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0 引言
0.1 概述
適用范圍廣、操作方便、運(yùn)轉(zhuǎn)率高，在水泥工業(yè)中被廣泛用于旋蓋粘土、礦渣、碎石、煤等原、燃料。干燥時，熱空氣或熱煙氣將熱量傳給物料，使水份蒸發(fā)，同時依靠通風(fēng)設(shè)備的作用，使干燥設(shè)備內(nèi)的干燥介質(zhì)不斷更新，以排除水汽。干燥設(shè)備的形式也是多種多樣的，水泥工業(yè)中常用的有電動旋蓋機(jī)、流態(tài)旋蓋機(jī)、攪拌（懸?。┬w積極氣流式干燥管等。近年來國內(nèi)外還在研究噴霧干燥裝置。這些設(shè)備一般都利用熱煙氣進(jìn)行對流旋蓋電動旋蓋機(jī)筒體一般為單直筒型，安裝時筒體與水平成一傾斜角度，物料從高端進(jìn)入，隨著筒體的回轉(zhuǎn)緩緩流向低端而后卸出。在中小型水泥廠中，旋蓋機(jī)的筒體長度一般為12-20m，以保證物料在旋蓋機(jī)內(nèi)的停留時間，滿足旋蓋工藝要求。出熱風(fēng)爐的熱氣流和物料在筒體內(nèi)以順流或逆流形式進(jìn)行熱交換。在旋蓋過程中，單筒式旋蓋機(jī)約有35％－55％的熱量隨廢氣流失和由筒體向外散失掉。
針對手持式電動旋蓋機(jī)存在的弊端，我們開始設(shè)計一種套筒式旋蓋機(jī)。該機(jī)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，占地面積小、單位機(jī)重產(chǎn)量高、熱效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。
0.2工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
套筒式旋蓋機(jī)是通過對單筒旋蓋機(jī)的單一筒體改為套疊在一起的兩筒或三筒，以縮短旋蓋機(jī)的外形尺寸。該機(jī)工作時，物料和熱氣流依次進(jìn)入內(nèi)外筒體，在旋蓋機(jī)內(nèi)作“V”或“N”形往復(fù)折流后，充分利用熱能旋蓋物料后再卸出。
該旋蓋機(jī)筒體部分由兩個筒軸水平放置的內(nèi)外套筒組成，內(nèi)通為一錐筒，外筒為直筒，這就使通體的截面得到充分利用，其筒體外形總長度約為相當(dāng)?shù)膯瓮驳?0％－60％，從而大幅度的減少了占地面積和廠房建筑面積。
該機(jī)的支撐裝置，在高溫端采用活套在內(nèi)筒上的輪帶與托輪支撐，低溫端則在中心軸上用一滾動軸承支撐，并采用中心傳動，使總體結(jié)構(gòu)緊湊、合理。為便與磨損件的檢修和更換，在中間一般設(shè)計成軸向剖分式，用螺栓固定連接。
該機(jī)工作時，物料與熱氣流順流從內(nèi)錐筒的小端進(jìn)入，被揚(yáng)料板揚(yáng)起與熱氣流進(jìn)行充分的熱交換，同時向大端移動。同理，進(jìn)入外筒后，物料被勺形揚(yáng)料板揚(yáng)起，并均勻地撒落在內(nèi)錐筒外壁的上部，隨筒體慢速回轉(zhuǎn)，物料在環(huán)形空間能經(jīng)歷一較長的滯留時間，最后沿筒壁和內(nèi)筒外壁上的導(dǎo)料板流向出口端，通過翻板閥卸出，廢氣由卸料罩上的旋風(fēng)收塵器收塵后排出。
從上述物料的流程可以看出，物料在被外筒熱氣流直接旋蓋的同時，又被內(nèi)筒的熱氣流間接旋蓋。內(nèi)筒里的物料與熱氣流之間的熱交換以輻射、對流傳熱形式為主，而在外筒內(nèi)，氣體濕度已較大，溫度較低，物料撒落在內(nèi)筒外壁上，使兩者的熱交換以傳導(dǎo)、對流形式為主，從旋蓋機(jī)原理上也是非常合理和科學(xué)的，再者，低溫段的外筒對高溫段的內(nèi)筒有保溫隔熱作用，并使設(shè)備的總散熱面積有對于單筒旋蓋機(jī)減少了30％～40％，總之，該旋蓋機(jī)，在設(shè)備的總體設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有較大的創(chuàng)新。
0.3結(jié)語
隨著水泥生產(chǎn)向大型、高效方向的不斷發(fā)展，套筒式旋蓋機(jī)將以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、熱效率高、投資省、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)，為水泥廠的原、燃料旋蓋提供了一種較理想的旋蓋設(shè)備。
1 物料的旋蓋
在水泥工業(yè)中，當(dāng)采用干法生產(chǎn)時，各種含水的物料如原料、煤和混合材都需要進(jìn)行旋蓋，而采用濕法生產(chǎn)時，煤和混合材也需要旋蓋，這樣才能保證粉磨作業(yè)的正常進(jìn)行。
入磨物料的水分，對磨機(jī)的產(chǎn)量，出磨物料的質(zhì)量及磨機(jī)的操作都有很大的影響。入磨物料水分多，磨內(nèi)含濕量高，細(xì)粒物料會粘附在研磨體、襯板和隔倉板上，使粉磨效率下降；而且，入磨物料水分過高必然會使磨機(jī)作業(yè)條件惡化，給操作和質(zhì)量控制帶來困難。此外，喂入磨內(nèi)的物料，其配合比會受到物料內(nèi)水分的波動而變化，從而出磨產(chǎn)品的質(zhì)量也隨之受到影響。因此，排除物料過多水分的旋蓋工序是水泥生產(chǎn)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。
水泥廠采用單獨(dú)進(jìn)行旋蓋的旋蓋設(shè)備有回轉(zhuǎn)式、懸浮式、流態(tài)式、沸騰式、重力式等。其中最常用的是回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)。這種旋蓋機(jī)雖然旋蓋效率低，投資大，、但是對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以旋蓋各種物料，且設(shè)備操作簡單可靠，故得到普遍采用。
1.1 干燥設(shè)備分類及在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
物料的干燥可以自然的或人工的方法進(jìn)行。
自然干燥，即把濕物料堆放在棚屋里或室外曬場上，借風(fēng)吹日曬使其干燥，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無需專門設(shè)備，不用消耗燃料；但是干燥速度慢，產(chǎn)量低，勞動強(qiáng)度高，操作條件差，而且受氣候影響大。
人工干燥，是把物料堆放在專門的干燥器中進(jìn)行干燥，人工干燥時，傳給物料熱量的方式很多，如利用熱空氣或熱煙氣的對流傳熱；利用紅外線燈或熱的金屬、陶瓷、耐火材料等表面的輻射傳熱。
利用熱空氣或熱煙氣的對流作用進(jìn)行加熱干燥的方法稱為對流干燥，所用的熱空氣或熱煙氣稱為干燥介質(zhì)，根據(jù)水泥工業(yè)物料的特點(diǎn)，普遍采用對流干燥法。這種方法熱源容易獲得，設(shè)備較為簡單，總的費(fèi)用也較低。干燥時，熱空氣或熱煙氣將熱量傳給物料，使水份蒸發(fā)，同時依靠通風(fēng)設(shè)備的作用，使干燥設(shè)備內(nèi)的干燥介質(zhì)不斷更新，以排除水汽。干燥設(shè)備的形式也是多種多樣的，水泥工業(yè)中常用的有電動旋蓋機(jī)、流態(tài)旋蓋機(jī)、攪拌（懸浮）旋蓋積極氣流式干燥管等。近年來國內(nèi)外還在研究噴霧干燥裝置。這些設(shè)備一般都利用熱煙氣進(jìn)行對流旋蓋。
干燥作業(yè)還可以和粉碎、選粉等其它作業(yè)同時進(jìn)行，目前水泥廠的煤粉制備大多采用旋蓋兼粉磨系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)外對水泥原料等采用旋蓋兼粉磨流程也日益增多。這種方法可以簡化工藝過程，減少熱量消耗，但若物料的初水分超過旋蓋兼粉磨系統(tǒng)的允許范圍時，則仍需另設(shè)旋蓋設(shè)備進(jìn)行預(yù)先旋蓋。
總之，旋蓋過程是水泥工業(yè)中基本的熱工過程之一，干燥過程進(jìn)行的好壞直接影響水泥的產(chǎn)質(zhì)量，因此水泥工作者對旋蓋設(shè)備必須給與足夠的重視。
1.2 電動旋蓋機(jī)的型號和特性
在電動旋蓋機(jī)內(nèi)，按物料與熱氣體流動的方向的不同，有順流式和逆流式兩種。順流式旋蓋機(jī)物料與熱氣流的流動方向是一致的，在進(jìn)料端，濕物料與溫度較高的熱氣體接觸，其干燥速度較快，而在卸料端，由于物料易被旋蓋，物料溫度也升高了，而氣體溫度以降低，二者溫差較小，故干燥速率很慢，所以在整個筒體內(nèi)干燥速率不均勻。逆流式旋蓋機(jī)物料與熱氣體流動方向是相反的，已旋蓋的物料的物料與溫度較高、含濕量較低的熱氣體接觸，所以整個筒體內(nèi)干燥速率比較均勻。
順流干燥旋蓋特點(diǎn)示意圖
逆流干燥旋蓋特點(diǎn)示意圖
再選擇旋蓋機(jī)的順逆流操作時，應(yīng)根據(jù)具體條件來考慮，入物料的特性、粒徑、物料最終水分的要求以及車間的布置情況等。在水泥廠中兩種操作方法均有采用，而以順流操作的居多，其主要特點(diǎn)如下：
1. 在旋蓋機(jī)熱端，物料與熱氣體的溫差較大，熱交換過程迅速，大量水分易被蒸發(fā)，適用于初水分較高的物料。
2．粘性物料進(jìn)入旋蓋機(jī)后,由于表面水分易蒸發(fā)，可減少粘結(jié),有利于物料運(yùn)動。用于旋蓋濕煤時，可避免高溫氣體直接接觸干煤引起著火。
3．順流操作的熱端負(fù)壓低，能減少進(jìn)入旋蓋的漏風(fēng)量，有利于穩(wěn)定旋蓋機(jī)內(nèi)熱氣體的溫度及流速。
4．喂料與供煤同設(shè)與旋蓋機(jī)的熱端，車間布置較方便。
5．順流操作的旋蓋機(jī)出料溫度低，一般可用膠帶輸送機(jī)輸送。
6．順流操作的粉塵飛揚(yáng)較逆流時要多，旋蓋機(jī)內(nèi)總的傳熱速率比逆流式要慢。
電動旋蓋機(jī)的規(guī)格是以筒體的直徑和長度表示，目前我國水泥廠常用的幾種規(guī)格的旋蓋機(jī)及設(shè)備參數(shù)如下表所示：
國內(nèi)常用的幾種旋蓋機(jī)的規(guī)格及性能參數(shù)
編號
規(guī)格（m）
L/D
有效容積
轉(zhuǎn)速
斜度（%）
功率（KW）
1
φ1×5
5
3.9
2.44
5
4.5
2
φ1.2×6
5
8.1
2
5
4.5
3
φ1.5×12
8
21.2
2.08
5
20
4
φ2.2×12
5.45
39
4.7
5
17
5
φ2.2×14
6.36
47
4.9
5.24
14
6
φ2.4×18
7.5
81.4
3.2
4
30
7
φ3×20
6.67
141.5
3.5
3
65
電動旋蓋機(jī)的操作控制參數(shù)
干燥物料的種類
石灰石
礦渣
粘土
煙煤
無煙煤
進(jìn)旋蓋機(jī)熱氣溫度（℃）
800～1000
700～800
600～800
400～700
500～700
出旋蓋機(jī)廢氣溫度（℃）
100～150
100～150
80～110
90～120
90～120
出旋蓋機(jī)物料溫度（℃）
100～120
80～100
80～100
60～90
60～90
旋蓋機(jī)出口氣體流速（m/s）
1.5～3
1.5～3
1.5～3
1.5～3
1.5～3
幾種電動旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度A值（Kg/m3·h）
粘土1
粘土2
礦渣
石灰石
水 分
A 值
水 分
A 值
水 分
A 值
水 分
A 值
φ1.5×12
10
22
10
28.5
10
35
2
12.3
15
29
15
38
15
40
3
16.5
20
33
20
43
20
45
4
20.5
25
36
25
47
25
49
5
24.4
30
52
6
26.5
10
35
φ2.2×12
10
22
10
28.5
10
35
2
10.5
15
29
15
38
15
40
3
15.3
20
33
20
43
20
45
4
17.2
25
36
25
47
25
49
5
22.8
30
52
6
22.5
10
33.7
φ2.4×18
10
22
10
19.5
10
30
2
9.6
15
29
15
26
15
35
3
13.8
20
33
20
32
20
37
4
17.9
25
36
25
39
25
39
5
21.5
30
40
6
23.6
10
34
1.3 工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
我們設(shè)計的雙筒旋蓋機(jī)是利用“內(nèi)循環(huán)式旋蓋”的工作原理，設(shè)計的一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的的水平布置雙筒回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)。本機(jī)主要由正面框、密封裝置、回轉(zhuǎn)部分、出料裝置、傳動裝置、支承裝置等組成，水平布置，中心傳動。旋蓋機(jī)筒體部分由兩個同心水平放置的內(nèi)外筒體組成（見圖1），內(nèi)筒體由直端和錐體拼接而成以利物料的流動；外筒為一直筒，設(shè)計為兩段，其中一端為可拆分式，以便修理；筒體長度約為同等旋蓋能力的單筒旋蓋機(jī)的50％～60％，從而大幅度減少了占地面積和廠房建筑面積。
工作是，物料由提升倉送到料倉，經(jīng)自制圓盤喂料機(jī)喂料，由下料管喂入內(nèi)筒與熱氣體順流由內(nèi)筒體的支端進(jìn)入，物料經(jīng)螺旋板的推進(jìn)流入內(nèi)筒錐體部分，隨著筒體回轉(zhuǎn)及揚(yáng)料板的拋散，物料一邊與熱氣體進(jìn)行交換，一邊向前移動，從內(nèi)筒體的出料口進(jìn)入外筒體內(nèi)。為了防止出料口的物料堵塞，在外筒體兩端各設(shè)置了螺旋板，同時，外筒體中的養(yǎng)料板也呈一定的角度布置，作用形似輪旋板，在內(nèi)筒外壁上，也布置了幾塊物料導(dǎo)向板。物料在外筒體中，通過揚(yáng)料板的作用，分別與熱氣體及內(nèi)筒外壁再次進(jìn)行熱交換。旋蓋好的物料由外筒上的出料口卸入翻板閥，廢氣則由出料口經(jīng)出料罩上部入除塵器除塵。
單筒旋蓋機(jī)與套筒旋蓋機(jī)主要熱工性能及參數(shù)對照表
規(guī)格（m）
設(shè)備重（t）
產(chǎn)量（t/h）
熱耗（KJ/Kg）
熱效率（%）
蒸發(fā)強(qiáng)度Kg/（m3·h）
煤耗（Kg/t）
φ1.5×12（單筒）
20
4.9～6
5394～6105
＜50
28～38
30～40
φ2.0×6.5（雙筒）
18
6.1～7
3698～4195
＞80
35～50
16.5～20
φ2.2×14（單筒）
32
10.5～13
5443～5812
＜60
28～38
23～38
φ2.4×8（雙筒）
26
12～15
3587～3984
＞80
33～50
15～19
從上述物料的流程可以看出，內(nèi)筒中的物料與熱氣體的交換以輻射、對流傳熱形式為主，而在外筒中，熱氣體溫度低，濕度也較大，物料被拋散與內(nèi)筒外壁上，在被熱氣體直接旋蓋的同時又于內(nèi)筒外壁進(jìn)行進(jìn)行以傳導(dǎo)、對流形式的熱交換。采用內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，可使低溫的外筒體對高溫的內(nèi)筒體起到保溫、隔熱作用，并使設(shè)備的總散熱面積只相當(dāng)與同等能力單筒旋蓋機(jī)的50％～60％。而且，外筒表面的溫度僅為70℃，較單筒旋蓋機(jī)表面溫度（120℃～140℃）有了大幅度降低。總之，雙筒旋蓋機(jī)有了革命性的改進(jìn)，其使用效果也是非常好。
雙筒旋蓋機(jī)筒體結(jié)構(gòu)簡圖
2 雙筒旋蓋機(jī)的設(shè)計計算
2.1 水分蒸發(fā)強(qiáng)度及旋蓋機(jī)尺寸計算
水分蒸發(fā)強(qiáng)度，是綜合反映旋蓋機(jī)性能的一個主要指標(biāo)，也是在設(shè)計中的一個主要參數(shù)。所謂水分蒸發(fā)強(qiáng)度，是指旋蓋機(jī)單位時間（小時）每平方米有效容積平均蒸發(fā)水的質(zhì)量，其單位是Kg/h·m3，通常以符號A表示。
根據(jù)定義 A＝（Kg/h·m3） （2-1）
公式中 ――旋蓋機(jī)每小時蒸發(fā)水量，（Kg/h）；其計算方法見《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)》
V――旋蓋機(jī)的有效容積（m3）
A的影響因素很多，它與物料的性質(zhì)有關(guān)，物料吸水性越強(qiáng)，旋蓋時，放出的水越多，A值越大；物料的初水份越大，A值也越大；另外，還和旋蓋機(jī)的規(guī)格結(jié)構(gòu)有關(guān)。
在進(jìn)行旋蓋機(jī)設(shè)計和選型時，根據(jù)公式（2－3）計算旋蓋機(jī)的尺寸或規(guī)格，根據(jù)已知條件查閱資料，選擇確定水分蒸發(fā)強(qiáng)度A值，則有效容積為：
V＝（m3） (2-2)
再根據(jù)L/D=5～8,確定L/D值，利用：
(2-3)
計算電動旋蓋機(jī)筒體直徑D和長度L。所得直徑是否合理，最后用旋蓋機(jī)出口風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。
雙筒內(nèi)循環(huán)式旋蓋機(jī)是電動旋蓋機(jī)的一種，電動旋蓋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的支承裝置、擋輪裝置、傳動裝置及密封裝置的結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)窯基本相同。
根據(jù)旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)量進(jìn)行計算
W=/ (2-4)
式中 ——物料的初水分（%）
——物料的終水分（%）
G——旋蓋機(jī)的產(chǎn)量
W=/
=1000X20X（15-2）/（100-15）
=3058.8(Kg/h)
查表《干燥設(shè)備設(shè)計》表8—2部分物料的操作數(shù)據(jù)（P405）可知普通粘土初水分為20%，終水分為2%。氣體溫度為600—700℃，出氣口溫度為81—100℃。蒸發(fā)強(qiáng)度為50—60Kg/.初選蒸發(fā)強(qiáng)度為60Kg/。
計算旋蓋機(jī)的體積參考《燒成與旋蓋》（P259）
V=W/A=
=3058.8/60
=50.98
物料在內(nèi)筒中和在外筒中之間所占的體積理論上應(yīng)相同，則在設(shè)計時內(nèi)筒的體積應(yīng)于內(nèi)筒與外筒之間的體積相同。
L/D=5—8
雙筒旋蓋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小節(jié)約土地資源，故初選長徑比為5，則：
外筒的長度與內(nèi)筒約相同，外筒的截面積是內(nèi)筒的2倍，所以外筒的直徑是內(nèi)筒的倍則：
初選
為了保證旋蓋機(jī)的要求體積50.98，則將L擴(kuò)大取10m。
筒體的錐度 對于單體旋蓋機(jī)，筒體的斜率為3%-5%，對內(nèi)循環(huán)式雙筒旋蓋機(jī)其錐度為3%-5%，選取內(nèi)筒錐度4%。已知筒體的長度約為10m，筒體的錐度為4%的小筒體的中間直徑為1.8m，故可求小筒體小端的直徑為（1.8-5 X 4%）=1.6m，小筒體的大端直徑為（1.8+5 X 4%）=2m。
2.2 物料需在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋時間的計算
計算或確定了旋蓋機(jī)的水分蒸發(fā)強(qiáng)度A后，可根據(jù)下式計算物料需要在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋的時間：
（2-5）
式中 A――水分蒸發(fā)強(qiáng)度（Kg/h·m3）
T――物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋的時間（min）
-――旋蓋機(jī)單位有效容積蒸發(fā)水量（Kg/m3）
即 （2-6）
根據(jù)《硅酸鹽熱工基礎(chǔ)》第363頁式（6-34），如果用干、濕物料平均質(zhì)量和初水分的平均水分代入，則：
（2-7）
將式（2-6）代入（2-6）則得：
(2-8)
式中 ――干、濕物料的平均密度（Kg/m3）
――旋蓋機(jī)的物料填充系數(shù)；操板式＝0.1～0.15，扇形式=0.1～0.3
Gmcp――旋蓋機(jī)內(nèi)干、濕物料平均質(zhì)量（Kg/h）
V――旋蓋機(jī)有效容積（m3）
v1、v2――物料的初、終水分（％）
將式（2-7）代入式（2-4）則得：
(min) (2-9)
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
填充系數(shù) β＝10％
平均密度 =600Kg/m3
初水分 10%～15% 終水分
蒸發(fā)強(qiáng)度 A=40～60
礦渣密度為600Kg/m3 粘土密度為1100～1600 Kg/m3
當(dāng)旋蓋的物料為礦渣時，根據(jù)公式計算出旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
T＝15.32～25.57(min)
當(dāng)旋蓋的物料為粘土?xí)r，根據(jù)公式計算出旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
T=18.7～31.25(min)
2.3 旋蓋機(jī)轉(zhuǎn)速的計算
物料在旋蓋機(jī)筒體內(nèi)經(jīng)歷的時間，與物料在筒體內(nèi)的運(yùn)動速度及筒體的長度有關(guān)，而物料的運(yùn)動速度又與物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)運(yùn)動的狀態(tài)有關(guān)，這個運(yùn)動過程很復(fù)雜，若旋蓋機(jī)的長度為L，物料在筒體內(nèi)停留時間為T，物料運(yùn)動速度為Wm，則有
（2－10）
從而可得
（2－11）
式中 n——旋蓋機(jī)筒體轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）
α——轉(zhuǎn)筒的傾斜角度（度）
D——轉(zhuǎn)筒的直徑（m）
M——比例系數(shù)，當(dāng)填充系數(shù)β＝0.1～0.5時，抄板式m=0.5，扇形式m=1.0
K——比例系數(shù)，對于較輕物料，順流式K＝0.2，逆流式K=2.0；對于較重物料，順流式K＝0.7，逆流式K=1.5
T——物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)需經(jīng)歷的時間（min）
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
比例系數(shù)K＝0.7，比例系數(shù)m=0.5，
揚(yáng)料板長度l=15(m)，小筒的錐度tgα=0.04
轉(zhuǎn)筒的直徑D=2(m)，其中D為大小轉(zhuǎn)筒的平均直徑
當(dāng)物料為礦渣時 T＝15.32～25.57(min)
當(dāng)物料為粘土?xí)r T=18.7～31.25(min)
將以上數(shù)據(jù)代入公式（2－10）得：
當(dāng)物料為礦渣時 n=2.57～4.28(r/min)
當(dāng)物料為粘土?xí)r n=2.1～4.5(r/min)
2.4 電動旋蓋機(jī)所需動力的計算
電動旋蓋機(jī)所需功率可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計算：
N=K’ （2—12）
其中 N——電動旋蓋機(jī)所需功率（Kw）
D——筒體直徑（m）
L——筒體的長度（m）
——最大轉(zhuǎn)速（r/min）
——旋蓋機(jī)內(nèi)物料的平均容積密度（Kg/m3）
——功率系數(shù)，隨旋蓋機(jī)揚(yáng)料裝置的模型和填充系數(shù)β而變，可由下表查得。
電動旋蓋機(jī)功率系數(shù)×值
旋蓋機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)型式
填 充 系 數(shù)
0.1
0.15
0.20
0.25
抄板式
4.9
6.9
8.2
9.2
扇形式
1.6
2.3
2.6
2.9
蜂窩式
0.8
1.0
1.3
1.43
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
筒體直徑D＝2（m），內(nèi)套的大端 筒體長度L＝18（m）
＝4.9×10－5
當(dāng)旋蓋的物料為礦渣時，＝600Kg/m3，＝4.28(r/min)
N＝18.12(Kw)
當(dāng)旋蓋的物料為粘土?xí)r，＝1100～1600Kg/m3，＝4.5(r/min)
N＝27.17(Kw)
2.5 旋蓋機(jī)產(chǎn)量的計算
旋蓋機(jī)的產(chǎn)量可用下列公式計算：
式中 ——旋蓋機(jī)的產(chǎn)量（t/h）
可見旋蓋機(jī)的產(chǎn)量，與旋蓋機(jī)的規(guī)格，被旋蓋物料的初水分、終水份及蒸發(fā)強(qiáng)度有關(guān)。旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度又與被旋蓋物料性質(zhì)、干燥介質(zhì)的性質(zhì)，旋蓋機(jī)的流程及結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)。因此在進(jìn)行旋蓋機(jī)的產(chǎn)量計算時，合理、適當(dāng)?shù)剡x擇確定旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度是極為重要的。
3 卸料罩殼的設(shè)計
卸料罩殼的設(shè)計
根據(jù)物料離開轉(zhuǎn)同時的方向及位置的不同，卸料方法可分為軸向卸料、徑向卸料及中心卸料三種。
（1） 軸向卸料法 最簡單的方法是使物料在轉(zhuǎn)筒低的一端自動流出。若欲保持物料在筒體內(nèi)具有一定的厚度，則可在轉(zhuǎn)筒尾端裝一環(huán)形擋料圈。也可將筒端做成錐型。
（2） 徑向卸料法 在出料端的筒體上開許多孔，物料即由這些孔中卸出。如圓筒篩及水泥熟料的換熱冷卻筒都用此閥卸料。
（3） 中心卸料法 此時轉(zhuǎn)筒在卸料端裝有3～4個瓢，把物料抄起后，倒入狀在筒中心的卸料管而卸出。
根據(jù)本次設(shè)計的要求，我們采用了徑向卸料法，在內(nèi)筒體的大端開了11個卸料孔，外筒體的卸料端開了12個卸料孔。物料由下料管喂入內(nèi)筒，經(jīng)過螺旋板的推進(jìn)流入內(nèi)筒錐體部分，慢慢移動到大端，經(jīng)出料孔流到外筒內(nèi)。物料在外筒體中，通過揚(yáng)料板的作用，旋蓋好的物料由外筒上的出料口卸入翻板閥，廢氣則由出料口經(jīng)出料罩上部入除塵器除塵。
4 密封裝置的設(shè)計
4.1 密封裝置的位置與要求
回轉(zhuǎn)筒一般是在負(fù)壓下進(jìn)行操作，回轉(zhuǎn)的筒體及部件和固定裝置的連接處努克避免存在縫隙，為了防止外界空氣被吸入筒體內(nèi)或防止筒體內(nèi)空氣攜帶物料外泄污染環(huán)境，必須在某些部位設(shè)定密封裝置。
對密封裝置的基本要求是
（1） 密封性能好；
（2） 能適應(yīng)筒體的形狀誤差（橢圓度偏心等）和運(yùn)轉(zhuǎn)中沿軸向的往復(fù)竄動；
（3） 磨損輕，維修和檢修方便；
（4） 結(jié)構(gòu)盡量簡單。
4.2 密封結(jié)構(gòu)
（1） 迷宮式 迷宮式密封是讓空氣流經(jīng)彎曲的通道，產(chǎn)生流體阻力，使漏風(fēng)量減少。根據(jù)迷宮通道方向的不同，分為軸向迷宮式密封和徑向迷宮式密封。迷宮式密封結(jié)構(gòu)簡單，沒有接觸面，因此不存在磨損問題，它不受筒體竄動的影響?？紤]到筒體及迷宮密封圈本身存在的制造誤差、剛度和筒體軸線彎曲，相鄰迷宮圈間的間隙不能太小，一般不少于20～40mm。間隙越大，迷宮數(shù)量越少，密封效果就越差。因此迷宮式密封只適用于氣體壓力小的場合，或者與其它密封結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。
（2） 軸向接觸式 軸向接觸式密封也稱端面密封。最簡單的端面密封由壓緊環(huán)（動環(huán)）和支撐（靜環(huán)）組成。壓緊環(huán)隨筒體旋轉(zhuǎn)并用彈簧緊壓于支撐環(huán)上，支撐環(huán)固定在進(jìn)出料箱上，端面密封是由端面在相對運(yùn)動中緊密研磨嚙合而達(dá)到密封要求。為了確保壓緊環(huán)在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)中的竄動又要與支撐環(huán)緊密貼和，故壓緊環(huán)與筒體是浮動安裝，因而有空隙。這是在端面密封中漏氣的唯一來源，因此應(yīng)當(dāng)極小。
（3） 徑向接觸式 筒體和密封元件間沿徑向的接觸面來防止氣流流通的裝置稱為徑向接觸式密封。用作徑向接觸式密封元件的材料目前有三種：①柔性物，如橡膠帶、毛氈；②金屬摩擦件，如鑄鐵；③碳素（石墨）制品。
（4） 正壓氣封式 正壓氣風(fēng)式密封式是用鼓風(fēng)機(jī)，將空氣通過風(fēng)嘴吹入筒體與隔熱套之間的環(huán)形通道內(nèi)，在整個圓周上形成一股自下而上的氣流，使筒體端部得到冷卻保護(hù)。故風(fēng)壓力稍高于窯頭罩內(nèi)壓力，形成一股自下而上的氣流，使筒體端部得到冷卻保護(hù)。鼓風(fēng)壓力稍高于窯頭罩內(nèi)壓力，形成氣幕密封。鼓風(fēng)的一部分成為二次空氣入窯。這一結(jié)構(gòu)設(shè)有摩擦件，可延長窯口密封圈的壽命。正壓氣封式的缺點(diǎn)是漏入少量冷風(fēng)，對操作有一定不利影響。
本次設(shè)計的雙筒電動旋蓋機(jī)采用了兩種密封裝置：
一種是如下圖的密封裝置，密封圈5為毛氈，主要起隔熱作用。彈簧2和壓板3同時將密封圈5固定于筒體外壁。壓圈4和壓塊1由螺栓一起固定于卸料罩殼上，主要是為壓緊密封圈，使密封圈能夠緊緊貼在筒壁上，還能保護(hù)彈簧和壓板。這種密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。
1——壓塊 2——彈簧 3——壓板 4——壓圈 5——密封圈
第二種密封裝置是軸向迷宮式密封與徑向接觸式的綜合密封裝置，如下圖所示。此種密封結(jié)合了軸向迷宮式密封和徑向接觸式密封的優(yōu)點(diǎn)，使用效果很好。
1——固定迷宮圈 2——耐熱橡膠圈 3——活動密封圈
4——支撐環(huán) 5——固定環(huán)
5 傳動裝置
回轉(zhuǎn)圓筒設(shè)備的轉(zhuǎn)速都較慢，一般在2～6rpm。因而在電動機(jī)將轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)筒時就必須進(jìn)行減速。減速的速比較大，通常的電動機(jī)通過減速機(jī)輸出軸上的小齒輪經(jīng)過一級開式齒輪傳動之后，在傳給裝在筒體上的大齒輪而使筒體轉(zhuǎn)動。隨著筒體的加大，傳動功率亦越來越大。由于大功率、大速比減速器的設(shè)計制造困難，因此較大的筒體有采用雙傳動的。當(dāng)用直流電動機(jī)驅(qū)動時，雙傳動兩側(cè)電動機(jī)的同步是完全可以實(shí)現(xiàn)的。確定單傳動還是雙傳動的主要依據(jù)為電動機(jī)功率的大小。目前電動機(jī)功率150Kw以下的，均為單傳動，250Kw以上的一般為雙傳動，而150～250Kw視具體條件而定。
5.1 電動機(jī)選型
回轉(zhuǎn)圓筒是用于固體顆粒物料的干燥或冷卻的設(shè)備，操作時周圍環(huán)境溫度較高，灰塵較大，在逸出氣體中往往含有腐蝕氣體。選用電動機(jī)時應(yīng)防塵，防腐，防爆，還應(yīng)具有通風(fēng)冷卻裝置，以適應(yīng)高溫輻射的需要。另外為實(shí)現(xiàn)加料和筒體轉(zhuǎn)速同步，有用回轉(zhuǎn)筒主電動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)供給加料的驅(qū)動電動機(jī)。
回轉(zhuǎn)干燥器用于被干燥物料的物性不穩(wěn)定和重量的變動，有時需對筒體進(jìn)行調(diào)速。常用的調(diào)速方法有以下幾種：
（1） 直流電動機(jī)可控硅調(diào)速；
（2） 繞線型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，電阻調(diào)速及可控硅串激調(diào)速；
（3） 電磁調(diào)速異步電動機(jī)（又稱滑差電動機(jī)）；
（4） 整流子變速異步電動機(jī)；
（5） 鼠籠型多速異步電動機(jī)；
（6） 用更換皮帶輪方法進(jìn)行調(diào)速。
本次設(shè)計我們采用的是YCT系列電磁調(diào)速電動機(jī)。YCT系列電磁調(diào)速電機(jī)產(chǎn)品，它是取代JZT系列電動機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。與JZT老系列電機(jī)相比，除統(tǒng)一的技術(shù)條件和測試方法外，還規(guī)定了Y系列拖動電動機(jī)與離合器之間的配套尺寸，并采用統(tǒng)一的控制方案和參數(shù)，便于互換，擴(kuò)大了功率和機(jī)座號范圍；15Kw及以下規(guī)格的效率比JZT老系列約提高3%～4%，17Kw及以上規(guī)格的約提高7%～8%，YCT系列中心高315的機(jī)座號及以下的規(guī)格調(diào)速比為1：10，中心高355的機(jī)座號的調(diào)速比為1：3，比JZT系列提高了額定轉(zhuǎn)速；勵磁繞組絕緣等級由YZT系列的E級提高到B級（或F級），并增加了對電樞溫升考核的限制，還規(guī)定了振動、噪聲限值等。
5.2 YCT系列電動機(jī)
5.2.1 YCT系列電動機(jī)具有以下特點(diǎn)：
（1） 交流無級調(diào)速，具有速度負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速變化率低于3%，與精密型控制器配合后，轉(zhuǎn)速變化率可小于1%；
（2） 結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價格低廉；
（3） 無失控區(qū)、調(diào)速范圍廣，最大可達(dá)10：1；
（4） 控制功率小，便于手控、自控和遙控，適應(yīng)范圍廣；
（5） 起動性能好，起動轉(zhuǎn)矩大，起動平滑。
5.2.2 YCT系列電動機(jī)的基本原理如下：
該系列電機(jī)的無級調(diào)速是電磁轉(zhuǎn)差離合器來完成的，它由兩個旋轉(zhuǎn)部分：圓筒形電樞和爪形磁極，兩者沒有機(jī)械的聯(lián)接，電樞由電動機(jī)帶動與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)勵磁線圈通入直流電后，工作氣隙中產(chǎn)生空間交變的磁場，電樞切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而產(chǎn)生電流，即渦流，由渦流產(chǎn)生的磁場與磁極磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與拖動電動機(jī)相同，輸出軸的轉(zhuǎn)速，在某一負(fù)載下，取決于通入勵磁線圈的勵磁電流的大小，電流越大轉(zhuǎn)速越高，反之則低，不通入電流，輸出軸便不能輸出轉(zhuǎn)矩。
本次設(shè)計的雙筒式電動旋蓋機(jī)所需的功率為18.12～27.17 Kw，根據(jù)《常用調(diào)速設(shè)備技術(shù)手冊》上的YCT系列電磁調(diào)速電機(jī)的技術(shù)參數(shù)，選擇電機(jī)型號為YCT—280—4A，其中電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功率為30Kw，額定轉(zhuǎn)矩為189N·m，調(diào)速范圍1320～132r/min，轉(zhuǎn)速變化率小于3，拖動電動機(jī)型號Y200L—4。
6 減速機(jī)的設(shè)計
回轉(zhuǎn)圓筒用的減速機(jī)采用圓柱齒輪減速器和JZQ型減速器。
轉(zhuǎn)筒載荷特點(diǎn)是連續(xù)、平穩(wěn)、不經(jīng)常起動，考慮到回轉(zhuǎn)筒電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時的負(fù)荷率均較低，選擇減速器時應(yīng)按計算運(yùn)轉(zhuǎn)率（加一定波動余量）作為減速器的設(shè)計功率。并以轉(zhuǎn)筒在起動時的最大力矩為尖峰載荷來核算減速器承受的能力。在選用時，宜將上述的兩系列減速器標(biāo)準(zhǔn)中給出的承載能力降低10%～20%取用。
回轉(zhuǎn)圓筒用圓柱齒輪減速器
型 號
Z L
Z S
中 心 矩
250～1300
500～1500
速 比
7.1～45
50～280
重 量
135～5430
325～5720
本次設(shè)計的雙筒回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是2.1～4.28r/min，而選用的調(diào)速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為1320～132r/min。所以我們設(shè)計的減速器的型號是ZS125，速比為200。
7 支承裝置
回轉(zhuǎn)圓筒旋蓋機(jī)的支承裝置為擋輪、托輪系統(tǒng)。
7.1 托輪與軸承的結(jié)構(gòu)
托輪裝置按所用軸承可分為滑動軸承托輪組和滾動軸承托輪組，滾動軸承托輪組又可分為轉(zhuǎn)軸式和心軸式。還有滑動—滾動軸承托輪組（徑向滑動軸承，軸向滾動軸承）。滾動軸承托輪組具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，摩擦阻力小，減少電耗及制造簡單等優(yōu)點(diǎn)。托輪擋輪標(biāo)準(zhǔn)中每組托輪承載不超過100噸時都用滾動軸承。只有當(dāng)載荷較重時，所需滾動軸承尺寸較大，受到供貨條件的限制而采用滑動軸承。一般干燥器中都用滾動軸承。
托輪組的左右軸承可以是分設(shè)的，也可以是整體的。整個軸承座便于調(diào)整托輪，可通過機(jī)械加工保證左、右兩軸承座孔的同心度，因此取消了調(diào)心球面瓦，或省去了調(diào)心式的止推軸承。較大的托輪組一般采用左、右軸承座分設(shè)的結(jié)構(gòu)，設(shè)有球面瓦，使安裝和調(diào)整過程中，左右軸承始終保持同軸線。
7.2 托輪與軸承的設(shè)計
托輪軸承組的設(shè)計順序如下：由筒體載荷Q，經(jīng)過計算確定軸瓦直徑、長度或滾動軸承的型號。同時在滾圈計算時已定滾圈的寬度和托輪直徑。在此基礎(chǔ)上確定托輪寬度。根據(jù)上述各零件參數(shù)畫出托輪軸承組的結(jié)構(gòu)草圖，然后進(jìn)行軸的精確校合及其它計算。
滑動軸承，由軸承潤滑條件和軸頸彎曲強(qiáng)度定直徑和長度。由于干燥器負(fù)荷都太重，一般都不采用滑動軸承。
滾動軸承，若為轉(zhuǎn)軸式，參照軸頸彎曲強(qiáng)度求得最小直徑，按滾動軸承壽命計算方法經(jīng)計算后選用軸承型號。若為心軸式，在滿足負(fù)荷后，適當(dāng)考慮軸直徑及托輪寬度，通過滾動軸承壽命計算方法選用軸承型號。
8 結(jié)論
本次課程設(shè)計是針對手持式電動旋蓋機(jī)存在的弊端，為了縮小旋蓋機(jī)的外形尺寸；減少筒體的散熱面積，降低筒體的外表面的溫度，最大限度的利用熱能，提高旋蓋效率。我們開始設(shè)計一種套筒式旋蓋機(jī)。該機(jī)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，占地面積小、單位機(jī)重產(chǎn)量高、熱效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。
隨著水泥生產(chǎn)向大型、高效方向的不斷發(fā)展，套筒式旋蓋機(jī)將以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，熱效率高、投資省、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)，為水泥廠的原、燃料旋蓋提供了一種較理想的旋蓋設(shè)備。
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附件清單
總裝圖(手工圖) SH2610-00-00 1張
卸料密封裝置部裝圖 SH2610-03-00 1張
卸料閃動閥部裝圖 SH2610-04-00 1張
閥體 SH2610-04-01 1張
通軸套 SH2610-04-12 1張
軸套 SH2610-04-02 1張
軸 SH2610-04-03 1張
壓桿 SH2610-04-13 1張
搖臂 SH2610-04-04 1張
揚(yáng)料板1 SH2610-01-05 1張
揚(yáng)料板2 SH2610-01-07 1張
揚(yáng)料板3 SH2610-01-08 1張
揚(yáng)料板4 SH2610-01-09 1張
揚(yáng)料板5 SH2610-01-06 1張
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