孫智興，李占賢

（河北聯合大學 機械工程學院，河北 唐山 063009）

0 引言

送粉器是一種儲存粉末和定量送粉的裝置，目前應用的類型主要包括自重式、霧化式、刮吸式、螺旋式和微細粉等［1-3］。由于煤粉為細小而有乳聚性的粉體，且受粉末間勃附作用和氣固流體動力學雙重因素的影響，粉末向下流動非常困難，甚至在出口附近粉末固結，出現架橋、結拱等現象［4］。也就是說，依靠自重下料方式的送粉器（如自重式）無法完成煤粉的送粉過程，因此，煤粉送粉器需選用借助機械力的螺旋送粉器。而市場上的螺旋式送粉機構多為應用于廠礦的大型供粉設備，對于實驗室中應用的小、微型供粉設備很難找到成熟產品。因此，本文開發了一款小型螺旋送粉器，對于開展實驗室規模的煤粉點火研究工作十分重要。

1 送粉器的工作原理

不同類型的送粉器由于采用的工作原理不同，傳送粉末的特性也存在著較大的差異，表1為幾種送粉器的特性比較。

表1 幾種送粉器的特性比較

根據表1中幾種送粉器的特性比較，結合煤粉的黏附特性，螺旋式送粉器和消磨針式送粉器滿足煤粉的送粉要求，而在我們的煤粉點火實驗中，要求送粉量連續可調，且實驗過程中不需要多種粉末混合使用，因此，螺旋式送粉器更符合要求。

螺旋式送粉器基于機械學原理，通過機械的推力傳送粉末。該送粉器的優點是：對所傳送粉末的干濕度、形狀均無限制，所傳送粉末的直徑大于Φ15μm；單位時間的粉末輸送量可通過更換不同的螺旋桿及控制電機轉速來實現，能實現供粉量的連續控制。其缺點是：由于是采用螺旋桿的螺紋間隙傳送粉末，單位時間粉末的輸送量不能從0起調，且在一套裝置上一般只配置一個送粉器，不能將兩種不同材料的粉末混合傳送。

2 螺旋送粉器總體設計方案

本文所設計的用于煤粉點火的小型螺旋送粉器總體設計方案如下：

（1）采用漏斗型結構作為儲料室。

（2）在儲料室中間位置安裝螺旋攪拌器件，通過電機帶動螺旋結構旋轉，使煤粉均勻落下，并在螺旋結構上設計攪拌結構，防止粉末結拱。

（3）電機的傳動采用連接件將運動傳遞到螺旋攪拌組件，并通過軸承固定，保證螺旋組件與儲料室同心。

（4）氣力采用分通道輸送方式，在出粉腔內形成負壓區，從而有利于粉末沉降。

（5）結構整體采用封閉式載氣系統，各部件連接處添加密封圈以保證良好密封。

3 送粉器機械結構設計

本螺旋送粉器的機械結構如圖1所示。其主要工作原理是：通過直流調速電機帶動螺旋攪拌組件轉動使煤粉下落，隨著高速氣流形成風粉。整個送粉器結構均采用螺紋連接，方便更換粉末時的設備清理。

3.1 螺旋攪拌結構的設計及固定

由于粉末顆粒間自然黏著力的存在，使顆粒處于聚團的狀態，其流化阻力增強。針對煤粉粉末易黏附的特點，我們在送粉器儲料室中增加攪拌結構（圖1中的11），打散煤粉因黏著力形成的架橋、結拱等現象。螺旋攪拌組件由螺旋桿和高強度及高硬度的攪拌架組成，攪拌架采用截面積為3mm×5mm的鋼板構成，長度按儲料室的錐形長度設計，且采用對稱結構，降低了運轉過程中的噪聲。通過攪拌架的轉動，打散粉末，增強其流動性，使其不斷地向儲料室端口流動，同時為保證端口處煤粉充足，在送粉器中增加了空氣振動器，通過振動使粉末向下流動。端口的螺旋結構連續不斷地將煤粉卷入，使煤粉隨螺旋結構向下運動，形成連續不斷的煤粉流，以達到均勻供粉的目的。

圖1 螺旋送粉器的機械結構

本設計中的螺旋攪拌組件安裝在粉斗的中部，為固定和拆裝方便，在其與直流電機之間增加連接法蘭。連接法蘭通過角接觸軸承（7004C）固定，一方面保證軸向固定，另一方面保證連接法蘭與儲料室對中。為保證法蘭與螺旋攪拌組件的連接在軸向和周向均固定，采用圓錐銷將其固定。因螺旋攪拌組件比較長，且徑向上有許多攪拌架，轉動起來慣性比較大，為保證送粉器運轉平穩，在螺旋攪拌組件下方添加滑動軸承。各連接部件間設計定位臺，確保裝配精度。

3.2 整體結構的密封

密封是氣動送粉裝置的關鍵，它一方面保持送粉器內壓力；另一方面阻止粉末向轉動連接部分擴散，保證送粉器的正常運行。在設計過程中，為防止粉末進入軸承腔，本設計采用了聚四氟材質的密封套，在密封套的凹槽內填充黏稠的高熔點黃油等固體油脂，將連接法蘭從密封套中間穿過，并將聚四氟套緊貼在法蘭軸上。由于聚四氟質地光滑且凹槽內添加油脂起到了一定的潤滑作用，因此其與軸間的摩擦阻力較小。同時，為了防止儲料室內的儲粉量高于上密封圈，在其下方設計安裝了錐形粉斗罩，起到密封圈保護作用。在滑動軸承的上端采用同樣的凹槽結構進行密封。而其他連接處因沒有相對運動的部件且腔內氣壓較低，因此采用密封圈的方式進行密封，即在連接處加墊硅膠墊并用螺母壓緊。

3.3 送粉器氣路設計

載氣式送粉器為多氣路供氣，本文設計的螺旋送粉器采用兩路進氣方式，如圖2所示。

圖2 送粉器的氣路設計

從圖2可以看出，進氣口1輸入一路氣，送入儲粉器，其作用是為儲料倉提供一定的壓力，使儲料倉與下料口壓力相同，煤粉易于向下運動，防止氣流回流；另一路氣體從進氣口2直接送入落粉腔，這一路氣流最為關鍵，它直接將下料口落下的煤粉在腔內分散，形成風粉，并通過管道直接送到工作區域。由于這兩路氣流最終都從出粉口輸出，因此兩路氣流共用一個流量計。輸送過程中，為了保證粉末的正常輸送，要求送粉氣體流速要大于粉末顆粒懸浮速度。

4 送粉器供粉性能測試

將300g由小型粉碎機粉碎而成的煤粉放入送粉器，在載氣量Qs=5.0L／min的條件下（此氣體流量能保證煤粉全部被吹出），調節送粉電機的供電電壓Us，通過測量送粉器的質量減少量來標定送粉器的送粉量。隨著送粉電機供電電壓的增加，電機轉速加快，煤粉供粉量增加，且供粉量隨電壓近似線性變化，該線性變化的斜率為0.64，如圖3所示。

圖3 送粉量隨直流電機供電電壓的變化規律

5 結論

本文成功設計了螺旋結構的小型煤粉送粉器，并對其性能進行了測試。測試結果表明：采用該送粉器可以實現煤粉送粉量在2.5g／min～7g／min之間連續可調，且供粉量隨送粉電機的供電電壓呈線性變化；當載氣流量大于粉末顆粒懸浮速度時，風粉均勻穩定，送粉器滿足應用要求。

［1］ 羅濤.載氣式超細粉末送粉器的研制［D］.天津：天津工業大學，2006：10.

［2］ 陳再良.塑料板材表面噴涂技術的開發研究［D］.蘇州：蘇州大學，2011：23.

［3］ 崔海濤，李強，武強，等.激光快速成型送粉器及其特性［J］.北京工業大學學報，2002，28（3）：341-344.

［4］ Donsi G，Ferrari G，Poletto M，et al.Gas pressure measurements inside an aerated hopper［J］.Chemical Engineering Research and Design，2004，82（1）：72-84.