重介质旋流器磨损机理分析及应用

第32卷第11期煤矿机械VoL. 32No 112011年11月Coal Mine MachineryNov 2011重介质旋流器磨损机理分析及应用*李坤,李冒斌(安徽理工大学,安徽淮南232001)摘要:从磨损机理出发,分析了旋流场内分散相颗粒的受力情况以及各种参数对磨损的影响,提出结构优化设计方法,以期减少旋流器的磨损。关键词:重介质旋流器;磨损;分散相颗粒;受力;优化中图分类号:TD455文献标志码:B文章编号:1003-0794(2011)11-0111-03Analysis and Application of Heavy Medium Cyclones AbrasionMechanismLI Kun, LI Xue-binAnhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)Abstract: On base of abrasion mechanism, analyzed the forces acting on the dispersal particles in aswirling flow field and the impacts of various parameters, summarized the method of configurationoptimizing design and presumed upon reducing the abrasion of heavy medium cyclones.Key words: heavy medium cyclones; abrasion; dispersal particles; forces; optimization*安徽理工大学青年教师科学研究基金资助(QN200900引言受截割阻力(沿采煤机牵引方向的推进阻力)F、牵 Workbench建立采煤机摇臂的物理模型,并将计算引阻力(垂直牵引方向的纵向截割阻力)F轴向力载荷和阻力矩施加在该模型上,对其进行有限元仿(滚筒轴向方向受力)F及阻力矩滚筒轴向转矩M真分析,得出了该摇臂的应力分布图及形变图(见的作用。图5)。通过结果分析,可以看出在播臂法兰盘的根通过建立数学模型,应用Maab软件编制滚筒部及电机的根部两处出现较大的应力,因此在摇臂载荷计算机仿真程序。经计算可得F60kN,F=78优化设计时对该处的局部结构加以改善(如增大其kN; F=30 kN: M=46. 8 kNmo相应圆角或加些辅助肋板等结构形式)来达到设计4载荷与约束的最优化。经以上分析,将 Matlab算出的载荷大小施加在距法兰面300mm处,将阻力矩施加在法兰面上。联应力较集中处接牵引箱耳孔及油缸后联接耳处采用圆柱支撑约束形式,径向、轴向约束,切向自由。因为联接牵引应力较集中处箱耳孔处承受轴向力,油缸与摇臂采用圆柱体联接方式。图2为摇臂载荷与约束图。图3摇臂俯视应力图图4摇臂仰视应力图Lfie strutural图5摇臂形变图以上方法具有方便、简单、产品开发周期短、产品开发成本低的优点,可用于指导采煤机摇臂结构图2摇臂载荷与约束图的优化设计。5结果与分析参考文献:通过图3、图4可以看出摇臂应力主要集中在[吴彦国产大功率采煤机播臂CAE分析煤矿机电,203(5):105-108.煤壁侧,且在法兰盘的根部及电机的根部出现较大(2]李景林斜切状态时的采媒机滚筒的载荷分析门煤矿机械19819的应力。因此在设计中可以适当考虑改善局部结(6):1-3构,减小以上2个部位的应力集中(如增大其相应3]王英山采煤机滚筒截煤载荷的模拟门煤矿机电,9962)24圆角或加些辅助肋板等结构形式)[4]尹力数控铣削加工过程动力学仿真优化技术及应用研究[D]北6结语京:北京航空航天中国煤化工本文利用Mlb软件编程,算出采煤机摇臂在技术工作电子箱3H!从事煤炭CNMHG额定工况下所受的载荷及阻力矩,然后利用 ANSYS责任编辑:于秀文收稿日期:2011-04-22ⅴol32NωI1重介质旋流器磨损机理分析及应用——李坤等第32卷第11期重介质旋流器是利用离心力场进行分选的设阻力,圆柱壁上常被磨成很深的螺旋形沟槽。这是备,工作时以一定的压力使固液混合浆体沿旋流器由于进料管来的高速矿浆来不及分散,集中地冲击内璧进行旋转,由于固体颗粒与旋流器内壁互相摩在较窄的带状区域,尤其当进料口断面为圆形时,擦,而使旋流器内壁磨损严重,降低了分选效率和使更为明显。因此,应尽量把进料管设计成矩形截面。用寿命。煤、水、矸石、磁铁矿粉等在旋流器内的高速把进料口断面从圆形变为矩形只是结构优化的旋转使旋流器内壁和中心隔板严重磨损寿命仅为个方面,还可以改变如旋流器表面曲率半径等形状介质旋流器内壁的磨损,造成其分选效率低,使大出结构优化设计方法,以期减少旋流器的應令300400h;一般铸铁壳体寿命为500600h。由于重结构,本文从旋流场中的颗粒受力及运动出发量精煤损失在中煤中。随着重介质选煤工艺及技术2旋流场内分散相颗粒的受力情况的发展需要,重介质旋流器的磨损成了急待解决的根据两相流动力学理论,旋流场内分散相颗粒问题。的受力可以划分为2个部分:确定性的重力、离心本文提出采用改变重介质旋流器的内表面结力、流体阻力、流体浮力和滑移一剪切升力,随机性构可以大大减轻磨损程度。要取得最优化的结构形的视质量力、巴西特力对流体积力、马格纳斯力和分式必须对各种影响因素(如工作介质、表面材料、处散相之间的作用力。在不考虑干涉沉降并假设pq理量等)综合考虑计算得出。的前提下,分散相颗粒沿径向的运动方程为1磨损机理分析目前人们提出了以下几种磨损机理:6Pd dt=Fe-Fa-FrFi+F, (D)(1)微切削磨损所谓微切削磨损是指旋流器式中F—离心力,F=Tp4工作液体中的不规则颗粒对其内表面的划伤。微切削磨损不仅取决于旋流器的材质与颗粒的硬度,还F—流体阻力F=3md(u-1取决于颗粒的几何形状、切向速度、径向速度、轴向F—径向压力梯度力(浮力),速度等,即使颗粒的硬度小于旋流器材质的硬度,它也能对旋流器内壁起到微切削磨损的作用(2)表面疲劳磨损表面疲劳磨损是指在颗粒F——径向滑移剪切升力( Saffman Force),随同液体在旋流器内壁交变摩擦接触产生的应力F64604c+u作用下,在接触点产生很大的变形和应力,使旋流F(t)—综合随机作用力,可以用高斯白器内表面形成磨损以及剥离出磨粒。表面疲劳磨损噪声随机过程来模拟;是由旋流器内表面逐渐向深层侵人的一种磨损形p、pP流体、分散相颗粒密度;式,一般是在旋流器内壁有缺陷的地方最先发生,d—分散相颗粒直径;然后在反复的冲刷作用下逐步扩大;、v、,分散相颗粒的速度切向速度、径(3)腐蚀磨损由于旋流器的内壁与液体中的向速度;介质相互作用发生化学反应或电化学反应,使旋流时间;器内壁磨损,这种磨损称为腐蚀磨损。腐蚀磨损又u、l、L——流体的速度、切向速度、径向速可分为3种情况:直接氧化磨损、液体中的微小气度泡对器壁形成的气蚀磨损和由于介质本身具有的μ—连续相动力黏度;化学性质而形成的介质磨损。一分散相颗粒径向位置半径旋流器的磨损形式复杂,是微切削磨损、表面假定分散相颗粒相对于连续相的切向相对速疲劳磨损和腐蚀磨损形成的复合磨损。为了减轻旋度为0,即同速a=u-te=0,即F=0。考虑到旋流器流器的磨损,先应考虑选择合适的材料;其次要保内流场为定常流忽略单位质量颗粒所受的综合随证旋流管的内表面加工质量;此外,还可以从实际机作用力F(t)流场出发,在不影响效率的前提下,对旋流器结构则式(1)可以化简为进行合理的设计,可使旋流器磨损损坏程度有所降低。例如,旋流器进料口处磨损程度与此处的结构A.(u4m)由=虹n,(2)2=(1-B)密切相关。矿浆在进料管内呈柱状高速流动,具有若旋流场很大的惯性力,当它切向地进入旋流器圆柱段时中国煤化工~液体系液出,L4受内壁的作用把直线运动改变成沿旋流器中心的气体系,重介周HCNMHGP)=lo旋转运动。流动方向的突然改变,增大了入口处的式(4)可进一步简化为第32卷第11期重介质旋流器磨损机理分析及应用——李坤等Vol32No1l出"BE()出出()所消耗的能量;切削磨损使材料产生体积磨蚀所消旋流场中连续相的切向速度耗的能量。4=C微分得a=nCn1(4)从式(6)、式(7)、式(8)可知,体积磨损量与磨蚀粒子群质量成正比;此外,粒子冲击速度与冲击且=(l-n)1角也是重要因素。这样就可以得出分散相颗粒径向速度沿径向由式(3)式(5)中的切向、径向速度结合旋流位置分布的关系式,以及切向速度与径向速度之间器表面曲率半径及材料的表面特性,即可计算出式的关系(7)、式(8)中的粒子速度υ,而粒子弹离材料表面的vaf(r) uef(ve)(5)水平速度v,可由粒子的切向速度旋流器表面材料3各参数对磨损的影响特性综合计算得出,求出式(7)、式(8)中的最小值对于坚硬固体颗粒对韧性金属表面的切削磨从而可得出最小磨损量下的曲率半径,此曲率半径蚀现象的研究是工作的基础。 Finnie等人提出了切即为结构上的最优半径。削磨蚀时固体颗粒的运动方程为例如,把给料管做成渐开线形式,进口矿浆中Muf(a)(6)的固体颗粒可均匀地分配到圆周各部分。实验表以及后来提出的复合磨损方程,即考虑旋流器璧磨明,这种给料口结构形式可减少旋流器的磨损而不P损是固粒群切削与冲击变形联合作用,其方程为影响分离效率。4结语当0°≤a≤a时通过改变重介质旋流器的表面结构的方式,可I M(vicos a-2)I M(vsina-v-2)以减轻其磨损程度。本文从磨损机理出发,比较全面地分析了重介质旋流器旋流场中分散项颗粒的当a≤a≤909时受力情况和磨损的因素,并将两者结合起来考虑Muocos2a M(usin a-1x2)提供了优化设计重介质旋流器表面结构的方法。(8)参考文献:式中W——从金属表面上剥落的材料体积;[1]马锦文.重介质旋流器磨损机理分析[选煤技术,199(2):45M—磨蚀性粒子群质量;[2]赵庆国张明贤.水力旋流器分离技术[M]北京:化学工业出版一粒子速度;P——粒子切削固表时,材料的塑性流动3]李雪斌寰惠新旋流场内分散相颗粒的受力特性分析[J金属应力矿山技术,2007(12):103-105[4]赵庆国张明贤.水力旋流器分离技术[M]北京:化学工业出版冲击角f(a)——冲击角a的函数、此角为固体表面5]徐继润罗茜水力旋流器流场理论M北京科学出版社,198与粒子速度矢量间的夹角(从表面6]褚良银.陈文梅旋转流分离理论[M]北京:治金工业出版社算起);2002.作者简介:李坤(1978-)安徽太和人,讲师,2006年毕业于江粒子弹离材料表面的水平速度;南大学机械设计及理论专业现主要从事过程设备及机被方向的教无磨损垂直冲击速度临界值学及研究工作,电子信箱 likun46@163cm变形磨损使材料产生单位体积磨蚀责任编辑:于秀文收稿日期:2011-0407xx+了工业锅炉分层燃烧给煤装置的应用兖州矿业(集团)公司鲍店煤矿有2台SHL20-13-A型蒸汽锅炉和1台SHL0-13-A5型蒸汽锅炉负责供汽供暖。原先采取混合式燃烧锅炉出力满足不了需求。为此采用分层燃烧给煤装置对锅炉进行了节能改造。该分层燃烧给煤装置主要由滚筒和筛网组成,配有安全离合器、卡塞故障电子报警器和自动刮煤器等,同时还增设了振动部件,有效避免了卡塞现象。改造时只需拆除原供煤装置,不需改动锅炉其余部件。分层燃烧给煤装置的原理是采用机械筛分的方法。锅炉运行时转筒转动带动燃煤落在筛子上筛分后的媒按颗粒小依次V中国煤化工间差使燃煤在进入炉膛前形成煤粒下大上小的均匀分层状态,煤粒间隙得以保留,从而减少通CNMHG的单位面积通凤量,改善了煤层通风不均及灰渣区供风量大、空气系数偏高等弊病,进而提高炉排还乐和层时繁速度,同时能提高炉膛温度、降低过量空气系数、避免拉火现象,锅炉出力和热效率得以大大提高