加料器综述.doc

转鼓式加料器的设计
200x机电技术教育x班 xxx
指导老师:xxx
摘要：本文阐述了转鼓式加料器的工作原理及结构特征，并在此基础上进行了加料器的技术参数的计算确定、总体方案的确定。其中包括转鼓、轴、料斗及箱体等零件的结构设计，整体结构及装配的三维设计等。
关键词：转鼓式加料器、微硅粉
1 前言
转鼓式加料器是加料器的一种，它是大部分机械设备用来定量供料及卸料的一部分。而转鼓式加料器是指通过旋转的鼓体产生的离心力及其叶轮结构来实现加料并对进料进行密封。它是机械设备发展的产物，同时它的发展又推动着机械及其交叉科学的进步。转鼓式加料器在食品、医药、化工、能源、矿业和农业生产等领域都有广泛的应用，对于微硅粉这种细小颗粒的物料进行加料，同时还要实现对进料的密封，从而达到某些工业生产的要求。在食品、化工、粉末冶金等行业,需要对大量粉体进行定量配料或者包装生产。目前粉体定量存在速度低,误差大,环境污染严重等问题。高性能定量加料器对提高粉体定量生产效率、改善工作环境、节约资源、加强环保和安全生产等起到了重要作用。
2 加料器的种类
在生产研究中输送物料的类别包括固体、流体、微观粒子和粉粒体等，输送方向包括各种角度与高度。流体物料大都利用泵和管道来输送。本文探讨的是微硅粉的输送，粉粒体加料器常有带式加料器、链条式加料器、斗式加料器、悬吊式加料器、振动式加料器、螺旋式加料器、辊子式加料器、气力加料器、转鼓式加料器、旋流式气力输送加料器、螺杆加料器、挥发式加料器、电磁加料器等。
3 转鼓式加料器的工作原理及特点
转鼓式加料器是通过自身的转动来实现将粉粒带入进料腔或储存处，其进料量和速度可通过转鼓的转速来调节。它由于自身的结构特点可起到对进料的密封作用这是有些加料器所没有的，其原理结构简单便于维护修理。它通过减速机通过传动件将动力传递到叶轮,使其在壳体内旋转。当物料从进料口落到上端料斗后,随着叶轮的旋转被传送到下端,由出料口排出。因整个物料输送过程是在密闭空间中进行,故旋转加料器很适用于化工、冶金、轻工、水泥、水电、医药、食品、粮食等部门密闭输送各种粉状及小颗粒物料。旋转加料器在PVC生产装置中主要安装在干燥器、旋风除尘器及布袋除尘器的出料口处,因其具有一定程度的气密性,所以在系统两端有压差的情况下仍可保证物料的正常输送,在输送过程中不漏气且不破坏物料的形状,当需要改变物料输送量时可通过调节叶轮的转速来实现[1]。故转鼓式加料器对于细小颗粒粉粒状的物料是非常适宜的选择。其结构如下图1所示。

图1 结构示意图
1、壳体 2、叶轮 3、隔啌 4、叶片
4 微硅粉物料的进料常见问题及改进
如微硅粉体积小的物料，粒子尺寸的减少,使微粒的比面积增大,粒子间粘附力增加,物料粒子变得很“粘”,流动性很差[5]。若采用螺旋加料器这将使加料器下料发生严重的挂料,甚至有不落料的现象发生。另外由于硅粉的硬度比较高，使得加料器的密封装置表面很快磨损，导致密封失效[7]。若改成填料密封，但硅粉进入填料腔内，造成轴面磨损引起泄露。目前尚没有现成的商品加料器可供使用,如果对现有大流量固体颗粒加料器进行按比例缩小,试验中将会出现物料的堵塞、加料杆的卡涩、加料器流量脉动的产生等现象,即使加装搅拌或振动装置,也很难达到试验要求[8]。而本文采用转鼓式加料器的核心部分是转鼓可在很大程度上排除卡涩现象，且有自动清堵及硅粉加料所要求的密封功能。因而本文在参考已有固体颗粒加料器的基础上,用试验方法研究了转鼓式加料器,作为添加微细微量固体颗粒的一种探索。因此,开展转鼓式加料器及应用研究,具有较大实用价值和重要现实意义。
防卡措施：有些散状物料(如散粮)中可能混人杂质(如麻袋片、铁钉、木块、绳头等)。通过加料器时，叶轮可被卡住。这不仅会造成驱动电机超载，叶片、壳体受损，而且，往往使整个工艺线不能正常作业或停产。为此，除可在气力输送系统吸咀、分离器等处采取措施防止杂物进人外，主要是在关风器上采用适当的防卡结构。常用的防卡结构大体上有清扫型;切断型;让通道型等形式。下图为解决加料器在运行过程卡料的几种方案[12]。

图a 进出口斜制型 图b 加分离挡板型

图c 加大叶片进入处容积型 图d 加弹性防卡梳片型

图e 加柔性元件密封型 图f 有剥离刷型 图g 有刮棱型

图h 壳体让出通道型
5 国内加料器的发展研究概况
在90年代时，国内机械化工生产技术设备相对于国外较落后。1998年锦州锦飞光学仪器有限责任公司在消化、吸收国外同类设备的基础上国产化的产品。多年来,通过国内众多PVC生产厂家的使用,从试制到定型生产,从单一品种到产品多样化,形成了旋转加料器XJQ系列化产品。旋转加料器是旋转加料器的功能：1)下料:通过控制转速快慢进行下料。2)自动清堵:旋转给料器能根据高电流现象自动探测堵塞,并在测到堵塞后,交替反向/正向操作给料器4个循环以清理堵塞。旋转加料器亦称旋转阀、星形阀,其工作原理是：减速机通过传动件将动力传递到叶轮,使其在壳体内旋转。当物料从进料口落到上端料斗后,随着叶轮的旋转被传送到下端,由出料口排出。因整个物料输送过程是在密闭管道中进行,故旋转加料器很适用于化工、冶金、轻工、水泥、水电、医药、食品、粮食等部门密闭输送各种粉状及小颗粒物料。旋转加料器在PVC生产装置中主要安装在干燥器、旋风除尘器及布袋除尘器的出料口处,因其具有一定程度的气密性,所以在系统两端有压差的情况下仍可保证物料的正常输送,在输送过程中不漏气且不破坏物料的形状,当需要改变物料输送量时可通过调节叶轮的转速来实现[3]。
在医药生产方面药粉的加料仍然需要人工加料，随着国内生产技术的发展成熟国内自 20 世纪 80 年代开始规模性应用胶囊充填机以来，其上料方式经过了几个过程：从原来人工爬梯倒料到输送带输送，从桶式提升到正压输送，从真空输送到自动真空输送，另外还有跨层式气控自重输送，其发展表现出上料方式随着时代发展而取得的进步。自动真空上料机的结构飞云厂对胶囊充填机所配置上料方式为自动真空上料。自动真空上料机的原理：自动真空上料机工作时，主机工作腔室在 0.03 MPa负压作用下产生高速流动的气流，并通过输送管将周转桶内物料吸入主机工作腔室内，之后吸入的物料利用自重成螺旋状落入胶囊充填机的料斗内。而在真空气源与物料通路上置有进口滤布进行洁净过滤，并伴随着上料过程的同时，附着在滤布上的微粉将利用机械自动抖动予以清理，以防止真空通路受堵。
2002年国内某石油公司对螺旋加料器的密封装置进行改造，采用填料与迷宫组合密封结构，加氮气阻塞。有效地解决了含固体颗粒密封存在的问题。改进后的密封装置，保护氮气的进入，加料器的动能可以根据料器内硅粉的状态任意调节，在保护硅粉不能进入密封装置的前提下，氮气的消耗降到最低，且运行期间保护气体耗量稳定。2003年有了PTA计量自动加料装置是利用连续/分批供给方式,以事先设定好的供给量为目标值,一边将体积密度、其他变量按一定质量进行自动修正,一边连续、分批进行供料。同时对于螺旋加料器在运行是出现的卡涩流量脉动、及挂料问题也得以解决。针对固体颗粒加料器供给流量的脉动性问题,采用动态测试技术对螺杆加料器的主要参数进行联动测试,获得了流量变化的基本规律,即流量系数随转速的增大而增大,而且螺距越小,转速对流量系数的影响越大.通过对流量脉动动态定量关系的深入分析,发现出料通道宽度的周期性变化是加料器流量脉动的主要成因.根据脉动互补原理,提出了一种有效抑制脉动的方法,并研制了一种新型双螺杆加料器.经实验验证该方法有效可行、效果显著,可为加料器设计和改进提供理论指导和技术参考.研制出的双螺杆加料器对流量脉动的抑制非常有效。
在生物质细粉加料技术方面的改进，在生物质快速热解的研究中,生物质细粉的稳定加料问题非常重要。通过对不同加料方式的加料特性对比,提出了适合生物质细粉的加料装置即旋流式气力输送加料器。研究表明,该加料装置具有连续稳定的特点,解决了生物质快速热解中小料率实验所要求的加料精度难题,且该加料装置也适合于其他粘性粉料(如细煤粉、超细粉)的连续均匀加料。该加料方法也不能很好地实现生物质加料的稳定性和加料率线性可调的要求。生物质细粉的固有物性导致其流化性能差,应用现有的螺旋加料器和气力输送加料器存在物料结块、架拱、不稳定等问题。开发的旋流式气力输送加料装置适于小料率的正压加料,具有稳定、定量、连续等优点。不仅适于生物质细粉加料,也适合于细煤粉、超细粉末等的稳定加料[7]。
目前我国加料器正日益向智能化发展。2004年来,不少学者致力于煤在循环流化床燃烧条件下氮的迁徙规律的研究。实验台需要实现微细微量固体颗粒的添加,其流量每秒只有几十毫克或更少的数量级。对于这样小的流量范围,加料器孔道尺寸会很小。同时,粒子的尺寸也十分小(范围为5μm~200μm)。粒子尺寸的减少,使微粒的比面积增大,粒子间粘附力增加,物料粒子变得很“粘”,流动性很差。这将使加料器下料发生严重的挂料,甚至有不落料的现象发生。目前尚没有现成的商品加料器可供使用,如果对现有大流量固体颗粒加料器进行按比例缩小,试验中将会出现物料的堵塞、加料杆的卡涩等现象,即使加装搅拌或振动装置,也很难达到试验要求。加料器的核心部分是加料杆,参考已有固体颗粒加料器的基础上,用试验方法研究了松弛和多线螺旋加料杆的新型加料器,作为添加微细微量固体颗粒的一种探索[8]。
6 国外加料器的研究概况
在精确体积式助剂加料器方面，美国佐治亚州亚特兰大的 ProcessControl公司发布了关于其新的体积式系列加料器 AFV的信息，用途为注塑成型时的色母料及直接加入挤 出机或注塑机进料口喉孔的其他助剂的加料和计量。AFV系列加料器最多可连接4个分加料器。使不同的色母料、助剂进入同一个加工设备。特点：是简单、容易操作，给加工厂带来的优点是加料精确和节省成本。加料器和螺杆式进料器，由可调 直流电机驱动，精确计量进入加工设备进料喉孔的着色剂、其他助剂，数控机控制，能根据挤出速度同步调整加料速度，或摇控启 动、停止注塑机运转。也能由人工控制加料速度，两侧有透明视镜，配有卸料211，便于清洗和快速切换原料。AFV系列产品有两种料斗尺寸和不同结构螺杆，供选择的部件有齿轮泵和不同材质的料斗。适应流动性不好和需预干燥的原料。美国UCC公司开发研制单一固体添加剂加料器S-6240，及工业化的气相流化床先进技术生产线性全密度聚乙烯,其产品跨度较大,熔融指0.01~150 g/min,密度0.915~0.970 kg/m3。在微观粒子加料方面：氢及其同位素固态小球的高速注入—弹丸加料是近二十年来受控核聚变研究中发展起来的一项新技术。它是将氢及其同位素(氘、氚)冷却成毫米量级固态小球,然后以高速注入到核聚变等离子体中,实现燃料在等离子体芯部区域的有效沉积,达到加料和密度控制的目的。该技术能大大改善托卡马克装置的放电品质,因而已在托卡马克装置上普遍采用[4]。
7 转鼓式加料器发展研究状况
在粮油加工方面，2008年我国在解决转鼓加料器轴承进料的问题上做了结构改进在实践中, 我们探索了两种结构的改进的方案。(1)叶轮与轴之间采用过盈配合, 并有螺栓顶丝紧固, 轴承与叶轮间由毛毡密封,如图 3 所示。在加料器与壳体的出口两侧留有小缺口( 不可过大),叶轮的两侧面也留有小缺口,这样在叶轮转动时,叶轮上的缺口与壳体上的缺口重合时,隔腔的粉尘就会通过缺口,流入加料器出料口,减少粉尘进入轴承的机会,这种加料器改变了以前对加料器隔腔中的粉尘一味堵的思想, 采用疏通的方法让隔腔中的粉尘流出,此类闭风器在实际使用过程中取得了理想的效果,大大降低了加-卸料器的堵塞的机率[11]。

图3 将隔腔粉尘导出结构
1.轴承 2.毛毡密封圈 3.叶轮 4壳体
(2) 将轴承与加料器隔腔分离轴承外置, 从根本上防止粉尘进入轴承, 如图 4 所示, 同时两端轴承座的下部留有排尘孔, 定期拧开排尘孔螺栓, 清理隔腔中的粉尘, 以免隔腔中的粉尘过多, 造成加料器堵塞。此类加料器清理隔腔中的粉尘方便快捷, 维护方便, 不容易堵塞, 大大降低了在长期使用中的维护成本。从而加料器具有较高的制造精度要求, 制造精度上不可能有无止境的提高。经过对改进后的加料器生产试验表明: 方法一延长了加料器正常使用时间, 方法二从根本上切断了轴承与工作腔间的通道, 杜绝了粉料进入轴承的可能, 最终彻底解决了轴承内进入粉料而使轴承损坏的问题。

图4 轴承与工作腔分离结构
1.轴承 2.壳体 3.叶轮 4.顶丝 5.轴 6.轴承座 7.螺栓
8 国内外转鼓加料器发展前景
随着科技水平的不断提高转鼓加-卸料器的定量加料精度及密封能力达到更高的标准。在加料过程中的问题不断解决，具备节能、环保、自动化、智能化等优点。将结合计算机技术（如PLC等），使加料从以前的机械式转化为现代自动化智能化机器设备。一方面：转鼓加料器的所加物料的种类将不断的扩大范围，将从粉体颗粒扩张到小型零件结合加料器的结构改进向大批量小零件装配给料发展。另一方面：随着转鼓加料器的自身结构的优化达到结构、体积的不断紧凑、减轻。
总结
经过本次论文设计不仅是对大学四年所学知识的综合应用，而且也是对自己能力的一种提高。在这次设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验，并向老师请教等方式，使自己学到了如何把理论知识应用与实践，也培养了我独立学习和工作的能力，树立了对自己完成工作的信心，相信这次设计过程对今后的学习工作生活有非常重要的影响，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计仍有缺陷，但是在设计过程中所学到的东西是这次设计中最大的收获和财富。
本文分析了转鼓式加料器的结构及其工作原理，同时分析了转鼓式加料器在加料过程中的常见问题的解决方案，掌握了其设计和计算的基本方法，由于能力和时间等有限，课题还有不足之处，还有待于进一步的研究与改进，而且本论文着重于理论上的设计、分析，故在今后的研究中，应该进行以下工作:(1)得出试验数据，进行参数优化设计;(2)目前我国的加料器自动化及智能化化技术还不成熟，应大力研究组合和智能型一体化设备。
致谢
本次设计是在李立和老师的细心指导下完成的。在整个论文完成过程中，无论是在学习还是生活上，两位老师都给予我很多的关心和帮助，他们严谨的治学态度，勤勤恳恳的钻研精神都使我受益匪浅。他们是我以后生活工作中的榜样。在此对两位李老师表示衷心的感谢！此次设计能顺利的完成离不开院领导和其他老师的帮助，机械教研室老师的关心，以及CAD机房管理员的帮助，也得到了同学们的帮助，机房管理员为我提供最便捷的时间，图书馆提供了大量的有关设计方面的资料。
最后，再次谨向百忙之中评阅本文的各位老师表示诚挚的感谢！祝各位老师身体健康，工作顺利！
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