重介質(zhì)旋流器磨損機理分析及應用

第32卷第11期煤礦機械VoL. 32No 112011年11月Coal Mine MachineryNov 2011重介質(zhì)旋流器磨損機理分析及應用*李坤,李冒斌(安徽理工大學(xué),安徽淮南232001)摘要:從磨損機理出發(fā),分析了旋流場(chǎng)內分散相顆粒的受力情況以及各種參數對磨損的影響,提出結構優(yōu)化設計方法,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:TD455文獻標志碼:B文章編號: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(沿采煤機牽引方向的推進(jìn)阻力)F、牽 Workbench建立采煤機搖臂的物理模型,并將計算引阻力(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矩M真分析,得出了該搖臂的應力分布圖及形變圖(見(jiàn)的作用。圖5)。通過(guò)結果分析,可以看出在播臂法蘭盤(pán)的根通過(guò)建立數學(xué)模型,應用Maab軟件編制滾筒部及電機的根部?jì)商幊霈F較大的應力,因此在搖臂載荷計算機仿真程序。經(jīng)計算可得F60kN,F=78優(yōu)化設計時(shí)對該處的局部結構加以改善(如增大其kN; F=30 kN: M=46. 8 kNmo相應圓角或加些輔助肋板等結構形式)來(lái)達到設計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。因為聯(lián)接牽引應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搖臂俯視應力圖圖4搖臂仰視應力圖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),可用于指導采煤機搖臂結構圖2搖臂載荷與約束圖的優(yōu)化設計。5結果與分析參考文獻:通過(guò)圖3、圖4可以看出搖臂應力主要集中在[吳彥國產(chǎn)大功率采煤機播臂CAE分析煤礦機電,203(5):105-108.煤壁側,且在法蘭盤(pán)的根部及電機的根部出現較大(2]李景林斜切狀態(tài)時(shí)的采媒機滾筒的載荷分析門(mén)煤礦機械19819的應力。因此在設計中可以適當考慮改善局部結(6):1-3構,減小以上2個(gè)部位的應力集中(如增大其相應3]王英山采煤機滾筒截煤載荷的模擬門(mén)煤礦機電,9962)24圓角或加些輔助肋板等結構形式)[4]尹力數控銑削加工過(guò)程動(dòng)力學(xué)仿真優(yōu)化技術(shù)及應用研究[D]北6結語(yǔ)京:北京航空航天中國煤化工本文利用Mlb軟件編程,算出采煤機搖臂在技術(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責任編輯:于秀文收稿日期:2011-04-22ⅴol32NωI1重介質(zhì)旋流器磨損機理分析及應用——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,集中地沖擊內璧進(jìn)行旋轉,由于固體顆粒與旋流器內壁互相摩在較窄的帶狀區域,尤其當進(jìn)料口斷面為圓形時(shí),擦,而使旋流器內壁磨損嚴重,降低了分選效率和使更為明顯。因此,應盡量把進(jìn)料管設計成矩形截面。用壽命。煤、水、矸石、磁鐵礦粉等在旋流器內的高速把進(jìn)料口斷面從圓形變?yōu)榫匦沃皇墙Y構優(yōu)化的旋轉使旋流器內壁和中心隔板嚴重磨損壽命僅為個(gè)方面,還可以改變如旋流器表面曲率半徑等形狀介質(zhì)旋流器內壁的磨損,造成其分選效率低,使大出結構優(yōu)化設計方法,以期減少旋流器的應令300400h;一般鑄鐵殼體壽命為500600h。由于重結構,本文從旋流場(chǎng)中的顆粒受力及運動(dòng)出發(fā)量精煤損失在中煤中。隨著(zhù)重介質(zhì)選煤工藝及技術(shù)2旋流場(chǎng)內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兩相流動(dòng)力學(xué)理論,旋流場(chǎng)內分散相顆粒問(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)旋流器的內表面結力、流體阻力、流體浮力和滑移一剪切升力,隨機性構可以大大減輕磨損程度。要取得最優(yōu)化的結構形的視質(zhì)量力、巴西特力對流體積力、馬格納斯力和分式必須對各種影響因素(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pq理量等)綜合考慮計算得出。的前提下,分散相顆粒沿徑向的運動(dòng)方程為1磨損機理分析目前人們提出了以下幾種磨損機理: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工作液體中的不規則顆粒對其內表面的劃傷。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,它也能對旋流器內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壁交變摩擦接觸產(chǎn)生的應力F64604c+u作用下,在接觸點(diǎn)產(chǎn)生很大的變形和應力,使旋流F(t)—綜合隨機作用力,可以用高斯白器內表面形成磨損以及剝離出磨粒。表面疲勞磨損噪聲隨機過(guò)程來(lái)模擬;是由旋流器內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;然后在反復的沖刷作用下逐步擴大;、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壁與液體中的向速度;介質(zhì)相互作用發(fā)生化學(xué)反應或電化學(xué)反應,使旋流時(shí)間;器內壁磨損,這種磨損稱(chēng)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器壁形成的氣蝕磨損和由于介質(zhì)本身具有的μ—連續相動(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雜,是微切削磨損、表面假定分散相顆粒相對于連續相的切向相對速疲勞磨損和腐蝕磨損形成的復合磨損。為了減輕旋度為0,即同速a=u-te=0,即F=0?？紤]到旋流器流器的磨損,先應考慮選擇合適的材料;其次要保內流場(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表面加工質(zhì)量;此外,還可以從實(shí)際機作用力F(t)流場(chǎng)出發(fā),在不影響效率的前提下,對旋流器結構則式(1)可以化簡(jiǎn)為進(jìn)行合理的設計,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構A.(u4m)由=虹n,(2)2=(1-B)密切相關(guān)。礦漿在進(jìn)料管內呈柱狀高速流動(dòng),具有若旋流場(chǎng)很大的慣性力,當它切向地進(jìn)入旋流器圓柱段時(shí)中國煤化工~液體系液出,L4受內壁的作用把直線(xiàn)運動(dòng)改變成沿旋流器中心的氣體系,重介周HCNMHGP)=lo旋轉運動(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)旋流器磨損機理分析及應用——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各參數對磨損的影響特性綜合計算得出,求出式(7)、式(8)中的最小值對于堅硬固體顆粒對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,此曲率半徑蝕現象的研究是工作的基礎。 Finnie等人提出了切即為結構上的最優(yōu)半徑。削磨蝕時(shí)固體顆粒的運動(dòng)方程為例如,把給料管做成漸開(kāi)線(xiàn)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)驗表以及后來(lái)提出的復合磨損方程,即考慮旋流器璧磨明,這種給料口結構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結語(yǔ)當0°≤a≤a時(shí)通過(guò)改變重介質(zhì)旋流器的表面結構的方式,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)中分散項顆粒的當a≤a≤909時(shí)受力情況和磨損的因素,并將兩者結合起來(lái)考慮Muocos2a M(usin a-1x2)提供了優(yōu)化設計重介質(zhì)旋流器表面結構的方法。(8)參考文獻:式中W——從金屬表面上剝落的材料體積;[1]馬錦文.重介質(zhì)旋流器磨損機理分析[選煤技術(shù),199(2):45M—磨蝕性粒子群質(zhì)量;[2]趙慶國張明賢.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)內分散相顆粒的受力特性分析[J金屬應力礦山技術(shù),2007(12):103-105[4]趙慶國張明賢.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、此角為固體表面5]徐繼潤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)機械設計及理論專(zhuān)業(yè)現主要從事過(guò)程設備及機被方向的教無(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用兗州礦業(yè)(集團)公司鮑店煤礦有2臺SHL20-13-A型蒸汽鍋爐和1臺SHL0-13-A5型蒸汽鍋爐負責供汽供暖。原先采取混合式燃燒鍋爐出力滿(mǎn)足不了需求。為此采用分層燃燒給煤裝置對鍋爐進(jìn)行了節能改造。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、卡塞故障電子報警器和自動(dòng)刮煤器等,同時(shí)還增設了振動(dòng)部件,有效避免了卡塞現象。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械篩分的方法。鍋爐運行時(shí)轉筒轉動(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)不均及灰渣區供風(fēng)量大、空氣系數偏高等弊病,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、避免拉火現象,鍋爐出力和熱效率得以大大提高