CN110775659A - 一种变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法，包括：料仓；料仓设置有进口、进气口和出口；料仓的出口处设置有输料腔；输料腔设置有进口和出口；料仓的进口作为变螺距空心螺旋微量给粉装置的进料口，料仓的出口与输料腔的进口相连通，输料腔的出口作为变螺距空心螺旋微量给粉装置的出料口；料仓内设置有搅拌螺杆，搅拌螺杆上固定安装有搅拌器；输料腔内设置有变螺距空心输料螺旋体；变螺距空心输料螺旋体靠近输料腔的进口一端的螺距大于变螺距空心输料螺旋体靠近输料腔的出口一端的螺距。本发明的变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法，可实现精确、稳定、连续、均匀地输送物料，可提高物料输送的精确度和稳定性。

Description

一种变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法

技术领域

本发明属于物料输送技术领域，特别涉及一种变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法。

背景技术

目前的给粉装置主要有螺旋式、转盘刮板式和叶轮式等机械式给粉装置，流化式、引流式和气动气缸式等气动式给粉装置以及复合式给粉装置三大类。

现阶段实验室进行煤粉或者生物质燃烧实验，大多牵扯到0.1～1g/min的微量给粉问题，研究煤粉和生物质燃烧特性使用的微量给粉装置，大多存在料仓内物料搭桥、结块，输料结构积粉等问题难以解决，存在给粉不均匀、不连续等问题，严重影响实验过程中物料输送量的精确度、稳定性、连续性和均匀性，会直接影响实验结果和实验结论。

实验室为解决实验过程中物料输送遇到的问题，大多采用螺旋给料；在原理上，螺旋给料可以满足连续给粉的要求，且螺旋给料装置的给料量与螺杆转速成线性关系增长，但由于供粉量很小导致螺旋直径很小，供粉口会很小，容易造成给粉堵塞、不下粉等问题。

综上，亟需一种新的螺旋微量给粉装置及其设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法，以解决上述存在的给粉不畅、不均的技术问题。本发明的变螺距空心螺旋微量给粉装置及其设计方法，可实现精确、稳定、连续、均匀地输送物料，可提高物料输送的精确度和稳定性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，包括：料仓；所述料仓设置有进口、进气口和出口；所述料仓的出口处设置有输料腔；所述输料腔设置有进口和出口；所述料仓的进口作为所述变螺距空心螺旋微量给粉装置的进料口，所述料仓的出口与所述输料腔的进口相连通，所述输料腔的出口作为所述变螺距空心螺旋微量给粉装置的出料口；所述料仓内设置有搅拌螺杆，所述搅拌螺杆上固定安装有搅拌器；所述输料腔内设置有变螺距空心输料螺旋体；所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的进口一端的螺距大于所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的出口一端的螺距。

本发明的进一步改进在于，所述变螺距空心输料螺旋体为未设置中心螺杆的空心结构。

本发明的进一步改进在于，所述搅拌器为网格状结构；所述搅拌螺杆具有螺纹结构。

本发明的进一步改进在于，所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的进口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.8～1.0；

所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的出口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.5～0.8。

本发明的进一步改进在于，还包括：振动马达；所述振动马达设置于所述料仓的出口处。

本发明的进一步改进在于，还包括：输料管路；所述输料管路的进口与所述输料腔的出口相连通；所述进气口设置于所述料仓的顶部，所述进气口通过平衡气管路与所述输料管路相连通。

一种本发明所述的变螺距空心螺旋微量给粉装置的设计方法，包括以下步骤：

获取实验需求的输料量Q和物料物性参数；所述物性参数包括：物料的堆积密度ρ、物料的可磨琢性和物料的粘黏性；

根据物料物性参数，查询获得物料充满系数K_d；轴向滞后系数K_h取0.6～0.8；

根据电机额定功率确定电机转速n范围；

根据公式Q＝250πK₁K_dK_hD³nρ，计算获得变螺距空心输料螺旋体的直径D；

变螺距空心输料螺旋体的螺距S的计算公式为，S＝K₁D；

其中，变螺距空心输料螺旋体的螺距和直径比例系数K₁，靠近所述输料腔的进口一端的螺距的K₁取0.8～1.0，靠近所述输料腔的出口一端的螺距的K₁取0.5～0.8。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的变螺距空心螺旋微量给粉装置，可实现煤粉和生物质燃烧实验中精确、稳定、连续、均匀地输送物料，可达到物料输送较高的精确度和稳定性。具体的，本发明的变螺距空心螺旋微量给粉装置，通过搅拌螺杆和搅拌器对料仓内物料的搅拌以及振动马达的振动，可以有效解决给料过程中料仓内物料的搭桥、结块现象，使得料仓内物料可以连续、均匀地落入变螺距空心输料螺旋体。进一步地，采用变螺距空心输料螺旋体输送物料，可以实现均匀连续送料，变螺距空心输料螺旋体靠近输料腔的进口一端采用大螺距更有利于物料顺畅地从料仓落入输料腔，可以有效避免物料在料仓出口堵塞、积粉的问题；在变螺距空心输料螺旋体靠近输料腔的出口一端采用小螺距，可以达到精度更高的微量给料，且给料更加稳定、顺畅，可以有效避免给料不均匀的问题；采用变螺距空心输料螺旋体解决了采用普通实心螺杆，物料积实、堵塞在螺纹处造成物料输送不连续、不均匀的问题。

进一步地，采用变螺距空心螺旋输料体具有一定的可压缩自动适应物料密度和输送速度的功能。物料充满度在螺旋体内逐渐增大，实现微量物料在料仓出口处稳定下料。

进一步地，所述搅拌螺杆上装有所述搅拌器，所述搅拌器为网格状结构，随所述搅拌螺杆转动，实现料仓内物料不堆积、不架空；所述搅拌螺杆的螺纹结构，实现物料均匀稳定地从料仓出口下料。

进一步地，当所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的进口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.8～1，所述变螺距空心输料螺旋体靠近所述输料腔的出口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.6～0.8(不包括0.8)时，物料能够更加顺畅地从所述料仓落入所述输料腔，经过所述输料腔之后能够顺利地从所述输料腔出口落入所述输料管路。

进一步地，增加进气口，可以在输料管路和料仓之间增加管路，即维持料仓内与输料管路内的气压平衡，有效避免因输料管路侧气压变化导致给料不畅、不均匀的问题；或者通入一定量惰性气体，起到为物料输送加压并携带物料的作用，气源压力常低于0.05MPa，使得料仓内压力略大于输料管路侧气压，有利于连续、均匀、稳定地输送物料。

本发明的设计方法，用于设计本发明的装置，设计的装置能够实现精确、稳定、连续、均匀地输送物料，可提高物料输送的精确度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中，给料量与螺杆转速之间呈近似线性关系的示意图；

图1中，1、底座；2、第一伺服电机；3、联轴器；4、料仓；5、进料口；6、搅拌螺杆；7、第二伺服电机；8、进气口；9、搅拌器；10、振动马达；11、变螺距空心输料螺旋体；12、出料口；13、支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置包括：底座1、第一伺服电机2、联轴器3、料仓4、进料口5、搅拌螺杆6、第二伺服电机7、进气口8、搅拌器9、振动马达10、变螺距空心输料螺旋体11和出料口12。

其中，第一伺服电机2与输送物料的变螺距空心输料螺旋体11相连接，驱动变螺距空心输料螺旋体11旋转将物料从料仓出口输送至给料装置的出料口12；第二伺服电机7与搅拌螺杆6相连，驱动搅拌螺杆6和搅拌器9旋转，防止料仓内物料搭桥架空、板结；可根据实际实验条件用管路连接进气口和输料管路，保持两侧气压平衡；或者低于0.05MPa的惰性气体用以增加料仓内气压，携带物料，解决在输料管路和料仓内气压不平衡的问题。

本发明上述实施例的变螺距空心螺旋微量给粉装置可以通过搅拌螺杆和搅拌器有效解决料仓内物料板结、搭桥架空的问题，使得物料均匀、连续下落；采用变螺距空心输料螺旋体输送物料，可以实现均匀连续送料，解决采用普通实心螺杆，物料积实、堵塞在螺纹处使得物料输送不连续的问题；另外，增加进气口，可通入平衡气，或者通入一定量惰性气体为物料输送加压，有利于连续、均匀、稳定地输送物料。

实施例2

请参阅图1，本发明实施例的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，由第一步进电机、第二步进电机、联轴器3、变螺距空心输料螺旋体11、振动马达10、进料口5、料仓4、搅拌螺杆6、进气口8、搅拌器9、出料口12和支架13构成。变螺距空心输料螺旋体11与第一步进电机和联轴器3连接，用于将从料仓出口落下的物料均匀、连续地输送到出料口，变螺距空心输料螺旋体11转速可根据所需给料量调节；搅拌螺杆6与第二步进电机相连接，搅拌螺杆6底部螺纹可以控制料仓内物料均匀地落入料仓出口，固定在搅拌螺杆6的搅拌器9随搅拌螺杆旋转，使得物料上下翻动，防止料仓内物料压实，也可避免料仓内物料出现搭桥架空，使得物料可以连续地下落；料仓顶部的进气口8用于通过平衡气管路通入平衡气，或者通入一定量惰性气体，为物料输送提供一定的微压，使得物料输送更加均匀、连续。支架13用于支撑输料腔通道。

优选的，料仓4为透明，可采用有机玻璃材料，便于观察料仓内料位，及时增加料量。

本发明中，搅拌器固定在搅拌螺杆上，搅拌器形状近可以是似于料仓的内部形状，且与料仓内壁保持适当距离，料仓出口处搅拌螺杆螺纹直径略小于料仓出口内径；进气口可于通入平衡气或者通入为物料输送提供微压的惰性气体；进料口可以是使用橡胶垫片和螺纹塞进行密封，确保气密性良好；变螺距空心输料螺旋体和搅拌螺杆通过滚动轴承支承定位；料仓输料管路和进料口可采用有机玻璃。变螺距空心输料螺旋体前段采用较大的螺距，物料不易被压实、结块，在结束阶段采用小螺距螺旋，在一定程度上提高了加料的精度。

本发明的实施例中，给料装置利用变螺距空心输料螺旋体的旋转，对物料产生向前的推力，使物料产生沿螺旋面的相对运动，物料受到料槽或输送管壁的摩擦力和自身重力的作用不随变螺距空心输料螺旋体一起旋转，从而推动物料轴向运动，实现物料输。

本发明上述实施例的变螺距空心螺旋微量给粉装置可以通过搅拌螺杆和搅拌器有效解决料仓内物料板结、搭桥架空的问题，使得物料均匀、连续下落；采用变螺距空心输料螺旋体输送物料，可以实现均匀连续送料，解决采用普通实心螺杆，物料积实、堵塞在螺纹处使得物料输送不连续的问题；另外，增加进气口，可通入平衡气，或者通入一定量惰性气体为物料输送加压，有利于连续、均匀、稳定地输送物料。本发明通过在料仓中安装搅拌装置和通入气体等方式，可以有效防止料仓内物料架桥堵塞和输料管路内物料板结。

实施例3

本发明实施例的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置的设计方法，包括以下步骤：

螺旋给料量与螺杆尺寸和螺杆转速有着直接关系；其中，螺旋给料机螺杆尺寸直接关系到给料装置的给料量和结构尺寸。

变螺距空心输料螺旋体在固定的机壳内推送被输送的物料发生滑移，物料由于重力和输料管壁的摩擦作用不随螺杆旋转而发生平移运动，物料被推送的平均速度一般可按式(1)计算，

v＝S·n (1)

式中：v为物料被推送的平均速度，m/min；S为变螺距空心输料螺旋体的螺距，m；n为变螺距空心输料螺旋体转速，r/min。

变螺距空心螺旋微量给粉装置的理论输料量可按照式(2)计算，

Q_c＝1000ρ·v·F (2)

式中：Q_c为理论输料量，g/min；ρ为物料的堆积密度，kg/m³；F为输料腔内物料的横截面积，m²。

输料腔内物料的横截面积可按照式(3)近似计算得到，

式中：D——变螺距空心输料螺旋体的直径，m；

变螺距空心输料螺旋体S通常按照式(4)计算，

S＝K₁D (4)

通常情况下，大螺距时，K₁取0.8，小螺距时，螺旋K₁取0.6。

所以，理论给料量与输料螺杆尺寸、转速之间的关系为，

Q_c＝250πK₁D³nρ (5)

而实际上，对于不同输送物料，存在着一个物料相对于输料管的充满系数K_d；另外，螺旋体螺旋面与煤粉之间摩擦系数有限，存在着一定的滑移，所以要引入轴向滞后系数来修正，因此，最终实际给料量与输料螺杆尺寸、转速之间的关系为，

Q＝250πK₁K_dK_hD³nρ (6)

K_d——充满系数，根据表1-1选取K_d的值；

K_h——轴向滞后系数，一般取0.6-0.8。

表1-1常用物料的充满系数经验值

本发明实施例的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置设计的具体实施步骤包括：

步骤一：根据具体实验条件确定实际输料量Q的大概输料范围，结合物料特性和物性参数，即物料的堆积密度、物料的可磨琢性、物料的粘黏性、物料粒径分布，在相应的经验系数表即表1-1中选取合适的物料充满系数K_d，根据上述经验取值，选取物料的轴向滞后系数K_h，确定变螺距空心螺旋给料结构的螺距和直径比例系数K₁，根据变螺距空心螺旋微量给粉装置选用的电机的额定功率确定空心螺旋转速n的大致范围，需要保证电机不在过低负荷或高负荷运行，以免影响给料的精确度和稳定性；

步骤二：根据上述变螺距空心螺旋微量给粉装置设计方法中给出的变螺距空心输料螺旋体的设计计算公式，即上述式(1)～(6)，结合实际生产要求和条件，计算并选取相对应的变螺距空心螺旋给料结构直径D、螺距S，根据物料特性，如是否有腐蚀性或者是否与空心螺旋材料发生反应等，选取制作变螺距空心螺旋给料结构所需材料并确定所选材料的特征参数，如直径、硬度等；并根据变螺距空心螺旋给料结构直径、螺距和实际输料条件选取合适的螺杆长度，变螺距空心螺旋给料结构长径比一般取15、20、25。

实施例4

本发明实施例中，针对高温热解之后的石炭焦炭经磨制、烘干之后细度较小，粒径大多在100μm以下，物料间粘黏性较强，输料过程中易发生板结和给料不均的问题的情况，提出了一种采用变螺距空心螺旋的给料装置。根据实际生产需要，本次实验输料量在0～1g/min范围内，输料精度为0.01个/min。按照标准的螺旋输料设计规范进行变螺距空心输料螺杆的设计计算，并结合实际生产要求和条件，确定螺纹直径为15mm，大螺距螺旋螺距为12mm，小螺距螺旋螺距为8mm。制作空心螺旋采用直径为1.5mm的钢丝。在确定了本发明实施例的变螺距空心螺旋微量给粉装置的尺寸结构之后结合实际案例对本发明进行进一步描述介绍。

本发明实施例中，使用本发明的变螺距空心螺旋微量给粉装置输送上述石炭焦炭，具体的实施流程为：烘干后的石炭焦炭通过进料口5装入料仓4内；用橡胶管路连接进气口8和与出料口12相连接的输料管路，保持料仓内和输料管路的气压平衡；打开第二伺服电机7，带动搅拌螺杆6和搅拌器9旋转1～2min，使料仓4内物料均匀分布；打开第一伺服电机2，带动变螺距空心输料螺旋体11转动，同时打开振动马达10，在与出料口12相连的输料管路出口观察、测定物料输送情况。

本发明实施例中，通过控制箱可以控制搅拌螺杆、输料螺杆和振动马达的转速、振动频率，在一定的搅拌螺杆转速和振动马达振动频率的条件下，料仓内物料可以均匀、连续地落入输料管，通过变螺距空心输料螺旋体的推动作用均匀地输送到出料口；当改变空心输料螺旋的转速时，可以得到不同的给料量，改变空心螺旋转速后待给料稳定，测定每分钟的给料量，可以得到给料量和变螺距空心输料螺旋体转速之间的函数关系。

如图2所示，变螺距空心螺旋微量给粉装置的实际给料量和变螺距空心输料螺旋体转速呈近似的线性关系，拟合误差在±5％以内，满足实验误差要求。

综上所述，本发明为解决给粉不畅、不均等问题，提供了一种变螺距空心螺旋微量给粉装置。本发明的给料装置主要包括底座、第一、第二伺服电机、联轴器、变螺距空心输料螺旋体、料仓、搅拌螺杆、进气口、出料口、支架构成。第一伺服电机带动输送物料的变螺距空心输料螺旋体转动完成物料从料仓出口到出料口的输送；第二伺服电机与搅拌螺杆连接，安装在搅拌螺杆上的搅拌器的形状根据料仓结构设计，起到搅拌料仓中物料的作用，搅拌螺杆的螺纹起着控制物料输送量的作用；输料螺杆采用变螺距空心螺旋，使得送粉更加均匀、连续；进气口可为物料输送加压，使得物料输送更加均匀、连续。并根据具体实践应用和设计计算公式总结了相关设计方法。该发明专利装置有效实现了物料的、连续均匀输送，有效消除了物料在料仓中结块、搭桥，避免了物料输送的不连续、不均匀、不稳定的现象；并在此基础上提出了一种变螺距空心螺旋微量给粉装置的设计方法。本发明可实现煤粉和生物质燃烧实验中精确、稳定、连续、均匀地输送物料，可达到物料输送较高的精确度和稳定性。具体的，通过搅拌螺杆及搅拌器对料仓内物料的搅拌和振动马达的振动可以有效解决给料过程中料仓内物料的搭桥、结块现象，使得料仓内物料可以连续、均匀地落入变螺距空心输料螺旋体；针对给粉堵塞、不均匀的问题，变螺距空心输料螺旋体采用变螺距的螺旋可以使得一定量的物料以一定的速度向前输送，使得物料可以连续、均匀地从料仓出口输送至出料口，空心螺旋前段采用大螺距可以防止物料在料仓出口堵塞、积实，后段采用小螺距可以提高输料的精确度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，包括：料仓(4)；

所述料仓(4)设置有进口、进气口(8)和出口；所述料仓(4)的出口处设置有输料腔；所述输料腔设置有进口和出口；所述料仓(4)的进口作为所述变螺距空心螺旋微量给粉装置的进料口(5)，所述料仓(4)的出口与所述输料腔的进口相连通，所述输料腔的出口作为所述变螺距空心螺旋微量给粉装置的出料口(12)；

所述料仓(4)内设置有搅拌螺杆(6)，所述搅拌螺杆(6)上固定安装有搅拌器(9)；

所述输料腔内设置有变螺距空心输料螺旋体(11)；所述变螺距空心输料螺旋体(11)靠近所述输料腔的进口一端的螺距大于所述变螺距空心输料螺旋体(11)靠近所述输料腔的出口一端的螺距。

2.根据权利要求1所述的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，所述变螺距空心输料螺旋体(11)为未设置中心螺杆的空心结构。

3.根据权利要求1所述的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，所述搅拌器(9)为网格状结构；所述搅拌螺杆(6)具有螺纹结构。

4.根据权利要求1所述的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，所述变螺距空心输料螺旋体(11)靠近所述输料腔的进口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.8～1.0；

所述变螺距空心输料螺旋体(11)靠近所述输料腔的出口一端的螺距与直径比例系数K₁为0.5～0.8。

5.根据权利要求1所述的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，还包括：振动马达(10)；

所述振动马达(10)设置于所述料仓(4)的出口处。

6.根据权利要求1所述的一种变螺距空心螺旋微量给粉装置，其特征在于，还包括：输料管路；

所述输料管路的进口与所述输料腔的出口相连通；

所述进气口(8)设置于所述料仓(4)的顶部，所述进气口(8)通过平衡气管路与所述输料管路相连通。

7.一种权利要求1所述的变螺距空心螺旋微量给粉装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取实验需求的输料量Q和物料物性参数；所述物性参数包括：物料的堆积密度ρ、物料的可磨琢性和物料的粘黏性；

根据物料物性参数，查询获得物料充满系数K_d；轴向滞后系数K_h取0.6～0.8；

根据电机额定功率确定电机转速n范围；

根据公式Q＝250πK₁K_dK_hD³nρ，计算获得变螺距空心输料螺旋体的直径D；

变螺距空心输料螺旋体的螺距S的计算公式为，S＝K₁D；

其中，变螺距空心输料螺旋体的螺距和直径比例系数K₁，靠近所述输料腔的进口一端的螺距的K₁取0.8～1.0，靠近所述输料腔的出口一端的螺距的K₁取0.5～0.8。

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