破架橋機在粉體料倉上的應用

劉海景

（上海艾的維機械制造有限公司）

破架橋機在粉體料倉上的應用

劉海景*

（上海艾的維機械制造有限公司）

針對粉體行業在產品加工、儲存、運輸各個環節中廣泛存在的架橋現象，從粉體架橋的微觀機理入手，尋找到有效的破架橋解決方法。介紹了破架橋機的原理、結構特點和主要技術參數，并通過試驗數據證明了破架橋機的性能及其穩定性。

破架橋機 粉體 空氣 凝聚 團聚 摩擦 流動性

本文針對粉體行業在產品加工、儲存、運輸各個環節中廣泛存在的架橋現象，介紹了破架橋機的原理、結構特點和主要技術參數，并通過試驗數據證明了破架橋機的性能及其穩定性。

1 粉體的流動和架橋

1.1 粉體顆粒的流動和架橋問題

在粉體加工、儲存和運輸過程中，經常會碰到因粉體物料團聚而引起的出料不暢，甚至產生架橋而形成漏斗流。所謂漏斗流，就是在料斗的中心部分產生漏斗狀的局部流動，而周圍其他區域的物料則停滯不動，嚴重時甚至導致出料完全堵塞。

需要分析物料形成架橋的機理，才能找到解決架橋問題的方法。與粉體架橋有關的因素可以分為兩類：一是粉體自身因素，即粉末顆粒的各項物性參數，包括顆粒的尺寸、形狀、表面紋理結構、表面積、多孔性、密度、內聚力、黏附力、彈性、塑性等[1-2]。二是環境因素，主要是環境濕度和粉體儲存時間。這些因素不同程度地影響了粉體物料的流動性。

1.2 影響粉體顆粒流動的主要因素

粉體是一種性能獨特的物料，具有流動性。粉體的流動性與其顆粒本身、顆粒間的空氣以及顆粒表面和內部的水分有關。空氣含量的變化和顆粒之間接觸應力的變化均會影響粉體的流動性。粉體間空氣含量越大，粉體就越疏松，其流動性就越好。顆粒接觸應力的減小也會使顆粒流動性增強[3]。

空氣含量和顆粒之間接觸應力是影響粉體流動性的兩個最主要因素，其他因素會對其產生影響。比如顆粒的尺寸、表面積、多孔性以及儲存過程中環境濕度、儲存時間等因素會影響粉體的空氣含量；顆粒的形狀、表面紋理結構、彈性、塑性等因素會影響粉體中的空氣含量和顆粒間的接觸應力。

阻礙粉體顆粒流動的因素主要是摩擦、機械聯鎖、顆粒間凝聚力和液橋等，具體如表1所示。一般來說，這些因素限制了粒子的獨立性，其影響力越強，顆粒聚結程度就越嚴重，導致粉體的流動性就越差。

表1 粒子運動的限制因素

促進粉體流動的因素主要是粉體顆粒的重力。因此，要避免因料倉錐段角度過大、垂直方向分力過小而造成的粉體堆積架橋。

2 破架橋機的設計

2.1 破架橋機的設計思路

粉體破架橋機的設計必須考慮兩個影響粉體顆粒流動的主要因素。顆粒之間空氣含量低和接觸應力大都會造成物料團聚甚至結塊。要使物料流動通暢，就需要人為削弱顆粒流動的限制因素。對于高黏附性粉末或者形狀不規則的顆粒，如果向其施加合適的激勵力，就可以有效破壞顆粒之間的聚結和架橋。同時，原本團聚的顆粒在疏松過程中空氣含量也會增加，從而促使粉體顆粒實現通暢流動[5]。

破架橋機的作用就是提供給粉體物料一定的激勵力，用于破壞粉體顆粒之間的聚結和架橋，人為削弱顆粒流動限制因素的影響，增強粉體流動性。

2.2 破架橋機介紹

（1）破架橋機的技術背景

現有的粉體儲運環節大都存在物料因黏附、吸潮、壓實、結晶而造成的結塊現象，繼而導致出料不均勻或不出料等情況，影響后續生產的進行。現有的解決辦法主要是通過人工錘打震動料倉，以達到破壞物料架橋的目的。機械設備上還有以下幾種裝置可用來破壞架橋現象：料倉頂部和側面機械攪動方式、料倉震動方式、料倉表面增加氣源吹動的方式。但以上幾種常用方法都不能有效解決特殊物料架橋的問題，而且還分別存在占用空間大、生產環境噪音大、粉塵外溢和機油污染物料等弊端。鑒于上述情況，現設計制造了一種新型的破架橋機。

（2）破架橋機的結構和原理

破架橋機的結構如圖1所示。其結構主要包括外筒、旋轉內筒和驅動裝置、冷卻系統、密封系統以及設置在旋轉內筒裝置上的上破架橋桿組件和下破架橋桿組件。外筒的上下面分別和料倉等設備連接，密封面帶密封槽。外筒的外側面設置冷卻槽，可根據使用情況選擇開啟或關閉。旋轉內筒裝置上的上、下破架橋桿可以分別拆卸或組合使用。

圖1 破架橋機結構

旋轉內筒上的上破架橋桿組件和下破架橋桿組件可分別伸入到料倉或設備的內部，對物料實現強制破架橋，之后物料便可依靠自重通暢出料。破架橋桿組件的傾斜角需與相關的料倉和設備相匹配。使用電動機驅動旋轉內筒和破架橋桿組件。

2.3 破架橋機的試驗

破架橋機的試驗分為三個步驟。

（1）物料儲存在料斗內，料斗和物料基本性能參數如表2所示。不安裝破架橋機時，裝滿物料后開始出料，隨時間的推移出料越來越少，最后出料完全停止。料斗內的物料不能靠自重流動下料。

表2 料斗和物料基本性能參數

（2）安裝破架橋機，其基本參數如表3所示。啟動破架橋機后物料迅速流動，下料完全徹底。

表3 破架橋機基本參數

（3）啟動破架橋機后，調整合適的轉速，依次截取30 s的落料，稱重并計算平均出料量，結果如表4所示。經過計算可知，試驗時該破架橋機每30 s平均出料量為105．2 g。對比6次出料，全程出料雖有波動，但無斷流。試驗表明，破架橋機破壞了物料團聚，使得物料均勻疏松，流動順暢。

表4 出料量記錄表

圖2所示為破架橋機試驗過程中料倉內物料的運動變化狀況。圖2（a）所示為破架橋桿攪動初期粉體顆粒開始疏松；圖2（b）所示為隨著破架橋桿繼續攪動，粉體顆粒開始落料；圖2（c）所示為隨著破架橋桿繼續攪動，粉體顆粒實現持續落料，料倉內余料越來越少。

圖2 破架橋機試驗

以上試驗表明，該破架橋機達到了設計要求，實現了粉體破拱，并且使物料均勻疏松，改善了其流動性。

3 破架橋機的應用

該破架橋機針對顆粒團聚的主要原因采用強制方式進行破拱。與其他破拱設備相比，該設備具有以下優點：（1）設備占用空間小、造價低、維護費用低；（2）對于團聚嚴重的物料，采用震蕩敲擊破拱無效時，該機也能有效破拱，從根本上解決了企業難題；（3）該機噪音小，結構密閉，可防粉塵外溢，綠色環保。

該產品已在蘇州東帝士纖維地毯有限公司使用兩年，且運行穩定。目前破架橋機系列產品已經做到出口直徑達400 mm，包括杜邦在內的多家生產單位正在正常使用。

4 結束語

在工業生產諸多粉體輸送環節中，由于粉體顆粒自身因素和環境因素造成物料團聚、架橋和出料不暢，甚至出料阻塞情況經常發生。影響粉體流動性的主要因素是粉體顆粒間的接觸應力和空氣含量。破架橋機的作用就是給粉體物料提供外加的激勵力，用于破壞粉體顆粒之間的聚結和架橋，人為削弱顆粒流動限制因素的影響，降低粉體顆粒間的接觸應力，提高粉體顆粒間空氣含量，以達到增強粉體流動性的目的。試驗表明，破架橋機的設計思路可行，實現了粉料破拱，改善了物料流動性。

破架橋機適用的物料較為廣泛，特別是對超細微物料、吸濕性物料、黏附性物料、絲狀易勾結團聚物料等特殊物料的破架橋很有效。該機工作噪音小，安裝空間小，結構密閉，防粉塵外溢，可廣泛用于化工、醫藥、冶金、發電、煤炭和食品等行業，尤其是粉體行業的生產加工。

[1] 武玉琴，胡林，安紅海，等.顆粒物質中靜摩擦力與接觸面形狀有關[J].大學物理實驗，2005，18（3）：4-7.

[2] 楊林，胡林，張興剛.二維晶格顆粒堆積中側壁的壓力分布與轉向系數[J].物理學報，2015，64（13）：212-218.

[3] 王偉.顆粒介質摩擦界面及其潤滑效應[M].合肥：合肥工業大學出版社，2016.

[4] 李志，夏國濤，肖國先，等.料倉中濕顆粒流動規律的數值仿真與試驗研究[J].海南大學學報（自然科學版），2004，22（1）：23-27.

[5] 王海兵，劉詠，周科朝，等.粉末顆粒堆積的科學問題[J].粉末冶金材料科學與工程，2001，6（3）：216-222.

Application of Bridge Breakage Machine in Powder Hopper

Liu Haijing

In the process of powder processing,storage and transportation,the phenomenon of bridging is widespread.Based on the analysis of microcosmic mechanism of powder bridging,an effective solution is found.The main technical parameters and structural features of the bridge breakage machine are introduced.The performance and stability of the bridge breakage machine are proved by experimental data.

Bridge breakage machine;Powder;Air;Condensation;Reunite;Friction;Mobility

TQ 051.25

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.06.008

2017-04-10）

*劉海景，男，1973年生，助理工程師。上海市，201514。