搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与改进（可编辑）

搅拌楼粉料储存输送系统的节能与改进（可编辑） 搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与改进 设妻&管理&维修技术??一???????? 搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与 改进 刘育贤,车胜创 ,焦予民 ,孙军强? ,? , ?,?.中铁二十局西安 工程机械有限公 司,陕西 西安.长安大学 工程机械 学院,陕西 西安. ’ .. , ’ ,,. , ’, ’ ,, 【摘 要】为了解决搅拌楼站粉料储存输送系统的节能问,根据机械设计节能基本原理对沥青和水泥搅拌站粉料 输送系统进分析与改进。通过分析得出了现有粉料输送系统工作过程中消耗 电能较高的原因;通过对现系统的结构改 进和优化设计得到了相对比较节能的粉料输送系统,可为该系统的节能研究及产品研发提供新的方法。 【 】 ? , . ? , ,? . 关键词】搅拌站;粉料输送系统;气力输送;螺旋输送机 【 】;; ; 中图分类号 : .文献标 志码 : 文章编号 : 引言 粉料存储输送系统的节能分析 无论沥青混凝土搅拌站还是水泥混凝土搅拌站。都 . 粉料存储输送系统简介 有骨料输送系统和粉料 矿石粉、水泥、粉煤灰 、膨胀剂 目前绝大部分的搅拌楼粉料存储输送系统主要由粉 等 存储输送系统,沥青混凝土搅拌站还配有成品料存储 料储存仓 罐 和粉料输送机构两部分组成。粉料储存仓 输送系统 由料仓筒体、排气除尘风帽、支架、进料管道、进料口、出 关于沥青混凝土成品料存储输送系统以及搅拌站骨 料口以及破拱装置等构成;粉料输送机构则由螺旋输送 料输送系统的节能研究,曾有人针对不同机型作了阐述, 机和电机构成。在工程应用中粉料存储输送系统有两种 但是关于两种搅拌站 沥青混凝土搅拌站和水泥混凝土 工作状况:一种是料仓简体进料口的地面高度为左 搅拌站 粉料存储输送系统的节能研究则不多见。虽然有 右,出料口的地面高度为 左右,螺旋输送机将离地 部分沥青混凝土搅拌站粉料存储输送系统已稍做 了改 高左右的粉料输送到离地高左右的计量器或搅拌 进,但仅是从满足工作要求的目的出发.未能按节能的要 机内;另一种是料仓筒体进料口的地面高度为左右. 求从原理出发进行系统研究和改进。通过对该系统改进 出料口的地面高度为左右,螺旋输送机将离地高 来降低电能的消耗.这就是本文的研究目的。 左右的粉料输送到离地 高左右的计量器或搅拌机?。。 内。两种情况如图 所示。 图 螺旋输送机 简化模型 螺旋输送机的消耗功率为 , 、 式中:? 螺旋输送轴所需的功率; ??输送量; ? ? 功率系数.在 . ~ . 之间选取: ? ? 物料的阻力系数 水泥、沙子取 ,煤灰、矿 渣粉取 . : ? ? 螺旋输送机的水平投影长度: 图 粉料储存输送 系统 . 能耗分析 日??螺旋输送机的垂直投影高度。 沥青混凝土和水泥混凝土搅拌设备在工作过程中首 考虑到机械系统的效率,螺旋输送机所需的额定功 先由外部的输送装置 散装水泥运输车 将粉料输送到高 率可按公式计算或左右的料仓入口进入储料仓内.然后又从高 一一或左右出口通过螺旋输送机将粉料输送到高 左右的搅拌机内,最终粉料与其他材料一起搅拌成为 式中: 螺旋输送机的额定功率: 合格的混凝土。若将上述过程消耗的能量相加,就会发现 叩??机械系统的效率,通常选取 . 。 经过这些过程后粉料输送系统消耗的能量是将粉料直接 分析系统能量消耗和由公式和 不难发现,输送 从地面输送到搅拌机或计量器内消耗能量的 倍左右。粉 系统的功率消耗主要由气力和螺旋输送两部分组成。对于 料的势能则在 一最大一较小一较大的过程中不断变化, 输送量相同的螺旋输送系统,其消耗功率与粉料的运行功 这与机械设计节能基本原理相违背 。由以上分析看出, 率和粉料提升功率有关:对于输送量相同的气力输送系 系统消耗的功率主要集中在粉料输送入储料仓内和由筒 统,其消耗功率与粉料的输送距离或高度有关,由此可得 仓输送至搅拌机两个过程。 螺旋和气力两种输送系统所消耗的功率大小主要取决于 粉料由运输车罐内输送到筒仓中主要靠气压卸料装 粉料的输送距离和高度。由于粉料的输送距离和高度又与 置完成。气压卸料装置风机消耗功率计算公式为 储存粉料仓的入料口和出料口以及搅拌机的入料口有关. 所以粉料输送系统消耗功率的大小主要取决于三者间的 : .‘ 。 高度及距离 入料口与出料口之间的距离 。在设计搅拌设 式中:? 风机消耗功率; 备时.由于成品料装运和对粉料计量的要求.搅拌机的入 料口高度已基本确定,粉料仓的入料口和出料口耍考虑其 ??风量; 储存量且与散装水泥运输车的运送量匹配。因此,要在保 ?? 系统压力损失; 叩??风级效率; 证物料输送量 不变的情况下,达到节约电能的目的,应对 ? ? 气力输送、螺旋输送和粉料仓三者进行共同分析和设计。 机械效率。 粉料由筒仓中运输到搅拌机的核心设备为螺旋输送 机.为了分析其电能消耗的过程,必须对其功率进行计 储存输送系统局部节能改进设计 算。为此根据螺旋输送机的使用特点,将其抽象为数学 模型,如图 所示。 针对粉料存储输送系统.根据机械设计节能基本原 设 管理 维修技术 胁衄 ??一?一? ??? 为 ,日 ,根据 ,, 的变化范围求出,在这一组值中,使 理可知:当系统的势能和管道压力 气力 为常数或在最 小区域内变化,系统能量损失较小,则维持系统正常工作 得系统的总功率消 耗最小时对应的 和 值即是所要求 所需输入的功率将会降低,系统能量将得到充分利用,机 的螺旋输送机对应 的物料入口点。为此在中编 器性能将提高,从而达到节能的目的。 写程序.可知此系统功率随着系统势 能变化的功率曲线. 进而得出其最小值,即为所求。 . 节能原理在设计螺旋输送机中的应用 由于系统势能在较小范围内变化,维持系统正常工 根据工程设计经验,目前最流行的粉料输送系统是 作所输入的功率会降低:因此根据储存输送系统的工作 形截面的螺旋输送机。其机壳采用无缝钢管,机壳尾部 要求、结构以及能耗损失等特征,对螺旋输送机进行节 进口通过球形绞链与筒仓翻板门连接.头部出口通过帆 能优化设计 。若在螺旋输送机进 口和出口之间增加一 布袋柔软连接通向主体上的粉料秤斗。安装倾角一般在~ 。之间,必要时可。。螺旋的长度不应超过 个入料口,储存料仓的粉料将分别从螺旋输送机的底部 进料口和中部进料口通过螺旋输送机输送到计量器或 ,螺旋转速 的范围一般为~~,螺旋节距 搅拌机内。此时螺旋输送机的粉料输送量 则由中部进. 。根据工程经验,螺旋在不同安装倾角的输送能力 料 口输送量 和底部进料口输送量 ,两部分组成 ,同时 计算值为: 。, ,。, 在料仓中部设计 个出料口.与螺旋输送机的中部进料。根据上述计算取值 ,取安装倾角为 。,螺旋直径为 口相对应。改进后,当料仓粉料满装时,粉料从中部出料 ,转速为 ~, 取 ,煤粉料阻力系数? 口通过接管进入螺旋输送机上的进料口,将输送量为 取 . 。通过仿真.可 求出系统消耗功率最小时对 的粉料输送到计量器内;当螺旋输送机将输送量为 .的 应的点 ,, ,即可确 定螺旋输送机对应的开口布置。其 粉料输送结束.料仓中部出料 口与螺旋输送机上边的进 仿真结果如图 所 示 料 口自动关闭,料仓底部出料口与螺旋输送机底部进料 口同步打开,将输送量为 ,的粉料输送到计量器内。这 样,使得单位时间内粉料系统势能在较小范围内变化。将 ? 螺旋输送机两个工作阶段粉料输送量 ,和 以及在空间 横 的坐标代入公式,可计算出螺旋输送机的功率消耗, 如式所示 ??十? 日 一 分析式可得:粉料由螺旋输送机的不同入口输送 增加的八料口高度/ 图 螺旋输送机进料口位置不同功率消耗曲线 到计量器消耗的功率不同。优化后的系统功率消耗明显 低于原来的系统。但是为了得出系统最小的功率消耗.还 由仿真结果可知:系统消耗的功率随着新增的入料 必须对新增加的粉料入口的位置进行分析确定。 口高度的增加而直线下降,直至达到最高点时.也就是系 对于给定的螺旋输送机,为了确定新的入料口位置. 统的初始势能最小时, 该条件下系统的总消耗功率最小。 由式构造其对应的数学模型。由图 可知:新入料口坐 根据此结果,并依据工程设计经验,考虑成本、可靠性等 标一 , ,:日一日.。 的变化范围为 , , 的变化范围 方面的因素,在符合设计理论的前提下,结合工程实际条 件,可尽量使系统消耗功率降到最小。 . 节能原理在气力输送机中的应用 粉料气力输送机是利用具有一定压力和速度的气流 来输送粉粒体,一般由供料装置、输送管 接进灰管 、分 离机空气动力源 部分组成。为了使气力输送机消耗功率 降低,除了依据系统势能和管道压力在较小范围内的变 化以及相关参数外,还应考虑粉料输送的距离或输送管 的长短。假设现有散装水泥运输车卸装料装置在单位时 间的输送物料量 不变,卸料高度不小于,水平距离 。根据节能原理,若要使运输车发动机在驱动气压卸 图 节能型输送系统数学模型 装料装置实现节能要求,应使卸料高度与水平距离之和 誊 茇 减小,可以采用以下 种方法。 粉料存储输送系统整体节能改进设计 在气压卸装料时,特别是卸料时,使水平输送距 离,\于 通过以上对粉料存储输送系统三个主要组成部分的 为了使卸料高度降低, 应对储存料仓进料口的 分析和优化设计,分别得到了气力输送机、料仓、螺旋输 高度进行重新设计,在储存料仓满足使用要求的情况下. 送机在工作工程中将消耗功率降低的设计。但是,针 实现进料口的高度降低。 对目前粉料储存输送系统进出料口较高和进出料口较低 当储存进料口的高度确定,应在料仓筒壁内设 两种情况运用上述方法能否取得较明显节能效果.还应 计两个进料口,中间为第一进料口,顶部为第二进料口。 对两种情况存储输送系统的实际情况进行具体分析.然节能原理在设计料仓中的应用 后改进系统设计 储存料仓一般为圆柱型,简称筒仓。由上述分析可 . 进出料口较高 知:料仓进料口的高度会影?向气力输送机的消耗功率.并 进出料口较高的粉料存储输送系统主要应用于水泥 使粉料具有料仓出料口高度的势能,造成料仓进料口与 混凝土搅拌站或部分沥青混凝土搅拌站。对其改进应分两 出料口高度之差的势能损失;料仓出料口的高度是影响 种情况考虑,一种为对现在正在应用的存储输送系统进行 螺旋输送消耗功率的主要参数,由此分析可得料仓进料 改进,另一种则为以后生产新的储输送系统的改进设计 口与入口的两个高度直接影响气力输送机和螺旋输送的 对于正在应用的存储输送系统,只要将螺旋输 消耗功率以及粉料势能的损失。同时鉴于料仓进料口与 送机拆下,在其中部配置新的进料口.并通过一个口径较 入口的两个高度决定料仓储存量。且还要与散装水泥运 大的进灰管与料仓 筒壁中部设计的第一进料口连通:同 输车运输量匹配,所以应在综合分析的基础上对料仓以 时在气力输送的进 灰中部管设计第一进料口.即可实现 及进料口与入口高度进行设计。根据节能原理,采用以下 运输车与螺旋输送机的油耗和电能耗降低,如图 所示。 种方法 该方案也适用于以后生产存储输送系统的设计。 料仓容积为常数使 顶部进料口降低的分析设计。 管第 料 口 若料筒仓半径为 ,筒仓高为 ,则料仓容积为 。而有 的搅拌站往往对同一种粉料配置两个料仓。两个料仓容积 管第 则为一个料仓的 倍.此时用 个料仓钢板优化设计为一个 料口 大的圆筒料仓,其容积则为原料仓的 倍,根据实际情况还 可将其形状设计为如图 所示的形式,其容积为原料仓的 倍。鉴于两个料仓优化为一个大料仓,容积是原料仓的 ~ 倍.故优化后大料仓容积在满足工作容积的情况下,可以 根据运输要求将顶部进料口降低。 优化后料仓轮廓线 料仓轮廓线 、 / 、 , 、 / \ 图 士罾加 进 出料 方 粟 图 将两个料仓优化为三个料仓料仓容积为常数并增加进料 口的分析设计 。 对于以后生产存储输送系统,根据料仓与粉粒 为了使气力输送机输送距离缩短,消耗功率降低。应在料 物料运输车罐内容积匹配关系以及同类料占两个料仓等 仓筒壁中部设计一进料口.为第一进料口,将顶部原进料 因素,可将料仓优化设计 图 ,使气力输送机的进料口 口定义为第二进料口。 降低.实现气力输送机油耗降低以及螺旋输送机电能耗 料仓容积为常数使出料口为多个的分析设计。 降低的目的。 为了使料仓内上部粉料所具有的势能损失降低到最低, . 进出料口较低 螺旋输送机要在完成相同输送量的过程中实现节能要 进出料口较低的粉料存储输送系统目前主要应用于 求,应在料仓筒壁中部设计第一出料口,将底部原出料口 中型沥青混凝土搅拌站和中小型水泥混凝土搅拌站。对 其改进也应分两种情况考虑.一种为对现在正在应用的 定义为第二出料口。