皮帶輸送機上清掃器改進

磨俊銘 俞玉海 趙澤文 彭耀穩 覃家談 莫芳華 魏昌貴

（廣西鋼鐵集團有限公司煉鐵廠 廣西防城港538002）

1 前言

高爐上料系統主要用于把原燃料通過皮帶輸送機送往高爐冶煉，皮帶輸送機是連接各上料設備的紐帶，設備沿線較長。由于皮帶機輸送的物料不同，且有時物料較濕，致使部分粘稠的粉塵粘接在輸送帶上，因此通常在輸送帶的重要部位安裝一些皮帶清掃器，以達到清潔皮帶表面，增加使用壽命的目的。

2 工作原理及存在問題

2.1 原有皮帶清掃器的工作原理

在高爐上料皮帶輸送機投入使用時，只在驅動滾筒和回程皮帶兩處設計安裝了皮帶清掃器。該清掃器為懸掛式，依靠自重或配重使其上面的清掃刮片與皮帶接觸，分為H型和V型兩種，通過皮帶運轉將粘在皮帶上面的煤刮掉并排除到皮帶外部，以回程皮帶為例，如圖1所示。

圖1 V型皮帶清掃器

這種V型皮帶清掃器懸掛在皮帶架上，調整好距離后依靠自重使其下部的橡膠或聚氨酯刮片與皮帶相接觸，當皮帶經過該清掃器時，粘在上面的煤就會被刮片刮掉并隨兩側的傾斜角度排到皮帶外面，理論上達到清潔皮帶表面的目的。

2.2 原皮帶清掃器存在的問題

1）由于該皮帶清掃器是懸掛在皮帶架上的，與皮帶的距離已經固定，當使用一段時間后，清掃器上的刮片就會磨損，無法有效接觸到皮帶表面，失去其功能性，達不到清潔皮帶表面的目的。

2）由于皮帶在運轉當中會發生上下抖動，而清掃器又是與皮帶接觸的，清掃器也隨著皮帶上下抖動，導致清掃器與皮帶架的連接容易脫落。脫落后的清掃器在皮帶上滑動，其尖端部分可能會劃傷皮帶，嚴重時導致皮帶撕裂。

基于這兩點因素，清掃器在日常的使用和維護當中，需要經常檢查、調整及更換，浪費人力、材料成本，同時存在安全隱患，影響正常生產。

3 皮帶清掃器設計及改進原理

根據高爐上料的實際作業情況，皮帶機是由電機驅動滾筒帶動皮帶運轉的，中間又有各種承載托輻和改向滾筒，皮帶對應運轉時粘在上面的物料就會進入回程的托輾上，把托輾弄臟并粘有這些附著物。物料進入托輾殼體內，從而增大軸承座上的徑向載荷和軸向載荷，使軸承快速磨損，托輾殼體粘上物料會撕裂和拉毛輸送帶的面膠，加速輸送帶的磨損毀壞。如果粘著物進入改向滾筒，就會粘在滾筒表面上，附著力也越來越大，其結果是造成輸送帶跑偏和滾筒串軸，增加輸送帶滾筒軸承的磨損。輸送帶上殘留的物料還會加大對滾筒的摩擦力，有時會引起輸送帶面膠和滾筒包膠層的撕裂，釀成嚴重后果。再者工作面帶回的物料與粉塵，堆積不及時清理影響現場環境衛生，人工清理成本增加。

此次皮帶清掃器采用拉瓦爾噴頭原理及伯努利公式進行推導改進。

3.1 伯努利原理

伯努利原理是建立在流體力學的連續介質理論方程建立之前，力學所采用的基本原理，其實質是流體的動能守恒［1］。即：動能＋重力勢能＋壓力勢能＝常數，伯努利方程揭示氣體力學中流體在重力場中流動時的能量守恒，由伯努利方程可以看出，流速大處壓力低，流速小處壓力高［2］。

伯努利方程公式如下：

P1＋PV21＋Pgz1＝P2＋PV22＋Pgz2＝恒量

3.2 拉瓦爾噴頭原理

拉瓦爾原理是吹掃器的重要組成部分，噴頭（如圖2所示）的前半部是由大變小向中間收縮至一個窄喉，窄喉之后又由小變大向外擴張至管道。管道中的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過窄喉后由后半部溢出。這一架構可使氣流的速度因噴截面積的變化而變化，使氣流從亞音速到音速，直至加速至跨音速。所以，把這種喇叭形噴管叫跨音速噴管［3］。

圖2 拉瓦爾噴管

拉瓦爾噴頭中氣流單元體的動量守恒方程表達式如：

流經拉瓦爾噴頭的加速能量守恒方程如公式所示：

4 壓縮空氣吹掃器工作原理

由伯努利原理在流體力學的能量守恒，在吹掃器工作氣體進入的噴頭前，通過公式計算，設計的管道能讓氣源遵循理想流體的穩定流動輸出，每一個單位體積的動能、勢能和壓強之和為一個恒量。

當恒定流體從管道內進入噴頭時，通過拉瓦爾原理，實現氣體的氣流速度因噴頭截面積的變化而提升，同時每一個噴頭所噴出的氣體在理論上均勻加速。

壓縮空氣吹掃器就是利用壓縮空氣的恒量動能，到因噴頭截面積的變化而提升氣流的速度，對皮帶表面的物料與粉塵進行吹掃清理的原理。這種方法，既能保證吹掃器與皮帶沒有接觸，皮帶運行時粘在皮帶的物料不會對吹掃器造成刮破和磨損，又能延長使用壽命，起到清掃作用，同時讓皮帶吹掃可以減少壓縮空氣的用量，節約成本。

5 壓縮空氣吹掃器的制作

廣西鋼鐵集團有限公司防城港鋼鐵基地項目以1號高爐主皮帶為實例試驗，高爐主皮帶機帶寬為2000mm，水平機長達到350m，輸送量運礦3500t／h、運焦800t／h，輸送速度2m／s，將設計好的管道進行開口與拉瓦爾噴管組合焊接在一起（如圖3所示）。每個小管子的距離保持在設計位置，用于把恒定風力，通過氣體加速均勻的吹到皮帶上，第一根與最后一根的小管子制作時角度往里偏移＜10°把兩側的風量往里收，防止物料與粉塵往外吹出，吹掃皮帶中間的工作面80%即可，最終實現皮帶吹掃。

圖3 皮帶清掃器

6 安裝

原有的分為H型和V型兩種清掃器需要經常檢查、調整及更換，所以清掃效果并不是很明顯。在改進清掃器時，只要在驅動滾筒回程皮帶處設計安裝皮帶吹掃器，該處加裝有除塵罩，吹掃膠帶工作時粉塵通過除塵罩進行收集（如圖4所示），防止二次揚塵外溢影響現場環境，這樣制作安裝的方式，提高了清掃效果也改善了現場環境衛生。

圖4 清掃器安裝位置示意圖

7 結論

綜上所述，經過使用驗證，通過伯努利原理使壓縮空氣作定常流動，達到清掃器噴管時，利用拉瓦爾噴管原理，讓氣體在管中運動時，從截面小處進入，截面大處流出，讓氣流不斷加速，最終產生相對大的推力和面積，起到將壓縮空氣流速增大的作用。

改進的壓縮空氣吹掃器比原來的皮帶清掃器起到更好的清掃效果，減少人工勞動力費用，吹掃器的使用壽命明顯延長，已在廣鋼高爐上料的皮帶輸送機上應用，進一步的保證生產設備穩定運行。