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0 引言
0.1 概述
適用范圍廣、操作方便、運(yùn)轉(zhuǎn)率高，在水泥工業(yè)中被廣泛用于旋蓋粘土、礦渣、碎石、煤等原、燃料。干燥時(shí)，熱空氣或熱煙氣將熱量傳給物料，使水份蒸發(fā)，同時(shí)依靠通風(fēng)設(shè)備的作用，使干燥設(shè)備內(nèi)的干燥介質(zhì)不斷更新，以排除水汽。干燥設(shè)備的形式也是多種多樣的，水泥工業(yè)中常用的有電動(dòng)旋蓋機(jī)、流態(tài)旋蓋機(jī)、攪拌（懸?。┬w積極氣流式干燥管等。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外還在研究噴霧干燥裝置。這些設(shè)備一般都利用熱煙氣進(jìn)行對(duì)流旋蓋電動(dòng)旋蓋機(jī)筒體一般為單直筒型，安裝時(shí)筒體與水平成一傾斜角度，物料從高端進(jìn)入，隨著筒體的回轉(zhuǎn)緩緩流向低端而后卸出。在中小型水泥廠中，旋蓋機(jī)的筒體長(zhǎng)度一般為12-20m，以保證物料在旋蓋機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，滿足旋蓋工藝要求。出熱風(fēng)爐的熱氣流和物料在筒體內(nèi)以順流或逆流形式進(jìn)行熱交換。在旋蓋過(guò)程中，單筒式旋蓋機(jī)約有35％－55％的熱量隨廢氣流失和由筒體向外散失掉。
針對(duì)手持式電動(dòng)旋蓋機(jī)存在的弊端，我們開始設(shè)計(jì)一種套筒式旋蓋機(jī)。該機(jī)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，占地面積小、單位機(jī)重產(chǎn)量高、熱效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。
0.2工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
套筒式旋蓋機(jī)是通過(guò)對(duì)單筒旋蓋機(jī)的單一筒體改為套疊在一起的兩筒或三筒，以縮短旋蓋機(jī)的外形尺寸。該機(jī)工作時(shí)，物料和熱氣流依次進(jìn)入內(nèi)外筒體，在旋蓋機(jī)內(nèi)作“V”或“N”形往復(fù)折流后，充分利用熱能旋蓋物料后再卸出。
該旋蓋機(jī)筒體部分由兩個(gè)筒軸水平放置的內(nèi)外套筒組成，內(nèi)通為一錐筒，外筒為直筒，這就使通體的截面得到充分利用，其筒體外形總長(zhǎng)度約為相當(dāng)?shù)膯瓮驳?0％－60％，從而大幅度的減少了占地面積和廠房建筑面積。
該機(jī)的支撐裝置，在高溫端采用活套在內(nèi)筒上的輪帶與托輪支撐，低溫端則在中心軸上用一滾動(dòng)軸承支撐，并采用中心傳動(dòng)，使總體結(jié)構(gòu)緊湊、合理。為便與磨損件的檢修和更換，在中間一般設(shè)計(jì)成軸向剖分式，用螺栓固定連接。
該機(jī)工作時(shí)，物料與熱氣流順流從內(nèi)錐筒的小端進(jìn)入，被揚(yáng)料板揚(yáng)起與熱氣流進(jìn)行充分的熱交換，同時(shí)向大端移動(dòng)。同理，進(jìn)入外筒后，物料被勺形揚(yáng)料板揚(yáng)起，并均勻地撒落在內(nèi)錐筒外壁的上部，隨筒體慢速回轉(zhuǎn)，物料在環(huán)形空間能經(jīng)歷一較長(zhǎng)的滯留時(shí)間，最后沿筒壁和內(nèi)筒外壁上的導(dǎo)料板流向出口端，通過(guò)翻板閥卸出，廢氣由卸料罩上的旋風(fēng)收塵器收塵后排出。
從上述物料的流程可以看出，物料在被外筒熱氣流直接旋蓋的同時(shí)，又被內(nèi)筒的熱氣流間接旋蓋。內(nèi)筒里的物料與熱氣流之間的熱交換以輻射、對(duì)流傳熱形式為主，而在外筒內(nèi)，氣體濕度已較大，溫度較低，物料撒落在內(nèi)筒外壁上，使兩者的熱交換以傳導(dǎo)、對(duì)流形式為主，從旋蓋機(jī)原理上也是非常合理和科學(xué)的，再者，低溫段的外筒對(duì)高溫段的內(nèi)筒有保溫隔熱作用，并使設(shè)備的總散熱面積有對(duì)于單筒旋蓋機(jī)減少了30％～40％，總之，該旋蓋機(jī)，在設(shè)備的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有較大的創(chuàng)新。
0.3結(jié)語(yǔ)
隨著水泥生產(chǎn)向大型、高效方向的不斷發(fā)展，套筒式旋蓋機(jī)將以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、熱效率高、投資省、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)，為水泥廠的原、燃料旋蓋提供了一種較理想的旋蓋設(shè)備。
1 物料的旋蓋
在水泥工業(yè)中，當(dāng)采用干法生產(chǎn)時(shí)，各種含水的物料如原料、煤和混合材都需要進(jìn)行旋蓋，而采用濕法生產(chǎn)時(shí)，煤和混合材也需要旋蓋，這樣才能保證粉磨作業(yè)的正常進(jìn)行。
入磨物料的水分，對(duì)磨機(jī)的產(chǎn)量，出磨物料的質(zhì)量及磨機(jī)的操作都有很大的影響。入磨物料水分多，磨內(nèi)含濕量高，細(xì)粒物料會(huì)粘附在研磨體、襯板和隔倉(cāng)板上，使粉磨效率下降；而且，入磨物料水分過(guò)高必然會(huì)使磨機(jī)作業(yè)條件惡化，給操作和質(zhì)量控制帶來(lái)困難。此外，喂入磨內(nèi)的物料，其配合比會(huì)受到物料內(nèi)水分的波動(dòng)而變化，從而出磨產(chǎn)品的質(zhì)量也隨之受到影響。因此，排除物料過(guò)多水分的旋蓋工序是水泥生產(chǎn)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。
水泥廠采用單獨(dú)進(jìn)行旋蓋的旋蓋設(shè)備有回轉(zhuǎn)式、懸浮式、流態(tài)式、沸騰式、重力式等。其中最常用的是回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)。這種旋蓋機(jī)雖然旋蓋效率低，投資大，、但是對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以旋蓋各種物料，且設(shè)備操作簡(jiǎn)單可靠，故得到普遍采用。
1.1 干燥設(shè)備分類及在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
物料的干燥可以自然的或人工的方法進(jìn)行。
自然干燥，即把濕物料堆放在棚屋里或室外曬場(chǎng)上，借風(fēng)吹日曬使其干燥，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需專門設(shè)備，不用消耗燃料；但是干燥速度慢，產(chǎn)量低，勞動(dòng)強(qiáng)度高，操作條件差，而且受氣候影響大。
人工干燥，是把物料堆放在專門的干燥器中進(jìn)行干燥，人工干燥時(shí)，傳給物料熱量的方式很多，如利用熱空氣或熱煙氣的對(duì)流傳熱；利用紅外線燈或熱的金屬、陶瓷、耐火材料等表面的輻射傳熱。
利用熱空氣或熱煙氣的對(duì)流作用進(jìn)行加熱干燥的方法稱為對(duì)流干燥，所用的熱空氣或熱煙氣稱為干燥介質(zhì)，根據(jù)水泥工業(yè)物料的特點(diǎn)，普遍采用對(duì)流干燥法。這種方法熱源容易獲得，設(shè)備較為簡(jiǎn)單，總的費(fèi)用也較低。干燥時(shí)，熱空氣或熱煙氣將熱量傳給物料，使水份蒸發(fā)，同時(shí)依靠通風(fēng)設(shè)備的作用，使干燥設(shè)備內(nèi)的干燥介質(zhì)不斷更新，以排除水汽。干燥設(shè)備的形式也是多種多樣的，水泥工業(yè)中常用的有電動(dòng)旋蓋機(jī)、流態(tài)旋蓋機(jī)、攪拌（懸?。┬w積極氣流式干燥管等。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外還在研究噴霧干燥裝置。這些設(shè)備一般都利用熱煙氣進(jìn)行對(duì)流旋蓋。
干燥作業(yè)還可以和粉碎、選粉等其它作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，目前水泥廠的煤粉制備大多采用旋蓋兼粉磨系統(tǒng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)水泥原料等采用旋蓋兼粉磨流程也日益增多。這種方法可以簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，減少熱量消耗，但若物料的初水分超過(guò)旋蓋兼粉磨系統(tǒng)的允許范圍時(shí)，則仍需另設(shè)旋蓋設(shè)備進(jìn)行預(yù)先旋蓋。
總之，旋蓋過(guò)程是水泥工業(yè)中基本的熱工過(guò)程之一，干燥過(guò)程進(jìn)行的好壞直接影響水泥的產(chǎn)質(zhì)量，因此水泥工作者對(duì)旋蓋設(shè)備必須給與足夠的重視。
1.2 電動(dòng)旋蓋機(jī)的型號(hào)和特性
在電動(dòng)旋蓋機(jī)內(nèi)，按物料與熱氣體流動(dòng)的方向的不同，有順流式和逆流式兩種。順流式旋蓋機(jī)物料與熱氣流的流動(dòng)方向是一致的，在進(jìn)料端，濕物料與溫度較高的熱氣體接觸，其干燥速度較快，而在卸料端，由于物料易被旋蓋，物料溫度也升高了，而氣體溫度以降低，二者溫差較小，故干燥速率很慢，所以在整個(gè)筒體內(nèi)干燥速率不均勻。逆流式旋蓋機(jī)物料與熱氣體流動(dòng)方向是相反的，已旋蓋的物料的物料與溫度較高、含濕量較低的熱氣體接觸，所以整個(gè)筒體內(nèi)干燥速率比較均勻。
順流干燥旋蓋特點(diǎn)示意圖
逆流干燥旋蓋特點(diǎn)示意圖
再選擇旋蓋機(jī)的順逆流操作時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體條件來(lái)考慮，入物料的特性、粒徑、物料最終水分的要求以及車間的布置情況等。在水泥廠中兩種操作方法均有采用，而以順流操作的居多，其主要特點(diǎn)如下：
1. 在旋蓋機(jī)熱端，物料與熱氣體的溫差較大，熱交換過(guò)程迅速，大量水分易被蒸發(fā)，適用于初水分較高的物料。
2．粘性物料進(jìn)入旋蓋機(jī)后,由于表面水分易蒸發(fā)，可減少粘結(jié),有利于物料運(yùn)動(dòng)。用于旋蓋濕煤時(shí)，可避免高溫氣體直接接觸干煤引起著火。
3．順流操作的熱端負(fù)壓低，能減少進(jìn)入旋蓋的漏風(fēng)量，有利于穩(wěn)定旋蓋機(jī)內(nèi)熱氣體的溫度及流速。
4．喂料與供煤同設(shè)與旋蓋機(jī)的熱端，車間布置較方便。
5．順流操作的旋蓋機(jī)出料溫度低，一般可用膠帶輸送機(jī)輸送。
6．順流操作的粉塵飛揚(yáng)較逆流時(shí)要多，旋蓋機(jī)內(nèi)總的傳熱速率比逆流式要慢。
電動(dòng)旋蓋機(jī)的規(guī)格是以筒體的直徑和長(zhǎng)度表示，目前我國(guó)水泥廠常用的幾種規(guī)格的旋蓋機(jī)及設(shè)備參數(shù)如下表所示：
國(guó)內(nèi)常用的幾種旋蓋機(jī)的規(guī)格及性能參數(shù)
編號(hào)
規(guī)格（m）
L/D
有效容積
轉(zhuǎn)速
斜度（%）
功率（KW）
1
φ1×5
5
3.9
2.44
5
4.5
2
φ1.2×6
5
8.1
2
5
4.5
3
φ1.5×12
8
21.2
2.08
5
20
4
φ2.2×12
5.45
39
4.7
5
17
5
φ2.2×14
6.36
47
4.9
5.24
14
6
φ2.4×18
7.5
81.4
3.2
4
30
7
φ3×20
6.67
141.5
3.5
3
65
電動(dòng)旋蓋機(jī)的操作控制參數(shù)
干燥物料的種類
石灰石
礦渣
粘土
煙煤
無(wú)煙煤
進(jìn)旋蓋機(jī)熱氣溫度（℃）
800～1000
700～800
600～800
400～700
500～700
出旋蓋機(jī)廢氣溫度（℃）
100～150
100～150
80～110
90～120
90～120
出旋蓋機(jī)物料溫度（℃）
100～120
80～100
80～100
60～90
60～90
旋蓋機(jī)出口氣體流速（m/s）
1.5～3
1.5～3
1.5～3
1.5～3
1.5～3
幾種電動(dòng)旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度A值（Kg/m3·h）
粘土1
粘土2
礦渣
石灰石
水 分
A 值
水 分
A 值
水 分
A 值
水 分
A 值
φ1.5×12
10
22
10
28.5
10
35
2
12.3
15
29
15
38
15
40
3
16.5
20
33
20
43
20
45
4
20.5
25
36
25
47
25
49
5
24.4
30
52
6
26.5
10
35
φ2.2×12
10
22
10
28.5
10
35
2
10.5
15
29
15
38
15
40
3
15.3
20
33
20
43
20
45
4
17.2
25
36
25
47
25
49
5
22.8
30
52
6
22.5
10
33.7
φ2.4×18
10
22
10
19.5
10
30
2
9.6
15
29
15
26
15
35
3
13.8
20
33
20
32
20
37
4
17.9
25
36
25
39
25
39
5
21.5
30
40
6
23.6
10
34
1.3 工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
我們?cè)O(shè)計(jì)的雙筒旋蓋機(jī)是利用“內(nèi)循環(huán)式旋蓋”的工作原理，設(shè)計(jì)的一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的的水平布置雙筒回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)。本機(jī)主要由正面框、密封裝置、回轉(zhuǎn)部分、出料裝置、傳動(dòng)裝置、支承裝置等組成，水平布置，中心傳動(dòng)。旋蓋機(jī)筒體部分由兩個(gè)同心水平放置的內(nèi)外筒體組成（見(jiàn)圖1），內(nèi)筒體由直端和錐體拼接而成以利物料的流動(dòng)；外筒為一直筒，設(shè)計(jì)為兩段，其中一端為可拆分式，以便修理；筒體長(zhǎng)度約為同等旋蓋能力的單筒旋蓋機(jī)的50％～60％，從而大幅度減少了占地面積和廠房建筑面積。
工作是，物料由提升倉(cāng)送到料倉(cāng)，經(jīng)自制圓盤喂料機(jī)喂料，由下料管喂入內(nèi)筒與熱氣體順流由內(nèi)筒體的支端進(jìn)入，物料經(jīng)螺旋板的推進(jìn)流入內(nèi)筒錐體部分，隨著筒體回轉(zhuǎn)及揚(yáng)料板的拋散，物料一邊與熱氣體進(jìn)行交換，一邊向前移動(dòng)，從內(nèi)筒體的出料口進(jìn)入外筒體內(nèi)。為了防止出料口的物料堵塞，在外筒體兩端各設(shè)置了螺旋板，同時(shí)，外筒體中的養(yǎng)料板也呈一定的角度布置，作用形似輪旋板，在內(nèi)筒外壁上，也布置了幾塊物料導(dǎo)向板。物料在外筒體中，通過(guò)揚(yáng)料板的作用，分別與熱氣體及內(nèi)筒外壁再次進(jìn)行熱交換。旋蓋好的物料由外筒上的出料口卸入翻板閥，廢氣則由出料口經(jīng)出料罩上部入除塵器除塵。
單筒旋蓋機(jī)與套筒旋蓋機(jī)主要熱工性能及參數(shù)對(duì)照表
規(guī)格（m）
設(shè)備重（t）
產(chǎn)量（t/h）
熱耗（KJ/Kg）
熱效率（%）
蒸發(fā)強(qiáng)度Kg/（m3·h）
煤耗（Kg/t）
φ1.5×12（單筒）
20
4.9～6
5394～6105
＜50
28～38
30～40
φ2.0×6.5（雙筒）
18
6.1～7
3698～4195
＞80
35～50
16.5～20
φ2.2×14（單筒）
32
10.5～13
5443～5812
＜60
28～38
23～38
φ2.4×8（雙筒）
26
12～15
3587～3984
＞80
33～50
15～19
從上述物料的流程可以看出，內(nèi)筒中的物料與熱氣體的交換以輻射、對(duì)流傳熱形式為主，而在外筒中，熱氣體溫度低，濕度也較大，物料被拋散與內(nèi)筒外壁上，在被熱氣體直接旋蓋的同時(shí)又于內(nèi)筒外壁進(jìn)行進(jìn)行以傳導(dǎo)、對(duì)流形式的熱交換。采用內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，可使低溫的外筒體對(duì)高溫的內(nèi)筒體起到保溫、隔熱作用，并使設(shè)備的總散熱面積只相當(dāng)與同等能力單筒旋蓋機(jī)的50％～60％。而且，外筒表面的溫度僅為70℃，較單筒旋蓋機(jī)表面溫度（120℃～140℃）有了大幅度降低?？傊?，雙筒旋蓋機(jī)有了革命性的改進(jìn)，其使用效果也是非常好。
雙筒旋蓋機(jī)筒體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2 雙筒旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 水分蒸發(fā)強(qiáng)度及旋蓋機(jī)尺寸計(jì)算
水分蒸發(fā)強(qiáng)度，是綜合反映旋蓋機(jī)性能的一個(gè)主要指標(biāo)，也是在設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要參數(shù)。所謂水分蒸發(fā)強(qiáng)度，是指旋蓋機(jī)單位時(shí)間（小時(shí)）每平方米有效容積平均蒸發(fā)水的質(zhì)量，其單位是Kg/h·m3，通常以符號(hào)A表示。
根據(jù)定義 A＝（Kg/h·m3） （2-1）
公式中 ――旋蓋機(jī)每小時(shí)蒸發(fā)水量，（Kg/h）；其計(jì)算方法見(jiàn)《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)》
V――旋蓋機(jī)的有效容積（m3）
A的影響因素很多，它與物料的性質(zhì)有關(guān)，物料吸水性越強(qiáng)，旋蓋時(shí)，放出的水越多，A值越大；物料的初水份越大，A值也越大；另外，還和旋蓋機(jī)的規(guī)格結(jié)構(gòu)有關(guān)。
在進(jìn)行旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)和選型時(shí)，根據(jù)公式（2－3）計(jì)算旋蓋機(jī)的尺寸或規(guī)格，根據(jù)已知條件查閱資料，選擇確定水分蒸發(fā)強(qiáng)度A值，則有效容積為：
V＝（m3） (2-2)
再根據(jù)L/D=5～8,確定L/D值，利用：
(2-3)
計(jì)算電動(dòng)旋蓋機(jī)筒體直徑D和長(zhǎng)度L。所得直徑是否合理，最后用旋蓋機(jī)出口風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。
雙筒內(nèi)循環(huán)式旋蓋機(jī)是電動(dòng)旋蓋機(jī)的一種，電動(dòng)旋蓋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的支承裝置、擋輪裝置、傳動(dòng)裝置及密封裝置的結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)窯基本相同。
根據(jù)旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)算
W=/ (2-4)
式中 ——物料的初水分（%）
——物料的終水分（%）
G——旋蓋機(jī)的產(chǎn)量
W=/
=1000X20X（15-2）/（100-15）
=3058.8(Kg/h)
查表《干燥設(shè)備設(shè)計(jì)》表8—2部分物料的操作數(shù)據(jù)（P405）可知普通粘土初水分為20%，終水分為2%。氣體溫度為600—700℃，出氣口溫度為81—100℃。蒸發(fā)強(qiáng)度為50—60Kg/.初選蒸發(fā)強(qiáng)度為60Kg/。
計(jì)算旋蓋機(jī)的體積參考《燒成與旋蓋》（P259）
V=W/A=
=3058.8/60
=50.98
物料在內(nèi)筒中和在外筒中之間所占的體積理論上應(yīng)相同，則在設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)筒的體積應(yīng)于內(nèi)筒與外筒之間的體積相同。
L/D=5—8
雙筒旋蓋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小節(jié)約土地資源，故初選長(zhǎng)徑比為5，則：
外筒的長(zhǎng)度與內(nèi)筒約相同，外筒的截面積是內(nèi)筒的2倍，所以外筒的直徑是內(nèi)筒的倍則：
初選
為了保證旋蓋機(jī)的要求體積50.98，則將L擴(kuò)大取10m。
筒體的錐度 對(duì)于單體旋蓋機(jī)，筒體的斜率為3%-5%，對(duì)內(nèi)循環(huán)式雙筒旋蓋機(jī)其錐度為3%-5%，選取內(nèi)筒錐度4%。已知筒體的長(zhǎng)度約為10m，筒體的錐度為4%的小筒體的中間直徑為1.8m，故可求小筒體小端的直徑為（1.8-5 X 4%）=1.6m，小筒體的大端直徑為（1.8+5 X 4%）=2m。
2.2 物料需在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋時(shí)間的計(jì)算
計(jì)算或確定了旋蓋機(jī)的水分蒸發(fā)強(qiáng)度A后，可根據(jù)下式計(jì)算物料需要在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋的時(shí)間：
（2-5）
式中 A――水分蒸發(fā)強(qiáng)度（Kg/h·m3）
T――物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋蓋的時(shí)間（min）
-――旋蓋機(jī)單位有效容積蒸發(fā)水量（Kg/m3）
即 （2-6）
根據(jù)《硅酸鹽熱工基礎(chǔ)》第363頁(yè)式（6-34），如果用干、濕物料平均質(zhì)量和初水分的平均水分代入，則：
（2-7）
將式（2-6）代入（2-6）則得：
(2-8)
式中 ――干、濕物料的平均密度（Kg/m3）
――旋蓋機(jī)的物料填充系數(shù)；操板式＝0.1～0.15，扇形式=0.1～0.3
Gmcp――旋蓋機(jī)內(nèi)干、濕物料平均質(zhì)量（Kg/h）
V――旋蓋機(jī)有效容積（m3）
v1、v2――物料的初、終水分（％）
將式（2-7）代入式（2-4）則得：
(min) (2-9)
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
填充系數(shù) β＝10％
平均密度 =600Kg/m3
初水分 10%～15% 終水分
蒸發(fā)強(qiáng)度 A=40～60
礦渣密度為600Kg/m3 粘土密度為1100～1600 Kg/m3
當(dāng)旋蓋的物料為礦渣時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算出旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
T＝15.32～25.57(min)
當(dāng)旋蓋的物料為粘土?xí)r，根據(jù)公式計(jì)算出旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
T=18.7～31.25(min)
2.3 旋蓋機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算
物料在旋蓋機(jī)筒體內(nèi)經(jīng)歷的時(shí)間，與物料在筒體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度及筒體的長(zhǎng)度有關(guān)，而物料的運(yùn)動(dòng)速度又與物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程很復(fù)雜，若旋蓋機(jī)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，物料在筒體內(nèi)停留時(shí)間為T，物料運(yùn)動(dòng)速度為Wm，則有
（2－10）
從而可得
（2－11）
式中 n——旋蓋機(jī)筒體轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）
α——轉(zhuǎn)筒的傾斜角度（度）
D——轉(zhuǎn)筒的直徑（m）
M——比例系數(shù)，當(dāng)填充系數(shù)β＝0.1～0.5時(shí)，抄板式m=0.5，扇形式m=1.0
K——比例系數(shù)，對(duì)于較輕物料，順流式K＝0.2，逆流式K=2.0；對(duì)于較重物料，順流式K＝0.7，逆流式K=1.5
T——物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)需經(jīng)歷的時(shí)間（min）
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
比例系數(shù)K＝0.7，比例系數(shù)m=0.5，
揚(yáng)料板長(zhǎng)度l=15(m)，小筒的錐度tgα=0.04
轉(zhuǎn)筒的直徑D=2(m)，其中D為大小轉(zhuǎn)筒的平均直徑
當(dāng)物料為礦渣時(shí) T＝15.32～25.57(min)
當(dāng)物料為粘土?xí)r T=18.7～31.25(min)
將以上數(shù)據(jù)代入公式（2－10）得：
當(dāng)物料為礦渣時(shí) n=2.57～4.28(r/min)
當(dāng)物料為粘土?xí)r n=2.1～4.5(r/min)
2.4 電動(dòng)旋蓋機(jī)所需動(dòng)力的計(jì)算
電動(dòng)旋蓋機(jī)所需功率可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
N=K’ （2—12）
其中 N——電動(dòng)旋蓋機(jī)所需功率（Kw）
D——筒體直徑（m）
L——筒體的長(zhǎng)度（m）
——最大轉(zhuǎn)速（r/min）
——旋蓋機(jī)內(nèi)物料的平均容積密度（Kg/m3）
——功率系數(shù)，隨旋蓋機(jī)揚(yáng)料裝置的模型和填充系數(shù)β而變，可由下表查得。
電動(dòng)旋蓋機(jī)功率系數(shù)×值
旋蓋機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)型式
填 充 系 數(shù)
0.1
0.15
0.20
0.25
抄板式
4.9
6.9
8.2
9.2
扇形式
1.6
2.3
2.6
2.9
蜂窩式
0.8
1.0
1.3
1.43
根據(jù)以上公式取其中系數(shù)為：
筒體直徑D＝2（m），內(nèi)套的大端 筒體長(zhǎng)度L＝18（m）
＝4.9×10－5
當(dāng)旋蓋的物料為礦渣時(shí)，＝600Kg/m3，＝4.28(r/min)
N＝18.12(Kw)
當(dāng)旋蓋的物料為粘土?xí)r，＝1100～1600Kg/m3，＝4.5(r/min)
N＝27.17(Kw)
2.5 旋蓋機(jī)產(chǎn)量的計(jì)算
旋蓋機(jī)的產(chǎn)量可用下列公式計(jì)算：
式中 ——旋蓋機(jī)的產(chǎn)量（t/h）
可見(jiàn)旋蓋機(jī)的產(chǎn)量，與旋蓋機(jī)的規(guī)格，被旋蓋物料的初水分、終水份及蒸發(fā)強(qiáng)度有關(guān)。旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度又與被旋蓋物料性質(zhì)、干燥介質(zhì)的性質(zhì)，旋蓋機(jī)的流程及結(jié)構(gòu)形式等因素有關(guān)。因此在進(jìn)行旋蓋機(jī)的產(chǎn)量計(jì)算時(shí)，合理、適當(dāng)?shù)剡x擇確定旋蓋機(jī)水分蒸發(fā)強(qiáng)度是極為重要的。
3 卸料罩殼的設(shè)計(jì)
卸料罩殼的設(shè)計(jì)
根據(jù)物料離開轉(zhuǎn)同時(shí)的方向及位置的不同，卸料方法可分為軸向卸料、徑向卸料及中心卸料三種。
（1） 軸向卸料法 最簡(jiǎn)單的方法是使物料在轉(zhuǎn)筒低的一端自動(dòng)流出。若欲保持物料在筒體內(nèi)具有一定的厚度，則可在轉(zhuǎn)筒尾端裝一環(huán)形擋料圈。也可將筒端做成錐型。
（2） 徑向卸料法 在出料端的筒體上開許多孔，物料即由這些孔中卸出。如圓筒篩及水泥熟料的換熱冷卻筒都用此閥卸料。
（3） 中心卸料法 此時(shí)轉(zhuǎn)筒在卸料端裝有3～4個(gè)瓢，把物料抄起后，倒入狀在筒中心的卸料管而卸出。
根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，我們采用了徑向卸料法，在內(nèi)筒體的大端開了11個(gè)卸料孔，外筒體的卸料端開了12個(gè)卸料孔。物料由下料管喂入內(nèi)筒，經(jīng)過(guò)螺旋板的推進(jìn)流入內(nèi)筒錐體部分，慢慢移動(dòng)到大端，經(jīng)出料孔流到外筒內(nèi)。物料在外筒體中，通過(guò)揚(yáng)料板的作用，旋蓋好的物料由外筒上的出料口卸入翻板閥，廢氣則由出料口經(jīng)出料罩上部入除塵器除塵。
4 密封裝置的設(shè)計(jì)
4.1 密封裝置的位置與要求
回轉(zhuǎn)筒一般是在負(fù)壓下進(jìn)行操作，回轉(zhuǎn)的筒體及部件和固定裝置的連接處努克避免存在縫隙，為了防止外界空氣被吸入筒體內(nèi)或防止筒體內(nèi)空氣攜帶物料外泄污染環(huán)境，必須在某些部位設(shè)定密封裝置。
對(duì)密封裝置的基本要求是
（1） 密封性能好；
（2） 能適應(yīng)筒體的形狀誤差（橢圓度偏心等）和運(yùn)轉(zhuǎn)中沿軸向的往復(fù)竄動(dòng)；
（3） 磨損輕，維修和檢修方便；
（4） 結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單。
4.2 密封結(jié)構(gòu)
（1） 迷宮式 迷宮式密封是讓空氣流經(jīng)彎曲的通道，產(chǎn)生流體阻力，使漏風(fēng)量減少。根據(jù)迷宮通道方向的不同，分為軸向迷宮式密封和徑向迷宮式密封。迷宮式密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有接觸面，因此不存在磨損問(wèn)題，它不受筒體竄動(dòng)的影響。考慮到筒體及迷宮密封圈本身存在的制造誤差、剛度和筒體軸線彎曲，相鄰迷宮圈間的間隙不能太小，一般不少于20～40mm。間隙越大，迷宮數(shù)量越少，密封效果就越差。因此迷宮式密封只適用于氣體壓力小的場(chǎng)合，或者與其它密封結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用。
（2） 軸向接觸式 軸向接觸式密封也稱端面密封。最簡(jiǎn)單的端面密封由壓緊環(huán)（動(dòng)環(huán)）和支撐（靜環(huán)）組成。壓緊環(huán)隨筒體旋轉(zhuǎn)并用彈簧緊壓于支撐環(huán)上，支撐環(huán)固定在進(jìn)出料箱上，端面密封是由端面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中緊密研磨嚙合而達(dá)到密封要求。為了確保壓緊環(huán)在筒體運(yùn)轉(zhuǎn)中的竄動(dòng)又要與支撐環(huán)緊密貼和，故壓緊環(huán)與筒體是浮動(dòng)安裝，因而有空隙。這是在端面密封中漏氣的唯一來(lái)源，因此應(yīng)當(dāng)極小。
（3） 徑向接觸式 筒體和密封元件間沿徑向的接觸面來(lái)防止氣流流通的裝置稱為徑向接觸式密封。用作徑向接觸式密封元件的材料目前有三種：①柔性物，如橡膠帶、毛氈；②金屬摩擦件，如鑄鐵；③碳素（石墨）制品。
（4） 正壓氣封式 正壓氣風(fēng)式密封式是用鼓風(fēng)機(jī)，將空氣通過(guò)風(fēng)嘴吹入筒體與隔熱套之間的環(huán)形通道內(nèi)，在整個(gè)圓周上形成一股自下而上的氣流，使筒體端部得到冷卻保護(hù)。故風(fēng)壓力稍高于窯頭罩內(nèi)壓力，形成一股自下而上的氣流，使筒體端部得到冷卻保護(hù)。鼓風(fēng)壓力稍高于窯頭罩內(nèi)壓力，形成氣幕密封。鼓風(fēng)的一部分成為二次空氣入窯。這一結(jié)構(gòu)設(shè)有摩擦件，可延長(zhǎng)窯口密封圈的壽命。正壓氣封式的缺點(diǎn)是漏入少量冷風(fēng)，對(duì)操作有一定不利影響。
本次設(shè)計(jì)的雙筒電動(dòng)旋蓋機(jī)采用了兩種密封裝置：
一種是如下圖的密封裝置，密封圈5為毛氈，主要起隔熱作用。彈簧2和壓板3同時(shí)將密封圈5固定于筒體外壁。壓圈4和壓塊1由螺栓一起固定于卸料罩殼上，主要是為壓緊密封圈，使密封圈能夠緊緊貼在筒壁上，還能保護(hù)彈簧和壓板。這種密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。
1——壓塊 2——彈簧 3——壓板 4——壓圈 5——密封圈
第二種密封裝置是軸向迷宮式密封與徑向接觸式的綜合密封裝置，如下圖所示。此種密封結(jié)合了軸向迷宮式密封和徑向接觸式密封的優(yōu)點(diǎn)，使用效果很好。
1——固定迷宮圈 2——耐熱橡膠圈 3——活動(dòng)密封圈
4——支撐環(huán) 5——固定環(huán)
5 傳動(dòng)裝置
回轉(zhuǎn)圓筒設(shè)備的轉(zhuǎn)速都較慢，一般在2～6rpm。因而在電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)筒時(shí)就必須進(jìn)行減速。減速的速比較大，通常的電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速機(jī)輸出軸上的小齒輪經(jīng)過(guò)一級(jí)開式齒輪傳動(dòng)之后，在傳給裝在筒體上的大齒輪而使筒體轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著筒體的加大，傳動(dòng)功率亦越來(lái)越大。由于大功率、大速比減速器的設(shè)計(jì)制造困難，因此較大的筒體有采用雙傳動(dòng)的。當(dāng)用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，雙傳動(dòng)兩側(cè)電動(dòng)機(jī)的同步是完全可以實(shí)現(xiàn)的。確定單傳動(dòng)還是雙傳動(dòng)的主要依據(jù)為電動(dòng)機(jī)功率的大小。目前電動(dòng)機(jī)功率150Kw以下的，均為單傳動(dòng)，250Kw以上的一般為雙傳動(dòng)，而150～250Kw視具體條件而定。
5.1 電動(dòng)機(jī)選型
回轉(zhuǎn)圓筒是用于固體顆粒物料的干燥或冷卻的設(shè)備，操作時(shí)周圍環(huán)境溫度較高，灰塵較大，在逸出氣體中往往含有腐蝕氣體。選用電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)防塵，防腐，防爆，還應(yīng)具有通風(fēng)冷卻裝置，以適應(yīng)高溫輻射的需要。另外為實(shí)現(xiàn)加料和筒體轉(zhuǎn)速同步，有用回轉(zhuǎn)筒主電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)供給加料的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
回轉(zhuǎn)干燥器用于被干燥物料的物性不穩(wěn)定和重量的變動(dòng)，有時(shí)需對(duì)筒體進(jìn)行調(diào)速。常用的調(diào)速方法有以下幾種：
（1） 直流電動(dòng)機(jī)可控硅調(diào)速；
（2） 繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，電阻調(diào)速及可控硅串激調(diào)速；
（3） 電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)（又稱滑差電動(dòng)機(jī)）；
（4） 整流子變速異步電動(dòng)機(jī)；
（5） 鼠籠型多速異步電動(dòng)機(jī)；
（6） 用更換皮帶輪方法進(jìn)行調(diào)速。
本次設(shè)計(jì)我們采用的是YCT系列電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。YCT系列電磁調(diào)速電機(jī)產(chǎn)品，它是取代JZT系列電動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。與JZT老系列電機(jī)相比，除統(tǒng)一的技術(shù)條件和測(cè)試方法外，還規(guī)定了Y系列拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)與離合器之間的配套尺寸，并采用統(tǒng)一的控制方案和參數(shù)，便于互換，擴(kuò)大了功率和機(jī)座號(hào)范圍；15Kw及以下規(guī)格的效率比JZT老系列約提高3%～4%，17Kw及以上規(guī)格的約提高7%～8%，YCT系列中心高315的機(jī)座號(hào)及以下的規(guī)格調(diào)速比為1：10，中心高355的機(jī)座號(hào)的調(diào)速比為1：3，比JZT系列提高了額定轉(zhuǎn)速；勵(lì)磁繞組絕緣等級(jí)由YZT系列的E級(jí)提高到B級(jí)（或F級(jí)），并增加了對(duì)電樞溫升考核的限制，還規(guī)定了振動(dòng)、噪聲限值等。
5.2 YCT系列電動(dòng)機(jī)
5.2.1 YCT系列電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：
（1） 交流無(wú)級(jí)調(diào)速，具有速度負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速變化率低于3%，與精密型控制器配合后，轉(zhuǎn)速變化率可小于1%；
（2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，價(jià)格低廉；
（3） 無(wú)失控區(qū)、調(diào)速范圍廣，最大可達(dá)10：1；
（4） 控制功率小，便于手控、自控和遙控，適應(yīng)范圍廣；
（5） 起動(dòng)性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)平滑。
5.2.2 YCT系列電動(dòng)機(jī)的基本原理如下：
該系列電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速是電磁轉(zhuǎn)差離合器來(lái)完成的，它由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部分：圓筒形電樞和爪形磁極，兩者沒(méi)有機(jī)械的聯(lián)接，電樞由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)勵(lì)磁線圈通入直流電后，工作氣隙中產(chǎn)生空間交變的磁場(chǎng)，電樞切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而產(chǎn)生電流，即渦流，由渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁極磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)相同，輸出軸的轉(zhuǎn)速，在某一負(fù)載下，取決于通入勵(lì)磁線圈的勵(lì)磁電流的大小，電流越大轉(zhuǎn)速越高，反之則低，不通入電流，輸出軸便不能輸出轉(zhuǎn)矩。
本次設(shè)計(jì)的雙筒式電動(dòng)旋蓋機(jī)所需的功率為18.12～27.17 Kw，根據(jù)《常用調(diào)速設(shè)備技術(shù)手冊(cè)》上的YCT系列電磁調(diào)速電機(jī)的技術(shù)參數(shù)，選擇電機(jī)型號(hào)為YCT—280—4A，其中電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功率為30Kw，額定轉(zhuǎn)矩為189N·m，調(diào)速范圍1320～132r/min，轉(zhuǎn)速變化率小于3，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y200L—4。
6 減速機(jī)的設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)圓筒用的減速機(jī)采用圓柱齒輪減速器和JZQ型減速器。
轉(zhuǎn)筒載荷特點(diǎn)是連續(xù)、平穩(wěn)、不經(jīng)常起動(dòng)，考慮到回轉(zhuǎn)筒電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)荷率均較低，選擇減速器時(shí)應(yīng)按計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)率（加一定波動(dòng)余量）作為減速器的設(shè)計(jì)功率。并以轉(zhuǎn)筒在起動(dòng)時(shí)的最大力矩為尖峰載荷來(lái)核算減速器承受的能力。在選用時(shí)，宜將上述的兩系列減速器標(biāo)準(zhǔn)中給出的承載能力降低10%～20%取用。
回轉(zhuǎn)圓筒用圓柱齒輪減速器
型 號(hào)
Z L
Z S
中 心 矩
250～1300
500～1500
速 比
7.1～45
50～280
重 量
135～5430
325～5720
本次設(shè)計(jì)的雙筒回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是2.1～4.28r/min，而選用的調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為1320～132r/min。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的減速器的型號(hào)是ZS125，速比為200。
7 支承裝置
回轉(zhuǎn)圓筒旋蓋機(jī)的支承裝置為擋輪、托輪系統(tǒng)。
7.1 托輪與軸承的結(jié)構(gòu)
托輪裝置按所用軸承可分為滑動(dòng)軸承托輪組和滾動(dòng)軸承托輪組，滾動(dòng)軸承托輪組又可分為轉(zhuǎn)軸式和心軸式。還有滑動(dòng)—滾動(dòng)軸承托輪組（徑向滑動(dòng)軸承，軸向滾動(dòng)軸承）。滾動(dòng)軸承托輪組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，摩擦阻力小，減少電耗及制造簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。托輪擋輪標(biāo)準(zhǔn)中每組托輪承載不超過(guò)100噸時(shí)都用滾動(dòng)軸承。只有當(dāng)載荷較重時(shí)，所需滾動(dòng)軸承尺寸較大，受到供貨條件的限制而采用滑動(dòng)軸承。一般干燥器中都用滾動(dòng)軸承。
托輪組的左右軸承可以是分設(shè)的，也可以是整體的。整個(gè)軸承座便于調(diào)整托輪，可通過(guò)機(jī)械加工保證左、右兩軸承座孔的同心度，因此取消了調(diào)心球面瓦，或省去了調(diào)心式的止推軸承。較大的托輪組一般采用左、右軸承座分設(shè)的結(jié)構(gòu)，設(shè)有球面瓦，使安裝和調(diào)整過(guò)程中，左右軸承始終保持同軸線。
7.2 托輪與軸承的設(shè)計(jì)
托輪軸承組的設(shè)計(jì)順序如下：由筒體載荷Q，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定軸瓦直徑、長(zhǎng)度或滾動(dòng)軸承的型號(hào)。同時(shí)在滾圈計(jì)算時(shí)已定滾圈的寬度和托輪直徑。在此基礎(chǔ)上確定托輪寬度。根據(jù)上述各零件參數(shù)畫出托輪軸承組的結(jié)構(gòu)草圖，然后進(jìn)行軸的精確校合及其它計(jì)算。
滑動(dòng)軸承，由軸承潤(rùn)滑條件和軸頸彎曲強(qiáng)度定直徑和長(zhǎng)度。由于干燥器負(fù)荷都太重，一般都不采用滑動(dòng)軸承。
滾動(dòng)軸承，若為轉(zhuǎn)軸式，參照軸頸彎曲強(qiáng)度求得最小直徑，按滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算方法經(jīng)計(jì)算后選用軸承型號(hào)。若為心軸式，在滿足負(fù)荷后，適當(dāng)考慮軸直徑及托輪寬度，通過(guò)滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算方法選用軸承型號(hào)。
8 結(jié)論
本次課程設(shè)計(jì)是針對(duì)手持式電動(dòng)旋蓋機(jī)存在的弊端，為了縮小旋蓋機(jī)的外形尺寸；減少筒體的散熱面積，降低筒體的外表面的溫度，最大限度的利用熱能，提高旋蓋效率。我們開始設(shè)計(jì)一種套筒式旋蓋機(jī)。該機(jī)結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，占地面積小、單位機(jī)重產(chǎn)量高、熱效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。
隨著水泥生產(chǎn)向大型、高效方向的不斷發(fā)展，套筒式旋蓋機(jī)將以其結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，熱效率高、投資省、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠等特點(diǎn)，為水泥廠的原、燃料旋蓋提供了一種較理想的旋蓋設(shè)備。
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附件清單
總裝圖(手工圖) SH2610-00-00 1張
卸料密封裝置部裝圖 SH2610-03-00 1張
卸料閃動(dòng)閥部裝圖 SH2610-04-00 1張
閥體 SH2610-04-01 1張
通軸套 SH2610-04-12 1張
軸套 SH2610-04-02 1張
軸 SH2610-04-03 1張
壓桿 SH2610-04-13 1張
搖臂 SH2610-04-04 1張
揚(yáng)料板1 SH2610-01-05 1張
揚(yáng)料板2 SH2610-01-07 1張
揚(yáng)料板3 SH2610-01-08 1張
揚(yáng)料板4 SH2610-01-09 1張
揚(yáng)料板5 SH2610-01-06 1張
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