翻译—封闭螺旋输送机的体积性能对颗粒涡旋运动的影响(节选)

封闭螺旋输送机的体积性能对颗粒涡旋运动的影响A.W.罗伯茨固体粒子和颗粒技术，澳大利亚新南威尔士州，纽卡斯尔，卡拉汉 2308译者：段理杰 工程机械0901班200921030129摘要：本文关注的是封闭螺杆输送机的体积性能对涡旋运动的影响。 螺旋叶片的 表面与粒状材料之间摩擦，沿无限可变螺旋角的叶片轴的外周螺旋飞行， 产生涡 旋运动的内部摩擦。涡旋运动，连同填充度，管的容积效率，决定体积吞吐量。垂直或急倾斜螺杆或螺旋推运器传送机涡旋运动的分析。涡旋运动的特征在于晶粒的绝对速度基本上是恒定刀片上的一个点的径向位置的切向分量。在此基础 上,导出的容积效率的表达式。然后，预测体积的吞吐量。文中介绍螺旋输送机， 还从实验结果表明分析预测紧密相关的测量结果。关键词：螺旋输送机涡旋运动摩擦1介绍螺旋输送机被广泛用于工业，用于相对距离短的输送和散装物料的提升。为 自由流动或相对自由流动的固体散料，提供良好的吞吐量控制和符合环境清洁问 题解决方案的的非常有效的输送装置。 尽管其原理简单，但输送行动的机制是非 常复杂的，设计师往往会在很大程度上依赖于经验数据。螺旋输送器的设计要求详细考虑螺杆的几何形状和散装材料的关系。当实验数据与动态相似吻合，为实际输送机的设计提供了一种基础， 这个程序的难点是 研究螺杆的几何形状的变化对性能影响的一些视图。用分析模型来预测螺旋输送 设备的性能，是最近几年开始针对的出现。现在已经开发出任何特定的几何形状螺旋输送机的理论容积计量性能的预测。这个理论是本文详细介绍的，是威利斯和罗伯茨一个早期的发展作品。文中提出了一个分析模型，通过涡旋运动和容积效率来预测封闭螺旋输送器的体积吞 吐量。2.封闭螺杆式或螺旋式输送机螺杆或螺旋推运器输送机的结构和有关的细节如图中1。飞转的从动螺杆被支承在轴承上，并在一个固定的管状外壳内旋转，由现实环境的局限，需要一个 自由的飞行和所述壳体之间的间隙， 这已被证明是有益的。在较低或进气端部的 壳体螺杆允许伸出，该突起被称为 阻塞”螺钉至少浸入到所述壳体下端的水平 的进料斗，否则螺旋推运器将不会提升散装材料。 如图1所示，体积效率受填充 的输送机和涡流或旋转运动的材料的限制，因为它是螺杆的输送程度。随附螺杆 传送机作为一个升降装置，在较高的转速时作为降低转速或散装材料的涡运动使 其变得更加高效。然而，这种优势通常是比较 胀满”的输送，伴随着运行速度的 下降所抵销。每单位吞吐量的功率相对于其他类型的输送机要求要高的多，因此,这些因素的体积效率急剧倾斜并且其垂直传送效率是相当低的。3螺旋输送机吞吐量下式给出了一个螺旋输送器体积吞吐量的计算方法：Q=Qtn (m3/s)(1)其中，Qt为传送机100%运行和散装物料无旋转轴向移动的最大理论吞吐 量；n为容积效率。考虑到所有的螺杆的几何尺寸是固定螺杆直径 D的比值，则方程（1可表示为图2.封闭式螺旋输送器的吞吐量.Q=rDn（ 2）其中，21=1/8 （1+2C/D）22-Di/D） *p/D-t s/DD螺杆直径（m）Di轴的直径（m）p丝杠螺距（m）CD螺杆角速度（转/秒）C径向间隙（m）ts螺旋叶片的厚度（m）研究表明，封闭的螺旋输送器的吞吐量的是由涡旋运动的散装材料在运输过程 中填充或 充满”螺杆1,3的程度确定的。随着输送机的旋转速度增加，旋转或旋 涡运动减小到一个极限值，使得输送动作更有效。然而，当重力供给系统加入螺 杆摄入系统，进给速率将不能匹配潜在的输送能力，并减使填充胀满程度降低。最终使得螺旋输送机的吞吐量 达到限制值，如图2。正如罗伯茨和威利斯指出的， 个螺旋输送器的体积效率是由 两部分组成的，如下所示：n= nR n（4）其中，n二回转或旋涡效率,咋=填充效率=hav/p （5）hav =螺杆表面材料的平均高度（如图3）4. 输送机垂直输送的运动学分析螺旋输送器的力的倾斜角超过某一范围时， 其性能是相当复杂的。第一个实例中的封闭螺杆输送机输送动作更容易描述垂直或突然倾斜的情况。假设一理论 来解释仰角的变化，然后再进行论证。输送动作如图3。随着螺杆的旋转，散状固体的粒子沿螺杆相反的螺旋路径 运动。参照速度如图3a, VS是考虑螺杆半径时的切线速度，VR是粒子相对于 螺杆表面的相对速度，VA是粒子的绝对速度。定义角 入为绝对速度的方向，因 此，考虑半径的时候，颗粒决定着螺旋路径的角度。螺杆摄入的进给速率是有限的，在大多数情况下，会导致输送机运行达不到 100%充满。填充度随着速度的增加而减小，填充度”表示由半径为r和高度h相对于螺距的p的的关系决定，如图3b所示。与螺杆的外周相邻的壳体的高度 为ho。通常螺旋输送器，h减少会影响螺杆的中央区域。然而，低运转速度和低 填充效率的仰角角度是可能实现的。在3图所示的速度在图4中更详细地显示了出来。螺杆速度与半径r关系式 如下：V s=r 3(6)其中，3=( n n)/30=螺杆的角速度;N=转速(转/分钟).螺杆的螺旋角 “a”由半径r给出如下计算式：-1a =tan p/2 n r (7)图4. 物料速度图其中p =间距。螺杆的螺旋角的增加通过螺杆的外周a o到螺杆芯或 轴a i。因此，散装物料粒子路 径的螺旋角入从螺杆外周的乃 下降到轴的入。螺旋角入如下：入V 90 - ( a + ?s)(8)?s是螺杆表面散装固体的摩散装物料内的涡旋运动导致内部同心层之间发生剪切。自由流动的颗粒状材料，容易产生内部剪切；这不是垂直急倾斜螺杆或螺旋推运器传送机对聚酯和纤 维等材料不完美传送。相对螺杆表面运动的散装颗粒的相对速度 V由下式给出:Vr=Vssin sin ( a + z)其相对速度的大小主 要取决于螺旋输送机壳体 所提供上的摩擦阻力。该 力主要取决于上的壳体的 摩擦系数和所施加在旋转 粒状材料内壳体表面上的 离心力的法向力。绝对速度Va是Vs和 Vr的矢量相加，也就是说(9)5F5阳)输送运动D FA剖而图莎析图5.作用在垂直输送机上的力Va=Vs+Vr(10)绝对速度的大小由下式给出：Vr=Vssin a /sin ( a + )(11)绝对速度Va有两个组件，搬送的有用分量 Vl和雅致的旋转分量Vt。Vl和 Vt，分别由下式给出：VL=VAsin 入并且 Vt二Vacos入(12)因此，VT=Vssina cos sin ( a + 入)(13)5. 垂直传送机输送的动态分析如图5所示，作用于的螺旋输送器颗粒的力，其速度分量也在图中显示了出 来。如图5b所示，与静止的壳体接触的颗粒对壳体施加的力 FN,主要是由离心压力产生。离心压力对壳体的作用上升到正常压力pn。一个摩擦阻力AFd=wAFn作用在绝对速度的相反方向上，如在图 5a所示。这里卩c为为粒状颗 粒对壳体表面上的摩擦系数。在任意的半径r,颗粒上的力如图6所示。由于内部剪切，假设其力为 FD，内摩擦系数 由由的外壳或边界摩擦系数 血替代。力 的分量 FR是由于颗粒在螺杆表面上滑动所产生的力。 FA是以螺杆表面上散装物料颗粒的重量为基准的轴向分量。力 FD由两个 组成部分： Ft为切向分量，由Sm白w Blade半径大小和 螺杆表面当 提供的限制 转矩阻力决(a)物料所受的力(b) 力时示意图Hg.fi.与螺杆表面接触物料的作用力 Fda为轴向分量，这是沿输送机壳体滑动的材料产生的。而力 Fr由以下部分组成： Ft为切向分量大小等于 Fdto Fa为轴向分量大小等于( Fda+A Fa),为松散固体在输送机向前运动提供动力。推力轴承上的载荷与沿螺杆的轴向力从大到小求和工 Fra的值相等。螺旋输送机在没有重力分量的水平面内，只有摩擦阻力，此时， Fa0, Fr= Fd。其粒子的路径如下式：启90 ( a + ?s)(14)6. 应力场壳体表面的的正常压力p符合一个扬森型分布。由于浅层条件的存在，螺旋叶片 上的压力分布可以假定是直链的如图 5所示。除了引力的影响，在螺杆中的应力 场还是非常依赖于旋转速度。6.1较低旋转速度在低速工况下，可以假设活跃的应力场与最大主压力作用几乎是垂直的。鉴于散装材料的运动和低料层深度符合 H D,垂直加压可以假定为符合流体静力学 的垂直压力。如图5这是压力分布的三角形。此时在表面处的压力 pn为零。Pv =Y(15)其中，Y p； g=毛重t ；尸体积密度；人=物料颗粒的半径大小。由下式给出的横向或常压的计算方法 pn=kjpv（ 16）其中，kj=O.4-.O,值越大表明更相关的成都更高的输送速度。6.2 较高旋转速度 在高速行驶时的离心惯性起主导作用， 应力场切换到被动状态， 横向压力或 正常的压力等于作用在水平方向上的压力。在这种情况下的压力分布的pn 是恒定的。6.3适中旋转速度 在这种情况下的压力分布是上述的两种情况的综合。7力分量7.1 低速运行考虑散装物料的重量 W的区间段，为激活应力状态，力的横向分量由下 式给出： Na=ksA W（ 17）其中ks=2kj nF （p/D ）。n是填充方程（5）定义的，是间距与直径比。7.2 离心压力在任何半径r（如图4）,颗粒绝对速度Va和运动的弯曲路径等于椭圆形曲率 结构中曲率半径最大的半径。如图 7 所示。等效椭圆的的曲率半径Rc公式如下：22Rc=a2/b2（18）其中，a =半椭圆的长轴=r/（cos b=半短轴=r。因此，Rc=r/cos2 入考虑散装物料的重量 W的区间段，则离心力 Nc是由下式给出:图n粒子运动轨迹定义为椭圆的曲率半径 Nc=A WVA2/Rcg或者2 2 Nc=AWVa cos 1rg(20)从图4可知，Vt=Va cosl(21)因此， Nc=A WVt2 /rg(22)指出，VT=tan a /(tana +ta n1Vs(23)由Vs =r,进而计算式(21)可变为 Nc=A Wtan a /(tana +ta n2 21 s/g(24)7.3 一般情况下压力的合并一般的情况下，涉及到上述两种情况的组合。即， N= Wks= tan a /(tan a +tan 1) 2 rof/g