螺旋溜槽的設計計算與應用

王紹巖

（河曲縣泰陽煤業有限公司，山西 忻州 034000）

引言

塊煤自由落入煤倉的沖擊和相互間劇烈的碰撞會造成大量塊煤破碎，降低塊煤率，降低企業收益。應用螺旋溜槽，可使煤流沿螺旋溜槽勻速下滑，降低塊煤在下落過程中的碰撞和沖擊，減少塊煤破碎，并提高煤倉的使用壽命。根據螺旋溜槽在煤倉方式安裝不同，螺旋溜槽又分為外螺旋溜槽和內螺旋溜槽兩種，外螺旋溜槽被安裝在筒倉壁，使煤沿筒倉壁下滑；內螺旋溜槽采用獨立的鋼結構立柱支撐，被螺旋安裝于立柱上。相比外螺旋溜槽，內螺旋溜槽直徑小、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 設計計算

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 等參數決定。

圖1 螺旋溜槽示意圖

煤流在螺旋溜槽中的運行軌跡如下。

為使煤流勻速下滑、不堆積和集聚，在煤倉由滿倉再次放煤時，溜槽上的煤能隨煤位的下降而滑動，制作時給螺旋溜槽底板設置一個斜角度，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f=0.35（該值需要根據實際物料種類進行測量和選擇），則底板傾角φ=arctanf=19.29°。

考慮到實際振動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邊緣的夾角為β，公式如下：

將上述公式編入EXCEL，可計算得出各種螺旋溜槽的參數。

2 內外螺旋溜槽對比

將某一參數的內螺旋溜槽和外螺旋溜槽的煤流速度理論值計算分析對比，可發現兩種溜槽的優缺點，對比如下。

內螺旋溜槽參數：螺旋直徑2 600 mm；螺旋螺距3 750 mm；底板傾角16°。經公式計算，正常運行時需要給定的煤流速度v=5 m/s。

外螺旋溜槽參數：螺旋直徑16 000 mm；螺旋螺距24 000 mm；底板傾角16°。經計算，正常運行時給定的煤流速度v=11 m/s。

經計算可知，外螺旋溜槽需要的給定速度約為內螺旋溜槽的2 倍，而高速會導致螺旋溜槽磨損變快，塊煤破碎率增高，煤流對煤倉沖擊增大。

外螺旋溜槽是直接安裝于煤倉側壁上，其參數受煤倉尺寸的約束。但外螺旋溜槽的運行速度快，不容易堵塞，適合運輸濕度大、不易碎的物料。

內螺旋溜槽如圖3 所示，其安裝于中間鋼結構立柱上，尺寸與煤倉的直徑無關，可自由調節，適用于各種物料。但是當煤倉煤位上升時，溜槽的鋼結構立柱會受到較大的側向擠壓力，對鋼結構的穩定性要求較高。內螺旋溜槽用鋼量比外螺旋溜槽大。內螺旋溜槽既可以應用于煤倉，也可以應用于落差較大的輸送機相互搭接處。螺旋溜槽應用于輸送機搭接處，既可減少物料的破碎損耗，也可降低物料對受料設備的沖擊。

圖3 內螺旋溜槽

3 螺旋溜槽結構設計和制造

采用4 根立柱為外框架，螺旋葉片和螺旋側邊擋板等作為支撐也作為溜槽，增強鋼結構立柱的抗擠壓能力。螺旋溜槽設計有引入段、過渡段、勻速段三部分，引入段為來料設備與溜槽的接入段；過渡段為要達到給定速度的加速度段，該段結構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計計算）；勻速段為煤流速度達到設計要求后進入導向溜槽部分勻速下滑的區域。

內螺旋先采用螺栓與鋼結構立柱連接，每隔一個螺距的連接處再進行焊接連接。外螺旋采用預埋螺栓或錨栓與倉壁固定。

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，制作需要設計專用的工裝和設備。對于直徑較大的葉片，無法直接制作大葉片，可采用三維軟件建模，將整體模型等分成若干小段模型，設計專用的模具，將螺旋葉片分段分小節壓制成型，再拼焊成大葉片。

為降低塊煤在運行過程中的翻滾現象，保持塊煤的勻速滑動，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的敷面材料，使葉片具備較高的耐磨性，防止堵塞溜槽現象發生。對于外螺旋溜槽，因運行速度較高，可采用陶瓷、鑄石板等耐磨材料敷面。內螺旋溜槽速度較低，為防止堵塞，可采用摩擦系數較低的高分子材料敷面。

4 結語

采用螺旋溜槽可以減少塊煤的破碎率，提高煤倉使用壽命，降低受料設備沖擊。內螺旋溜槽直徑小，造價低，煤流速度小，塊煤的破碎率更小，在解決鋼結構立柱穩定性和低速堵煤問題上，應用前景將非常廣泛。