滾筒篩式膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔清堵裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

康建明 解臣碩 王小瑜 陳英凱 王長偉 彭強(qiáng)吉

(1.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院， 濟(jì)南 250100； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 濟(jì)南 250100； 3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 泰安 271018； 4.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司， 北京 100083)

0 引言

地膜覆蓋栽培技術(shù)在寒、旱農(nóng)業(yè)區(qū)保糧增收的同時(shí)，也給農(nóng)田土壤帶來了嚴(yán)重的白色污染[1-2]，機(jī)械化回收并資源化利用是解決農(nóng)田殘膜污染的必由之路。國內(nèi)學(xué)者研制了多種型式的農(nóng)田殘膜回收機(jī)械[3-5]，殘膜機(jī)械化回收已初見成效。機(jī)械化回收后的殘膜中混雜有秸稈、土塊等雜質(zhì)，只有去除雜質(zhì)后殘膜才可二次利用。滾筒篩式膜雜風(fēng)選機(jī)(簡(jiǎn)稱膜雜風(fēng)選機(jī))是除雜環(huán)節(jié)的關(guān)鍵裝備，但是設(shè)備運(yùn)行過程中，篩孔出現(xiàn)不同程度的堵塞，由于膜雜混合物具有復(fù)雜的機(jī)械物理特性，傳統(tǒng)的振動(dòng)、擊打等方法難以清除篩孔處的堵塞，嚴(yán)重影響膜雜風(fēng)選機(jī)篩分性能及整機(jī)的可靠性。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)物料篩孔堵塞問題進(jìn)行了大量研究，ENGLISH等[6]分析了不同物料粒度與篩孔孔徑關(guān)系時(shí)篩孔的堵塞情況；ASTROM[7]設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)概率篩，并通過試驗(yàn)確定旋轉(zhuǎn)概率篩開孔率比直線振動(dòng)篩穩(wěn)定；BELLOCQ等[8]通過研究在物料潮濕團(tuán)聚、篩孔堵塞條件下物料透篩形態(tài)變化，獲得了相關(guān)作業(yè)環(huán)節(jié)中必須達(dá)到的要素條件；楊會(huì)民等[9]提出用彈性篩面代替金屬篩面，可以避免篩孔堵塞；李耀明等[10-11]針對(duì)油菜清選作業(yè)過程中出現(xiàn)的清選篩粘附、堵塞問題，提出非光滑篩面具有減粘脫附的作用；程超等[12]研究了不同堵塞失效狀態(tài)下清選篩的作業(yè)性能變化。膜雜混合物在篩孔處大多是呈現(xiàn)纏繞、打結(jié)的堵塞狀態(tài)，不同于傳統(tǒng)顆粒狀農(nóng)業(yè)物料單純的堵塞篩孔，因此采用傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)清堵。

針對(duì)膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔堵塞的問題，本文設(shè)計(jì)一種通過噴頭噴射氣流擾動(dòng)篩孔處流場(chǎng)、破壞堵塞物在篩孔處受力平衡的篩孔清堵裝置。通過理論分析、計(jì)算流體力學(xué)仿真以及曲線擬合等方法，分析堵塞內(nèi)在機(jī)理，計(jì)算滿足清堵要求的氣流速度；比較離心式鼓風(fēng)機(jī)不同安裝位置對(duì)應(yīng)各噴頭噴射氣流速度，確定最佳結(jié)構(gòu)方案；結(jié)合計(jì)算流體仿真與伯努利方程，求解篩孔清堵裝置工作風(fēng)速，為多種形式的篩孔清堵裝置的設(shè)計(jì)提供參考。

1 總體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

安裝有篩孔清堵裝置的膜雜風(fēng)選機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、滾筒篩、集膜箱、篩孔清堵裝置等組成。篩孔清堵裝置由離心式鼓風(fēng)機(jī)、布置在密封罩外圍沿滾筒軸向分布的氣流管道組成，氣流管道分別位于密封罩曲面0°、45°、90°、135°、180°位置，通過安裝在兩端的電磁閥控制氣流管道是否流通，每個(gè)氣流管道上安裝7個(gè)噴頭，兩噴頭間距相等；分流管彎折成半圓弧，安裝在氣流管道兩端，半圓弧可以減少氣流在流動(dòng)過程中的能量損失，并且有利于在不同位置安裝氣流管道。

圖1 膜雜風(fēng)選機(jī)與篩孔清堵裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of structure of screen hole clearing device of film miscellaneous wind separator1.篩孔清堵裝置 2.密封罩 3.滾筒篩 4.分流管 5.控制器 6.電磁閥 7.氣流管道 8.噴頭 9.離心式鼓風(fēng)機(jī) 10.穩(wěn)壓管

1.2 工作原理

膜雜風(fēng)選機(jī)作業(yè)時(shí)，由于膜雜混合物比重不同，膜雜混合物在滾筒篩轉(zhuǎn)動(dòng)與氣流吹動(dòng)的共同作用下，實(shí)現(xiàn)膜雜分離，分離后的殘膜在氣流的作用下通過滾筒篩從裝置后端進(jìn)入集膜箱[13]。工作一段時(shí)間后，條狀的秸稈等雜質(zhì)交錯(cuò)支撐在篩孔處，片狀的殘膜纏繞貼附在秸稈上，最終導(dǎo)致篩孔堵塞。此時(shí)，離心式鼓風(fēng)機(jī)向各氣流管道輸送一定速度的氣流，氣流由進(jìn)氣口進(jìn)入穩(wěn)壓管，形成穩(wěn)定、高速的氣流，經(jīng)過分流管和各個(gè)氣流管道，最終通過噴頭噴出，干擾篩孔處膜雜混合物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，打破其在篩孔處的受力平衡，從而實(shí)現(xiàn)篩孔清堵。

1.3 主要技術(shù)指標(biāo)

膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔清堵裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters

2 篩孔清堵裝置設(shè)計(jì)

2.1 參數(shù)分析

篩孔清堵裝置工作過程中，安裝在密封罩外圍的噴頭向篩孔噴射氣流，氣流方向與雜質(zhì)從篩孔中排出的方向相反，其目的是干擾篩孔處膜雜混合物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。膜雜混合物主要由殘膜、秸稈、土塊等組成(經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得各物料懸浮速度范圍分別為1.8～3.2 m/s、5.9～10.2 m/s、8.9～12.8 m/s)，篩孔處的膜雜混合物受到重力mg、滾筒篩內(nèi)部氣流阻力Ft1、噴頭噴射氣流提供的氣流阻力Ft2、滾筒篩提供的支持力FN和摩擦力f的作用，篩孔處物料受力如圖2所示。

圖2 物料運(yùn)動(dòng)分析Fig.2 Material motion analysis

膜雜混合物受到滾筒篩內(nèi)部流場(chǎng)的氣流阻力Ft1為

(1)

式中C——物料阻力系數(shù)，結(jié)合物料等效直徑所在范圍確定C為0.44

A——物料迎風(fēng)面積，m2

ρs——物料密度，kg/m3

v1——滾筒篩內(nèi)部氣流速度，m/s

根據(jù)前期研究，取v1=8.5 m/s，與x軸正方向夾角為α=8°。

膜雜混合物受到噴頭噴射氣流的氣流阻力Ft2為

(2)

式中v2——噴頭噴射氣流速度，方向朝向y軸負(fù)方向，m/s

膜雜混合物堵塞篩孔時(shí)，跟隨滾筒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由重力、滾筒篩內(nèi)部流場(chǎng)作用在膜雜混合物上的氣流阻力、氣流發(fā)射器提供的氣流阻力、滾筒篩提供的支持力的合力提供向心力，當(dāng)堵塞的篩孔正對(duì)噴頭，膜雜混合物恰好與滾筒分離的瞬間，F(xiàn)N=0 N，此時(shí)膜雜混合物受力關(guān)系式為

Ft2+mg-Ft1sinα=mω2r

(3)

式中m——膜雜混合物質(zhì)量，kg

ω——滾筒篩旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s

r——滾筒篩半徑，m

g——重力加速度，取9.81 m/s2

為打破膜雜混合物在篩孔處的受力平衡，實(shí)現(xiàn)清堵，噴頭噴射氣流對(duì)膜雜混合物的氣流阻力與膜雜混合物重力之和，應(yīng)大于滾筒篩內(nèi)部流場(chǎng)作用在膜雜混合物上的氣流阻力在y軸正方向上的分力與膜雜混合物跟隨滾筒篩做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力之和，關(guān)系式為

Ft+mg>Ftsinα+mω2r

(4)

將式(1)、(2)代入式(4)化簡(jiǎn)可得噴頭噴射氣流速度v2的關(guān)系式為

(5)

經(jīng)試驗(yàn)，膜雜混合物質(zhì)量平均值為1.03 g，密度平均值為162.5 kg/m3，膜雜混合物迎風(fēng)面積平均值為5.57×10-3m2，滾筒篩角速度為2.7 rad/s，滾筒篩半徑為0.5 m。將各參數(shù)代入式(5)中可得噴頭噴射氣流速度v2>1.151 m/s。

2.2 篩孔清堵裝置風(fēng)機(jī)安裝位置分析

為滿足清堵要求，保證篩孔清堵裝置有效工作，噴頭噴射時(shí)速度應(yīng)大于1.151 m/s。由于氣流管道較長且多管道同時(shí)工作，單方面提高風(fēng)機(jī)風(fēng)速并不能有效保證各噴頭噴射氣流速度滿足清堵條件，若分流管內(nèi)氣流速度過高，部分氣流管道出現(xiàn)負(fù)壓，噴頭處易形成向內(nèi)流動(dòng)氣流，對(duì)篩孔處的殘膜形成一定的吸附作用，導(dǎo)致篩孔堵塞情況更加嚴(yán)重。對(duì)此，為保證各噴頭噴射氣流速度滿足清堵條件，探究風(fēng)機(jī)布置形式對(duì)噴頭噴射氣流速度的影響，設(shè)計(jì)如圖3所示3種離心式鼓風(fēng)機(jī)安裝方案，其中穩(wěn)壓管為安裝在進(jìn)氣口處一較大直徑的管道，對(duì)進(jìn)入的高速氣體具有穩(wěn)壓作用，避免氣體直接進(jìn)入分叉管道造成能量損失。

圖3 3種離心式鼓風(fēng)機(jī)安裝位置示意圖Fig.3 Schematics of installation position of three kinds of centrifugal blower

借助Fluent軟件對(duì)3種結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行仿真，由于該試驗(yàn)?zāi)康脑谟诒容^不同離心式鼓風(fēng)機(jī)安裝方案中各噴頭噴射氣流速度大小，且風(fēng)機(jī)風(fēng)速暫未確定，仿真參數(shù)設(shè)定時(shí)，3種安裝方案風(fēng)機(jī)風(fēng)速均隨機(jī)設(shè)置為一較大值10 m/s，統(tǒng)計(jì)各噴頭噴射氣流速度，繪制圖4所示散點(diǎn)圖，安裝方案與噴頭噴射氣流速度對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖例所示，不同安裝方案中各噴頭按照相同命名順序分別定為位置1～35，圖中紅線對(duì)應(yīng)值為滿足清堵要求的最低氣流速度1.151 m/s，由散點(diǎn)圖可知，相同工作參數(shù)下，對(duì)角安裝離心式鼓風(fēng)機(jī)且加裝穩(wěn)壓管的噴頭噴射氣流速度明顯大于其余兩種方案，且最小值大于其余兩種方案多數(shù)噴頭噴射氣流速度，故選取該方案安裝離心式鼓風(fēng)機(jī)。

圖4 不同位置噴頭噴射氣流速度散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter diagram of airflow velocity of nozzles at different positions

2.3 篩孔清堵裝置風(fēng)機(jī)風(fēng)速確定

為確定風(fēng)機(jī)風(fēng)速，對(duì)管道中的能量損失進(jìn)行分析，氣流由進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)分流管、氣流管道到達(dá)距離該進(jìn)氣口最遠(yuǎn)的噴頭，其中能量損失包括沿程損失和局部損失[14-15]，關(guān)系式為

(6)

其中

式中hf1、hf2——沿程損失和局部損失，m

L——等截面圓管長度，m

d——圓管直徑，m

v——?dú)饬魉俣?，m/s

λ——沿程損失系數(shù)

ζ——局部損失系數(shù)，根據(jù)90°彎管彎曲半徑與圓管直徑關(guān)系，當(dāng)比值為0.5時(shí)，ζ取1.2

考慮氣流在流動(dòng)過程中的能量損失，沿流動(dòng)方向從進(jìn)氣口流入到噴頭噴射的伯努利方程為

(7)

式中p1、p2——進(jìn)氣口和噴頭出口處靜壓強(qiáng)，N/m2

δ1、δ2——進(jìn)氣口截面與噴頭出口截面的動(dòng)能修正系數(shù)，對(duì)于湍流取1

z1、z2——進(jìn)氣口處和噴頭噴射處位置水頭，m

ρ——空氣密度，kg/m3

v3、v4——進(jìn)氣口處和噴頭噴射處氣流速度，其中v4取1.151 m/s

通過Fluent軟件，篩孔清堵裝置以對(duì)角安裝離心式鼓風(fēng)機(jī)且加裝穩(wěn)壓管的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)置不同風(fēng)機(jī)風(fēng)速，分別統(tǒng)計(jì)噴頭噴射氣流速度最小值，利用Origin軟件對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合[16-18]，仿真以及曲線擬合如圖5所示。

圖5 仿真圖與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)曲線擬合圖Fig.5 Simulation schematics and statistical data curve fitting diagram

根據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)設(shè)置擬合方程式為一元一次方程y=ax+b，當(dāng)Reduced Chi-sqr不變時(shí)為最佳擬合效果，此時(shí)a=0.139 92，b=-0.132 3，標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為0.010 1和0.092 76，擬合曲線方程為

y=0.139 92x-0.132 3

(8)

將理論噴頭噴射最小氣流速度1.151 m/s代入式(8)，并根據(jù)式(7)伯努利方程中風(fēng)機(jī)風(fēng)速與噴頭噴射氣流速度之間關(guān)系，選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)速為9.2 m/s。通過仿真驗(yàn)證可得，該風(fēng)機(jī)風(fēng)速工況下，篩孔清堵裝置各噴頭噴射氣流速度平均值為4.35 m/s，最小值為1.34 m/s，符合篩孔清堵要求。

3 膜雜風(fēng)選機(jī)流場(chǎng)仿真分析

將篩孔清堵裝置仿真得到各噴頭噴射氣流速度按照對(duì)應(yīng)位置繪制如圖6所示矩陣圖，圖中紅色箭頭為風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)位置。由矩陣圖可得，對(duì)角方向上各噴頭噴射氣流速度大致相等，對(duì)于整體而言，90°位置氣流管道上的各噴頭噴射氣流速度小于其他位置噴射氣流速度，但各位置氣流速度均滿足清堵要求，證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

圖6 噴頭對(duì)應(yīng)位置噴射氣流速度矩陣圖Fig.6 Matrix diagram of jetting airflow velocity at corresponding position of nozzle

對(duì)膜雜風(fēng)選機(jī)以及篩孔清堵裝置進(jìn)行整體仿真試驗(yàn)，根據(jù)原膜雜風(fēng)選機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)，設(shè)置進(jìn)風(fēng)口速度為8.5 m/s、氣流角度為8°、滾筒轉(zhuǎn)速為26 r/min，按照?qǐng)D6中所示氣流速度設(shè)置各對(duì)應(yīng)位置噴頭噴射氣流速度，分別導(dǎo)出各噴頭截面處速度云圖以及局部速度矢量圖，如圖7所示。

圖7 噴頭徑向截面處速度云圖和局部速度云圖Fig.7 Velocity nephograms at radial section of nozzle and local velocity nephogram

圖7b為沿滾筒篩軸向位置截取的一段，目的在于觀察噴頭噴射氣體的擴(kuò)散效果，測(cè)量作用在篩孔處氣流速度，判斷噴頭數(shù)量及軸向布置是否合理。圖7b討論單個(gè)噴頭時(shí)，噴頭正對(duì)篩孔處氣流速度為3.72～5.32 m/s，滿足清堵要求；由于氣流的擴(kuò)散，篩孔截面左右兩側(cè)第1列、第2列、第3列篩孔處氣流速度遞減，兩側(cè)第3列篩孔處氣流速度最小，為1.33～1.60 m/s，滿足清堵要求。故噴頭數(shù)量及軸向布置合理，在滾筒篩面上，能夠?qū)Ξ?dāng)前軸向位置所有篩孔提供滿足清堵要求速度的氣流。

為驗(yàn)證噴頭噴射氣流對(duì)滾筒篩面的覆蓋能力，如圖6紅色虛線框所示，對(duì)應(yīng)位置噴頭噴射氣流速度為圖中所示能夠框選的最小值，F(xiàn)luent軟件中，在4個(gè)噴頭中心位置分別設(shè)置隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過Monitors功能[19]，導(dǎo)出相應(yīng)位置速度隨時(shí)間變化值，利用Origin軟件繪制如圖8所示速度隨時(shí)間變化曲線[20-21]。由圖8可得，仿真開始瞬間，由于流場(chǎng)尚不穩(wěn)定，兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)速度均出現(xiàn)大幅度波動(dòng)；待膜雜風(fēng)選機(jī)內(nèi)部以及篩孔清堵裝置流場(chǎng)穩(wěn)定后，固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)處速度逐漸趨于穩(wěn)定，隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中經(jīng)過無噴頭區(qū)域，導(dǎo)致該點(diǎn)處速度出現(xiàn)較長時(shí)間的波動(dòng)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)過無噴頭區(qū)域的時(shí)間較短，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處速度波動(dòng)不明顯，最終兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)處速度分別穩(wěn)定在1.75、1.45 m/s左右，大于篩孔清堵要求的1.151 m/s，滿足清堵要求。

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)速度隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Curves of monitoring point speed with time

通過對(duì)膜雜風(fēng)選機(jī)以及篩孔清堵裝置進(jìn)行整體仿真試驗(yàn)可得，篩孔清堵裝置工作過程中，在保證為噴頭正對(duì)位置篩孔提供滿足清堵要求氣流的同時(shí)，噴頭噴射氣流對(duì)滾筒篩面具有一定的覆蓋能力，能夠?yàn)楦鱾€(gè)位置的篩孔提供滿足清堵要求的氣流，證明篩孔清堵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作參數(shù)選擇均合理。

4 試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

為驗(yàn)證安裝與未安裝篩孔清堵裝置對(duì)膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔堵塞情況的影響，在山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院試制工廠對(duì)兩種情況分別進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)，對(duì)比兩者篩孔堵塞情況，實(shí)機(jī)試驗(yàn)如圖9所示。

圖9 篩孔清堵裝置實(shí)機(jī)試驗(yàn)場(chǎng)景Fig.9 Diagram of actual screen hole clearing device

圖9中包括膜雜風(fēng)選機(jī)、篩孔清堵裝置，清選后的殘膜以及篩孔堵塞情況。試驗(yàn)儀器與設(shè)備包括滾筒篩式膜雜風(fēng)選機(jī)、篩孔清堵裝置、手持熱敏式風(fēng)速儀、電子秤、高速攝像機(jī)等[3，22-24]。

4.2 試驗(yàn)方案與評(píng)價(jià)指標(biāo)

4.2.1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)對(duì)象為膜雜風(fēng)選機(jī)，試驗(yàn)過程中，除是否安裝篩孔清堵裝置外，其他結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)均保持一致。將風(fēng)選機(jī)各工作參數(shù)設(shè)置為最優(yōu)，在此工況下，啟動(dòng)裝置直到裝置內(nèi)部流場(chǎng)穩(wěn)定，由喂料口持續(xù)投入膜雜混合物，膜雜分離風(fēng)選機(jī)在兩種情況下分別運(yùn)行30 min，通過手持熱敏式風(fēng)速儀(測(cè)量范圍：0～30 m/s，誤差：±1%)確定進(jìn)氣口及各噴頭處氣流速度，并用高速攝像機(jī)記錄裝置運(yùn)行30 min時(shí)裝置內(nèi)部情況，安裝篩孔清堵裝置與未安裝該裝置的膜雜風(fēng)選機(jī)各進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)。

4.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)

以篩孔堵塞率、膜中含雜率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)裝置運(yùn)行30 min后裝置內(nèi)部堵塞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到篩孔堵塞率為

(9)

式中Y1——篩孔堵塞率，%

n1——滾筒篩篩孔總數(shù)，個(gè)

n2——堵塞的篩孔數(shù)量，個(gè)

膜雜風(fēng)選機(jī)清選的殘膜質(zhì)量與其中的雜質(zhì)質(zhì)量比值為膜中含雜率，計(jì)算式為

(10)

式中Y2——膜中含雜率，%

m1——集膜箱中殘膜質(zhì)量，kg

m2——集膜箱中雜質(zhì)質(zhì)量，kg

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)制定的試驗(yàn)方案，通過高速攝像機(jī)拍攝畫面，對(duì)篩孔堵塞以及膜中含雜情況進(jìn)行分析，求5次試驗(yàn)篩孔堵塞率、膜中含雜率的平均值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Comparative test results

試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同工況下整機(jī)運(yùn)行30 min，增加篩孔清堵裝置能夠明顯降低篩孔堵塞情況，且篩孔清堵裝置與膜雜風(fēng)選機(jī)工作配合性好、相應(yīng)速度快，篩孔清堵裝置各噴頭噴射氣流速度平均值為3.81 m/s，氣流速度最小值為1.22 m/s，均滿足清堵要求，其中8.28%的篩孔發(fā)生堵塞，膜中含雜率為7.33%，試驗(yàn)結(jié)果與仿真試驗(yàn)相對(duì)誤差分別為14.2%、9.8%，相較于未安裝篩孔清堵裝置的膜雜風(fēng)選機(jī)，篩孔堵塞率、膜中含雜率分別降低16.27、4.64個(gè)百分點(diǎn)。安裝篩孔清堵裝置前后殘膜產(chǎn)出量分別為1 972、1 956 g/min，綜合考慮膜中含雜率、殘膜產(chǎn)出量，說明篩孔清堵裝置對(duì)膜雜風(fēng)選機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)以及雜質(zhì)的分離影響較小。裝置繼續(xù)工作一段時(shí)間，分別統(tǒng)計(jì)運(yùn)行1、3、5 h后篩孔堵塞情況以及膜中含雜率，結(jié)果在誤差范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)，但基本與試驗(yàn)結(jié)果一致。表明篩孔清堵裝置工作性能穩(wěn)定，可有效降低膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔堵塞率，提高篩分性能及裝置可靠性。

綜上所述，膜雜風(fēng)選機(jī)中篩孔堵塞對(duì)整個(gè)裝置的清選性能影響較大，不僅膜中含雜率增加，而且大量殘膜堵塞在滾筒篩內(nèi)，無法保證篩分質(zhì)量。篩孔清堵裝置結(jié)構(gòu)合理，工作過程中能有效降低膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔堵塞率，從而降低膜中含雜率、提高篩分質(zhì)量，在一定程度上提高了膜雜風(fēng)選機(jī)篩分性能及機(jī)構(gòu)可靠性。

5 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種通過噴頭噴射氣流擾動(dòng)篩孔處流場(chǎng)、破壞堵塞物在篩孔處受力平衡的篩孔清堵裝置，解決膜雜風(fēng)選機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后篩孔堵塞導(dǎo)致膜中含雜率高的問題。

(2)通過理論分析、計(jì)算流體力學(xué)仿真以及曲線擬合等方法，分別對(duì)篩孔清堵裝置的離心式鼓風(fēng)機(jī)安裝方案、風(fēng)機(jī)風(fēng)速進(jìn)行確定，最終選擇對(duì)角安裝離心式鼓風(fēng)機(jī)且加裝穩(wěn)壓管的結(jié)構(gòu)形式，風(fēng)機(jī)風(fēng)速為9.2 m/s，此時(shí)各噴頭噴射氣流速度平均值為4.35 m/s，最小值為1.34 m/s，符合篩孔清堵要求。

(3)對(duì)設(shè)計(jì)的篩孔清堵裝置進(jìn)行實(shí)機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：篩孔清堵裝置各噴頭噴射氣流速度平均值為3.81 m/s，氣流速度最小值為1.22 m/s，均滿足清堵要求，其中8.28%的篩孔發(fā)生堵塞，膜中含雜率為7.33%，試驗(yàn)結(jié)果與仿真試驗(yàn)相對(duì)誤差為14.2%、9.8%，相較于未安裝篩孔清堵裝置的膜雜風(fēng)選機(jī)，篩孔堵塞率、膜中含雜率分別降低16.27、4.64個(gè)百分點(diǎn)，表明安裝篩孔清堵裝置可有效降低膜雜風(fēng)選機(jī)篩孔堵塞率，提高篩分性能及裝置可靠性。