螺旋不連續(xù)加料顆粒流的動力學(xué)特性與定量機(jī)理結(jié)題摘要

工農(nóng)業(yè)中有大量粉粒需要不連續(xù)定量生產(chǎn)，傳統(tǒng)方法均有加料、計量和投料三部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)調(diào)困難、粉粒易吸附飛濺，導(dǎo)致定量損耗大、準(zhǔn)確性差、效率低，引起塵肺、中毒等職業(yè)病嚴(yán)重，是長久以來未徹底解決難題之一。 針對粉粒定量生產(chǎn)中諸多問題，結(jié)合螺旋式加料具有密封性強(qiáng)、流量控制方便優(yōu)點(diǎn)，提出通過螺旋不連續(xù)加料方法解決粉粒不連續(xù)定量難題的新方法；綜合實驗觀測、理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究方法開展系統(tǒng)研究。重要結(jié)果有： (1)應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)、顆粒群接觸力學(xué)和顆粒間細(xì)觀力鏈分析方法，建立顆粒流動力學(xué)模型，對螺旋不連續(xù)加料顆粒氣固兩相流動力學(xué)分析得到：顆粒流存在平推流動、繞軸翻轉(zhuǎn)流動以及顆粒之間相對附加流動三種形式；在相同轉(zhuǎn)速下，單頭螺旋輸送顆粒群更加緊實，一致性較好，雙頭螺旋輸送顆粒群與螺旋體更加緊實，更易隨螺旋體一起轉(zhuǎn)動；隨顆粒尺寸減小，有利于保持顆粒整體運(yùn)動一致性，揭示了顆粒流運(yùn)動規(guī)律和穩(wěn)定高效輸送力學(xué)機(jī)理； (2)基于離散元數(shù)值模擬方法，對顆粒接觸力、顆粒群力鏈仿真分析，螺旋內(nèi)徑、螺距、轉(zhuǎn)速和出料結(jié)構(gòu)等主要因素對加料量影響仿真試驗，研究得到：在一定條件下，隨著螺旋內(nèi)徑增加，加料流量呈下降趨勢，流速變緩；隨著螺距增加，加料流量增加，流速變快；隨著轉(zhuǎn)速增加，顆粒繞軸旋轉(zhuǎn)速度提高，顆粒軸向速度增加；設(shè)置的分料出料裝置，有助于顆粒填充穩(wěn)定，軸向速度波動減弱，旋轉(zhuǎn)得到抑制，加料量與旋轉(zhuǎn)角度線性較好，有效避免螺旋出料周期性“脈動”現(xiàn)象，建立了加料量預(yù)測模型，揭示了加料量變化規(guī)律； (3)通過螺旋加料裝置優(yōu)化，試驗系統(tǒng)研發(fā)，對顆粒運(yùn)動狀態(tài)檢測與加料量智能預(yù)測控制，不連續(xù)定量加料性能試驗，得到：在轉(zhuǎn)速60r/min時，3mm顆粒加料量相對誤差0.3%；通過對顆粒填充率和密度檢測，建立基于最小二乘支持向量機(jī)不連續(xù)定量加料旋轉(zhuǎn)角度智能預(yù)測模型，定量加料性能得到明顯提高，揭示了螺旋不連續(xù)定量加料機(jī)理。 成果充實了螺旋加料相關(guān)理論，完善了顆粒流動力學(xué)分析方法，部分成果在利用生物質(zhì)廢渣開發(fā)設(shè)施園藝栽培基質(zhì)定量配料攪拌生產(chǎn)中得到應(yīng)用，為研究解決種類眾多顆粒穩(wěn)定高效輸送，開發(fā)粉粒不連續(xù)定量加料技術(shù)和裝置提供了理論指導(dǎo)，對促進(jìn)工農(nóng)業(yè)粉粒安全高效生產(chǎn)具有重要理論指導(dǎo)意義。

針對細(xì)粉粒易粘結(jié)、吸附和飛濺,不連續(xù)定量受環(huán)境和裝置結(jié)構(gòu)影響大,物料損耗及工作環(huán)境污染嚴(yán)重,而螺旋加料具有密封性強(qiáng)、流量控制方便等優(yōu)點(diǎn),提出基于智能Agent螺旋不連續(xù)加料實現(xiàn)定量新方法.在預(yù)研基礎(chǔ)上,結(jié)合目前螺旋加料粗放的缺陷,以典型細(xì)粉粒單螺桿多頭螺旋加料裝置為研究對象,采用顆粒流體動力學(xué)、X射線可視化檢測技術(shù)及離散元法等,研究螺旋不連續(xù)加料顆粒氣固兩相流的動力學(xué)特性,建立顆粒穩(wěn)定高效輸送的力學(xué)機(jī)理;數(shù)值分析物料特性、螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)、物料與螺旋之間摩擦特性,螺旋葉片位置及轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速,料倉和螺旋槽內(nèi)壓力,環(huán)境濕度等工作環(huán)境狀態(tài)對加料影響,建立顆粒充填率、密度分布和氣壓分布變化模型,預(yù)測加料量變化規(guī)律;優(yōu)化多頭螺旋不連續(xù)加料裝置結(jié)構(gòu)和工作參數(shù),建立基于智能Agent螺旋不連續(xù)加料測控系統(tǒng),試驗研究其定量加料機(jī)理,為有效解決大量耐擠壓粉粒物料不連續(xù)定量難題,促進(jìn)工農(nóng)業(yè)安全高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù).

加料口的結(jié)構(gòu)和加料方式應(yīng)使配合料在窯池內(nèi)的分布狀態(tài)能最大限度地吸收輻射熱，保持配合料料堆的合適高度，避免火焰對料堆的沖擊以及使窯內(nèi)飛料和加料口的敞熱損失降到最低限度。

加料口的結(jié)構(gòu)須有足夠長的預(yù)熔室，并遠(yuǎn)離小爐噴火口的氣流，以避免粉料飛揚(yáng)；池窯加料口的設(shè)計，趨向于預(yù)熔室加長，有的長達(dá)2m。

加料方式根據(jù)加料機(jī)的型式而異，池窯上使用的加料機(jī)型式有毯式、裹人式、轉(zhuǎn)筒式、擺動式以及埃姆哈恃162型加料機(jī)等。這里只提擺動式加料機(jī)和162型加料機(jī)，它們對提高玻璃質(zhì)量、節(jié)約能耗有著比較顯著的效果。

擺動式加料機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)在小爐附近不會有靜止的玻璃液，因此能有效地防止

(2)加料口尺寸較大，使有效熔化面積增大；

(3)加料機(jī)與加料口相接處密封嚴(yán)密，能減少散熱和防止配合料粉塵飛揚(yáng)于窯外；

(4)有利于配合科玻璃態(tài)化，能防止配合料粉塵在窯內(nèi)的飛濺；

(5)配合料分布能夠控制調(diào)整，分布面積較大且均勻，泡界線穩(wěn)定，可以節(jié)約5%以上的燃料或增大出料量，

(6)減少馬蹄形池窯加料口對面上部結(jié)構(gòu)和加料口前部耐火材料的侵蝕，可延長2/5的使用周期。

162型加料機(jī)：162型加料機(jī)有加雙料機(jī)和三加料機(jī)加料系統(tǒng)，帶有玻璃液位測量和控制儀器。這種加料機(jī)主要用于橫火焰池窯，其后墻處的加料口呈三角形；但是雙加料系統(tǒng)的162型加料機(jī)用于馬蹄形池窯也是非常成功的。其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)配合料分布合理，能在保證配合料不跑過熱點(diǎn)的前提下，將配合科以小料堆的形式均勻分布在熔化部，同時能通過定時裝改變料堆的大小和控制送到窯爐中心或料堆數(shù)目；

(2)熱損失減少，由于加料口不占用池窯全部后墻，所以后墻可以進(jìn)行較大面積的保溫減少熱損失，從而把熱損失減少到最小程度；

(3)162型加料機(jī)的給料槽和加料口的開口部位接觸嚴(yán)密，因此在車間內(nèi)不會產(chǎn)生配合料粉塵飛揚(yáng)問題；

(4)162型加料機(jī)帶肓磨損和過載防護(hù)裝置，因此操作可靠。 2100433B