螺旋溜槽的設(shè)計(jì)計(jì)算與應(yīng)用

王紹巖

（河曲縣泰陽(yáng)煤業(yè)有限公司，山西 忻州 034000）

引言

塊煤自由落入煤倉(cāng)的沖擊和相互間劇烈的碰撞會(huì)造成大量塊煤破碎，降低塊煤率，降低企業(yè)收益。應(yīng)用螺旋溜槽，可使煤流沿螺旋溜槽勻速下滑，降低塊煤在下落過(guò)程中的碰撞和沖擊，減少塊煤破碎，并提高煤倉(cāng)的使用壽命。根據(jù)螺旋溜槽在煤倉(cāng)方式安裝不同，螺旋溜槽又分為外螺旋溜槽和內(nèi)螺旋溜槽兩種，外螺旋溜槽被安裝在筒倉(cāng)壁，使煤沿筒倉(cāng)壁下滑；內(nèi)螺旋溜槽采用獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)立柱支撐，被螺旋安裝于立柱上。相比外螺旋溜槽，內(nèi)螺旋溜槽直徑小、煤流速度低、物料相互之間的碰撞和沖擊小，可提高塊煤率[1-4]。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算

如圖1 所示，煤流的角速度ω 和螺旋溜槽螺距h 由螺旋溜槽外半徑R、螺旋角α 和底板傾角φ 等參數(shù)決定。

圖1 螺旋溜槽示意圖

煤流在螺旋溜槽中的運(yùn)行軌跡如下。

為使煤流勻速下滑、不堆積和集聚，在煤倉(cāng)由滿(mǎn)倉(cāng)再次放煤時(shí)，溜槽上的煤能隨煤位的下降而滑動(dòng)，制作時(shí)給螺旋溜槽底板設(shè)置一個(gè)斜角度，該角度叫作底板傾角φ，如圖2 所示。

圖2 底板傾角

底板傾角φ的取值由煤與溜槽底板的摩擦系數(shù)f 決定，受煤的含水率、煤的粒度分布、煤的品種、煤的黏附性等因素影響。

暫取摩擦系數(shù)f=0.35（該值需要根據(jù)實(shí)際物料種類(lèi)進(jìn)行測(cè)量和選擇），則底板傾角φ=arctanf=19.29°。

考慮到實(shí)際振動(dòng)和螺旋角的綜合影響，取值比理論值小2°～3°較合適。

最大傾角γ 為螺旋葉片的最大傾斜角度，由螺旋角α 和底板傾角φ 決定，公式如下。

最大傾角處與螺旋中部槽外側(cè)邊緣的夾角為β，公式如下：

將上述公式編入EXCEL，可計(jì)算得出各種螺旋溜槽的參數(shù)。

2 內(nèi)外螺旋溜槽對(duì)比

將某一參數(shù)的內(nèi)螺旋溜槽和外螺旋溜槽的煤流速度理論值計(jì)算分析對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)兩種溜槽的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)比如下。

內(nèi)螺旋溜槽參數(shù)：螺旋直徑2 600 mm；螺旋螺距3 750 mm；底板傾角16°。經(jīng)公式計(jì)算，正常運(yùn)行時(shí)需要給定的煤流速度v=5 m/s。

外螺旋溜槽參數(shù)：螺旋直徑16 000 mm；螺旋螺距24 000 mm；底板傾角16°。經(jīng)計(jì)算，正常運(yùn)行時(shí)給定的煤流速度v=11 m/s。

經(jīng)計(jì)算可知，外螺旋溜槽需要的給定速度約為內(nèi)螺旋溜槽的2 倍，而高速會(huì)導(dǎo)致螺旋溜槽磨損變快，塊煤破碎率增高，煤流對(duì)煤倉(cāng)沖擊增大。

外螺旋溜槽是直接安裝于煤倉(cāng)側(cè)壁上，其參數(shù)受煤倉(cāng)尺寸的約束。但外螺旋溜槽的運(yùn)行速度快，不容易堵塞，適合運(yùn)輸濕度大、不易碎的物料。

內(nèi)螺旋溜槽如圖3 所示，其安裝于中間鋼結(jié)構(gòu)立柱上，尺寸與煤倉(cāng)的直徑無(wú)關(guān)，可自由調(diào)節(jié)，適用于各種物料。但是當(dāng)煤倉(cāng)煤位上升時(shí)，溜槽的鋼結(jié)構(gòu)立柱會(huì)受到較大的側(cè)向擠壓力，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求較高。內(nèi)螺旋溜槽用鋼量比外螺旋溜槽大。內(nèi)螺旋溜槽既可以應(yīng)用于煤倉(cāng)，也可以應(yīng)用于落差較大的輸送機(jī)相互搭接處。螺旋溜槽應(yīng)用于輸送機(jī)搭接處，既可減少物料的破碎損耗，也可降低物料對(duì)受料設(shè)備的沖擊。

圖3 內(nèi)螺旋溜槽

3 螺旋溜槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造

采用4 根立柱為外框架，螺旋葉片和螺旋側(cè)邊擋板等作為支撐也作為溜槽，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)立柱的抗擠壓能力。螺旋溜槽設(shè)計(jì)有引入段、過(guò)渡段、勻速段三部分，引入段為來(lái)料設(shè)備與溜槽的接入段；過(guò)渡段為要達(dá)到給定速度的加速度段，該段結(jié)構(gòu)既可以是大螺旋角的溜槽，也可以是曲線溜槽（本文不討論曲線溜槽的設(shè)計(jì)計(jì)算）；勻速段為煤流速度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)入導(dǎo)向溜槽部分勻速下滑的區(qū)域。

內(nèi)螺旋先采用螺栓與鋼結(jié)構(gòu)立柱連接，每隔一個(gè)螺距的連接處再進(jìn)行焊接連接。外螺旋采用預(yù)埋螺栓或錨栓與倉(cāng)壁固定。

不同的螺旋葉片采用不同的制作方法，直徑小于3 m、葉片寬度小于1 000 mm的螺旋葉片采用整體下料和拉制，制作需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用的工裝和設(shè)備。對(duì)于直徑較大的葉片，無(wú)法直接制作大葉片，可采用三維軟件建模，將整體模型等分成若干小段模型，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的模具，將螺旋葉片分段分小節(jié)壓制成型，再拼焊成大葉片。

為降低塊煤在運(yùn)行過(guò)程中的翻滾現(xiàn)象，保持塊煤的勻速滑動(dòng)，降低塊煤的破碎率，需要選擇能降低塊煤與螺旋葉片摩擦系數(shù)的敷面材料，使葉片具備較高的耐磨性，防止堵塞溜槽現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)于外螺旋溜槽，因運(yùn)行速度較高，可采用陶瓷、鑄石板等耐磨材料敷面。內(nèi)螺旋溜槽速度較低，為防止堵塞，可采用摩擦系數(shù)較低的高分子材料敷面。

4 結(jié)語(yǔ)

采用螺旋溜槽可以減少塊煤的破碎率，提高煤倉(cāng)使用壽命，降低受料設(shè)備沖擊。內(nèi)螺旋溜槽直徑小，造價(jià)低，煤流速度小，塊煤的破碎率更小，在解決鋼結(jié)構(gòu)立柱穩(wěn)定性和低速堵煤?jiǎn)栴}上，應(yīng)用前景將非常廣泛。