JP2023183816A - Method of estimating appropriate clearance for powder kneading machine and powder kneading machine with appropriate clearance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉体若しくはスラリー又はこれらを含有する流動物を処理対象物とする混練機、混合機、撹拌機その他前記処理対象物を均一に分散させることを目的として運転する駆動機械(以下、単に「粉体混練機」という。)の適正クリアランスの推定方法および適正クリアランスを備えた粉体混練機に関する。 The present invention relates to a kneader, a mixer, an agitator, and other drive machines (hereinafter referred to as The present invention relates to a method for estimating the appropriate clearance of a powder kneader (simply referred to as a "powder kneader") and a powder kneader equipped with the appropriate clearance.
近年、粉体混練機によって高炉向コークス製造用原料炭の一部を石油系又は石炭系粘結補填材と共に混合し、その後加圧成形して配合する成型炭配合技術が実用化されている。 In recent years, a molded coal blending technology has been put into practical use in which a part of coking coal for blast furnace coke production is mixed with a petroleum-based or coal-based caking filler using a powder mixer, and then pressure-molded and blended.
しかしながら、成型炭配合技術に用いる粉体混練機において、石炭粉によるケーシングの摩耗が問題となっている。ケーシングが摩耗すると、ケーシングは破壊しやすくなる。 However, in powder kneaders used in briquette blending technology, wear of the casing due to coal powder has become a problem. As the casing becomes worn, it becomes more susceptible to destruction.
上記の問題に鑑みて、回転羽根先端の描く回転軌跡とケーシングの間にクリアランスを設けることによって粉体によるセルフライニング層を形成させ、ケーシングの摩耗発生を防ぐ方法が公知となっている。 In view of the above-mentioned problems, there is a known method of forming a self-lining layer of powder by providing a clearance between the rotation locus drawn by the tip of the rotary blade and the casing to prevent wear of the casing.
例えば、特許文献1は、ケーシングの内部に、相反する方向に回転駆動される二本の混練軸を平行状態の配置で架設し、両混練軸のそれぞれに、先端にブレードを備えた複数の攪拌翼を突設した二軸ミキサであって、前記ケーシングの外板内面と攪拌翼の先端が描く回転軌跡との間に、混練物がケーシングの内面に付着することによって生成されるセルフライニング層を形成するための隙間を設け、ケーシングの摩耗発生を防ぎ、耐久性の大幅な向上を図ることができる二軸ミキサを提供している。
For example, in
しかしながら、クリアランスの数値について、その推定方法は知られていない。実機においてセルフライニングを発生可能なクリアランスを推定するためには、まず計算で求められる理論上のクリアランス(適正クリアランス)を推定する必要がある。 However, there is no known method for estimating the clearance value. In order to estimate the clearance at which self-lining can occur in an actual machine, it is first necessary to estimate the theoretical clearance (appropriate clearance) obtained by calculation.
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、粉体混練機の適正クリアランスの推定方法および適正クリアランスを備えた粉体混練機を提供すること目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned situation, and an object of the present invention is to provide a method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine and a powder kneading machine having the appropriate clearance.
本発明の要旨は以下の通りである。 The gist of the invention is as follows.
(1)粉体混練機の適正クリアランスの推定方法であって、回転羽根およびケーシングからなる前記粉体混練機のモデルにおいて、前記回転羽根の回転軌跡と前記ケーシングとの間の円環状の領域を、幅Δrのn個(n≧3)の円環状のセルAi(i=1、2、3...n)に分割し、セルA1のさらに内側の幅Δrの円環状のセルをセルA0とするセル分割工程と、前記セル分割工程S1で分割したセルAi(i=0、1、2、3...n)のそれぞれに対し、円周方向に沿った方向の流動速度Vi(i=0、1、2、3...n)を仮定する流動速度仮定工程と、内周側からi番目のセルAi(i=1、2、3...n)とセルAi-1との境界面におけるせん断速度γAi-1⇔Aiを計算するせん断速度計算工程と、前記せん断速度計算工程で計算したせん断速度γにおける粉体のせん断応力τ(γ)を計算するせん断応力計算工程と、前記せん断応力計算工程で計算した、前記セルAiと前記セルAi-1との境界面におけるせん断応力τ(γAi-1⇔Ai)と、前記セルAiの内周の長さとの積が、全てのi(i=1、2、3...n)で等しくなるような、前記セルの流動速度を収束計算によって計算する流動速度計算工程と、を備える、粉体混練機の適正クリアランスの推定方法。
(2)前記流動速度計算工程で計算した前記流動速度Viが0.01V0以下となるような前記セルからセルフライニングが発現する(1)に記載の粉体混練機の適正クリアランスの推定方法。
(3)前記せん断応力計算工程では以下の式(1)によって前記せん断速度γにおける摩擦係数μ(γ)を計算し、以下の式(2)によって前記摩擦係数と粉圧Pとを乗算して、前記せん断速度γにおける前記せん断応力を得る、(1)又は(2)に記載の粉体混練機の適正クリアランスの推定方法。
γ0:任意のせん断速度
μ´:せん断速度γ0における摩擦係数
n:無次元パラメータ
である。
(4)前記せん断速度計算工程では以下の式(3)によって前記セルAi-1と前記セルAiとの境界面におけるせん断速度γAi-1⇔Aiを計算し、前記流動速度計算工程では以下の式(4)が全てのi(i=1、2、3...n)で成立するように収束計算を実施し、前記流動速度を計算する(1)又は(2)に記載の粉体混練機の適正クリアランスの推定方法。
△r:セルの幅
VAi:セルAiの円周に沿った方向の流動速度
VAi-1:セルAi-1の円周に沿った方向の流動速度
r:回転羽根の半径
(5)回転羽根の回転中心軸を略水平となるように回転羽根を1本以上設けた粉体混練機であって、前記粉体混練機のケーシング内面の点と、前記回転羽根のうち前記ケーシング内面の点に最も先端が近接する回転羽根との間のクリアランスdが、前記近接する回転羽根の半径rに対して式(5)の範囲にあるようなクリアランス適正点が存在し、前記クリアランス適正点からなる面積が、前記回転羽根の回転中心軸を通る水平面より下方の前記ケーシング内面の面積の50%以上を占めることを特徴とする適正クリアランスを備えた粉体混練機。
(6)回転羽根の回転中心軸と水平面のなす角θが0°<θ≦90°となるように回転羽根を1本以上設けた粉体混練機であって、前記粉体混練機のケーシング内面の点と、前記回転羽根のうち前記ケーシング内面の点に最も先端が近接する回転羽根との間のクリアランスdが、前記近接する回転羽根の半径rに対して式(5)の範囲にあるようなクリアランス適正点が存在し、前記クリアランス適正点からなる面積が、前記回転羽根の羽根最上端の回転軸中心部を通る水平面より下方の前記ケーシング内面の面積の50%以上を占めることを特徴とする適正クリアランスを備えた粉体混練機。ただし、Dは適正クリアランスであり、D=0.115×rで求める。
(1) A method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine, in which, in a model of the powder kneading machine consisting of a rotary vane and a casing, an annular region between the rotation locus of the rotary vane and the casing is , divided into n (n≧3) annular cells A i (i=1, 2, 3...n) with a width Δr, and the annular cells with a width Δr further inside cell A 1 . Flow in the direction along the circumferential direction for each of the cell division process in which cell A is set to 0 and the cells A i (i=0, 1, 2, 3...n) divided in the cell division process S1. A flow velocity assumption step in which the velocity V i (i=0, 1, 2, 3...n) is assumed, and the i-th cell A i (i=1, 2, 3... n) from the inner peripheral side A shear rate calculation step of calculating the shear rate γ Ai-1 ⇔ Ai at the interface between and cell A i-1 , and the shear stress τ(γ) of the powder at the shear rate γ calculated in the shear rate calculation step. a shear stress calculation step to calculate, a shear stress τ (γ Ai-1⇔Ai ) at the interface between the cell A i and the cell A i-1 calculated in the shear stress calculation step, and the cell A i a flow velocity calculation step of calculating the flow velocity of the cell by convergence calculation such that the product with the inner circumference length is equal for all i (i = 1, 2, 3...n); A method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine.
(2) The method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine according to (1), in which self-lining occurs from the cell such that the flow velocity V i calculated in the flow velocity calculation step is 0.01 V 0 or less. .
(3) In the shear stress calculation step, the friction coefficient μ(γ) at the shear rate γ is calculated using the following equation (1), and the friction coefficient is multiplied by the powder pressure P using the following equation (2). , the method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine according to (1) or (2), wherein the shear stress at the shear rate γ is obtained.
γ 0 : Any shear rate μ′ : Friction coefficient at shear rate γ 0 n : Dimensionless parameter.
(4) In the shear rate calculation step, the shear rate γ Ai-1⇔Ai at the interface between the cell A i-1 and the cell A i is calculated using the following equation (3), and in the flow rate calculation step, Perform convergence calculation so that the following equation (4) holds true for all i (i=1, 2, 3...n), and calculate the flow velocity described in (1) or (2). Method for estimating appropriate clearance for powder kneading machines.
△r: Cell width
V Ai : Flow velocity in the direction along the circumference of cell Ai
V Ai-1 : Flow velocity in the direction along the circumference of cell Ai-1
r: radius of the rotating blade (5) A powder kneading machine having one or more rotating blades so that the center axis of rotation of the rotating blade is substantially horizontal, and a point on the inner surface of the casing of the powder kneading machine, An appropriate clearance point at which a clearance d between the rotary vanes whose tips are closest to a point on the inner surface of the casing is within the range of formula (5) with respect to the radius r of the adjacent rotary vanes. Powder kneading with an appropriate clearance, wherein the area consisting of the appropriate clearance point occupies 50% or more of the area of the inner surface of the casing below a horizontal plane passing through the central axis of rotation of the rotating blade. Machine.
(6) A powder kneading machine provided with one or more rotary blades such that the angle θ between the central axis of rotation of the rotary blade and the horizontal plane satisfies 0°<θ≦90°, and the casing of the powder kneading machine A clearance d between a point on the inner surface and a rotary vane whose tip is closest to the point on the inner surface of the casing among the rotary vanes is within the range of formula (5) with respect to the radius r of the adjacent rotary vane. A suitable clearance point exists, and the area formed by the suitable clearance point occupies 50% or more of the area of the inner surface of the casing below a horizontal plane passing through the center of the rotation shaft at the uppermost end of the rotary blade. Powder kneading machine with appropriate clearance. However, D is the appropriate clearance and is determined by D=0.115×r.
本発明によれば、粉体混練機の適正クリアランスの推定方法および適正クリアランスを備えた粉体混練機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for estimating the appropriate clearance of a powder kneader and a powder kneader having the appropriate clearance.
本発明者らは、粉体混練機の適正クリアランスの推定方法を知見した。 The present inventors have discovered a method for estimating the appropriate clearance of a powder kneader.
以下、本発明に係る粉体混練機における回転羽根の回転軌跡とケーシングとの間の適正クリアランスを推定する方法の実施形態について詳細に説明する。本実施形態のクリアランスの推定方法は、セル分割工程S1と、流動速度仮定工程S2と、せん断速度計算工程S3と、せん断応力計算工程S4と、流動速度計算工程S5と、を備える。 Hereinafter, an embodiment of a method for estimating the appropriate clearance between the rotation locus of a rotary blade and a casing in a powder kneading machine according to the present invention will be described in detail. The clearance estimation method of this embodiment includes a cell division step S1, a flow rate assumption step S2, a shear rate calculation step S3, a shear stress calculation step S4, and a flow rate calculation step S5.
(セル分割工程S1)
本発明者らは、適正クリアランスを推定する方法を鋭意検討した結果、図1のモデルを考案した。図1に示すモデルは、回転羽根1、回転羽根1を収容するケーシング2、及び回転羽根1とケーシング2との間の円環状の領域から構成される。回転羽根1は、中心軸であるC軸に時計回りに回転する。図1はケーシング2内で撹拌される粉体のモデル直径方向の流動速度分布をせん断力のつり合いから予測するモデルである。セル分割工程S1では、図1のモデルにおいて、回転羽根1の回転軌跡とケーシング2との間の円環状の領域Bを、幅Δrのn個(n≧3)の円環状のセルに分割する。図2は、図1のモデルのセルを拡大した図である。図2に記載のように、内周側からi番目のセルをセルAi(i=1、2、3...n)とする。また、便宜上、セルA1のさらに内側の幅Δrの円環状のセルをセルA0とする。
(Cell division step S1)
The present inventors have devised the model shown in FIG. 1 as a result of intensive study on a method for estimating the appropriate clearance. The model shown in FIG. 1 is composed of a
(流動速度仮定工程S2)
セル分割工程S1で分割したセルのそれぞれに対し、円周方向に沿った方向の流動速度を仮定する。具体的には、図3に示すように、内周側からi番目のセルAiの流動速度をVAi、セルAiの1つ内側のセルAi-1の円周に沿った方向の流動速度をVAi-1、セルAiの1つ外側のセルAi+1の円周に沿った方向の流動速度をVAi+1と設定する。各セルはC軸方向から見て円環状の剛体とし、各セルの幅方向中心線における移動速度を各セルの流動速度とする。セル内部には速度差は生じない。各セルはそれぞれ流動速度が異なるので、セルとセルの間にせん断応力が生じる。
(Flow velocity assumption step S2)
A flow velocity in a direction along the circumferential direction is assumed for each of the cells divided in the cell division step S1. Specifically, as shown in FIG. 3, V Ai is the flow velocity of the i-th cell A i from the inner circumference side, and V Ai is the flow velocity of the i-th cell A i from the inner circumference side, and V Ai is the flow velocity of the i-th cell A i from the inner circumference side, and The flow velocity is set as V Ai-1 , and the flow velocity in the direction along the circumference of cell A i+1 one outside of cell Ai is set as V Ai+1 . Each cell is an annular rigid body when viewed from the C-axis direction, and the moving speed of each cell in the center line in the width direction is defined as the flow speed of each cell. There is no speed difference inside the cell. Since each cell has a different flow rate, shear stress is generated between the cells.
(せん断速度計算工程S3)
セルAiとセルAi-1との間のせん断速度γAi-1⇔Aiは、以下の式(1)によって求めることができる。また、図3に示すように、△rの中点を通る境界をセル境界とする。
The shear rate γ Ai-1⇔Ai between cell A i and cell A i-1 can be determined by the following equation (1). Further, as shown in FIG. 3, a boundary passing through the midpoint of Δr is defined as a cell boundary.
(せん断応力計算工程S4)
図1のモデルを実用に供するためには、せん断速度とせん断応力の関係を明らかにする必要がある。そこで、本発明者らは、異なるせん断速度における粉体の摩擦係数を調査するためにせん断試験を実施した。せん断試験は、以下の条件で行われた。
試料:石炭/ロードタール混練物
試験方式:定容積せん断試験
せん断帯厚み:1mm
温度:65℃
せん断速度[1/s]は0.8、0.3、1と変化させた。
(Shear stress calculation step S4)
In order to put the model in Figure 1 into practical use, it is necessary to clarify the relationship between shear rate and shear stress. Therefore, the present inventors conducted a shear test to investigate the coefficient of friction of powder at different shear rates. The shear test was conducted under the following conditions.
Sample: Coal/road tar mixture Test method: Constant volume shear test Shear band thickness: 1mm
Temperature: 65℃
The shear rate [1/s] was changed to 0.8, 0.3, and 1.
図4は前記せん断試験で得られた摩擦係数のせん断速度依存性を示す図である。横軸がせん断速度、縦軸が摩擦係数であり、せん断速度の上昇と共に摩擦係数も増加した。図4のグラフは以下の式(2)により近似される。
石炭/ロードタール混練物と異なる粉体を処理対象とする場合についても、前記せん断試験と同様の試験を実施することによって、式(2)のようなせん断速度と摩擦係数の関係を得ることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the shear rate dependence of the friction coefficient obtained in the shear test. The horizontal axis is the shear rate, and the vertical axis is the friction coefficient, and the friction coefficient increased as the shear rate increased. The graph in FIG. 4 is approximated by the following equation (2).
Even when a powder different from the coal/road tar mixture is to be treated, the relationship between shear rate and friction coefficient as shown in equation (2) can be obtained by conducting a test similar to the shear test described above. can.
次に、(2)で求めた摩擦係数と粉圧Pを乗算することによって、せん断応力τ(γ)を求めることができる。これは、以下の式(3)により表される。
(流動速度計算工程S5)
せん断力とは、せん断面の面積(せん断応力に作用する接触面)とせん断応力とを乗算して求められる。図1、図2に記載のモデルでは、セルAiとセルAi+1との間のせん断速度γAi⇔Ai+1により生じるせん断力(式(4)の左辺)と、セルAiとセルAi-1との間のせん断速度γAi-1⇔Aiにより生じるせん断力(式(4)の右辺)は、Aiが加速も減速もしない定常状態で釣り合う。この理由を詳細に説明する。セルAiは、回転羽根1の回転力を、セル間の摩擦力によって外側のセルへ伝達しながら円周方向に回転する。回転羽根1が回転を開始してから十分な時間が経過し、回転羽根1の回転力がケーシング2内の各セルに十分に伝達された時点においては、各セルは加減速することなく等速度で回転運動しているため、各セルにおいて、1つ内側のセルから作用するせん断力と、1つ外側のセルに対して作用するせん断力は釣り合っている。これは、以下の式(4)で表される。せん断面の面積は、セルの円周の長さとセルの奥行きの長さの積であるが、各セルの奥行きの長さは全て等しいため、両辺から消去されている。ここで、τ(γAi⇔Ai+1)はせん断速度γAi⇔Ai+1におけるせん断応力、rは回転羽根1が描く回転軌跡の半径を表す。
The shear force is calculated by multiplying the area of the shear plane (the contact surface that acts on the shear stress) by the shear stress. In the models shown in FIGS. 1 and 2, the shear force (left side of equation (4)) caused by the
前記せん断力は、全ての隣接するセル同士の境界面で釣り合うため、以下の式(5)を満足するようなVAi(1≦i≦n)を求めれば、回転羽根1の回転力がケーシング2内の各セルに十分に伝達された時点におけるセルの流動速度を求めることができる。以下、セルの流動速度について詳細に説明する。
最後に、ケーシング2の最外周部のセルAnの流動速度が0になるように収束計算を行う。適正クリアランス計算工程S6は、図5のように計算する。このとき、rは回転羽根及びケーシングの中心を0とする直径方向の座標、Aiはi番目のセル、Ri(=r+i△r)はAiの内側の座標を表す。
さらに、ViをAiの回転速度、FiをAiがAi-1から受けるせん断応力とAiの内周の長さとの積FをF1~Fnの平均とする(n=80)。Fiは以下の式(6)で表される。このとき、1≦i≦79とViを変化させ、式(7)の値が最小となるように、また全てのi(i=1、2、3...n)で成立するように収束計算する。このとき、制約条件はV0=羽根先端の回転速度、1≦i≦79、Vi+1≦Vi、V80=0である。また、Viは式(1)により求められる。
Further, let V i be the rotational speed of A i , and let F i be the product F of the shear stress that A i receives from A i-1 and the inner circumference length of A i is the average of F1 to Fn (n=80). . F i is expressed by the following equation (6). At this time, V i is changed so that 1≦i≦79, so that the value of equation (7) becomes the minimum and holds true for all i (i = 1, 2, 3...n). Calculate convergence. At this time, the constraint conditions are V 0 =rotational speed of the blade tip, 1≦i≦79, V i+1 ≦V i , and V 80 =0. Further, V i is determined by equation (1).
(セルフライニング検証試験)
上述したモデルと実際の現象との整合性を確認するため、図7のようにセルフライニング検証試験を行った。このとき容器の大きさを変えて各クリアランス(5、15、25mm)での粉体の流動の様子を評価した。
(Self-lining verification test)
In order to confirm the consistency between the above-mentioned model and the actual phenomenon, a self-lining verification test was conducted as shown in FIG. 7. At this time, the size of the container was changed and the flow of the powder was evaluated at each clearance (5, 15, and 25 mm).
図6での算出条件と同様に、回転羽根の直径を150mm、回転羽根の回転速度を32rpmとした。モーター性能は定格出力120W、定格トルク2.2Nmであった。粉体の流動が停滞する境界面より内側を流動層、外側を停滞層とし、流動層及び停滞層の厚みを求めた。結果は以下の表1のようになり、当該混練系での適正クリアランスの実験値は約9mmであった。この結果は、図6に示した、モデルによる適正クリアランスの推定値と良い精度で整合した。 Similar to the calculation conditions in FIG. 6, the diameter of the rotary blade was 150 mm, and the rotation speed of the rotary blade was 32 rpm. The motor performance was a rated output of 120 W and a rated torque of 2.2 Nm. The inner side of the boundary surface where the powder flow stagnates was defined as a fluidized bed, and the outer side was defined as a stagnation layer, and the thicknesses of the fluidized bed and stagnation layer were determined. The results are shown in Table 1 below, and the experimental value of the appropriate clearance in the kneading system was about 9 mm. This result matched with good accuracy the estimated value of the appropriate clearance by the model shown in FIG.
また、産業用途では大小さまざまな規模の粉体混練機が使用されることを想定し、回転羽根の直径と適正クリアランスの関係を当該モデルにより予測した。結果は以下の図8のようになり、いずれの規模の粉体混練機においても、回転羽根の半径の0.115倍の幅が適正クリアランスであることが推定された。なお、当該モデルでは、適正クリアランスは回転速度によっては変化しなかった。
粉体混練機のクリアランスが適正クリアランスよりも過小であると、ケーシング内面と粉体との摺動が発生し、ケーシングに摩耗が発生する。逆に、粉体混練機のクリアランスが適正クリアランスよりも過大であると、粉体の混練性が低下し、又は装置が不要に巨大となる等の問題が発生する。
図6の横軸0.009は適正クリアランス(紛体速度=羽根先端速度×0.01倍)であると同時に実験で確認した流動部と滞留部の境界面でもある。その適正クリアランス(横軸0.009)を基準にして、横軸を0.008、0.007、0.006と小さくすると縦軸に示すケーシング表面近傍の紛体速度は増大し、ケーシングの摩耗速度を増大させる。逆に横軸を0.010に近づけていくと計算紛体速度は羽根先端速度の1/1000を下回り、殆ど0となることが予想される。
クリアランスを図6の横軸0.009より小さい0.006で設計・製作した場合、紛体速度は適正クリアランス(0.009)に対して概略10倍となるためケーシングの摩耗が進み、クリアランスが0.009近傍になると摩耗が止まることが予想される。
そこで、産業用途の粉体混練機のクリアランスは、好ましくは、適正クリアランスの90%以上115%以下であり、より好ましくは、95%以上110%以下である。粉体混練機のクリアランスを適正クリアランスより僅かに小さく設計する場合、回転羽根の外周端を、そこから径方向外側へ延長した点を、ケーシング内面からケーシング板厚中心の範囲とする。これは、適正クリアランスの90%以上の値に相当する。僅かに小さく設計する場合、より好ましくは適正クリアランスの95%以上であってもよい。また、粉体混練機のクリアランスを適正クリアランスより僅かに大きく設計する場合、回転羽根の外周端を、そこから径方向外側へ適正クリアランスより110%延長した点が、ケーシング内面からケーシング板厚中心の範囲とする。これは、適正クリアランスの110%以下の値に相当する。僅かに大きく設計する場合、より望ましくは105%、100%相当長さを延長する。
In addition, assuming that powder kneading machines of various sizes are used in industrial applications, the model predicted the relationship between the diameter of the rotary blade and the appropriate clearance. The results are shown in Figure 8 below, and it was estimated that a width of 0.115 times the radius of the rotary blade is the appropriate clearance for any size of powder kneader. In addition, in this model, the appropriate clearance did not change depending on the rotation speed.
If the clearance of the powder kneader is smaller than the appropriate clearance, sliding will occur between the inner surface of the casing and the powder, causing wear on the casing. On the other hand, if the clearance of the powder kneading machine is larger than the appropriate clearance, problems such as the kneading performance of the powder will deteriorate or the device will become unnecessarily large will occur.
The horizontal axis of 0.009 in FIG. 6 is the appropriate clearance (powder speed = impeller tip speed x 0.01 times), and at the same time is the boundary between the flowing part and the stagnation part, which was confirmed in experiments. Based on the appropriate clearance (horizontal axis 0.009), if the horizontal axis is decreased to 0.008, 0.007, 0.006, the powder velocity near the casing surface shown on the vertical axis increases, and the casing wear rate increases. increase. On the other hand, as the horizontal axis approaches 0.010, the calculated powder velocity is expected to fall below 1/1000 of the blade tip velocity and become almost 0.
If the clearance is designed and manufactured with a clearance of 0.006, which is smaller than 0.009 on the horizontal axis in Figure 6, the powder velocity will be approximately 10 times the proper clearance (0.009), so the casing will wear out and the clearance will become 0. It is expected that wear will stop when the value approaches .009.
Therefore, the clearance of a powder kneader for industrial use is preferably 90% or more and 115% or less of the appropriate clearance, more preferably 95% or more and 110% or less. If the clearance of the powder kneader is designed to be slightly smaller than the appropriate clearance, the point extending radially outward from the outer circumferential end of the rotary blade should be within the range from the inner surface of the casing to the center of the thickness of the casing. This corresponds to a value of 90% or more of the appropriate clearance. When designing the clearance to be slightly smaller, the clearance may be more preferably 95% or more of the appropriate clearance. In addition, when designing the clearance of a powder kneader to be slightly larger than the appropriate clearance, the point where the outer peripheral end of the rotary blade is extended 110% radially outward from there than the appropriate clearance is from the inner surface of the casing to the center of the casing plate thickness. range. This corresponds to a value of 110% or less of the appropriate clearance. If it is designed to be slightly larger, it is more desirable to extend the length by 105% or 100%.
(適正クリアランスを備えた粉体混練機)
次に、計算した適正クリアランスを実機に設けた例について説明する。
(Powder kneading machine with appropriate clearance)
Next, an example in which the calculated appropriate clearance is provided in an actual machine will be described.
<横型の粉体混練機に適用した例>
本実施形態に係る適正クリアランスを備えた粉体混練機は、回転羽根の回転中心軸を略水平となるように回転羽根を1本以上設けた粉体混練機であって、粉体混練機のケーシング内面の点と、回転羽根のうちケーシング内面の点に最も先端が近接する回転羽根との間のクリアランスdが、近接する回転羽根の半径rに対して式(9)の範囲にあるようなクリアランス適正点が存在し、クリアランス適正点からなる面積が、回転羽根の回転中心軸を通る平面より下方の前記ケーシング内面の面積の80%以上を占めることを特徴とする。また、クリアランス適正点からなる面積が、回転羽根の羽根最上端を通る水平面より下方のケーシング内面の面積の50%以上としてもよい。ただし、Dは適正クリアランスであり、D=0.115×rで求める。
The powder kneading machine with appropriate clearance according to the present embodiment is a powder kneading machine in which one or more rotary blades are provided so that the central axis of rotation of the rotary blades is substantially horizontal, and the powder kneading machine is The clearance d between the point on the inner surface of the casing and the rotating blade whose tip is closest to the point on the inner surface of the casing is within the range of formula (9) with respect to the radius r of the adjacent rotating blade. A suitable clearance point exists, and the area formed by the suitable clearance point occupies 80% or more of the area of the inner surface of the casing below a plane passing through the central axis of rotation of the rotating blade. Further, the area formed by the appropriate clearance point may be 50% or more of the area of the inner surface of the casing below the horizontal plane passing through the uppermost end of the rotary blade. However, D is the appropriate clearance and is determined by D=0.115×r.
粉体混練機に2本以上の回転羽根が設けられている場合は、回転中心軸が最も長い回転羽根を、近接する回転羽根の半径rとする。式(9)は実機のクリアランスdが、適正クリアランスの90%以上115%以下であることを示す。 When the powder kneading machine is provided with two or more rotary blades, the rotary blade with the longest central axis of rotation is set to the radius r of the adjacent rotary blades. Equation (9) indicates that the clearance d of the actual machine is 90% or more and 115% or less of the appropriate clearance.
<縦型の粉体混練機に適用した例>
本実施形態に係る適正クリアランスを備えた粉体混練機は、回転羽根の回転中心軸と水平面のなす角θが0°<θ≦90°となるように回転羽根を1本以上設けた粉体混練機であって、粉体混練機のケーシング内面の点と、回転羽根のうちケーシング内面の点に最も先端が近接する回転羽根との間のクリアランスdが、近接する回転羽根の半径rに対して式(9)の範囲にあるようなクリアランス適正点が存在し、クリアランス適正点からなる面積が、回転羽根の羽根最上端を通る水平面より下方のケーシング内面の面積の80%以上を占めることを特徴とする。また、クリアランス適正点からなる面積が、回転羽根の羽根最上端の回転軸中心部を通る水平面より下方のケーシング内面の面積の50%以上としてもよい。ただし、Dは適正クリアランスであり、D=0.115×rで求める。
<Example applied to a vertical powder kneader>
The powder kneading machine with the appropriate clearance according to the present embodiment is a powder kneader in which one or more rotary blades are provided so that the angle θ between the rotation center axis of the rotary blade and the horizontal plane satisfies 0°<θ≦90°. In a kneading machine, the clearance d between a point on the inner surface of the casing of the powder kneading machine and the rotating blade whose tip is closest to the point on the inner surface of the casing among the rotating blades is relative to the radius r of the adjacent rotating blade. It is assumed that there is a suitable clearance point within the range of formula (9), and that the area consisting of the suitable clearance point occupies 80% or more of the area of the inner surface of the casing below the horizontal plane passing through the top end of the rotary blade. Features. Further, the area consisting of the appropriate clearance point may be 50% or more of the area of the inner surface of the casing below the horizontal plane passing through the center of the rotation shaft at the uppermost end of the rotary blade. However, D is the appropriate clearance and is determined by D=0.115×r.
回転羽根の回転中心軸が略垂直とは、垂直方向に対して0°以上10°以下の角度範囲を含む。また、より好ましくは、0°以上10°以下の角度範囲を含む。粉体混練機に2本以上の回転羽根が設けられている場合は、回転中心軸が最も長い回転羽根を、近接する回転羽根の半径rとする。式(9)は実機のクリアランスdが、適正クリアランスの90%以上115%以下であることを示す。 The expression that the central axis of rotation of the rotating blade is substantially perpendicular includes an angular range of 0° or more and 10° or less with respect to the vertical direction. More preferably, the angle range is 0° or more and 10° or less. When the powder kneading machine is provided with two or more rotary blades, the rotary blade with the longest central axis of rotation is set to the radius r of the adjacent rotary blades. Equation (9) indicates that the clearance d of the actual machine is 90% or more and 115% or less of the appropriate clearance.
(実施例)
本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。図9はクリアランスを適用した粉体混練機4の実機の概略図である。
ケーシング2の底部には回転羽根1が2つある。ケーシング2の底面は回転羽根1と同軸の円筒面になっている。ケーシング2は、回転羽根1の軸よりも上側の部分では、側壁が鉛直方向に延びている。ノズル3はケーシング2の天井壁に複数設置されている。図示において回転羽根1の奥側に図示しないフィーダーが設置されている。図示において回転羽根1の手前側に図示しない排出口が配置されている。これらの粉体混練機4の混練対象物はどちらも石炭及び油である。混練対象物の石炭は、フィーダーから供給される。また、油はノズルから供給され、処理済みの混練物は開口部から排出される。実施例では適正クリアランスDから式(9)を用いて計算される範囲のクリアランスを適用した。比較例では適正クリアランスDから式(9)を用いて計算される範囲外のクリアランスを適用した。実施例及び比較例において、一定期間の試験運転の後にケーシングの摩耗量評価を実施した。実施例及び比較例における設計値(回転羽根の半径r、クリアランスd)、適正クリアランスD、被混練物の処理量及び摩耗量を表2に示す。
(Example)
The present invention will be explained in more detail with reference to Examples. The present invention is not limited to these examples in any way. FIG. 9 is a schematic diagram of an actual powder kneading machine 4 to which clearance is applied.
There are two
表2のように、実施例は被混練物の日当たり処理量が多くても、摩耗量は検出されなかった。一方比較例は被混練物の日当たり処理量が少なくても、摩耗量が検出された。 As shown in Table 2, in the examples, no amount of wear was detected even though the amount of kneaded materials per day was large. On the other hand, in the comparative example, the amount of abrasion was detected even if the daily processing amount of the kneaded material was small.
本発明によれば、当該モデルを用いることで、粉体混練機の適正クリアランスを提供することができる。また石炭粉とケーシング壁面間の摺動が抑制され、大幅な寿命の延長が期待される。従って、本発明は高い産業上の利用可能性を有する。 According to the present invention, by using the model, it is possible to provide an appropriate clearance for the powder kneading machine. In addition, sliding between the coal powder and the casing wall is suppressed, which is expected to significantly extend the life of the coal powder. Therefore, the present invention has high industrial applicability.
1 回転羽根
2 ケーシング
3 ノズル
4 粉体混練機
1 Rotating
Claims (6)
回転羽根およびケーシングからなる前記粉体混練機のモデルにおいて、前記回転羽根の回転軌跡と前記ケーシングとの間の円環状の領域を、幅Δrのn個(n≧3)の円環状のセルAi(i=1、2、3...n)に分割し、セルA1のさらに内側の幅Δrの円環状のセルをセルA0とするセル分割工程と、
前記セル分割工程S1で分割したセルAi(i=0、1、2、3...n)のそれぞれに対し、円周方向に沿った方向の流動速度Vi(i=0、1、2、3...n)を仮定する流動速度仮定工程と、
内周側からi番目のセルAi(i=1、2、3...n)とセルAi-1との境界面におけるせん断速度γAi-1⇔Aiを計算するせん断速度計算工程と、
前記せん断速度計算工程で計算したせん断速度γにおける粉体のせん断応力τ(γ)を計算するせん断応力計算工程と、
前記せん断応力計算工程で計算した、前記セルAiと前記セルAi-1との境界面におけるせん断応力τ(γAi-1⇔Ai)と、前記セルAiの内周の長さとの積が、全てのi(i=1、2、3...n)で等しくなるような、前記セルの流動速度を収束計算によって計算する流動速度計算工程と、
を備える、粉体混練機の適正クリアランスの推定方法。 A method for estimating the appropriate clearance of a powder kneader, the method comprising:
In the model of the powder kneading machine consisting of a rotary vane and a casing, the annular region between the rotation locus of the rotary vane and the casing is defined by n (n≧3) annular cells A with a width Δr. i (i = 1, 2, 3...n), and a cell division step in which a ring-shaped cell with a width Δr further inside cell A 1 is defined as cell A 0 ;
The flow velocity V i ( i =0, 1, 2, 3...n);
a shear rate calculation step of calculating the shear rate γ Ai-1⇔Ai at the interface between the i-th cell A i (i=1, 2, 3...n) from the inner circumferential side and the cell A i-1 ; ,
a shear stress calculation step of calculating the shear stress τ(γ) of the powder at the shear rate γ calculated in the shear rate calculation step;
The product of the shear stress τ (γ Ai-1⇔Ai ) at the interface between the cell A i and the cell A i-1 calculated in the shear stress calculation step and the length of the inner circumference of the cell A i is equal for all i (i=1, 2, 3...n), a flow velocity calculation step of calculating the flow velocity of the cell by convergence calculation;
A method for estimating the appropriate clearance of a powder kneading machine.
γ0:任意のせん断速度
μ´:せん断速度γ0における摩擦係数
n:無次元パラメータ
である。 In the shear stress calculation step, the friction coefficient μ(γ) at the shear rate γ is calculated using the following equation (1), and the friction coefficient is multiplied by the powder pressure P using the following equation (2) to calculate the shear stress. The method for estimating an appropriate clearance for a powder kneading machine according to claim 1 or 2, wherein the shear stress at a speed γ is obtained.
γ 0 : Any shear rate μ' : Friction coefficient at shear rate γ 0 n : Dimensionless parameter.
△r:セルの幅
VAi:セルAiの円周に沿った方向の流動速度
VAi-1:セルAi-1の円周に沿った方向の流動速度
r:回転羽根の半径 In the shear rate calculation step, the shear rate γ Ai-1⇔Ai at the interface between the cell A i-1 and the cell A i is calculated using the following equation (3), and in the flow rate calculation step, the following equation is used. The powder kneading machine according to claim 1 or 2, wherein the flow velocity is calculated by performing a convergence calculation so that (4) holds true for all i (i=1, 2, 3...n). How to estimate proper clearance.
△r: Cell width
V Ai : Flow velocity in the direction along the circumference of cell Ai
V Ai-1 : Flow velocity in the direction along the circumference of cell Ai-1
r: Radius of rotating blade
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