TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機的初步設計

張雙江，同秀林

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012；3.唐山德安科技有限公司，河北 唐山 063000)

立式刮刀卸料離心脫水機是選煤廠中用于脫除<13 mm粒級末中煤、末精煤水分的主要設備，由于較高的分離因數、良好的脫水性能、優良的穩定性及比臥式振動離心機更高的性價比等優勢，該類型設備在我國選煤廠得到了廣泛應用。目前，TLL1150立式刮刀卸料離心脫水機是國內同類型設備中處理能力最大的，其處理能力在200 t/h左右[1]，應用也最為廣泛。隨著我國選煤廠的大型化建設和煤礦開采技術的發展，生產現場對立式刮刀卸料離心脫水機的處理能力提出更高要求[2]；加之原設備存在易損件較多[3]、使用壽命較短、所需的垂直拆卸空間大等問題，故有必要研制TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機，以滿足選煤廠的生產需要。

1 結構與工作原理

1.1 整機結構

TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機主要由篩籃、刮刀、鐘形罩、布料錐、入料口、上機蓋、出口保護環、電動機、減振器、油箱、三角皮帶、齒輪差速器、出口圓錐體、機座等組成，整機結構中的固定部分主要包括機座、上機蓋、出口圓錐體，傳動部分主要包括電機、主被動皮帶輪、三角帶、差速器，旋轉部分主要包括布料錐、刮刀、篩籃、鐘形罩等，潤滑系統主要包括油箱、油泵電機、膠管、壓力表等。其結構如圖1所示。

1—篩籃；2—刮刀；3—鐘形罩；4—布料錐；5—入料口；6—上機蓋；7—出口保護環；8—電動機；9—減振器；10—油箱；11—三角皮帶；12—齒輪差速器；13—出口圓錐體；14—機座

1.2 工作原理

物料通過入料口進入機體，經布料錐進入篩籃與刮刀之間的空間；在離心力的作用下，物料緊貼篩籃內壁，其中的水和細顆粒透過物料層和篩縫，沿上機蓋流入機座上部的集水槽，然后通過機座兩側的排液管排出；由于刮刀與篩籃之間存在轉速差(由齒輪差速器提供)，篩籃內側的煤粒被刮刀從內壁刮下，并推送至篩籃大端，然后將脫水物料卸到機器下方的收料漏斗，一個脫水過程基本完成[4-5]。TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機的工作原理示意如圖2所示。

圖2 TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機工作原理

2 技術參數的選取與計算

設計TLL系列立式刮刀卸料離心脫水機的技術參數時，主要考慮分離因數、處理能力、脫水時間、電機功率等。

2.1 分離因數

分離因數是表征離心脫水機脫水性能的主要指標[6]，分離因素越大，其脫水性能越好，但過大的分離因數易使物料的粉碎程度和易損件的磨損程度增大[7]。因此，在選擇分離因數時既要考慮設備的脫水性能，也要兼顧其經濟性。參考以往立式刮刀卸料離心脫水機的分離因數，TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機篩籃大端的分離因數確定為184。

2.2 處理能力

設備處理能力不僅與物料本身特性有關，還與螺旋刮刀結構參數、篩籃結構參數及螺旋刮刀與篩籃的轉速差有關。增加螺旋導程，可以提高處理能力，降低功率消耗，減少易損件的磨損；增加齒輪差速器的轉速差，可以提高處理能力，降低推料轉矩，但脫水時間減少。因此，在保證物料脫水時間的前提下，要盡量增加螺旋導程和轉速差。

按照螺旋排料能力計算，TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機的處理能力[8]為:

Q=kr0Av，

(1)

式中：Q為設備處理能力，kg/s；k為填充系數，對于0～13 mm粒級末煤，選擇0.6；r0為煤的散密度，此處取900 kg/m3；A為螺旋過料面積，m2；v為煤粒沿篩籃軸線方向滑動的速度，m/s。

螺旋過料面積通常按小端尺寸計算，計算式為：

(2)

式中：D為螺旋外錐直徑，D=0.9 m；d為螺旋內錐直徑，d=0.537 m；Z為螺旋頭數，取12；t為螺旋葉片厚度，t=0.016 m；β為螺旋葉片升角，β=53.40°。

煤粒沿篩籃軸線方向滑動的速度計算式為：

(3)

式中：S為螺旋導程，取3.80 m；Δn為篩籃與螺旋之間的轉速差，取8.50 r/min；Ep為輸煤效率，是一個與螺旋葉片升角、篩籃半錐角、煤與篩面的摩擦系數及煤與螺旋葉片的摩擦系數有關的參數，在螺旋葉片升角、篩籃半錐角確定的情況下，其隨摩擦系數的增大而減小，摩擦系數一般按經驗選取[9]，此處煤與篩面之間的摩擦系數取0.45，煤與螺旋葉片之間的摩擦系數取0.40。

依據式(1)、式(2)、式(3)，計算出的TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機處理能力為278 t/h。

2.3 脫水時間

物料的外在水分除與分離因數有關外，還與脫水時間有關，脫水時間越長，其外在水分越低。物料在TLL1400立式刮刀卸料離心脫水機內的脫水時間計算式[8]為：

(4)

式中：T為脫水時間，s；β為螺旋葉片升角，(°)；δ1為物料沿篩籃內壁滑動方向與垂直于篩籃軸線的徑向平面之間的夾角，(°)；Δω為篩籃與螺旋的角速度差，rad/s；α為篩籃傾角，(°)；Kt為滯留時間系數；r1、r2分別為篩籃小端、大端的半徑，m。

通過式(4)可以看出，脫水時間是一個與篩籃結構、螺旋葉片升角及篩籃與螺旋轉速差等有關的物理量，設計時要綜合考慮各參數的情況，保證物料在篩面有足夠的脫水時間。此處計算的脫水時間為2.10 s。

2.4 電機功率

對于立式刮刀卸料離心脫水機而言，電機功率主要包括三部分，即從物料進入離心機到工作轉速所需的功率N1、螺旋推料所需的功率N2、傳動部分消耗的功率N3。

(5)

式中：ω為篩籃角速度，ω=50.80 rad/s；λ為物料攪動損耗能量系數，取1.25；Q為設備處理能力，Q=77.20 kg/s；R為篩籃大端半徑，R=0.70 m。

根據式(5)計算的N1=61 kW。立式刮刀卸料離心脫水機的篩籃半錐角小于煤與篩面之間的摩擦角，物料依靠螺旋卸料，設計中計算的螺旋推料功率N2=14 kW。傳動過程中消耗的功率主要是三角皮帶和齒輪差速器等的消耗功率，計算的N3=11 kW。

除此之外，軸承摩擦、篩籃與空氣摩擦也有消耗，這部分功率不再單獨計算，而是在選擇電機時以系數k2考慮[10]，取k2=1.15。

立式刮刀卸料離心脫水機的總功率計算式為：

N=k1k2(N1+N2+N3)，

(6)

式中：k1為電機安全裕度系數，取k1=1.10。

根據各部分功率綜合計算，可知立式刮刀卸料離心脫水機的總功率為109 kW。

3 技術特點

(1)采用大直徑、低轉速設計，能在保證設備處理能力的條件下提高設備易損件的使用壽命。

(2)采用耐磨防護技術對易損件(刮刀、鐘形罩、出口保護環等)進行處理，可以降低易損件的維護與采購成本。

(3)上機蓋采用分體結構設計，能夠解決因現場空間、上機蓋尺寸及質量造成的拆卸困難問題，拆裝方便、快捷。

(4)考慮到鐘形罩、篩籃等回轉部件質量大，且啟動困難，設計采用耐磨沖洗裝置對鐘形罩和出口保護環之間的間隙進行沖洗，防止煤泥在此堆積，進而影響正常開機。

(5)為了提高潤滑系統的潤滑效果，在原稀油強制潤滑的基礎上加入油溫與油壓檢測裝置，用于監測油質變化，以保證離心脫水機正常工作。

4 結語

立式刮刀卸料離心脫水機是我國選煤廠廣泛應用的脫水設備，主要用于脫除<13 mm粒級末中煤、末精煤水分。隨著選煤廠大型化的建設和原煤中細粒煤的增多，大處理量、高穩定性立式刮刀卸料離心脫水機的研制迫在眉睫。這種大型脫水設備的推廣與應用，不但可以簡化千萬噸級選煤廠的生產工藝，而且能夠降低維護保養成本，進一步提高我國立式刮刀卸料離心脫水機的整體技術水平。

參考文獻：

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