大型回轉設備功率設計與分析

張春曉+楊占凱

摘要大型回轉設備傳動功率很大，分析設備功率的影響因素，是大型回轉設備設計成功與否的重要因素之一。文章就大型回轉設備功率設計影響因素進行了詳細分析，通過幾種計算方法來驗證設計參數是合理的。

關鍵詞大型回轉設備；功率；傳動功率

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0190-01

1分類及功率影響因素

大型回轉設備包含：混合機、回轉窯、球磨機等設備，該設備普遍用于燒結，球團，礦山等原料的預處理。本文通過混合機為例進行功率設計與分析，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩等幾方面進行考慮，通過兩種方法進行了計算驗證，確認該計算方法是正確的。

2主傳動功率計算

φ5.1×24.5 m圓筒混合機是我公司自主設計的國內最大規格的混合機，應用了多項專利技術，包括新型的托圈結構、新型焊接工藝方法以及新型的刮刀裝置等新技術，通過實踐檢驗，由于應用上述新技術，提高了大型混合機的整機技術性能，確保了先進性和可靠性，使混合機的設計和制造水平有了較大的提升，產品品質又上了一個新臺階。

本文結合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計條件，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩及粘料和安裝精度等幾個方面進行了詳細的設計計算，通過數據能清晰反映出影響圓筒混合機傳動功率的因素，對指導設計提供了依據。

計算如下：

（1）

式中，P—傳動電動機功率（kW）；Mn—回轉阻力矩（N·m）；n—轉速（r/min）；η—效率。

2.1 圓筒回轉阻力矩計算

圓筒回轉的阻力矩是由物料提升阻力矩和運轉摩擦阻力矩兩部分組成，計算公式如下：

Mn=K（Mg+Mf） （2）

式中，K—混合料量波動等未計因素采用系數，K=1.25；Mg—提升阻力矩（N·m）；Mf—運摩擦力矩（N·m）。

Mg=GRcSinβ （3）

式中，G—流動物料的重力（N）；Rc—重心C點的半徑（m）。

G=9800LeAρ （4）

式中，A—物料截面積（m2）。

（5）

根據填充率ψ=7.95%，查《大型燒結設備》表3-3 ，有：θ=43°

2.2 物料提升阻力矩Mg的計算

物料提升掉落后，形成的夾角一半為β角，βmax=40°，這樣偏于安全。

則：Mg=GRcSinβ=9800LeAρ··Sinβ

取ρ=1.7 t/m3。

有：Mg=809838.7 N·m

2.3 運轉摩擦阻力矩Mf的計算

運轉摩擦阻力矩包括托輪、擋輪軸承摩擦阻力矩和與滾圈間的滾動摩擦阻力矩，但因擋輪軸承摩擦阻力矩不超過托輪的5%，與滾圈間的滾動摩擦阻力矩也很小，故略去這兩部分，則

（6）

式中，μ—托輪軸承摩擦系數，滾動軸承并為油脂潤滑時，取μ=0.015；G—流動物料的重力（N）；W—筒體及附著粘結料總重力（N）；Dr—滾圈直徑（m），Dr=5.74 m；Dt—托輪直徑（m），Dt=1.4 m；d—托輪軸頸直徑（m），d=0.36 m；α0—滾圈與托輪接觸角（°），一般α0=30°。

流動物料重力G的計算：

G=0.163Qt （7）

式中，Q—混合機給料量（t/h），Q=1220t/h；t—混合時間，t=3 min。

G=596580 N

筒體及附著粘結料總重力W的計算：

W=W1+W2 （8）

式中，W1—筒體及內部附件重力（N），W1=235263 kg=2352630 N；W2—粘結料層重力（N）。

W2=9.8πLρb（D－δ）δ （9）

式中，L=24.5 m；D=5.1 m；ρb—粘結料層密度（t/m3），ρb=2.75 t/m3；δ—粘結料層厚度（m），δ=0.15 m。

則，W2=9.8πLρb（D－δ）δ=1540179 N

W=W1+W2=3892809 N

=57385.77 N·m

所以Mn=K（Mg+Mf）=1084031 N·m

2.4 主傳動電機功率

= 757.14 kW

考慮到電機所受負載情況，有P=757.14×1.15=870.7 kW

根據經驗，圓筒混合機的摩擦阻力矩Mf約為重力矩Mg的10%，筒內料量波動約為12%，功率計算時分別以1.1和1.12兩個系數考慮這兩個方面因素，只把物料重力矩作為功率計算的依據，傳動系統總效率取0.84，得到如下簡化計算公式：

P=80D3Sin3θnLρ×10-3=813.4 kW

考慮到電機所受負載情況，有P =813.4×1.15=935.4 kW

3結論

通過設計計算，確定選擇型號為YKK560—6（功率：p=1000 kW；轉速：n=989 r/min；電壓：V=10 kV）的電動機是合理的，符合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計要求，能夠適應特定的工作環境。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]汪用澎，張信主編.白明華主審.大型燒結設備[M].機械工業出版社，1997.

[3]賀永德.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.

endprint

摘要大型回轉設備傳動功率很大，分析設備功率的影響因素，是大型回轉設備設計成功與否的重要因素之一。文章就大型回轉設備功率設計影響因素進行了詳細分析，通過幾種計算方法來驗證設計參數是合理的。

關鍵詞大型回轉設備；功率；傳動功率

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0190-01

1分類及功率影響因素

大型回轉設備包含：混合機、回轉窯、球磨機等設備，該設備普遍用于燒結，球團，礦山等原料的預處理。本文通過混合機為例進行功率設計與分析，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩等幾方面進行考慮，通過兩種方法進行了計算驗證，確認該計算方法是正確的。

2主傳動功率計算

φ5.1×24.5 m圓筒混合機是我公司自主設計的國內最大規格的混合機，應用了多項專利技術，包括新型的托圈結構、新型焊接工藝方法以及新型的刮刀裝置等新技術，通過實踐檢驗，由于應用上述新技術，提高了大型混合機的整機技術性能，確保了先進性和可靠性，使混合機的設計和制造水平有了較大的提升，產品品質又上了一個新臺階。

本文結合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計條件，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩及粘料和安裝精度等幾個方面進行了詳細的設計計算，通過數據能清晰反映出影響圓筒混合機傳動功率的因素，對指導設計提供了依據。

計算如下：

（1）

式中，P—傳動電動機功率（kW）；Mn—回轉阻力矩（N·m）；n—轉速（r/min）；η—效率。

2.1 圓筒回轉阻力矩計算

圓筒回轉的阻力矩是由物料提升阻力矩和運轉摩擦阻力矩兩部分組成，計算公式如下：

Mn=K（Mg+Mf） （2）

式中，K—混合料量波動等未計因素采用系數，K=1.25；Mg—提升阻力矩（N·m）；Mf—運摩擦力矩（N·m）。

Mg=GRcSinβ （3）

式中，G—流動物料的重力（N）；Rc—重心C點的半徑（m）。

G=9800LeAρ （4）

式中，A—物料截面積（m2）。

（5）

根據填充率ψ=7.95%，查《大型燒結設備》表3-3 ，有：θ=43°

2.2 物料提升阻力矩Mg的計算

物料提升掉落后，形成的夾角一半為β角，βmax=40°，這樣偏于安全。

則：Mg=GRcSinβ=9800LeAρ··Sinβ

取ρ=1.7 t/m3。

有：Mg=809838.7 N·m

2.3 運轉摩擦阻力矩Mf的計算

運轉摩擦阻力矩包括托輪、擋輪軸承摩擦阻力矩和與滾圈間的滾動摩擦阻力矩，但因擋輪軸承摩擦阻力矩不超過托輪的5%，與滾圈間的滾動摩擦阻力矩也很小，故略去這兩部分，則

（6）

式中，μ—托輪軸承摩擦系數，滾動軸承并為油脂潤滑時，取μ=0.015；G—流動物料的重力（N）；W—筒體及附著粘結料總重力（N）；Dr—滾圈直徑（m），Dr=5.74 m；Dt—托輪直徑（m），Dt=1.4 m；d—托輪軸頸直徑（m），d=0.36 m；α0—滾圈與托輪接觸角（°），一般α0=30°。

流動物料重力G的計算：

G=0.163Qt （7）

式中，Q—混合機給料量（t/h），Q=1220t/h；t—混合時間，t=3 min。

G=596580 N

筒體及附著粘結料總重力W的計算：

W=W1+W2 （8）

式中，W1—筒體及內部附件重力（N），W1=235263 kg=2352630 N；W2—粘結料層重力（N）。

W2=9.8πLρb（D－δ）δ （9）

式中，L=24.5 m；D=5.1 m；ρb—粘結料層密度（t/m3），ρb=2.75 t/m3；δ—粘結料層厚度（m），δ=0.15 m。

則，W2=9.8πLρb（D－δ）δ=1540179 N

W=W1+W2=3892809 N

=57385.77 N·m

所以Mn=K（Mg+Mf）=1084031 N·m

2.4 主傳動電機功率

= 757.14 kW

考慮到電機所受負載情況，有P=757.14×1.15=870.7 kW

根據經驗，圓筒混合機的摩擦阻力矩Mf約為重力矩Mg的10%，筒內料量波動約為12%，功率計算時分別以1.1和1.12兩個系數考慮這兩個方面因素，只把物料重力矩作為功率計算的依據，傳動系統總效率取0.84，得到如下簡化計算公式：

P=80D3Sin3θnLρ×10-3=813.4 kW

考慮到電機所受負載情況，有P =813.4×1.15=935.4 kW

3結論

通過設計計算，確定選擇型號為YKK560—6（功率：p=1000 kW；轉速：n=989 r/min；電壓：V=10 kV）的電動機是合理的，符合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計要求，能夠適應特定的工作環境。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]汪用澎，張信主編.白明華主審.大型燒結設備[M].機械工業出版社，1997.

[3]賀永德.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.

endprint

摘要大型回轉設備傳動功率很大，分析設備功率的影響因素，是大型回轉設備設計成功與否的重要因素之一。文章就大型回轉設備功率設計影響因素進行了詳細分析，通過幾種計算方法來驗證設計參數是合理的。

關鍵詞大型回轉設備；功率；傳動功率

中圖分類號：TH17 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0190-01

1分類及功率影響因素

大型回轉設備包含：混合機、回轉窯、球磨機等設備，該設備普遍用于燒結，球團，礦山等原料的預處理。本文通過混合機為例進行功率設計與分析，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩等幾方面進行考慮，通過兩種方法進行了計算驗證，確認該計算方法是正確的。

2主傳動功率計算

φ5.1×24.5 m圓筒混合機是我公司自主設計的國內最大規格的混合機，應用了多項專利技術，包括新型的托圈結構、新型焊接工藝方法以及新型的刮刀裝置等新技術，通過實踐檢驗，由于應用上述新技術，提高了大型混合機的整機技術性能，確保了先進性和可靠性，使混合機的設計和制造水平有了較大的提升，產品品質又上了一個新臺階。

本文結合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計條件，從回轉阻力矩、物料提升力矩、摩擦阻力矩及粘料和安裝精度等幾個方面進行了詳細的設計計算，通過數據能清晰反映出影響圓筒混合機傳動功率的因素，對指導設計提供了依據。

計算如下：

（1）

式中，P—傳動電動機功率（kW）；Mn—回轉阻力矩（N·m）；n—轉速（r/min）；η—效率。

2.1 圓筒回轉阻力矩計算

圓筒回轉的阻力矩是由物料提升阻力矩和運轉摩擦阻力矩兩部分組成，計算公式如下：

Mn=K（Mg+Mf） （2）

式中，K—混合料量波動等未計因素采用系數，K=1.25；Mg—提升阻力矩（N·m）；Mf—運摩擦力矩（N·m）。

Mg=GRcSinβ （3）

式中，G—流動物料的重力（N）；Rc—重心C點的半徑（m）。

G=9800LeAρ （4）

式中，A—物料截面積（m2）。

（5）

根據填充率ψ=7.95%，查《大型燒結設備》表3-3 ，有：θ=43°

2.2 物料提升阻力矩Mg的計算

物料提升掉落后，形成的夾角一半為β角，βmax=40°，這樣偏于安全。

則：Mg=GRcSinβ=9800LeAρ··Sinβ

取ρ=1.7 t/m3。

有：Mg=809838.7 N·m

2.3 運轉摩擦阻力矩Mf的計算

運轉摩擦阻力矩包括托輪、擋輪軸承摩擦阻力矩和與滾圈間的滾動摩擦阻力矩，但因擋輪軸承摩擦阻力矩不超過托輪的5%，與滾圈間的滾動摩擦阻力矩也很小，故略去這兩部分，則

（6）

式中，μ—托輪軸承摩擦系數，滾動軸承并為油脂潤滑時，取μ=0.015；G—流動物料的重力（N）；W—筒體及附著粘結料總重力（N）；Dr—滾圈直徑（m），Dr=5.74 m；Dt—托輪直徑（m），Dt=1.4 m；d—托輪軸頸直徑（m），d=0.36 m；α0—滾圈與托輪接觸角（°），一般α0=30°。

流動物料重力G的計算：

G=0.163Qt （7）

式中，Q—混合機給料量（t/h），Q=1220t/h；t—混合時間，t=3 min。

G=596580 N

筒體及附著粘結料總重力W的計算：

W=W1+W2 （8）

式中，W1—筒體及內部附件重力（N），W1=235263 kg=2352630 N；W2—粘結料層重力（N）。

W2=9.8πLρb（D－δ）δ （9）

式中，L=24.5 m；D=5.1 m；ρb—粘結料層密度（t/m3），ρb=2.75 t/m3；δ—粘結料層厚度（m），δ=0.15 m。

則，W2=9.8πLρb（D－δ）δ=1540179 N

W=W1+W2=3892809 N

=57385.77 N·m

所以Mn=K（Mg+Mf）=1084031 N·m

2.4 主傳動電機功率

= 757.14 kW

考慮到電機所受負載情況，有P=757.14×1.15=870.7 kW

根據經驗，圓筒混合機的摩擦阻力矩Mf約為重力矩Mg的10%，筒內料量波動約為12%，功率計算時分別以1.1和1.12兩個系數考慮這兩個方面因素，只把物料重力矩作為功率計算的依據，傳動系統總效率取0.84，得到如下簡化計算公式：

P=80D3Sin3θnLρ×10-3=813.4 kW

考慮到電機所受負載情況，有P =813.4×1.15=935.4 kW

3結論

通過設計計算，確定選擇型號為YKK560—6（功率：p=1000 kW；轉速：n=989 r/min；電壓：V=10 kV）的電動機是合理的，符合φ5.1×24.5 m圓筒混合機的設計要求，能夠適應特定的工作環境。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2008.

[2]汪用澎，張信主編.白明華主審.大型燒結設備[M].機械工業出版社，1997.

[3]賀永德.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.

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