滚轴筛的机械结构设计

- 1 - 1 绪论 1.1 总体前景展望 随着我国工业经济快速发展，各行各业急待发展，基础设施建设如火如荼地进行着。厂房、设备、交通设施需求急剧增加，电力的需求已远远不能满足，当今年一季度我国固定资产投资同比增速超过50%时,投资快速增长导致一季度缺电程度进一步加深。数据显示,今年一季度全社会用电量超过了4800亿千瓦(同比增长15.7%),拉限电范围扩大到了24个省份。可以说,电力供应总量不足,是导致目前缺电的根本原因之一,解决缺电的根本途径是要加快电力工业的发展步伐。 事实上,电力供应总量不足是由一系列因素造成的。首先,电力建设滞后于电力需求增长,近年来我国电力基建投资占全国基建投资比例逐年下降,导致发电装机增长严重滞后于用电量增长；其次,我国经济的高速持续增长,带动了用电需求全面高涨,尤其是固定资产投资增长总额逐年攀升,但配套装机容量无法同步跟上,直接导致了缺电程度加深。第三,高耗能行业高速增长,导致用电结构重型化,使电力供应对经济增长的支撑能力下降。还有,电煤供应紧张等因素,也直接加剧了电力供需的紧张程度。 电力行业的滞后发展,已经成为影响我国经济增长的瓶颈因素,加快电力工业发展,尽快增长电力供应能力,是实现电力供需平衡的关键所在。其中,加快电力基建投资和设备投资规模,可以化解目前我国电力供应总量不足的突出问题,又是解决目前缺电或电力供需紧张局面的根本途径之一。与其他行业投资增长过快需要降温的情况不同,电力投资增长趋势却非常乐观。 所以,从我国电力工业发展的前景分析,由于电力工业是为我国经济增长提供能源的基础性产业之一,我国经济持续增长必然需要电力工业的快速发展,所以电力工业下一步将进入高速增长的发展阶段。 世界上至少今后20～30年还将主要靠化石燃料提供能源，但化石燃料利用会造成环境污染，排出CO2等温室气体，为了解决这个矛盾，要求更加广泛的使用电力。我国早在1985年提出能源工业的发展要以电力为中心；1995年又提出能源建设要以电力为中心，这个方针与世界潮流是一致的。 从发达国家几十年的实践来看，电力增长越快，总的能源需求增长越慢；电力占终端能源比重越大，单位产值的能源消费(即能源强度)越低； 电力工业是最能清洁利用化石燃料的部门，也是效率最高地利用化石燃料的部门，发达国家几乎把污染最严重的煤炭的全部或大部分用于发电。 因此，为了应和我国经济的快速发展，我们要加快电力机械研发步伐。从发达国家几十年的实践来看，电力增长越快，总的能源需求增长越慢；电力占终端能源比重越大，单位产值的能源消费(即能源强度)越低； 电力工业是最能清洁利用化石燃料的部门，也是效率最高地利用化石燃料的部门，发达国家几乎把污染最严重的煤炭的全部或大部分用于发电。 - 2 -

因此，为了应和我国经济的快速发展，我们要加快电力机械研发步伐。 由于目前我国火力发电厂使用的燃煤一般都是未经分级的原煤 ,粒度在0～300 mm之间 ,大多数不符合磨煤机要求。燃煤在输送到磨煤机之前必须经过一系列的筛分和破碎等工作 ,所以 ,煤料的筛分是一项不能忽视的重要工作。而筛分工作的主要设备就是筛煤机。目前 ,燃煤电厂常用的筛煤机有固定筛、振动筛、滚筒筛、波动筛和滚轴筛等。这些筛机在筛分时 ,其筛分效率、工作粉尘、噪声、堵塞现象、金属消耗及功率等特性都因其筛种的不同而有所差异。筛机性能的优劣不仅直接影响碎煤机的工作效率、磨耗、工耗等 ,而且还影响输煤系统的安全运行和费用消耗。 1.2 各筛型优缺点比较 从目前掌握的资料来看 ,国内尚没有一种非常适合电厂工况要求的筛煤机 ,在输煤系统中煤的筛分仍然是一个簿弱环节 ,所以筛煤机在机械结构设计和性能方面有待于进一步研究。下表是各种筛型的优缺点比较。 表1-1各种筛型优缺点比较 固 定 筛 优 点 结构简单坚固,制造容易,造价便宜,安装方便,工作较可靠 缺 点 占用空间越大,单位面积生产能力低, 只有15 %-30 %。煤水份大时易堵筛 共 振 筛 优 点 结构较简单,工作较可靠,若两级振动筛串联使用,可达到较大出力 缺 点 基础的动载荷较大,单位面积的生产能力较低,分离的程度与筛孔的尺寸相接近

概 率 筛 优 点 透筛性好,生产能力高,筛分效率高,运行稳定,结构简单紧凑,对煤的水分、颗粒组成不敏感,金属与功率消耗小,便于安装,密封防尘效果好,维护量小 缺 点 是一个近似的筛分,有时发生堵塞,由于材质问题,常发生断轴、电动机地脚螺丝及地脚板振裂等事故 滚 轴 筛 优 点 对煤种的适应性好,运行平稳,无噪音,筛分效率高,不易堵塞,生产能力较高 缺 点 重量大,消耗钢材多,有时出现卡轴甚至断裂现象

波 动 筛 优 点 体积小,筛分效率高,出力大,能自清理筛面,不堵筛,对煤种的适应性好,无振动,无粉尘,噪音小 缺 点 机械传动装置故障较多 - 3 -

根据上表提供的信息，针对上述情况,参阅国外资料和国内几个制造筛机的厂家资料 ,在等厚筛分的工作原理基础上,设计出一种较为先进的新型煤筛 ———香蕉形滚轴筛。

2 滚轴筛的机械结构设计 2.1 滚轴筛的设计思想滚轴筛的主要设计思想是：滚轴筛煤机利用多轴旋转推动物料前移, 并同时进行筛分。它的工作机构是一排排的筛轴 , 各筛轴按照同一方向旋转 , 使物料沿筛面向前运动 , 同时搅动物料 , 小于筛孔尺寸的颗粒受自重及筛轴旋转力的作用从筛孔落下 , 大于筛孔尺寸的颗粒留在筛面上继续向前运动并进入碎煤机进行破碎。它由电机、件速器、旁路机构、筛轴、机罩、堵煤报警器等组成。工作时，电机通过减速器、传动链条驱动筛轴作同向转动，推动物料在筛面上向前滚动。物料在滚动过程中，小块物料落下，大块物料从筛面滚过，进入碎煤机。本系列设备具有如下特点：1）全部采用链条传动，结构简单，寿命长，便于维护。2）设有多组筛片清扫器，筛面清洁，筛分效率高，不易堵煤。3）设有堵煤报警器，确保设备安全运行。4）全密封结构，无粉尘泄漏，脊形顶面，便于冲洗。 2.2 滚轴筛的工作原理 筛机是利用多轴旋转推动物料前移，并同时进行筛分的一种机械。它由电动机经减速器减速后，通过传动轴上的伞齿轮分别传动各个筛轴，其筛轴转速可通过变频调速器改变电机转速而实现无级调速。筛机，可在滚轴筛的入口端增装电动推杆机构控制切换挡板。煤流既可经筛筛分，又可经挡板切换流向旁路通过。 依据等厚筛分法原理进行设计，等厚筛分法是在入料端给予料层一个比普通筛分法大的加速度 ,使物料运动速度加快 ,则料层迅速变薄并分层。在整个筛分过程中 ,不管小于筛孔的颗粒在入料中所占百分比是多少 ,筛上料层厚度从入料端到出料端基本保持不变或递增 ,经过分层后 ,小于或等于30 mm的物料利用物料的自重及筛轴旋转力的作用 ,沿筛孔落下 ,大于 30 mm的筛上物料 ,继续向前滚动 ,并落入碎煤机。如果入料粒度小于或等于 30mm,可由筛机旁路直接进入系统。等厚筛分法是建立在料群运动的理论基础上。 物料在筛面上的筛分过程包括 2 个阶段:第 1 阶段是分层阶段 ,物料在大的加速度作用下 ,按粒度大小分层;小于筛孔的颗粒透筛。第2 阶段是透筛阶段 ,在这个阶段物料已基本成层 ,小颗粒物料与筛面充分接触 ,上层的大颗粒又有助于下层小颗粒的透筛。经过这样处理的筛分系统 ,小颗粒和筛面接触的概率大大增加 ,平均单位透筛能力显著提高 ,可达到筛面实际透筛能力的80 %。 香蕉形滚轴筛正是依据这个原理 ,通过将筛面分成3 种角度的折面布置 ,创造等厚条件 ,并充分利用滚轴转动产生的扰动力 ,增大筛面的抛掷强度 ,从 - 4 -

而大大提高了筛机的筛分效率。 2.3 总体结构 筛机由2 部分组成:筛机主体和传动机构。筛机主体由筛轴装配、筛箱、底座和翻板装置组成;传动机构由电机、减速器及联轴器组成。筛机的筛轴部件分别坐落在机座两侧的轴承座支架上 , 每根筛轴都直接连接着1 组传动机构。为便于制造和维修 ,筛箱与机座、电机底座与机座、筛箱侧板组件和盖板之间靠螺栓连接。在筛机入料端设置了1 个利用电动推杆机构控制的旁路翻板装置 ,不仅可以用于系统中出现意外故障时临时卸料 ,而且当来煤粒度较小时也可直接从旁路通过。因此 ,煤流既可经筛面筛分 ,又可以经旁路通过。 具体如图2-1 所示 ,筛机的机械结构图。

图2-1 筛机的机械结构图 2.4 筛面结构 香蕉形滚轴筛有几根装有数片梅花形筛片的筛轴 ,并列安装在机体上构成香蕉形筛面 ,采用机械传动与电机相连。每根筛轴由小功率电机单独传动 ,利于检修和维护。筛机的滚轴按3 种不同角度顺筛机纵向排列 ,并按同一方向旋转 ,以使物料不仅在筛面上不断向前运动 ,而且不断搅拌。 2.5 筛片结构 物料在筛面的运行状况主要依靠筛片控制。因此 ,筛片是筛机的主要零件 ,而筛片的几何形状是运行的重要因素。经过多年不同工况的实践和试验证明 ,当物料为煤质时 ,采用梅花形状的筛片对多边形块状煤将会产生最佳的拔动作用 ,对大于 1/3 筛孔尺寸的煤块还具有抛射作用 ,从而使筛面上的物料获得了增速 ,提高了筛机的筛分效果。 2.6 滚轴结构 - 5 -

每套滚轴筛包括若干根独立驱动的滚轴 (见图2-2) , 它们自进料端至出料端以一定的下降坡度布置 , 中间破碎区呈阶梯状与破碎轮外圆相匹配。

图2-2 滚轴筛布置图 滚轴有筛分轴和破碎轴2 类。筛分轴是在钢管上焊制三角形凸盘 (见图 2-3) , 相邻轴凸盘应错开。破碎轴是在钢管上焊制方形凸块 , 它们布置在滚轴筛中间、破碎轮下方的破碎区 , 方形凸块起到良好的挤压作用。在破碎轴两边布置的都是筛分轴, 每根筛分轴下装有 1 个清扫刮板 , 清除滚轴上粘附的煤。

图2-3 筛分轴和破碎轴 1. 筛分轴 2. 破碎轴 2.7 滚轴驱动 滚轴驱动如图2-4 所示 , 每根轴由独立的齿轮马达驱动。轴本身由2个自调心滚子轴承支

撑 ,马达、锥齿轮减速器通过联轴器与滚轴相连 , 考虑到滚轴数量较多 , 运行工况恶劣 , 联轴器采用蛇簧联轴器 , 许用精度低 , 结构简单。各个滚轴功率不同 , 马达功率分 912 kW、715 kW、515 kW 3 种分别配给破碎轴、进料筛分轴和出料筛分轴。滚轴配电为分组设计 , 23 根滚轴共分 4 组 , 起动时可以按物料流向的逆序分组起动 , 避免过高的起动电流 , 也可适应重载停止后重新起动时滚轴筛上有余煤的情况。1 组滚轴中 , 如果有 1 个滚轴过载动作 , 只发