動靜態空氣篩分機的結構設計及應用

王燁，賈長付，褚旭，許芬

動靜態空氣篩分機的結構設計及應用

Structure Design and Application of Dynamic-Static Air Separator Machinee

王燁，賈長付，褚旭，許芬

人工砂石骨料是建筑行業不可缺少的材料，傳統的濕法制砂生產工藝需要大量的水，存在水污染嚴重、一次性投入大等問題，而干法制砂工藝可將上述問題完美解決，同時會使人工砂的級配更好。本研究將在水泥行業使用較廣泛的動靜態空氣篩分機投入到人工砂石骨料的生產工藝當中，從篩分機的結構及分級原理入手，設計制造了產量為440t/h的機型，并對篩分機的穩定性及風量大小對篩分機的實際篩分性能的影響作了研究。結果表明，該機型的實際工作穩定性高；該設備對0～0.6mm物料的篩分效果好，風量大小對粒度為0.6mm～4.75mm的篩分性能影響較大。在實際的生產工藝中，該機型配合破碎、振動篩等設備使用取得了良好的效果。

人工砂石骨料；干法制砂工藝；動靜態空氣篩分

1 引言

砂石骨料是一種不可或缺的建筑材料，廣泛用于建筑、道路、公路、鐵路等工程領域。砂石按產源可分為天然砂、人工砂兩大類，天然砂的存儲量有限，且目前的開采已嚴重地破壞了生態環境，所以人工砂代替天然砂進入建筑市場是形勢發展的需要[1]。人工砂目前的生產方法多采用濕法生產工藝，該工藝使用水沖洗粉塵過程中會將部分細砂帶走，需對沖洗水重新處理，同時會產生大量的污水，需要較大容量的沉淀池去除污水中的泥砂等固體懸浮物，生產工藝復雜，受到了環境以及環保的限制[2，3]。

為適應選粉行業的快速發展，我公司研制了動靜態空氣篩分機，它將打散、分離集成在一起，內部的運動部件少，能耗低，維護簡單，可調參數比較多，可適應不同的篩分要求，現場調試方便，結構緊湊，該機型最早應用于水泥行業，效果顯著，取得了不錯的成績[4，5]。動靜態空氣篩分機生產過程中具有不需要水就能去除物料中的粉塵的優勢。水泥企業與混凝土砂石骨料行業在工藝與裝備存在著互補的優勢，所以將動靜態空氣篩分機的結構作一定的調整，進而適應人工砂石骨料的生產工藝是一個很好的發展方向。

圖1 動靜態空氣篩分機的組成

2 結構及分級原理

動靜態空氣篩分機由風機、靜態選粉區、動態選粉區、旋風筒四大部分組成，在靜態選粉區上方設有入料口，物料經由靜態選粉區粗分級，粒度不同的物料分別從粗料出口和細料出口流出，較細的粉塵（74μm以下）經動態選粉區分離后從旋風筒出口流出。風機的進口與旋風筒的排氣筒通過圓筒連接，實現了整個系統的風量循環利用（見圖1）。

2.1 靜態選粉區

靜態選粉區內部由分布于左右兩側的與豎直方向呈一定角度的兩塊金屬板組成，呈現出”V”字的結構，V型結構自上而下分布于整個靜態選粉區，其結構如圖2所示。右側為進風側，左側為出風側，兩側的金屬板上表面均采用耐磨鋼強化處理，與豎直方向的夾角分別為α、β。

當不同大小顆粒的礦石物料從入料口進入靜態選粉區后，由于重力作用從上到下跌落過程中，右側的金屬板會將原有的較集中的物料打散，這時右側較強的風力會將顆粒較小的物流吹到左側的金屬板，假設顆粒為球形，較小的顆粒到達左側金屬板后向金屬板的上側移動，此時該顆粒的受力情況如圖2所示，它主要受到四個方向的大小不同的力[6]。而其中的FD為顆粒在風氣體中的拽力，此力的大小可按照式（1）取得。

式中：

FD——顆粒在氣流中的拽力

CD——氣體的阻力系數

ρg——連續相的密度，kg/m3

νg——風速

νP——顆粒的速度d

——顆粒的直徑

從式（1）中可以看出，當風量提高的時候，必然會引起FD的增加，進而足夠抵抗重力在階梯板上的向下的分力與摩擦力之和，使顆粒能夠沿著左側的階梯板向上爬升，落入到細料出口區，達到選粉的目的。在階梯板角度一定的情況下，不同大小的顆粒所對應的需要向上爬升的最小風量是一定的，所以可以通過調節風量使落入到細料出口區的顆粒的大小分布有規律地變化。同時也可調節左側的階梯板的角度β，使顆粒的重力順著階梯板的分力減小。

2.2 動態選粉區

動態選粉區的內部結構如圖3所示，它由動態籠型轉子以及分布于轉子外側一周的靜態導風葉片組成。動態籠型轉子的外圈布置了若干個直葉片，它與分布圓的法向方向有一定的角度γ，導風葉片與其分布圓的法向角度δ一般為45～75°，此角度增大，會使導風葉片的開度變小，成品的粒度變小，反之成品的粒度變大。它的分級原理為顆粒進入到靜態導風葉片與動態轉子之間的區域后，由于氣流的作用，會受到兩個方向相反的氣體的拽力FD以及離心力F和重力G的合力，粒度較大的顆粒因其受到的合力大于氣體拽力，碰到靜態導風葉片后失去動量，在重力的作用下掉入到細料出口，而粒度較小的顆粒剛好相反，它會進入到籠型轉子內部，經由旋風筒輸出[7]。

圖2 靜態選粉區內呈現“V”型結構

圖3 動態選粉區的內部結構

表1 空氣篩分機的穩定性測試結果

3 性能研究

按照上述結構設計了額定產量為440t/h的機型，風機的額定風量為115000m3/h，風量的大小通過風機的開口進行控制。上述提到的α、β、γ、δ角度的大小分別定為35°、45°、18°、75°，進入到選粉機的物料粒度最大為4.75mm。在實際的測試中發現，在滿足工作的條件下，旋風筒收集的細粉的顆粒大小可通過調節籠型轉子的轉速進行調節，都能夠滿足要求，所以對動靜態空氣篩分機性能的測試主要集中在粗料和細料的顆粒大小的分布上，同時為了排除原料的顆粒大小的差異，將進料口的顆粒也進行了統計。

3.1 穩定性能研究

首先對篩分機的穩定性能進行了測試。測試條件為進料量330t/h，85%風量，籠型轉子的轉速為50%額定轉速。測試系統開機半個小時，整個系統達到穩定后，對進料口，粗、細料出口分別取樣，1h后再次取樣，使用篩孔大小不同的一系列新標準方孔篩對取得的樣品進行篩選、稱重。對比前后兩次樣品中的不同粒度所占的比重，得出篩分機的穩定性能的優劣。

表1所示為測量結果，首先看進入到設備中的物料情況，兩次測量中，物料各粒度所占的比例基本一致，誤差普遍在1%以內，可認為兩次測量時，進料的屬性是相同的。再對比粗料、細料兩次的測量結果，誤差基本上維持在1%～3%之間，如果除去取樣時的人為誤差，以及篩選過程中的誤差，認為兩次取樣，不管是粗料還是細料，各粒度所占的比重是相同的，即篩分機的工作性能穩定。

表2 風量大小對篩分性能的影響

3.2 風量大小對篩分性能的影響

從2.1小節中可知，風量越大，細料中能夠篩選出來的顆粒越大，本小節將對這一趨勢作定量的研究。將風機的風口分別調節至80%、85%、90%、100%，其他參數和上一小節相同。同樣的測量進料、粗料、細料各粒度所占的比重。結果如表2所示。從表2中可以看出，進料中不同粒度所占的比重在不同風量下基本相同，誤差在1%內，可認為不同風量下的進料的屬性是完全相同的。從粗料和細料的結果來看，不管風量為多少，＜0.6mm的顆粒的篩選效果很好，粗料中＜0.6mm的顆粒殘余量僅為2%～4%，隨著風量的增加，粗料中殘余的0.6～4.75mm的會量逐漸減少，而細料中相應的含量增多，甚至當風量達到100%時，＞2.36mm的顆粒在細料中的含量達到了近10%，說明在我們測試的這個風量條件下，這個范圍內的顆粒的篩選受風量的影響較大，這一數據的取得對今后的工程具有很重要的意義。

目前該設備在葫蘆島某建材公司得到了應用。該公司以生產建材石子、砂石為主，該設備配合破碎設備、振動篩、輸送機等設備使用，其結構緊湊可使現場設備布置靈活，同時封閉的氣流通道可降低現場的灰塵，減少對大氣的污染。

4 結語

動靜態空氣篩分機由動態籠型轉子選粉機和靜態V型選粉機兩個部件組成，既具有靜態V型選粉機不需要任何動力，利用氣流的不同速度梯度對粉狀物料進行粗分選的功能，又具有動態籠形轉子選粉機進行細粉分選且分選效率較高的功能。二者合二為一，結構緊湊，簡化了工藝布局，為用戶節約了成本。

動靜態空氣篩分機在礦石選擇方面的應用的測試結果表明，該機具有良好的穩定性能，對0～0.6mm大小的物料的篩分效果好，風量大小對粒度為0.6～4.75mm的篩分性能影響較大，說明后續的工作中可以通過控制風量的大小達到篩分不同大小顆粒的目的。在實際的應用中，該機型配合破碎、振動篩等設備取得了良好的效果。如何在客戶的篩分要求下，匹配風量、角度之間的關系，在保證分級精度的條件下，提高篩分機的效率，降低篩分機的能耗將成為下一步的研究重點。

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：1001-6171（2014）06-0075-03

中材裝備集團有限公司新技術開發分公司，天津300400；

2014-03-24；編輯：呂光