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畢業(yè)設(shè)計
開題論證報告
專 業(yè) 過程裝備與控制工程
學(xué)生姓名 周智洋
班 級 B裝備032
學(xué) 號 0310140153
指導(dǎo)教師 咸斌
完成日期 2007年4月15日
課題名稱：FXS900組合式選粉機(jī)總體及雙出風(fēng)口分離器設(shè)計
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
課題來源：市場需求，新品開發(fā)。
課題研究的主要內(nèi)容：
FXS900組合式選粉機(jī)總體及雙出風(fēng)口分離器設(shè)計
1.總體方案設(shè)計：
1）根據(jù)風(fēng)量及循環(huán)負(fù)荷、料氣比等條件設(shè)計分離室直徑，轉(zhuǎn)子直徑，分離器直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2）編制選粉機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)程序，能形成系列產(chǎn)品設(shè)計能力。
2．工藝設(shè)計：按FX900組合式選粉機(jī)能力選粉能力選配球磨機(jī)及其他設(shè)備進(jìn)行圈流粉磨系統(tǒng)的工藝設(shè)計計算
3．結(jié)構(gòu)設(shè)計：雙出風(fēng)口分離器設(shè)計，確定雙出風(fēng)口分離器各部分結(jié)構(gòu)尺寸。
4．圖樣設(shè)計：FX900組合式選粉機(jī)總裝圖及總圖部分零件圖；分離器全套設(shè)計圖樣。
國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述：
水泥工業(yè)是高電耗、高資源消耗型產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅水泥行業(yè)用于收塵、選粉分級、料氣熱交換的旋風(fēng)分離器 50 000 多臺總，耗電量 22 億 kW h。 實際平均分離效率 80%左右，殘余粉塵荷載多數(shù)在 400 mg/ m3以上，不僅污染環(huán)境，降低分級效率，減少產(chǎn)品捕集，增加能耗，而且加劇了風(fēng)機(jī)、管道的磨損[1]。
選粉機(jī)是閉路粉磨系統(tǒng)的主要設(shè)備之一,它是隨著圈流粉磨技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展的，現(xiàn)已發(fā)展到了以籠形轉(zhuǎn)子為特征的第三代高效選粉機(jī)。它采用平面渦流選粉理論，以其穩(wěn)定的選粉力場和較高的分級精度，得到了大家的肯定和認(rèn)可[2]。
選粉機(jī)是閉路粉磨系統(tǒng)的主要設(shè)備之一,通過選粉機(jī)對粉末粒徑的選擇，能夠很大程度上減少細(xì)粉重新進(jìn)磨，解決對粗粉粉磨的緩沖作用問題，從而提高粉磨效率，進(jìn)而提高了能源利用率。由磨機(jī)、選粉機(jī)等設(shè)備組成的閉路粉磨系統(tǒng),比無選粉機(jī)的開路粉磨系統(tǒng)提高產(chǎn)量10—20%。因此,粉磨作業(yè)中選用選粉機(jī)作為磨機(jī)的配套設(shè)備是提高產(chǎn)量的主要途徑之一。
選粉機(jī)的發(fā)展主要分為四個階段。
水泥工業(yè)用選粉機(jī)于1885年發(fā)明,由美國斯特蒂文特( Sturtovant)公司生產(chǎn),即離心式選粉機(jī),這就是第一代選粉機(jī)。隨著世界工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,德國洪堡———維達(dá)格公于1960年研制開發(fā)了洪堡———維達(dá)格型選粉機(jī),即所謂的旋風(fēng)式選粉機(jī),屬于第二代選粉機(jī)[3]。第一代選粉機(jī)由于結(jié)構(gòu)與工作原理的限制,選粉效率不高,粉磨系統(tǒng)的效率與產(chǎn)量提高有限;第二代選粉機(jī)因其核心結(jié)構(gòu)并沒有脫離第一代選粉機(jī)的范疇,工作原理上無根本性的變化, 所以性能提高有限。1990年至2000年,選粉機(jī)的研究有了突破性的發(fā)展,國外各公司相繼開發(fā)出了新型高效第三代選粉機(jī),其中日本小野田公司率先推出的O - Sepa型選粉機(jī)是其典型的代表。而第四代選粉機(jī)就是我們要研究的組合式高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)。
目前水泥工業(yè)中采用的選粉機(jī)主要有旋風(fēng)式、離心式、高效渦流選粉機(jī)三種型式。旋風(fēng)式選粉機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、磨損小、震動小、選粉能力大、效率高。離心式選粉機(jī)重量輕、維修方便。高效渦流選粉機(jī)選粉粒度可調(diào)、能耗低、效率高。我國在上世紀(jì)九十年代初從日本小野田公司引進(jìn)O - Sepa選粉機(jī)的生產(chǎn)制造技術(shù),并在國內(nèi)的水泥企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但是，一次性投資比較大，系統(tǒng)比較復(fù)雜，一般的小企業(yè)難以承受。在此情況下，我國的相關(guān)技術(shù)專家參考O - Sepa選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，在原有的旋風(fēng)式選粉機(jī)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造出有自主產(chǎn)權(quán)的新一代組合式選粉機(jī)。通過模型試驗和生產(chǎn)驗證，其性能比傳統(tǒng)的選粉機(jī)有較大程度提高，可與O – Sepa等高效選粉機(jī)相媲美。
選粉機(jī)的工作過程主要包括分散、分級、分離三個組成部分。
分散是顆粒分級的首要條件，很難想象分散效果不好的選粉機(jī)有很好的分級效果。例如離心式和旋風(fēng)式選粉機(jī)的分散裝置都是采用機(jī)械撒料盤機(jī)構(gòu)，依靠機(jī)械的方法將物料拋入分級區(qū)。在進(jìn)入分級區(qū)前，顆粒同氣體不接觸，氣固交換很少，因此，顆粒的分散效果不可能很佳，通常其分離效率在30%~50%之間。也就是說進(jìn)入分級區(qū)的物料約有30%~50%的部分未經(jīng)分級就直接回到粗料斗（倉），這說明分級效果受到了很大的影響[4]。
分級是選粉機(jī)工作的主要階段，正確的分級理論將導(dǎo)致良好的分級效果。離心式選粉機(jī)是利用離心空氣分級理論，依靠大風(fēng)葉形成的豎向物質(zhì)循環(huán)風(fēng)自上而下的物料接觸產(chǎn)生顆粒的分級，大顆粒物料的沉降速度大于斷面風(fēng)速而拋向筒壁滑落至粗料倉（斗），小顆粒物料隨氣流一起進(jìn)入外部空間被收塵下來作為成品。從而實現(xiàn)顆粒分級的全過程。旋風(fēng)式選粉機(jī)是利用旋風(fēng)空氣分級理論，豎向循環(huán)由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，相對來說其風(fēng)量可以大些，成品細(xì)度調(diào)節(jié)較方便，氣固分離采用外部采風(fēng)筒，提高了收集效率。整機(jī)選粉效率有所提高。O－sepa選粉機(jī)較離心，旋風(fēng)前兩代選粉機(jī)在分級理論上有所突破，它采用的平面渦流分級理論，分級效率較高[4]。
分離是分級的繼續(xù)，只有把細(xì)粉完全從氣流中分離出來，才能達(dá)到良好的分級效果。
發(fā)展新一代選粉機(jī)，就是要從以上三方面考慮，不斷改進(jìn)和完善。這種選粉機(jī)的優(yōu)勢將逐漸體現(xiàn)出來。目前所使用的旋風(fēng)分離器為傳統(tǒng)的單出風(fēng)口旋風(fēng)分離器，據(jù)不完全統(tǒng)計，僅水泥行業(yè)用于收塵、選粉、分級、料氣熱交換的旋風(fēng)分離器50000多臺總耗電量22億kWh，實際平均分離效率為80%左右，殘余粉塵荷載多數(shù)在400mg/m3以上，不僅污染環(huán)境，降低分級效率，減少產(chǎn)品捕集，增加能耗，而且加劇了風(fēng)機(jī)管道的磨損。與傳統(tǒng)的選粉機(jī)相比，高效選粉機(jī)具有如下特點：(1)物料在分級室內(nèi)在較強(qiáng)的旋流及徑向剪切力的作用下，物料分散性好且分級強(qiáng)度高，分級效率高；(2)分選物料經(jīng)過分級界面分明的選粉區(qū)，各部分的選粉條件穩(wěn)定不變，故該機(jī)的分級精度高；(3)細(xì)度調(diào)節(jié)方便可靠，且調(diào)節(jié)范圍較寬，可通過調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速及風(fēng)量靈活控制。
就是在這種情況下，我們提出了“FXS900組合式選粉機(jī)總體及雙出風(fēng)口分離器設(shè)計”這一研究課題。在次課題中，導(dǎo)流口可調(diào)式雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器的設(shè)計有效克服了單出風(fēng)口旋風(fēng)分離器三大先天缺陷。壓力損失同比降低3O％以上；收塵效率提高10％以上；殘塵荷載降低達(dá)7O％以上；捕集細(xì)粉能力的提高為現(xiàn)行組合式選粉機(jī)改造拓展了市場。
參考文獻(xiàn)：
[1] 倪文龍.雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器測試分析與應(yīng)用[J].礦業(yè)工程,2006， (04）：46-48.
[2] 劉平成.K型內(nèi)循環(huán)選粉機(jī)的原理及其應(yīng)用[J].四川水泥，2005，(04):12-14.
[3] 王磊明，陳滔.O_SEPA高效渦流選粉機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展[J].江西建材，2006,(02):23-24.
[4] 黃有豐，汪瀾，顧正義.水泥工業(yè)新擠壓粉磨技術(shù)[M].中國建材工業(yè)版社,2002.
二、本課題擬解決的問題
1．在FXS900組合式選粉機(jī)總體設(shè)計過程中，如何提高系統(tǒng)的效率，降低電耗，提高使用壽命，能更加合理和科學(xué)得選擇和設(shè)計其結(jié)構(gòu)，以提高選粉機(jī)的性能,是我們要考慮的問題。
2．分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計對選粉機(jī)的選粉效率有著重要的影響。國內(nèi)現(xiàn)行技術(shù)的單出風(fēng)口旋風(fēng)分離器的工作原理是：含塵氣體從分離器上進(jìn)風(fēng)口切向進(jìn)入筒體，形成由上而下的外旋流并逐漸進(jìn)入錐體，氣流中的粉塵受旋轉(zhuǎn)離心力作用而與氣體分離，沿筒壁落入鎖風(fēng)閥排出；分離后的凈化氣流在錐體下部匯集反向，形成較強(qiáng)的中心內(nèi)旋流并反轉(zhuǎn)向上，經(jīng)上出風(fēng)口排出，從而實現(xiàn)氣固兩相分離。這種旋風(fēng)分離器存在三項先天性缺陷：
(1)旋風(fēng)分離器中心凈化氣流是一股較強(qiáng)的旋渦流，無用壓力損失占分離器總壓力損失65%以上；
(2)在上進(jìn)風(fēng)口與上出風(fēng)口間存在短路流；
(3)錐部集料口因氣流轉(zhuǎn)向而導(dǎo)致已沉降微細(xì)粉塵“二次返混”。
三、解決方案及預(yù)期效果
1.選粉機(jī)總體的設(shè)計中考慮選粉機(jī)的三個關(guān)鍵要素：“分散，分級，收集”,通過分析計算，以確定系統(tǒng)的主要參數(shù)，并依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行電機(jī)和風(fēng)機(jī)的選型，以及主軸、進(jìn)風(fēng)管、回風(fēng)管、選粉室、分級圈、撒料盤、滴流裝置、細(xì)粉收集筒、粗粉收集筒、進(jìn)料斗等結(jié)構(gòu)的設(shè)計。要充分考慮到企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境要求，保持結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
在選粉室的設(shè)計過程中充分考慮到設(shè)備的磨損和維護(hù)的問題，在此，試提出兩種內(nèi)襯方案：（1）采用鑄石襯板；（2）采用硬度較高的95號氧化鋁陶瓷材料。前者價格便宜但較后者易磨損得多；后者價格貴，但有更長的壽命，減少因更換襯板而耽誤生產(chǎn)情況的發(fā)生。
2．為了克服傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器的上述缺陷，F(xiàn)XS900型組合式選粉機(jī)采用導(dǎo)流口可調(diào)式雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器技術(shù)取代傳統(tǒng)單出風(fēng)口分離器。導(dǎo)流口可調(diào)式雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器是針對國內(nèi)現(xiàn)行單出風(fēng)口旋風(fēng)分離器先天性缺點而研制開發(fā)的氣固兩相分離技術(shù)，與傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器相比：
1) 筒身縱向增設(shè)下出風(fēng)口，利用背向分流原理消減核心強(qiáng)制渦。
2) 增設(shè)導(dǎo)流筒。讓凈化氣流沿導(dǎo)流筒的周向均布的縫隙式導(dǎo)流口流入。氣流在幾乎整個圓柱面的各個方向進(jìn)入，導(dǎo)流口把渦旋場流體完全切碎，從根本上消除核心強(qiáng)制渦。即消除了導(dǎo)致旋風(fēng)分離器壓力損失的主要根源，不僅對節(jié)能有直接的價值，而且風(fēng)機(jī)的風(fēng)量因風(fēng)阻(即壓力損失)的減小而加大，有助于分離效率的提高，又減小對選粉機(jī)的磨損。
3)導(dǎo)流筒下部設(shè)置反射屏使內(nèi)外旋氣流換向點確定有序，避免了錐體下部先分離粉塵受后下旋氣流帶出的“二次返混” 現(xiàn)象，因而分離效率可進(jìn)一步提高。
4)上出風(fēng)管下口與導(dǎo)流管上口聯(lián)接，從根本上避免了含塵氣流從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)人簡體時，在進(jìn)風(fēng)口與上出風(fēng)管下口間形成的短路流。
5)在導(dǎo)流筒上設(shè)置導(dǎo)流口調(diào)節(jié)裝置，使旋風(fēng)筒內(nèi)流體力場有序可調(diào)，能方便地根據(jù)變化的工況調(diào)至最佳的分離效率和最小的壓力損失匹配。
在此課題中，導(dǎo)流口可調(diào)式雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器的設(shè)計有效克服了單出風(fēng)口旋風(fēng)分離器三大先天缺陷。壓力損失同比降低3O％以上；收塵效率提高10％以上；殘塵荷載降低達(dá)7O％以上；捕集細(xì)粉能力的提高為現(xiàn)行組合式選粉機(jī)改造拓展了市場。
四、課題進(jìn)度安排
3月19日～4月1日．畢業(yè)實習(xí)階段。
畢業(yè)實習(xí)，查閱資料，到多個公司實踐，撰寫實習(xí)報告。
4月2日～4月15日．開題階段。
提出總體設(shè)計方案及草圖，填寫開題報告。
4月16日～5月23日． 設(shè)計初稿階段。
完成總體設(shè)計圖、部件圖、零件圖。
5月24日～6月7日． 中期工作階段。
完善設(shè)計圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計說明書，中期檢查。
6月8日～6月10日．畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯。
6月11日～6月18日．畢業(yè)設(shè)計整改。
圖紙修改、設(shè)計說明書修改、定稿，材料復(fù)查。
6月19日～6月21日．畢業(yè)設(shè)計材料評閱。
6月22日～6月24日．畢業(yè)答辯。
6月25日～6月28日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見
簽名
年 月 日
5