X700涡旋式选粉机转子部件设计论文.docx

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X700涡旋式选粉机转子部件设计论文

1.前言

本课题是进行X700涡旋式选粉机转子部件设计及改造。

以往的选粉机结构存在一些不是很合理的地方，且其选粉效率一直受到限制，不是很高。

通过本课题的一些设计改进，以达到令人满意的效果。

1.1本课题的来源和技术要求：

a.本课题的来源：

在使用传统转子式选粉机的水泥企业的生产过程中，发现了很多转子式选粉机的缺点和不足，选粉效率低功耗大满足不了现在的企业需求。

本课题的设想是经过一些改造，改进其原本的缺点，提高效率，尽量满足水泥企业的需要。

b.技术要求：

所有结构及其零部件设计后考虑技术性、加工工艺性、经济性，并保证安装、使用、经济方便。

要保证选粉机的运转平稳，节能高产。

1.2本课题要解决的主要问题和设计总体思路：

a.本课题解决的主要问题：

首先原来的转子不能提供稳定的分级力场，不能提供稳定的分级力，进料受力不均影响选粉效率影响产量。

原先的耐磨衬板成本高，安装维修困难，且增大整机的重量给运输造成不便。

原先的转子式选粉机涡旋效果不理想选粉效果不佳。

撒料盘易损坏，零件更换成本高且单件制作成本较高。

原先的润滑方式费用高，操作不便。

b.本课题的设计总体思路：

减速器传动虽然易磨损，零件更换成本高，但其传动比较平稳。

换成皮带传动，因为其传动比比较大，一级传动肯定是不行，所以这里采用二级皮带传动，电机采用立式电机，并用焊接架支撑在顶盖上。

内部改造部分：

首先采用笼型转子，提高分级力场的稳定性。

轴与轴套之间密封采用油浴室润滑，降低费用操作方便。

撒料盘放在转子上部，增大物料下落过程的选粉几率。

采用旋风筒增强选粉效果提高选粉效率。

1.3预期的成果及其理论意义

通过对选粉机转子部件的设计改造，可以有效地降低成本，提高生产时间利用率，提高选粉效率，从而达到增加经济效益的目的。

2.国内外发展状况及现状的介绍：

选粉机发展到今天已经有了三代产品，以离心式选粉机旋风式选粉机O—sepa选粉机为各自的代表，今天已经发展成多代选粉机优点的集合体。

2.1离心式选粉机的发展与改进

第一代选粉机以离心式选粉机为代表，也称为普通空气选粉机。

主要原理是借助于物料颗粒在气流中，由于上升气流的浮力、相对运动的气体阻力、离心力、重力之间的平衡使大小不同的颗粒产生不同的等速运动而使颗粒分级。

该机的特点是将空气选粉机、循环空气风机以及从空气中分选细粉的旋风筒组合成一个单机系统。

缺点是

a．循环气流中粉尘多，致使选粉区的实际物料浓度大为增加，加大了颗粒沉降的干扰；

b．选粉区内存在着风速梯度，使分离粒径不均匀。

高风速处会把过粗的颗粒带出混入细粉中；

c．边壁效应使细小颗粒随粗颗粒一起碰撞而降落。

严重影响分离效率和提高磨机循环负荷率。

许多厂家根据子自身需要对离心式选粉机进行了改进选粉机的入料方式不变进入选粉机的物料在经过筛料盘的撒料以后,合格细粉在选粉机底部上来的循环气流的带动下通过锥面笼形转子,向上进入粉流管,在循环气流的进一步带动下,细粉沿6个旋风筒体的切线方向在旋风筒体的顶部进入旋风筒,然后,细粉在自身重力以及部分向旋风筒底部下行的涡形气流的作用下,进入旋风筒底部的集粉箱,集粉箱出来的合格细粉通过输送设备送入料库进入旋风筒组的循环气流以及部分未沉降下去的细粉在风机的引力下从旋风筒头顶部沿管道进入风机,风机再把粉气流送入选粉机内筒,被锥面笼形转子打下去的不合格粗粉,沿选粉内筒壁滑落,从粗粉口流出。

改造后仍然存在问题：

a．改造后,物料的湿度对选粉机的功率有一定影响。

b．改造后,风机风量的大小成为影响选粉机功效的最关键因素。

2.2旋风式选粉机的发展与改进

60年代德国维达格公司推出了旋风式选粉机。

虽然其核心结构与离心式选粉机没有根本变化，但由于减少了粉尘循环，选粉效率有所提高。

旋风式选粉机这种选粉机的特点是空气在机内外循环。

用小旋风筒代替大直径外筒来收集细粉，提高了料气分离的效率，使循环气流中的含尘浓度大为降低，克服了颗粒沉降的干扰影响。

同时粗粉在降落过程中增加了二次选粉的机会。

这些措施较大地改善了选粉效果。

在结构方面亦可制成大规格以适应水泥设备大型配套的需要。

缺点是选粉区内分级力场不稳定，选粉效率不高。

因此很多厂家也对旋风式选粉机进行了改进

a．拆除小风叶，在原小风叶盘上安装笼式转子

b．将主轴驱动电机改为调速电机（或采用变频调速）

c．改造撒料盘，提高抛撒能力，使物料能比较均匀地分散于分级区内;在滴流装置内腔加设约束内锥，以稳定分级区内的气体流场，并与环状进风的滴流装置一起形成二次分选结构，增强二次分选的效果。

缺点是能耗较高。

2.3转子式选粉机的发展与改进

转子式选粉机是在旋风式选粉机的基础上发展起来的，它有着如下几个特点：

a．采用高抛撒能力的撒料盘，使物料在选粉机能得到均匀、充分的分散；并在适当位置布置约束内锥，以稳定选粉室内的气体流场及增强二次选粉的效果。

b．采用离心力场作为分级力场，结构上采用倒锥形笼式转子，可保证选粉室内分级力场的强度均匀稳定、物料受分选几率均等，可保证选粉机具有较高的分级精度与选粉效率。

c．主轴传动采用调速装置，分级力场强度可通过改变主轴转速灵活调节，以控制产品细度及粒度分布，满足生产需要。

d．细粉分离与收集装置采用高效低阻旋风筒，并布置在主机周围形成一整体，这样可有效地简化系统的工艺流程，减少占地面积，降低系统的一次性投资及装机容量。

1979年日本小野田公司开发了O－SEPA选粉机，不仅保留了旋风式选粉机外部循环的优点，而且采用笼式转子根本改变了选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。

在此基础上不少公司推出了类似的笼式选粉机。

以O－SEPA选粉机为代表的笼式选粉机称为高效选粉机，也有人称它为第三代选粉机。

O—sepa选粉机它是一种高效涡流型选粉机，不仅保留了旋风式选粉机外部供风、循环气流高效分离、二次选粉等优点;而且应用平面螺旋气流选粉原理，以笼式转子代替小风叶，气流通过导向叶片切线进入，在整个选粉区内气流稳定均匀，从而消除了离心式选粉区内风速梯度、分离粒径趋于均匀和边壁效应。

颗粒自上而下有多次分选机会，最后又经三次风再次分选，因此分选效果好，其产量、动力消耗和水泥质量都有很大的改善。

虽然笼式高效选粉机以其卓越的性能得到人们的肯定，但它结构复杂，加工制造费用较高，还要增加收集成品的高浓度袋式收尘器，并且操作要求及管理要求也相应较高，因此，对于中小水泥企业来说是一个困难的决策。

随着我国选粉技术的发展，对选粉机的结构进行了不断的改进和完善，对工艺系统和磨内参数进行不断的优化，使我国的O－Sepa选粉机无论在设备质量上还是工艺性能上都可能与国外同类产品相媲美，各项技术指标均达到了国际先进水平，其增产节能效果明显，被大家共认为高效选粉机。

围绕着O－Sepa选粉机的选粉原理和内部结构，国内外都推出了各种各样的高效选粉机，但大都以笼形转子为核心，以平面涡流选粉原理为基础，因此，我们说高效选粉机，应该是以O－Sepa为代表的以笼形转子为特征的一批高效选粉机。

在我国球磨机系统中常见的有改进型O－Sepa选粉机、组合式选粉机和煤磨动态选粉机。

3.总体方案论证

分析了多代选粉机的各自优点本次设计的高效涡流选粉机有以下优点：

a．在进风口加装导风叶片，使得系统沿切向进风时在机体内产生稳定的涡旋气流，提高选粉效率。

b．转子改进成选粉效率更高的圆柱笼形转子，从而使单位时间的选粉效率更高，单位产量能耗更低。

通过改变转子，可以形成更加稳定的分级力场，使转子的分级功能更强，分级区内产生稳定的分级力，提高分级精度。

c．改变进料口使得进料装置改成四点或多点进料。

使得物料分散更均匀，更充分。

d．采用高效低阻旋风筒，布置在主机周围，形成一个整体，有效地简化了系统的工艺流程，减少了占地面积，降低了后续布袋除尘器的负荷和要求，降低系统的一次性投资及装机容量。

减少循环负荷提高效率。

e．改变撒料盘的形状使撒料盘的撒料能力更好，这样就更加有利于提高选粉机的效率，以及它们之间的连接方式（将焊接方式改为用螺栓连接）,方便拆卸，避免个别零件出现问题时，导致其他的不必要的拆卸而损坏，减少不必要的浪费。

高效涡流选粉机具有众多优势：

提高产量，降低能耗，提高质量，操作简单，磨损及维修量都很小，能耗低等。

4．具体设计说明

4.1工艺参数：

4.1.1主要工艺尺寸

选粉机内相关的工艺尺寸将影响选粉机的选粉性能。

不同类型的选粉机，为适应不同的工艺要求，其各部分的相对尺寸比例也不相同。

但是由于选粉机调节因素较多，灵活性较大，我们可以寻求一个统一的基本尺寸作为设计和生产中调整的依据，再配合可变的其他工艺参数，就能满足不同的需要。

根据产量Q=22-26t/h,Q=7.2D2由经验公式得D

=1.7~3.6,根据生产实际应用选取选粉室直径为Φ2026mm,旋风筒直径d=0.438D=964mm.由经验比例得旋风筒直径为Φ960。

选粉机转子和选粉室之间的距离需适中，过大或过小都将影响选粉效率。

根据已使用的选粉机参数和考虑导风装置，转子的直径尺寸为Φ1026mm。

撒料盘环状放置在转子上方宽度略大于进料口宽度尺寸定为132mm。

由于是涡旋式加设导风装置，所以需加装环状密封装置，考虑出粉口大小密封环宽度定为98mm。

密封槽直径与密封环相配合。

4.1.2所需功率

依据离心式选粉机的经验公式P=kD2.4=1.58X2.0262.4=18.5kw,故定电机功率为18.5kw.

4.1.3合宜转速

依据公式nD=300-500得n=125~208选取n=180rpm,故主轴转速定为180rpm。

4.2连接轴的结构设计

4.2.1a.轴的材料及热处理

由于设计是传递的功率不是太大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理。

b.初估轴径

按扭矩初估轴的直径，考虑到安装皮带轮仅受扭矩作用，查表取C=110，则

（4-1）

式中：

C——由轴承的材料和承载情况缩确定的常数；

P——轴的输出功率，KW；

n——轴的转速，r/min.

各参数值为C0=110、P=18.5KW、n=180r/min，则

=51m（4-2）

c.结构设计

a）各段直径的确定

图4-1轴

轴1段的直径就是d1连接带轮，故有键槽应增大5%-10%，d1=65mm。

轴2段连接透盖与其内径最小直径相等取d2=70。

轴段3工艺段考虑轴承的拆卸仅需略大于轴段2取d3=78mm。

轴4连接轴承型号为内径85mm，故轴4故d4=85mm。

轴5段需略大于轴四段，为了减少应力集中取直径为95mm，故d5=95mm。

轴6段安装轴承型号为内径85mm，故d6=85mm。

轴7段安装止退套筒，内径为78mm，故d7=78mm，轴8段连接透盖与其内径最小直径相等取d8=70mm。

轴9段工艺段直径略小于轴8段取65mm，故d9=65mm。

轴10段与转子套筒相连，直径与套筒内径相等取60mm，故d10=60mm。

轴11段为最小直径与转子套筒相连，有键槽取55，故d11=55mm，轴12段为螺纹段M42。

b）各轴段长度的确定

各轴段1长度应比带轮长度略长取140mm，取l1=140mm。

轴2段连接透盖，长度略长于透盖厚度取78mm，故l2=78mm。

轴段3艺段考虑轴承的拆卸取l3=42mm。

轴4接圆锥滚子轴承，所以长度需略大于轴承内径厚度。

故取l4=50。

轴5根据整体结构考虑取l5=846mm。

轴6安装双列圆柱调心轴承，故l6=80mm。

轴7安装止退套筒，故取l7=27.5mm。

轴8连接透盖长度略大于透盖厚度，故取l8=90mm。

轴9工艺段根据整体结构考虑取l9=170mm。

轴10转子套筒相连，依据转子的高度考虑，考虑下段轴的健连接故取l10=455。

轴11段为最小直径与转子套筒相连，有键槽长度为125mm，故取l11=136mm。

轴12段为螺纹段M42，长度为l12=44mm。

4.2.2轴的强度计算

a.破碎力的确定

冲击时间的计算

（4-3）

式中:

R——料块的半径，mm，

v——转子的圆周速度，m/s。

破碎力P的计算

（4-4）

式中:

P——破碎力，N；

m——料块的质量，kg；

v0——冲击后物料的速度，m/s；

t——冲击时间，s。

b.轴的受力分析（见图4-2

c.画轴的受力简图（见图b）.

图4-2轴的受力分析及弯扭矩图

d.计算支承反力。

皮带轮对轴的总压力为

=

N

由

所以

既

由

e.画弯矩图（见图c）

在水平面上，a—a剖面左侧

a—a剖面右侧

（4-6）

f.画扭矩图（见图d）

（4-7）

4.2.3轴的强度校核

（一）弯曲合成强度校核

通常校核轴上受最大弯矩和扭矩的截面的强度.显然，由于轴最小段放大了以后考虑键槽的影响,而且此截面只承受扭矩,故没有必要校核.由图中A截面处合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险剖面,故a—a截面左侧可能是疲劳破坏危险剖面。

截面A处的弯矩计算

考虑到启动,停止影响扭矩为脉动循环变应力

（4-8）

a.截面A处的应力计算

抗弯截面系数

（4-9）

（4-10）

b.强度校核

45钢调质处理,查表得[

]

<[

]

弯扭合成强度满足要求

（二）轴的疲劳强度安全系数校核

不计轴向力产生的压应力

的影响

a.确定危险截面

通过以上判断得知危险截面为A截面

b.截面左侧的强度校核

（1）抗弯截面系数

（4-11）

（2）抗扭截面系数

（4-12）

（3）截面A左侧的弯矩

（4-13）

（4）截面上的弯曲应力

（4-14）

（5）截面上的扭转切应力

（4-15）

（6）平均应力

弯曲正应力为对称循环应力

（4-16）

扭转切应力为脉动循环变应力

（4-17）

（7）应力幅

（4-18）

（4-19）

（8）材料的力学性能

45刚调质,查表的

（9）轴肩理论应力集中系数

并用插值法计算得

（10）材料敏感系数

由r=4mm

查表,并经插值可得

pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings

图

图5-1螺栓受力示意图

5.结论

通过此次对涡旋式选粉机的设计，包括对其转子部件的设计改进，提高分级力场，吸取o-sepa选粉机的优点采用导风装置提高涡旋效果，提高了选粉效率。

原来减速器的易损件多，维修更换价格高，现在换为皮带传动后，只需更换几百块钱的皮带就可以解决，价格低廉而且更换方便。

易损件如撒料盘均改为铸件，降低成本，连接方式改为螺栓连接降低维修费用。

经过设计改造后的选粉机大大减少了运行成本，提高了生产效率。

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[15]李朝宗O-sepa选粉机结构简介及工作特点[J]中国建材装备No3.1994

致谢

为期三个多月的毕业设计即将结束，回顾整个过程，我感受颇多。

在设计之初，杨老师和刘老师带领我们参观了很多建材企业，给我们的毕业设计提供了大量的参考数据和感官认识。

在设计过程中，我翻阅了大量的相关资料，同时将大一至大四上学期所学的相关专业课本认真的温习了一边，增加了很多理论知识。

这次设计，使我将四年中所学到的基础知识得到了一次综合应用，使学过的知识结构得到科学组合，同时也从理论到实践发生了一次质的飞跃，可以说这次设计是理论知识与实践运用之间互相过渡的桥梁。

知识的巩固固然重要，但能力的培养同样不可忽略。

我觉得这次设计的完成,不仅锻炼了我搞设计的工作能力，培养了我独立思考的能力，解决困难的方法，并且也培养了我独立﹑创新﹑力求先进的思想。

同时我认识到：

无论做什么事，只要你深入的去做，难事不难，但如果你不去用心的做，易事不易。

机不可失，我在这次的设计中倾注了大量的心血，尽一切力量争取将设计做到在最好。

我认为我在这段时间内所有的收获，对我今后的学习和工作会是一笔难得的财富。

实践知识不足，但杨老师和刘老师总是耐心地给我讲解有关方面的知识，及时了解我设计中遇到的难题，使我得以在短时间内完成设计工作，同时教导我们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。

在本次毕业设计中，杨老师刘老师付出了辛勤的劳动，在此向他们表示衷心的感谢。

此次设计的圆满完成与同组其他人员的通力合作也是分不开的，他们给了我许多帮助和指点，在此一并表示感谢！

由于自己能力所限，时间仓促,设计中还存在许多不足之处，恳请各位老师同学给予批评指正。

附录

序号图名图号图幅

1总装图X700A0

2转动件X700-14A1

3透盖一X700-14-2-1A3

4透盖二X70014-2-2A3

5主轴X700-14-2A3

6撒料盘X700-14.3-8A3

7挡料板X700-14-3-7A3

8密封环X700-14-3-4A4

9密封圈X700-14-3-5A4

10转子X700-14-1A2

11轴套X700-14-3A2

12导风装置X700-8A2