立軸式沖擊破碎機空氣內循環技術分析

樂聲濱,柳逢春

（南昌礦山機械有限公司，南昌330004）

0 引言

立軸式沖擊破碎機是通過高速旋轉的轉子將石料加速，拋到石襯或鐵襯上破碎成砂。立軸式沖擊破碎機在砂石骨料行業得到了廣泛的運用，用于砂石骨料制砂和整形，與傳統棒磨機制砂相比，具有通過量大、成砂量高、占地少、功耗低、磨耗低、不用水及水處理等優點。但是，在干法或半干法工況可能會產生大量粉塵外溢。需要進行防塵設計和處理。為了克服粉塵外溢，行業技術員人員作了很多努力。

1 減少空氣吸入一級內循環

立軸式沖擊破碎機的內部結構如圖1、圖2所示。

圖1 石打鐵立軸式沖擊破碎機

圖2 石打石立軸式沖擊破碎機

立軸式沖擊破碎機，待破碎物料從上部入料斗中心孔進入高速旋轉轉子，如果有溢流，物料在上部入料斗堆積后，再從上部周邊溢流窗落入轉子周邊。進入轉子的物料被轉子加速后拋向轉子外周，與周邊石襯（石打石型）或鐵砧（石打鐵型）相撞，也與溢流下落的物料相撞，撞擊后失去動力的物料從下部排出設備。在物料進入轉子的同時，也有空氣進入轉子，轉子轉速高達1500 r/min左右，轉子外周線速度超過65 m/s，形成空氣負壓，從上部中心孔吸入大量的空氣，從轉子通道口向周邊噴射，分別從上部溢流口和下部出料口溢出，如圖3所示。

圖3 石料、空氣在設備內部走向示意圖

如果是干法制砂，溢出空氣中挾帶大量粉塵，形成嚴重的空氣污染。圖4為某國際品牌在干法制砂中，標準給料狀態時仍出現大量粉塵外溢的現場。此機型為石打石機型，粉塵空氣被轉子加速后，噴射到中部腔的石襯上，石襯是斜面向上，噴射氣流被反射向上，最終從上部溢流口溢出。

圖4 粉塵通過上部溢流門外溢

為了緩解這種現象，在內部都設計有內循環結構，在轉子上方有內部分料斗，當轉子旋轉在轉子上方中心入料孔形成負壓，通過分料斗從內腔吸取空氣，從而形成空氣內循環。不采用入料管從入料斗送料入轉子的最原始結構。但是，這種內循環結構只能改善部分狀態，因為轉子上口負壓從內部分料斗吸取空氣時，會同時從內部和上部入料口吸取空氣，從外部吸取的空氣仍需要排出。

為了減少從上部吸入空氣及上部分料比例的調整，在上部料斗中心孔下設計有推拉門，能夠調整中心孔的開口面積，從而在給料時，料斗中心處于石料積滿狀態，減少空氣進入。這種結構被國內生產單位優化為雙向推拉門結構[1]，中心是一個可以張縮的正方形開口，能在調整中心孔開口面積的同時保證正方形中心永遠對準轉子中心，入料均勻不偏，延長轉子、耐耗件、軸承等壽命，減少振動。采用積料入料方式，空氣較少從入料中心孔進入。

圖5 雙邊同步推拉調節板和積料圖

另外，在溢流口上設計有橡膠板懸掛封閉，但這種封閉不可靠，在壓力氣流的沖擊下，還是出現了大量粉塵外溢。為了進一步消除粉塵的危害，有必要進一步從原理上分析，從結構上改進設計。

產生粉塵處溢的第一個因素是外界空氣的進入，一旦有外界空氣進入，內部無法儲存，勢必溢出。如果中心孔未封閉，在強大負壓的作用下，會有大量空氣進入轉子，經轉子加速后，如風機鼓風，產生高速運動氣流，就一定會從某處溢出。因此，防止粉塵外溢的第一設計要點是盡量減少中心孔的空氣進入。

現有的中心孔推拉門，仍存在一些不足。調節板運行需要人工操作，一旦調整完成，一般不再變動。而來料的狀態是變化很大的，開機、關機及空機運行時，無料或少料，此時，中心入料孔會吸入大量空氣，在干法系統中，同時排出大量粉塵空氣，產生嚴重空氣污染。鑒于此種狀態，筆者進一步提出了動力控制和自動控制調節的新方式[2]，將使這一問題解決方案更加完善。原理如圖6所示。

圖6 自動控制調節入料口系統圖

如圖6所示，通過料位器監控料位變化，設定料位允許變化值，超過或低于允許值將自動張縮入料口，在無料時關閉入料口。能適應立軸式沖擊破碎機來料的動態變化，消除來料動態變化的不良影響，達到及時自動調節入料口大小的目的。也可以采用手動模式，通過人工觀察手動控制動力調整入料口。不需停機，不需人工操作。在運行過程中，入料口一直對中擠滿入料，封閉空氣進入，減少粉塵產生，物料對中均勻進入轉子，振動小，磨損均勻，軸承受力平衡，延長壽命。

2 減少空氣溢出二級循環

中心用石料積滿封閉后，能進去的空氣很少，此時，轉子入料口的負壓主要吸取中部腔體的內部空氣，進行內部循環。要使內循環更好地進行，還需要更優的設計。在石打石腔型中，轉子噴出的高壓氣流通過斜面向上的中部石襯的反射，形成向上的壓力氣流，在經過轉子上部的內部分料斗時，被轉子入料口的負壓吸取。但是，對于石打鐵的腔型，接受石料打擊的鐵砧是垂直布置的，轉子噴出的高壓氣流有一半向上噴射，形成良好的內循環，但也有一半的高壓氣流是向下噴射，勢必從下部出料口噴射出來。

圖7 粉塵從下部出料口噴射現場圖

圖7為某公司產品現場圖。內部空氣從下部出料口噴射后，勢必從外部吸取空氣補充，盡管堆積物料間隙小，但負壓仍可通過此處吸入空氣。因此，防止粉塵外溢的第二設計要點是盡量減少空氣外溢。圖8為一種產品，在下部出料口之外設置兩根回風管，將下部溢出空氣循環回上部，減少空氣外溢量。圖9為文獻[3]的結構，公開了一種將下部空氣轉入中部轉子循環的內部結構。

圖8 外部回風管

圖9 下部回風中部圖

顯而易見，盡管轉子中心入料孔形成了負壓，但經過較長路徑的傳遞，在出料口抽取空氣的壓強有限，雖然在出料口不會出現明顯的溢出粉塵現象，但仍有較輕的溢出現象。在環保要求日益嚴格的今天，我們還需要進一步減少出料口的出風量。圖10為封閉出料口的一種結構，下部左右兩側出料口，設置有90°轉動式擋風門，在外的轉門上有配重。當沒有物料下落時，擋風門因為配重作用，處于水平位置，將出料口封閉，當有物料下落，并在擋風門上堆積，當堆積物料超過擋風門配重時，擋風門轉動開啟，物料下落越多，擋風門開啟越大，但擋風門上仍有相當于配重重量的物料，所以，出料口也是被物料所堆積，能從出料口溢出的空氣就很少了。此結構需有回風道配合，否則，向下的高壓氣流被擋風門阻擋，在出口料堆上形成壓力區，仍會通過物料間隙溢出。

3 上部溢流門封塵三級循環

圖10 立軸破出料口擋風門結構示意圖

立軸式沖擊破碎機的內循環系統，除了出料口要防止空氣外溢，上部入料斗的溢流門也要防止空氣外溢。在圖4中，粉塵通過上部溢流門外溢原因是：轉子噴射的空氣經過中部石襯腔或鐵砧反射轉向上部噴射，向上噴射氣流經過轉子上方的內部分料斗，負壓吸走了部分空氣，但因為空氣向上的動能并沒有完全消除，仍有部分空氣向上，試圖從上部入料斗的溢流門溢出。在有物料的狀態下，粉塵外溢很少，但在沒有入料或入料較少的狀態下，上部出現了較多的粉塵外溢。

通過入料口的自動調節系統可以很大程度消除這種現象，但仍有進一步優化的必要。

向上的空氣是一種旋轉向上的氣流，當遇到上部周邊擋板時，形成空氣正壓，從溢料口溢出。改進如圖11所示，上部周邊以斜度擋板導向氣流改變走向，變向上為向下，回到轉子上方的內部分料斗位置，再被轉子入料口的負壓吸走，這樣，從上部溢流門溢出的空氣就很少了。

圖11 上部周邊空氣流轉圖

以上所描述的三級空氣循環系統：1）轉子噴出的高壓氣流向上到達轉子上方內部分料斗被轉子入料口負壓吸入轉子循環；2）轉子噴出的高壓氣流向下將通過中部回風道回到轉子入料口循環；3）向上到達上部溢流門周邊的氣流被斜面擋板轉向回到轉子循環。此三級循環在南昌礦機稱為“三循環封塵系統”，在實際運用中取得了很好的防塵效果，多次與國內外同類產品同工況運行，得到現場操作者的好評。

4 其它封塵系統

除了在設備內部構建多重循環封塵系統，也可以在外部或內外結合構建更嚴密的封塵系統。

圖12為文獻[4]的結構，通過鼓風機71通過管道7引入風量，形成向上的氣流，再通過上方的引風機81通過管道8收取粉塵氣流?？梢赃M行除塵和收塵作業。

圖12 聯接收塵器的除塵系統

圖13為反擊式破碎機的各類除塵設計[5]，也可用于立軸式沖擊破碎機,有以下特點：1）封閉小室加抽風除塵；2）入料抽風加出料封閉料倉抽風；3）入料抽風加出料皮帶料罩抽風；4）自封閉式入料抽風加旁路回風加出料皮帶料罩抽風；5）自封閉式入料抽風加旁路回風加出料轉向加出料皮帶料罩抽風。因此部分內容已超出本文范圍，請參考相關文獻。

圖13 外部封閉的各種形式

5 結語

綜上所述，具有三循環封塵系統的主機，不需要外部除塵系統配合。如果內部循環封塵系統設計不完備，應配備外部除塵系統，來達到環保要求。

[參 考 文 獻]

[1] 樂聲濱.立軸式沖擊破碎機入料口對中伸縮入料：CN20062015 7001.8[P].2008-06-11.

[2] 樂聲濱.立軸式沖擊破碎機上部入料口自動調節方法：CN201711137024.1[P].2017-11-16.

[3] 樂聲濱.立軸式沖擊破碎機中部回風道：CN200720125698.5[P].2009-07-29.

[4] 李建生,湯明.一種沖擊式破碎機：CN201220367027.0[P].2013-02-06.

[5] 傅自強.石棉選礦廠沖擊式破碎機的除塵[J].非金屬礦,1974(3)：27-33.