴol32NωI1重介質(zhì)旋流器磨損機(jī)理分析及應(yīng)用——李坤等第32卷第11期重介質(zhì)旋流器是利用離心力場(chǎng)進(jìn)行分選的設(shè)阻力,圓柱壁上常被磨成很深的螺旋形溝槽。這是備,工作時(shí)以一定的壓力使固液混合漿體沿旋流器由于進(jìn)料管來(lái)的高速礦漿來(lái)不及分散,集中地沖擊內(nèi)璧進(jìn)行旋轉(zhuǎn),由于固體顆粒與旋流器內(nèi)壁互相摩在較窄的帶狀區(qū)域,尤其當(dāng)進(jìn)料口斷面為圓形時(shí),擦,而使旋流器內(nèi)壁磨損嚴(yán)重,降低了分選效率和使更為明顯。因此,應(yīng)盡量把進(jìn)料管設(shè)計(jì)成矩形截面。用壽命。煤、水、矸石、磁鐵礦粉等在旋流器內(nèi)的高速把進(jìn)料口斷面從圓形變?yōu)榫匦沃皇墙Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的旋轉(zhuǎn)使旋流器內(nèi)壁和中心隔板嚴(yán)重磨損壽命僅為個(gè)方面,還可以改變?nèi)缧髌鞅砻媲拾霃降刃螤罱橘|(zhì)旋流器內(nèi)壁的磨損,造成其分選效率低,使大出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以期減少旋流器的應(yīng)令300400h;一般鑄鐵殼體壽命為500600h。由于重結(jié)構(gòu),本文從旋流場(chǎng)中的顆粒受力及運(yùn)動(dòng)出發(fā)量精煤損失在中煤中。隨著重介質(zhì)選煤工藝及技術(shù)2旋流場(chǎng)內(nèi)分散相顆粒的受力情況的發(fā)展需要,重介質(zhì)旋流器的磨損成了急待解決的根據(jù)兩相流動(dòng)力學(xué)理論,旋流場(chǎng)內(nèi)分散相顆粒問(wèn)題。的受力可以劃分為2個(gè)部分:確定性的重力、離心本文提出采用改變重介質(zhì)旋流器的內(nèi)表面結(jié)力、流體阻力、流體浮力和滑移一剪切升力,隨機(jī)性構(gòu)可以大大減輕磨損程度。要取得最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形的視質(zhì)量力、巴西特力對(duì)流體積力、馬格納斯力和分式必須對(duì)各種影響因素(如工作介質(zhì)、表面材料、處散相之間的作用力。在不考慮干涉沉降并假設(shè)pq理量等)綜合考慮計(jì)算得出。的前提下,分散相顆粒沿徑向的運(yùn)動(dòng)方程為1磨損機(jī)理分析目前人們提出了以下幾種磨損機(jī)理:6Pd dt=Fe-Fa-FrFi+F, (D)(1)微切削磨損所謂微切削磨損是指旋流器式中F—離心力,F=Tp4工作液體中的不規(guī)則顆粒對(duì)其內(nèi)表面的劃傷。微切削磨損不僅取決于旋流器的材質(zhì)與顆粒的硬度,還F—流體阻力F=3md(u-1取決于顆粒的幾何形狀、切向速度、徑向速度、軸向F—徑向壓力梯度力(浮力),速度等,即使顆粒的硬度小于旋流器材質(zhì)的硬度,它也能對(duì)旋流器內(nèi)壁起到微切削磨損的作用(2)表面疲勞磨損表面疲勞磨損是指在顆粒F——徑向滑移剪切升力( Saffman Force),隨同液體在旋流器內(nèi)壁交變摩擦接觸產(chǎn)生的應(yīng)力F64604c+u作用下,在接觸點(diǎn)產(chǎn)生很大的變形和應(yīng)力,使旋流F(t)—綜合隨機(jī)作用力,可以用高斯白器內(nèi)表面形成磨損以及剝離出磨粒。表面疲勞磨損噪聲隨機(jī)過(guò)程來(lái)模擬;是由旋流器內(nèi)表面逐漸向深層侵人的一種磨損形p、pP流體、分散相顆粒密度;式,一般是在旋流器內(nèi)壁有缺陷的地方最先發(fā)生,d—分散相顆粒直徑;然后在反復(fù)的沖刷作用下逐步擴(kuò)大;、v、,分散相顆粒的速度切向速度、徑(3)腐蝕磨損由于旋流器的內(nèi)壁與液體中的向速度;介質(zhì)相互作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng),使旋流時(shí)間;器內(nèi)壁磨損,這種磨損稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損又u、l、L——流體的速度、切向速度、徑向速可分為3種情況:直接氧化磨損、液體中的微小氣度泡對(duì)器壁形成的氣蝕磨損和由于介質(zhì)本身具有的μ—連續(xù)相動(dòng)力黏度;化學(xué)性質(zhì)而形成的介質(zhì)磨損。一分散相顆粒徑向位置半徑旋流器的磨損形式復(fù)雜,是微切削磨損、表面假定分散相顆粒相對(duì)于連續(xù)相的切向相對(duì)速疲勞磨損和腐蝕磨損形成的復(fù)合磨損。為了減輕旋度為0,即同速a=u-te=0,即F=0。考慮到旋流器流器的磨損,先應(yīng)考慮選擇合適的材料;其次要保內(nèi)流場(chǎng)為定常流忽略單位質(zhì)量顆粒所受的綜合隨證旋流管的內(nèi)表面加工質(zhì)量;此外,還可以從實(shí)際機(jī)作用力F(t)流場(chǎng)出發(fā),在不影響效率的前提下,對(duì)旋流器結(jié)構(gòu)則式(1)可以化簡(jiǎn)為進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),可使旋流器磨損損壞程度有所降低。例如,旋流器進(jìn)料口處磨損程度與此處的結(jié)構(gòu)A.(u4m)由=虹n,(2)2=(1-B)密切相關(guān)。礦漿在進(jìn)料管內(nèi)呈柱狀高速流動(dòng),具有若旋流場(chǎng)很大的慣性力,當(dāng)它切向地進(jìn)入旋流器圓柱段時(shí)中國(guó)煤化工~液體系液出,L4受內(nèi)壁的作用把直線運(yùn)動(dòng)改變成沿旋流器中心的氣體系,重介周HCNMHGP)=lo旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。流動(dòng)方向的突然改變,增大了入口處的式(4)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為第32卷第11期重介質(zhì)旋流器磨損機(jī)理分析及應(yīng)用——李坤等Vol32No1l出"BE()出出()所消耗的能量;切削磨損使材料產(chǎn)生體積磨蝕所消旋流場(chǎng)中連續(xù)相的切向速度耗的能量。4=C微分得a=nCn1(4)從式(6)、式(7)、式(8)可知,體積磨損量與磨蝕粒子群質(zhì)量成正比;此外,粒子沖擊速度與沖擊且=(l-n)1角也是重要因素。這樣就可以得出分散相顆粒徑向速度沿徑向由式(3)式(5)中的切向、徑向速度結(jié)合旋流位置分布的關(guān)系式,以及切向速度與徑向速度之間器表面曲率半徑及材料的表面特性,即可計(jì)算出式的關(guān)系(7)、式(8)中的粒子速度υ,而粒子彈離材料表面的vaf(r) uef(ve)(5)水平速度v,可由粒子的切向速度旋流器表面材料3各參數(shù)對(duì)磨損的影響特性綜合計(jì)算得出,求出式(7)、式(8)中的最小值對(duì)于堅(jiān)硬固體顆粒對(duì)韌性金屬表面的切削磨從而可得出最小磨損量下的曲率半徑,此曲率半徑蝕現(xiàn)象的研究是工作的基礎(chǔ)。 Finnie等人提出了切即為結(jié)構(gòu)上的最優(yōu)半徑。削磨蝕時(shí)固體顆粒的運(yùn)動(dòng)方程為例如,把給料管做成漸開(kāi)線形式,進(jìn)口礦漿中Muf(a)(6)的固體顆?？删鶆虻胤峙涞綀A周各部分。實(shí)驗(yàn)表以及后來(lái)提出的復(fù)合磨損方程,即考慮旋流器璧磨明,這種給料口結(jié)構(gòu)形式可減少旋流器的磨損而不P損是固粒群切削與沖擊變形聯(lián)合作用,其方程為影響分離效率。4結(jié)語(yǔ)當(dāng)0°≤a≤a時(shí)通過(guò)改變重介質(zhì)旋流器的表面結(jié)構(gòu)的方式,可I M(vicos a-2)I M(vsina-v-2)以減輕其磨損程度。本文從磨損機(jī)理出發(fā),比較全面地分析了重介質(zhì)旋流器旋流場(chǎng)中分散項(xiàng)顆粒的當(dāng)a≤a≤909時(shí)受力情況和磨損的因素,并將兩者結(jié)合起來(lái)考慮Muocos2a M(usin a-1x2)提供了優(yōu)化設(shè)計(jì)重介質(zhì)旋流器表面結(jié)構(gòu)的方法。(8)參考文獻(xiàn):式中W——從金屬表面上剝落的材料體積;[1]馬錦文.重介質(zhì)旋流器磨損機(jī)理分析[選煤技術(shù),199(2):45M—磨蝕性粒子群質(zhì)量;[2]趙慶國(guó)張明賢.水力旋流器分離技術(shù)[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版一粒子速度;P——粒子切削固表時(shí),材料的塑性流動(dòng)3]李雪斌寰惠新旋流場(chǎng)內(nèi)分散相顆粒的受力特性分析[J金屬應(yīng)力礦山技術(shù),2007(12):103-105[4]趙慶國(guó)張明賢.水力旋流器分離技術(shù)[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版沖擊角f(a)——沖擊角a的函數(shù)、此角為固體表面5]徐繼潤(rùn)羅茜水力旋流器流場(chǎng)理論M北京科學(xué)出版社,198與粒子速度矢量間的夾角(從表面6]褚良銀.陳文梅旋轉(zhuǎn)流分離理論[M]北京:治金工業(yè)出版社算起);2002.作者簡(jiǎn)介:李坤(1978-)安徽太和人,講師,2006年畢業(yè)于江粒子彈離材料表面的水平速度;南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)現(xiàn)主要從事過(guò)程設(shè)備及機(jī)被方向的教無(wú)磨損垂直沖擊速度臨界值學(xué)及研究工作,電子信箱 likun46@163cm變形磨損使材料產(chǎn)生單位體積磨蝕責(zé)任編輯:于秀文收稿日期:2011-0407xx+了工業(yè)鍋爐分層燃燒給煤裝置的應(yīng)用兗州礦業(yè)(集團(tuán))公司鮑店煤礦有2臺(tái)SHL20-13-A型蒸汽鍋爐和1臺(tái)SHL0-13-A5型蒸汽鍋爐負(fù)責(zé)供汽供暖。原先采取混合式燃燒鍋爐出力滿足不了需求。為此采用分層燃燒給煤裝置對(duì)鍋爐進(jìn)行了節(jié)能改造。該分層燃燒給煤裝置主要由滾筒和篩網(wǎng)組成,配有安全離合器、卡塞故障電子報(bào)警器和自動(dòng)刮煤器等,同時(shí)還增設(shè)了振動(dòng)部件,有效避免了卡塞現(xiàn)象。改造時(shí)只需拆除原供煤裝置,不需改動(dòng)鍋爐其余部件。分層燃燒給煤裝置的原理是采用機(jī)械篩分的方法。鍋爐運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)燃煤落在篩子上篩分后的媒按顆粒小依次V中國(guó)煤化工間差使燃煤在進(jìn)入爐膛前形成煤粒下大上小的均勻分層狀態(tài),煤粒間隙得以保留,從而減少通CNMHG的單位面積通鳳量,改善了煤層通風(fēng)不均及灰渣區(qū)供風(fēng)量大、空氣系數(shù)偏高等弊病,進(jìn)而提高爐排還樂(lè)和層時(shí)繁速度,同時(shí)能提高爐膛溫度、降低過(guò)量空氣系數(shù)、避免拉火現(xiàn)象,鍋爐出力和熱效率得以大大提高