錘式有篩粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)問題

■王永昌 蘇從毅 王四維

(1.國家糧食局無錫科學(xué)研究設(shè)計院，江蘇無錫 214063；2.無錫中糧工程科技有限公司,江蘇無錫 214035)

顆粒物料的粉碎是飼料加工廠最重要的工序之一，亦是動力消耗最大的工段，一般占整個飼料廠總動耗的30%～50%，提高粉碎效率是節(jié)約能耗的重要途徑之一。當(dāng)顆粒物料在有篩粉碎室內(nèi)粉碎后,尚未完成粉碎作業(yè)的全過程，必須使粉碎達(dá)到粒度的顆粒通過篩孔排出機(jī)外，才完成粉碎的全過程,粉碎后的顆粒通過篩孔效率與吸風(fēng)系統(tǒng)緊密相關(guān),為此,對該系統(tǒng)進(jìn)行分析和討論具有實(shí)用意義,供參考。

1 粉碎機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成（見圖1）

粉碎機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成常為粉碎機(jī)喂料器、粉碎機(jī)、密封水平輸送機(jī)、脈沖布袋除塵器(含風(fēng)機(jī))及垂直斗式提升機(jī)等系統(tǒng)組成。每一個部分的參數(shù)確定的正確與否、設(shè)備布置的合理否及吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的合理否,均對粉碎效率有不同程度的影響。目前吸風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計大多套用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),如以功率或粉碎機(jī)篩板面積來配制風(fēng)機(jī)。為此，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓的配制，幾乎不是通過阻力計算來獲得。由于粉碎機(jī)結(jié)構(gòu),篩板的開孔率，物料性質(zhì)等參數(shù)的不同,其吸風(fēng)阻力及風(fēng)量各不相同,影響粉碎效果差異就顯而易見。對粉碎系統(tǒng)有無吸風(fēng)，其粉碎效率相差15%～40%,同理吸風(fēng)優(yōu)劣同樣有明顯的差異。現(xiàn)就對吸風(fēng)系統(tǒng)的配制進(jìn)行分析討論。

2 有篩錘片粉碎機(jī)作業(yè)時的特性、粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)特性和吸風(fēng)的要求及特點(diǎn)

有篩錘片粉碎機(jī)作業(yè)主要分為中粉碎和微粉碎,微粉碎篩面孔徑在Φ1.5 mm以下,中粉碎篩面孔徑在Φ1.5～4 mm。開孔率隨孔徑減小而減少,如國內(nèi)Φ2.0 mm開孔率為33%～35%,Φ1.2 mm開孔率為18%～25%,國外先進(jìn)國家Φ2.0 mm開孔率為51%,其吸風(fēng)阻力相差甚遠(yuǎn)。

圖1 粉碎機(jī)系統(tǒng)

2.1 粉碎機(jī)作業(yè)時的特性

2.1.1 粉碎機(jī)作業(yè)時電流波動量大，是電機(jī)負(fù)荷波動量（流量并非增加，僅是通過篩孔的能力下降）大于一般作業(yè)機(jī)械，如132 kW的電機(jī)，粉碎玉米，篩面篩孔在Φ2 mm時，電流波動量達(dá)±30 A以上，配有良好的負(fù)荷自動控制器其電流波動量達(dá)仍達(dá)±（5～10）A。當(dāng)粉碎物料體積密度較小時,如麩皮或米糠等電機(jī)電流波動量仍達(dá)到±40 A以上,而且易使粉碎室堵塞,引起主電機(jī)超載,因不同體積密度的物料其超載訊號的反饋時間不同,輕質(zhì)物料超載訊號的反饋時間長。為此,粉碎機(jī)的吸風(fēng)阻力波動量極大。

2.1.2 粉碎機(jī)作業(yè)時錘片轉(zhuǎn)子如同風(fēng)機(jī)，中心處于負(fù)壓1 400 Pa左右，錘片末端處于正壓120 Pa左右，見圖2，進(jìn)入粉碎室的風(fēng)流跟隨錘片轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。為此，在無吸風(fēng)狀態(tài)下，有物料外噴現(xiàn)象,粉碎機(jī)吸風(fēng)可有效地減少粉碎機(jī)粉塵的外溢。

2.1.3 篩面篩孔易堵塞,而且堵塞程度隨篩孔減小而增加,特別篩孔直徑在Φ1.5 mm以下時,在無篩孔防堵裝置時(現(xiàn)95%～98%以上的粉碎機(jī)無防堵裝置),篩孔堵塞率將達(dá)20%～25%以上,因篩孔風(fēng)速提高,亦使粉碎機(jī)吸風(fēng)阻力增大,說明粉碎機(jī)吸風(fēng)阻力波動量極大。

2.1.4 吸風(fēng)對粉碎效率影響較大，一般篩孔為Φ2 mm時影響率為15%～40%以上,影響粉碎效率隨篩孔減小而增強(qiáng),隨篩孔增大而減小。

圖2 粉碎室內(nèi)壓力分布

2.1.5 物料進(jìn)粉碎室后在錘片轉(zhuǎn)子的打擊的作用下,物料跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)料環(huán)（見圖3），物料線速一般為錘片線速的60%～80%,而且物料貼緊篩面旋轉(zhuǎn),粒度大的與篩面接觸,粒度小的遠(yuǎn)離篩面,旋轉(zhuǎn)速度貼緊篩面旋轉(zhuǎn)的物料速度慢,離開篩面的物料速度快。料環(huán)厚度與物料體積密度有關(guān),一般在40～60 mm左右,料環(huán)厚度不同亦就影響到物料通過篩孔及吸風(fēng)阻力。

圖3 粉碎物料旋轉(zhuǎn)料環(huán)

2.1.6 篩板吸風(fēng)阻力經(jīng)測定：如粉碎玉米,粉碎機(jī)配用動力30 kW、篩孔為Φ2.5 mm、篩板開孔率30%、風(fēng)量為0.61 m3/s,氣流的穿孔速度為5.5 m/s時,篩板后的吸風(fēng)阻力為1 150 Pa,氣流通過篩孔的速度及篩板兩邊的壓力差是影響物料通過篩孔的主要作用力。

2.2 粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)特性

2.2.1 粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，如進(jìn)風(fēng)口形式多樣，有篩網(wǎng)、百頁窗、篩板和閘門等,有些進(jìn)風(fēng)口為可調(diào),其吸風(fēng)阻力各不相同,相差甚遠(yuǎn)。篩網(wǎng)通風(fēng)的有效面積可達(dá)80%～85%,吸風(fēng)阻力較?。缓Y板一般通風(fēng)的有效面積(開孔率)為30%～35%,吸風(fēng)阻力較大；百頁窗和閘門通風(fēng)的有效面積及吸風(fēng)阻力處于篩網(wǎng)和篩板之間。

圖4 粉碎機(jī)帶進(jìn)風(fēng)的喂料器

2.2.2 粉碎室篩板孔徑及開孔率不同，篩孔小至Φ0.8～1.0 mm，一般為Φ2.0～3.0 mm，當(dāng)篩孔大于Φ4 mm，吸風(fēng)對粉碎效率提高影響不大，但其吸風(fēng)阻力相差甚遠(yuǎn)。篩板開孔率高低與孔徑關(guān)系較大,就相同孔徑,開孔率相差亦很大，如國外先進(jìn)國家的篩開孔率Φ2 mm達(dá)51%，國內(nèi)篩板開孔率較優(yōu)的僅為33%～39%左右,吸風(fēng)阻力相差甚大。因相同風(fēng)量時,篩板的吸風(fēng)阻力與篩板的穿孔速度成平方關(guān)系：H=ξγV2/2g，同時阻力系數(shù)ξ隨孔徑減小和開孔率下降而增大，所以，篩板開孔率和篩板孔徑是對吸風(fēng)阻力影響較大的參數(shù)。

2.3 有篩錘片粉碎機(jī)吸風(fēng)的要求及特點(diǎn)

2.3.1 要求所吸的風(fēng)盡量都從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入,通過粉碎室穿過料環(huán)和篩孔,并有一定的篩孔的穿孔速度,一般為2.0～4.5 m/s,有利于物料通過篩孔。

2.3.2 由于一般粉碎機(jī)錘片線速達(dá)85～90 m/s,微粉碎錘片線速可達(dá)100～110 m/s,而進(jìn)入粉碎室的風(fēng)速,僅在1～2 m/s以下。實(shí)際吸入的風(fēng)就跟隨高速旋轉(zhuǎn)錘片一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,在錘片周圍形成較高的流速,其跟隨的風(fēng)速亦能達(dá)55～70 m/s左右,旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的流速方向與物料離開篩孔相垂直,影響吸入的風(fēng)穿過篩孔作用力。

2.3.3 有篩錘片粉碎機(jī)作業(yè)時高速旋轉(zhuǎn)的錘片,使顆粒物料跟隨錘片旋轉(zhuǎn),并形成分層的料環(huán),該流環(huán)影響到在內(nèi)環(huán)已粉碎的小顆粒穿過大顆粒的料環(huán)層通過篩孔,為此,吸入的風(fēng)有足夠能力使小顆粒穿過料環(huán),通過篩孔,同時具有破壞料環(huán)功能,是有利于小顆粒物料穿過料環(huán)層通過篩孔,可提高粉碎效率。

3 有篩錘片粉碎機(jī)的吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

目前吸風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計大多套用國外的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),如參照美國的以配用電機(jī)功率或粉碎機(jī)篩板面積來配制風(fēng)機(jī)。該套用國外的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該設(shè)計參數(shù)比較粗放，因粉碎機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)各不相同,其吸風(fēng)阻力相差甚遠(yuǎn),不能使粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)在較佳狀態(tài)下運(yùn)行,使吸風(fēng)效果明顯不同?，F(xiàn)就粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)來分析。

3.1 現(xiàn)有有篩錘片粉碎機(jī)配制的風(fēng)機(jī),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來配制

國內(nèi)現(xiàn)有資料（非微粉碎系統(tǒng)）風(fēng)機(jī)配制常用以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

3.1.1 按功率大小來選擇風(fēng)機(jī)：0.5～0.75 m3/(min·kW),國外有些公司配風(fēng)量0.9～1.25 m3/(min·kW)。

如有篩錘片粉碎機(jī)配用動力90 kW，所配吸風(fēng)量為：90 kW×0.5～0.75 m3/(min·kW)=45～67.5 m3/min。

3.1.2 按篩板面積來確定吸風(fēng)量，其配用風(fēng)量35～45 m3/(m2·min)，水滴形有篩錘片粉碎機(jī)的篩板面積計：如90 kW有篩錘片粉碎機(jī)篩板面積一般為1.42 m2左右，所配吸風(fēng)量為49～63 m3/min。

粉碎機(jī)吸風(fēng)阻力，絕大部分資料沒有說明或說明不完整，僅有少量資料說明有篩錘片粉碎機(jī)吸風(fēng)阻力為500～1 200 Pa，亦未注明影響較大的篩板孔徑和篩板開孔率不同時的阻力變化，及該吸風(fēng)阻力是否包含進(jìn)風(fēng)口的吸風(fēng)阻力等因素。使有篩錘片粉碎機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓配制極不精確,亦就影響粉碎機(jī)不能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

無論是以功率來配制吸風(fēng)量,還是以篩板面積來配制吸風(fēng)量，從兩者配用風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看基本是一致的。但該風(fēng)量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅適用于中粉碎的吸風(fēng)參數(shù),即篩板孔徑在Φ2 mm以上是基本可行的,對孔徑在Φ2 mm以下是吸風(fēng)量和風(fēng)壓就與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大,目前僅為相互參考,人云亦云,基本未進(jìn)行粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。為此,對粉碎機(jī)吸風(fēng)阻力的分析是有益的和必須的。

3.2 現(xiàn)對有篩錘片粉碎機(jī)所采用吸風(fēng)系統(tǒng)的分析

3.2.1 有篩錘片粉碎機(jī)的吸風(fēng)阻力的組成

①錘片粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口阻力；進(jìn)風(fēng)口有篩網(wǎng)、百頁窗和篩板等；

②粉碎機(jī)篩板阻力；孔徑、開孔率、篩板包角等；

③脈沖布袋除塵器阻力；

④其他局部阻力。

因脈沖布袋除塵器阻力和其他局部阻力,有資料查核，較為精確,不再討論。為此,有篩錘片粉碎機(jī)的吸風(fēng)系統(tǒng)阻力,主要分析進(jìn)風(fēng)口及粉碎室篩板上的阻力。

3.2.2 有篩錘片粉碎機(jī)吸風(fēng)口阻力計算

粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，如進(jìn)風(fēng)口形式多樣，如：篩網(wǎng)、百頁窗、篩板和閘門等,其吸風(fēng)阻力各不相同,相差甚遠(yuǎn)；篩網(wǎng)：開孔率可達(dá)80%～85%,吸風(fēng)阻力最??；篩板：一般開孔率為25%～30%,吸風(fēng)阻力最大；百頁窗和閘門：開孔率及阻力處于篩網(wǎng)和篩板之間。

國內(nèi)粉碎機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量的配制不應(yīng)照搬國外的參數(shù)，應(yīng)根據(jù)國內(nèi)粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來確定風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量，即國內(nèi)因篩板開孔率低，吸風(fēng)阻力明顯增加,亦就風(fēng)機(jī)所配制的風(fēng)壓應(yīng)有所增加，才能確保所需的吸風(fēng)量。

①有篩錘片粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口（即喂料器進(jìn)風(fēng)口）吸風(fēng)阻力計算

有篩錘片粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口處配有編織網(wǎng)。

一般粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口長×寬為0.5 m×0.25 m，編織網(wǎng)進(jìn)風(fēng)口有效面積：進(jìn)風(fēng)口面積的利用系數(shù)以0.8和篩板以0.4計：

及=0.5 m×0.25 m×0.4=0.05 m2

如132 kW粉碎機(jī)風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量的確定：Q=7 200 m3/h。其中含15%～20%的漏風(fēng)量，漏風(fēng)量主要在轉(zhuǎn)子軸處(5%～10%計)、水平輸送機(jī)的不良的料封及提升機(jī)進(jìn)口處等進(jìn)風(fēng)(5%～10%計)。

通過進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量的風(fēng)速計算：

?通過進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)量為：7 200 m3/h=2.00 m3/s

吸風(fēng)口阻力H進(jìn)風(fēng)口=10×ξγV2/2g(Pa)；

ξ為進(jìn)風(fēng)口面積的利用系數(shù)以0.8計時,吸風(fēng)阻力系數(shù)為1.6～1.8取1.7；如進(jìn)風(fēng)口面積的利用系數(shù)以0.4計時，吸風(fēng)阻力系數(shù)為3.5～4.5取4.0；

γ空氣密度(比重)為1.2 kg/m3；

g重力加速度9.8 m/s2；

?粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速計算

利用系數(shù)以0.8時，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速：V=Q×/F=2.0/0.1=20.0 m/s

利用系數(shù)以0.4時，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速：V=Q×/F=2.0/0.05=40.0 m/s

?粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口阻力為：設(shè)1 mmH2O=10 Pa

吸風(fēng)口阻力H進(jìn)風(fēng)=10×ξγV2/2g(Pa)

ξ阻力系數(shù),γ氣流密度,氣溫為20～24 ℃時γ為1.2 kg/m3，V進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速（m/s）；

g重力加速度，9.8 m/s2。

利用系數(shù)為0.8時H進(jìn)風(fēng)=10×ξγV2/2g=10×1.7×1.2×202/2×9.8=416.3 Pa

利用系數(shù)為0.4時H進(jìn)風(fēng)=10×ξγV2/2g=10×4.0×1.2×402/2×9.8=3918.3 Pa

利用系數(shù)0.8與0.4兩者阻力相差9.4倍，當(dāng)進(jìn)口面積利用系數(shù)為0.4時，吸風(fēng)阻力增大，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)就移動，風(fēng)量就下降，粉碎效果就降低了。實(shí)際粉碎機(jī)吸風(fēng)設(shè)計,一般均未考慮該變化因素，其吸風(fēng)產(chǎn)生的效果差異甚大。

②粉碎室篩板的吸風(fēng)阻力計算

?在吸風(fēng)量相同時,粉碎機(jī)篩板篩孔Φ2.5 mm及Φ1.5 mm時的吸風(fēng)阻力系數(shù)ξ，經(jīng)測定和計算，篩孔為Φ2.5 mm時篩板吸風(fēng)阻力系數(shù)ξ為60左右，篩板吸風(fēng)阻力在1 150 Pa；篩孔為Φ1.5 mm時，粉碎機(jī)篩板吸風(fēng)阻力系數(shù)ξ為90左右。

?粉碎機(jī)篩板吸風(fēng)阻力計算：

篩板直徑1.1 m，寬度0.55 m，包角270°。

篩孔為Φ2.5 mm時開孔率為35%,風(fēng)量2.00 m3/s。

粉碎機(jī)篩板有效面積：3.14×1.1×0.55×0.35×270/360=0.498 m2。

粉碎機(jī)篩板穿孔風(fēng)速：Q/F=2.0/0.498=4.0 m/s,

篩孔為Φ2.5mm時粉碎機(jī)篩板理論吸風(fēng)阻力：

H篩1=ξγV2/2g=60×1.2×4.02/2×9.8=58.7 mmH2O=587 Pa。

篩孔Φ1.5 mm時開孔率為22%，風(fēng)量2.00 m3/s。

碎機(jī)篩板有效面積：3.14×1.1×0.55×0.22×270/360=0.313 m2。

粉碎機(jī)篩板未考慮篩孔堵塞時的穿板風(fēng)速：Q/F=2.0/0.313=6.39 m/s。

篩孔為Φ1.5 mm時粉碎機(jī)篩板理論吸風(fēng)阻力：

H篩2=ξγ V2/2g=90×1.2×6.392/2×9.8=224.99mmH2O=2 249.9 Pa。

由于篩面篩孔較小時,實(shí)際粉碎機(jī)吸風(fēng)量和風(fēng)壓配制都會進(jìn)一步增加,一般配制均未考慮篩孔堵塞等因素的影響,實(shí)際使用篩孔Φ1.5 mm時的吸風(fēng)阻力亦將會大于上述計算值。如吸風(fēng)量增加到10 000 m3/h左右，其進(jìn)口吸風(fēng)阻力及篩板吸風(fēng)阻力分別達(dá)758 Pa和4 337 Pa，吸風(fēng)阻力明顯增加。

從上分析可知：進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)及粉碎機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量的配制應(yīng)考慮開孔率和小孔徑作業(yè)時的堵塞因素。目前粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計基本上未考慮以上各種因素，為此，吸風(fēng)系統(tǒng)就難以達(dá)到較好的工作狀態(tài)，亦就是說：粉碎機(jī)的吸風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計基本處于較粗放階段。

4 討論與意見

從上分析可知粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計合理否,對粉碎效率的影響甚大，但現(xiàn)有粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)，多為參照基礎(chǔ)條件不同情況下的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來選配，使吸風(fēng)系統(tǒng)不能在較佳的狀態(tài)下運(yùn)行，動力消耗就增加了無形的損耗。現(xiàn)對現(xiàn)有粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時提出如下意見,供參考。

4.1 粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口,不宜用有效面積低的沖孔篩板，應(yīng)采用有效通風(fēng)面積高的篩網(wǎng)或百葉窗,就可有效減小吸風(fēng)阻力，即可減少無用動耗。

4.2 對篩板采用篩孔小于Φ1.5 mm的微粉碎時，因風(fēng)量配制將會增大，為此，粉碎機(jī)進(jìn)風(fēng)口適當(dāng)增大，使進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速低于20 m/s為宜，降低無效的吸風(fēng)阻力。不能篩孔減小了，風(fēng)量增加了，進(jìn)風(fēng)口不變，這就增加了無效的吸風(fēng)阻力,亦就是進(jìn)風(fēng)口應(yīng)根據(jù)吸風(fēng)高低來配制。

4.3 篩板宜采用帶有篩孔防堵裝置和措施，這樣有利于篩板吸風(fēng)的阻力穩(wěn)定，亦就能穩(wěn)定吸風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，篩孔防堵裝置可提高粉碎效率達(dá)50%以上，特別對纖維性和油性物料的微粉碎，更應(yīng)采用篩孔防堵裝置。

4.4 由于粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)波動量大于一般作業(yè)機(jī)械，為此，在粉碎機(jī)吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中，風(fēng)壓和風(fēng)量的儲備系數(shù)宜取1.2以上，同時風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)應(yīng)取風(fēng)機(jī)特性曲線上，風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)的左邊，亦是最高風(fēng)壓點(diǎn)的左邊，有利于粉碎室內(nèi)篩板阻力增加初期，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量均能自動增加,這有利于物料通過篩孔的作用力的增加,亦就來減少篩孔堵塞機(jī)會。

4.5 粉碎機(jī)應(yīng)采用高開孔率的篩板，對低開孔率的篩板不宜采用。如篩孔Φ2.0 mm時高可達(dá)51%。低的僅在33%左右。增加開孔率亦就是減少無用阻力消耗，提高吸風(fēng)系統(tǒng)的效率。

4.6 對粉碎機(jī)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)仍需進(jìn)行吸風(fēng)阻力測定,為較精確地吸風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計提供更可靠的依據(jù),為粉碎機(jī)提高粉碎效率創(chuàng)造條件。