基于工地回收粉加濕裝置使用問(wèn)題的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

毛三華

（中鐵七局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

回收粉加濕裝置（見(jiàn)圖1）是一種將生料粉與水充分?jǐn)噭蚺懦鰪亩_(dá)到抑制揚(yáng)塵，減少環(huán)境污染的除塵裝置，被廣泛的應(yīng)用于瀝青混合料攪拌站除塵領(lǐng)域。瀝青混合料攪拌站作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵在排出和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)造成揚(yáng)塵，嚴(yán)重污染環(huán)境，因此必須對(duì)粉塵進(jìn)行加濕?；厥辗奂訚裱b置的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程大體分為3個(gè)階段［1］：濕潤(rùn)粉料階段，攪拌滲透階段和形成球核階段。

通過(guò)對(duì)河南某工地使用情況的深入研究，發(fā)現(xiàn)回收粉加濕裝置（見(jiàn)圖1）在使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易出現(xiàn)憋死等產(chǎn)量不足的現(xiàn)象；噴水系統(tǒng)的進(jìn)水量是固定不變的，而從布袋除塵器中出來(lái)的粉塵量無(wú)法確定，造成水粉混合料濕度過(guò)小或者過(guò)大，導(dǎo)致?lián)P塵彌漫，或者泥漿滿地，環(huán)境污染嚴(yán)重；長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)齒輪出現(xiàn)跳齒現(xiàn)象。

圖1 優(yōu)化前回收粉加濕裝置結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)以上工地使用存在的問(wèn)題，本文從葉片的角度、噴水系統(tǒng)、減速電機(jī)與攪拌軸的連接方式3方面進(jìn)行研究分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 葉片角度存在問(wèn)題分析及其角度優(yōu)化設(shè)計(jì)

攪拌軸上葉片的分布角度是決定攪拌時(shí)間和除塵產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，這里主要考慮葉片角度的不同對(duì)除塵產(chǎn)量帶來(lái)的影響。一般葉片與軸的夾角為15°～20°，傾角過(guò)大，泥料前進(jìn)速度過(guò)快，攪拌不均；傾角過(guò)小，泥料前進(jìn)緩慢，產(chǎn)量降低，同時(shí)會(huì)加大攪拌機(jī)的工作負(fù)荷［2］。實(shí)際葉片角度應(yīng)根據(jù)攪拌后泥料的均勻性及工藝平衡予以確定。前面所示的回收粉加濕裝置的葉片有兩種，粉料進(jìn)口端的輸送葉片和分布在受水區(qū)、攪拌區(qū)及球核形成區(qū)的不同角度的螺旋葉片。根據(jù)產(chǎn)量計(jì)算公式［3］：Q=94.2D2SnρΨK，式中，D為葉輪回轉(zhuǎn)直徑，單位為m；n為攪拌軸轉(zhuǎn)速，單位為rpm；ρ為混合料密度，單位為kg/m3；Ψ為填充系數(shù)。由于初始葉片的角度不一（見(jiàn)圖2），取一個(gè)折中的角度20°進(jìn)行計(jì)算的產(chǎn)量為24t/h，當(dāng)角度為25°時(shí)計(jì)算的產(chǎn)量為25t/h，當(dāng)角度為35°時(shí)的產(chǎn)量為23.7t/h。由此可知，當(dāng)葉片角度為25°時(shí)為最佳葉片角度，在轉(zhuǎn)速和鍋體結(jié)構(gòu)不變的情況下產(chǎn)量達(dá)到理論最大值。同時(shí)為了滿足濕潤(rùn)粉料階段輸送快的工藝要求［4］，此次將回收粉加濕裝置的輸送葉片從2片優(yōu)化為1片，同時(shí)將受水區(qū)、攪拌區(qū)及球核形成區(qū)的螺旋葉片全部改為25°。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在轉(zhuǎn)速一定的情況下達(dá)到了產(chǎn)量的理論最大值，并使水粉混合料的均勻性與連續(xù)性得到很大改善。

圖2 優(yōu)化前葉片角度及布置圖

2 噴水系統(tǒng)存在問(wèn)題分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

噴水系統(tǒng)在回收粉加濕裝置中的作用至關(guān)重要，水與粉料是否能充分均勻的混合直接影響攪拌物料的質(zhì)量。原有噴水系統(tǒng)是直接在圓管上按一定角度開(kāi)孔而成，所噴出來(lái)的水成股狀，不能與粉料充分接觸混合（見(jiàn)圖1）。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的噴水系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）選用10個(gè)Fulljet噴霧噴嘴呈2列分布在2個(gè)攪拌軸的靠近進(jìn)粉端，該噴霧噴嘴呈60°交錯(cuò)噴出水霧，使水與粉充分混合，且每個(gè)噴嘴的噴水量可通過(guò)球閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增強(qiáng)了除塵過(guò)程中的人為可控性，可根據(jù)粉量的大小等實(shí)際情況對(duì)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到水與回收粉的完美結(jié)合。經(jīng)試驗(yàn)證明，該結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)提升水粉混合料質(zhì)量、減少揚(yáng)塵起到很好的效果。

圖3 優(yōu)化后噴水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 電機(jī)與攪拌軸連接方式的不合理性分析及其連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

原有回收粉加濕裝置（見(jiàn)圖4）的減速電機(jī)與攪拌軸之間是通過(guò)齒輪嚙合來(lái)傳遞力與力矩，力與力矩的傳遞受齒輪嚙合效果的影響，齒輪嚙合的級(jí)數(shù)越多，力與力矩傳遞精度受到的影響因素就越多，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)或振動(dòng)就越容易使齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)。為了改善此情況，分析研究后將減速電機(jī)與驅(qū)動(dòng)軸之間通過(guò)彈性聯(lián)軸器進(jìn)行連接（見(jiàn)圖5），同時(shí)對(duì)電機(jī)支座進(jìn)行了加固，減少了齒輪嚙合的級(jí)數(shù)，提高了力與力矩傳遞的精度。經(jīng)多次試驗(yàn)證明，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)很大程度上提高了齒輪嚙合的平穩(wěn)性，避免了跳齒現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4 優(yōu)化前減速電機(jī)與軸的連接方式

圖5 優(yōu)化后減速電機(jī)與軸的連接方式

4 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)回收粉加濕裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是在轉(zhuǎn)速不變的情況下，從優(yōu)化葉片的角度、設(shè)計(jì)新的噴水系統(tǒng)、到優(yōu)化電機(jī)軸的連接方式來(lái)解決回收粉加濕裝置在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，此次結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)很大程度上改善了回收粉加濕裝置的除塵性能，達(dá)到了預(yù)期的目的：提高了水粉混合的均勻性與連續(xù)性，提高了齒輪嚙合的平穩(wěn)性，并克服了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中齒輪跳齒的現(xiàn)象。

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