24
3)决定布料机作业范围的主要因素是溜槽的长度和溜槽倾角,即当溜槽长度给定时,可以认为溜槽倾角将会决定布料机的作业范围,反之,当溜槽倾角给定时,而我们可以认为溜槽长度是唯一的影响因素。
2.7 本章小结
在这一章节中,根据旋转布料机在实际工作中的工作性能要求,对布料机的结构进行了优化设计。通过分析垃在旋转布料机的整个运动轨迹,建立垃圾的运动数学模型,再用Matlab对影响布料机布料因素进行单一变量分析和多因素变量分析,从得到的仿真图知道了影响布料机布料半径的因数有溜槽的长度,溜槽的倾角,溜槽转速,溜槽的摩擦系数,而其中溜槽的长度和溜槽的倾角是主要的影响因素,并得到了优化后的设计参数,这对第三章旋转布料机的结构设计起到了很好的引导作用,提供了布料机设计的基本参数。
25
第三章 旋转布料机设计
旋转布料机是垃圾焚烧发电系统中的关键设备,其基本功能是将垃圾均匀分散在热解气化炉中。旋转布料机的工作原理和结构设计将决定其工作性能,合理的结构设计会有利于促进布料工艺更加完善,对垃圾焚烧顺行进行以及提高焚烧效率产生积极作用,所以,研发结构简单、操作安全可靠的旋转布料机是目前垃圾焚烧发电研究中的重要内容,而其研究结果将具有更加重大的实际意义。
3.1旋转布料机传动系统设计
旋转布料机设计的主要目的是为了实现布料机溜槽的转动运动,,从而来达到将垃
圾均匀分布到焚烧炉中的最终目标,我们可以根据旋转布料机的基本结构图,画出其工作原理图,如下图所示。
从原来图我们不难发现垃圾的运动轨迹路线,垃圾从进入喂料机构开始,由双棍将垃圾进行碾压,破坏等处理,达到将垃圾的体积变小和破碎垃圾等的效果后,垃圾离开喂料机构后进入固定的导料筒中,随后垃圾会到达旋转的布料通中,在这段距离内,垃圾可以看做是做自由落体运动(这是为了方便后面对垃圾旋转布料机的作业范围分析的研究),垃圾离开固定导料筒和旋转导料筒后,就会落到随旋转体一起旋转的溜槽内,最终离开布料机落到焚烧炉中进行焚烧发电。 3.1.1旋转布料机的基本参数确定
对你旋转布料机的传动系统设计时,我们有必要根据该布料机的实际工作条件或实际工况来确定旋转布料机的基本性能参数。在确定旋转布料机基本参数时,有如下的确定原则:
(1)旋转布料机的布料作业能力和焚烧炉的焚烧能力。查资料我们了解到,垃圾焚烧时旋转布料机的作业能力(作业范围)会对焚烧效果产生很大影响,当布料机的作业范围过小时,垃圾就不能充分到达焚烧炉内,也就是布料机布料不正常,不能保证设备的顺利运行;同时当旋转布料机的作业能力过大时,焚烧炉承载不了布料机的分布垃圾,这时,焚烧炉的炉壁就会受到垃圾的冲击对设备造成损伤。
(2)旋转布料机的设计和布料机的布料工艺有紧密的联系,因此,我们必须根据布料机的布料工艺来确定合理的参数。例如在设计旋转布料机的溜槽时,要考虑到焚烧的最大直径(即焚烧炉所能承受的布料机的作业半径),一般来说,布料机溜槽的合理性能很好的促进垃圾在焚烧炉中的焚烧效率。
(3)布料机的基本性能参数一定要能够满足布料机可以承受住焚烧炉炉顶的高温,烟尘等较多恶劣的作业条件。通常情况下,垃圾旋转布料机处于焚烧炉炉喉的上部,作业
26
时的温度一般会在150-250℃之间,而当焚烧炉发生故障时,焚烧炉上部的温度会达到800℃左右,因此设计的布料机应该具有能在高温条件下工作的能力;在布料机工作时,许多的垃圾会通过垃圾旋转布料机将垃圾分散到垃圾焚烧炉内,而此时布料机的某些关键的零件,例如布料溜槽等会受到垃圾的挤压,并和和垃圾产生摩擦,所以溜槽的材料应当具有很强的耐磨性。还有就是,焚烧炉在工作时会产生很多的煤烟气,他会对布料机产生很大的损伤,因此我们要确保垃圾旋转布料机内部有较大的气体压强。 旋转布料机的基本性能指标如下表(3-1):
表3-1 设计布料机的基本参数
结构名称 基本参数
滚筒直径/m 0.5
滚筒标准转速?/(rad/s) 0.17 喂料量/m 0.5 料线高度/m 8 焚烧高炉最大半径R/m 2.5 溜槽长度l0/m 0.85 溜槽倾角?/? 66.3 溜槽摩擦系数u 1.2
3
3.2旋转布料机结构设计
3.2.1溜槽的旋转传动计算
布料机的溜槽是布料机最容易损坏的的部件,一般主要是四中因素:
垃圾从高处落下对溜槽产生的冲击;垃圾在溜槽上运动时,会和溜槽产生摩擦,从而磨损溜槽内层;因为布料机溜槽处于垃圾焚烧炉的顶部,会受到焚烧的高温损伤和煤烟气的浸蚀;长时间处于高温条件下,会由于热应力造成对焊缝、螺母等的损害。
通过上述的讲解,可以得出,溜槽的材料必须要耐冲击,耐磨、耐高温。所以本文选择布料机溜槽的材料是使用金属WC(碳化钨)中加入某些有粘合效果的金属,例如钴等耐高温合成的钨钴合金。
溜槽尺寸计算
根据设计参数表,可得到溜槽长度l0=0.85m,喂料量是0.5m3,则需要溜槽的布料速度不能小于喂料速度,当按半圆来计算时照则有
12 ?R?v?0.52
(3-1)
27
由公式(2-7)可以得到)
12 (3-2) ?R?0.06252由上式求得(v是垃圾在溜槽内的速度,这里取最小值,即垃圾刚进入溜槽的出初速度, R?0.235m
考虑到防止垃圾阻塞和,可溜槽的磨损,可取R=0.235m。
图3-1 溜槽三维图
如图(3-1)为溜槽实体图,从给出的旋转体转速,可以得到溜槽的转速
??0.0092r/s。当溜槽以这种固定的转速旋转进行布料时,可以设溜槽的总传动比为i总,则有
z2 i总?i1?z (3-3)
1该式中
i 总——旋转溜槽的总的传动比; i1——减速器传动比; z1——小齿轮齿数; z2——大齿轮齿数。 溜槽的旋转速度应该满足:
n0?n溜槽?i总该式中 n0 ——电动机的转速;
n 溜槽——溜槽的转速;
(3-4)
由公式(2-1)和公式(2-2),可以得到布料机溜槽的旋转速度是
28
3.2.2双棍喂料机构的介绍
?nz (3-5) ??0130i1z2 这是为后面电动机和减速器的选择作准备。
图3-2 喂料机辊子实物图
如图(3-2)所示为双棍喂料机构的辊子三维图,根据技术参数要求,已知滚筒的直径为0.5m,转速为0.17rad/s,喂料机喂料口的款的宽度尺寸需达到1000mm,考虑到
m2,因此可以选取辊子的长度为必须比喂料口尺寸小,而垃圾的最大横断面积是0.0625又需要保证垃圾顺利送入布料机,这既考虑到了垃圾块的体积,同时也注意到了喂料口大小。
所以需满足l辊子?b料口?1000 (3-6) l1——两个辊子中心距离; d——辊子的直径; l2——滚针的长度。
对于辊子上滚齿(下面简称滚齿)的选择,则有
更据垃圾的横断面积需 l1?d?2?l2 (3-7)
2l2?s?0.25m (3-8)
s——垃圾的最大横断面积(这里将垃圾当成立方体模型) 由式(3-8)的可得到
l2?0.125m
为了满足滚齿的强度要求,可取 l2?0.125m