劉海景

（上海艾的維機(jī)械制造有限公司）

破架橋機(jī)在粉體料倉(cāng)上的應(yīng)用

劉海景*

（上海艾的維機(jī)械制造有限公司）

針對(duì)粉體行業(yè)在產(chǎn)品加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)中廣泛存在的架橋現(xiàn)象，從粉體架橋的微觀機(jī)理入手，尋找到有效的破架橋解決方法。介紹了破架橋機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了破架橋機(jī)的性能及其穩(wěn)定性。

破架橋機(jī) 粉體 空氣 凝聚 團(tuán)聚 摩擦 流動(dòng)性

本文針對(duì)粉體行業(yè)在產(chǎn)品加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)中廣泛存在的架橋現(xiàn)象，介紹了破架橋機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要技術(shù)參數(shù)，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了破架橋機(jī)的性能及其穩(wěn)定性。

1 粉體的流動(dòng)和架橋

1.1 粉體顆粒的流動(dòng)和架橋問(wèn)題

在粉體加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到因粉體物料團(tuán)聚而引起的出料不暢，甚至產(chǎn)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(chǎn)生漏斗狀的局部流動(dòng)，而周圍其他區(qū)域的物料則停滯不動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致出料完全堵塞。

需要分析物料形成架橋的機(jī)理，才能找到解決架橋問(wèn)題的方法。與粉體架橋有關(guān)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(xiàng)物性參數(shù)，包括顆粒的尺寸、形狀、表面紋理結(jié)構(gòu)、表面積、多孔性、密度、內(nèi)聚力、黏附力、彈性、塑性等[1-2]。二是環(huán)境因素，主要是環(huán)境濕度和粉體儲(chǔ)存時(shí)間。這些因素不同程度地影響了粉體物料的流動(dòng)性。

1.2 影響粉體顆粒流動(dòng)的主要因素

粉體是一種性能獨(dú)特的物料，具有流動(dòng)性。粉體的流動(dòng)性與其顆粒本身、顆粒間的空氣以及顆粒表面和內(nèi)部的水分有關(guān)?？諝夂康淖兓皖w粒之間接觸應(yīng)力的變化均會(huì)影響粉體的流動(dòng)性。粉體間空氣含量越大，粉體就越疏松，其流動(dòng)性就越好。顆粒接觸應(yīng)力的減小也會(huì)使顆粒流動(dòng)性增強(qiáng)[3]。

空氣含量和顆粒之間接觸應(yīng)力是影響粉體流動(dòng)性的兩個(gè)最主要因素，其他因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。比如顆粒的尺寸、表面積、多孔性以及儲(chǔ)存過(guò)程中環(huán)境濕度、儲(chǔ)存時(shí)間等因素會(huì)影響粉體的空氣含量；顆粒的形狀、表面紋理結(jié)構(gòu)、彈性、塑性等因素會(huì)影響粉體中的空氣含量和顆粒間的接觸應(yīng)力。

阻礙粉體顆粒流動(dòng)的因素主要是摩擦、機(jī)械聯(lián)鎖、顆粒間凝聚力和液橋等，具體如表1所示。一般來(lái)說(shuō)，這些因素限制了粒子的獨(dú)立性，其影響力越強(qiáng)，顆粒聚結(jié)程度就越嚴(yán)重，導(dǎo)致粉體的流動(dòng)性就越差。

表1 粒子運(yùn)動(dòng)的限制因素

促進(jìn)粉體流動(dòng)的因素主要是粉體顆粒的重力。因此，要避免因料倉(cāng)錐段角度過(guò)大、垂直方向分力過(guò)小而造成的粉體堆積架橋。

2 破架橋機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 破架橋機(jī)的設(shè)計(jì)思路

粉體破架橋機(jī)的設(shè)計(jì)必須考慮兩個(gè)影響粉體顆粒流動(dòng)的主要因素。顆粒之間空氣含量低和接觸應(yīng)力大都會(huì)造成物料團(tuán)聚甚至結(jié)塊。要使物料流動(dòng)通暢，就需要人為削弱顆粒流動(dòng)的限制因素。對(duì)于高黏附性粉末或者形狀不規(guī)則的顆粒，如果向其施加合適的激勵(lì)力，就可以有效破壞顆粒之間的聚結(jié)和架橋。同時(shí)，原本團(tuán)聚的顆粒在疏松過(guò)程中空氣含量也會(huì)增加，從而促使粉體顆粒實(shí)現(xiàn)通暢流動(dòng)[5]。

破架橋機(jī)的作用就是提供給粉體物料一定的激勵(lì)力，用于破壞粉體顆粒之間的聚結(jié)和架橋，人為削弱顆粒流動(dòng)限制因素的影響，增強(qiáng)粉體流動(dòng)性。

2.2 破架橋機(jī)介紹

（1）破架橋機(jī)的技術(shù)背景

現(xiàn)有的粉體儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)大都存在物料因黏附、吸潮、壓實(shí)、結(jié)晶而造成的結(jié)塊現(xiàn)象，繼而導(dǎo)致出料不均勻或不出料等情況，影響后續(xù)生產(chǎn)的進(jìn)行?，F(xiàn)有的解決辦法主要是通過(guò)人工錘打震動(dòng)料倉(cāng)，以達(dá)到破壞物料架橋的目的。機(jī)械設(shè)備上還有以下幾種裝置可用來(lái)破壞架橋現(xiàn)象：料倉(cāng)頂部和側(cè)面機(jī)械攪動(dòng)方式、料倉(cāng)震動(dòng)方式、料倉(cāng)表面增加氣源吹動(dòng)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(wèn)題，而且還分別存在占用空間大、生產(chǎn)環(huán)境噪音大、粉塵外溢和機(jī)油污染物料等弊端。鑒于上述情況，現(xiàn)設(shè)計(jì)制造了一種新型的破架橋機(jī)。

（2）破架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

破架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其結(jié)構(gòu)主要包括外筒、旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒和驅(qū)動(dòng)裝置、冷卻系統(tǒng)、密封系統(tǒng)以及設(shè)置在旋轉(zhuǎn)內(nèi)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(cāng)等設(shè)備連接，密封面帶密封槽。外筒的外側(cè)面設(shè)置冷卻槽，可根據(jù)使用情況選擇開啟或關(guān)閉。旋轉(zhuǎn)內(nèi)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(jī)結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)內(nèi)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(cāng)或設(shè)備的內(nèi)部，對(duì)物料實(shí)現(xiàn)強(qiáng)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(guān)的料倉(cāng)和設(shè)備相匹配。使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒和破架橋桿組件。

2.3 破架橋機(jī)的試驗(yàn)

破架橋機(jī)的試驗(yàn)分為三個(gè)步驟。

（1）物料儲(chǔ)存在料斗內(nèi)，料斗和物料基本性能參數(shù)如表2所示。不安裝破架橋機(jī)時(shí)，裝滿物料后開始出料，隨時(shí)間的推移出料越來(lái)越少，最后出料完全停止。料斗內(nèi)的物料不能靠自重流動(dòng)下料。

表2 料斗和物料基本性能參數(shù)

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

表3 破架橋機(jī)基本參數(shù)

（3）啟動(dòng)破架橋機(jī)后，調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速，依次截取30 s的落料，稱重并計(jì)算平均出料量，結(jié)果如表4所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，試驗(yàn)時(shí)該破架橋機(jī)每30 s平均出料量為105．2 g。對(duì)比6次出料，全程出料雖有波動(dòng)，但無(wú)斷流。試驗(yàn)表明，破架橋機(jī)破壞了物料團(tuán)聚，使得物料均勻疏松，流動(dòng)順暢。

表4 出料量記錄表

圖2所示為破架橋機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中料倉(cāng)內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)變化狀況。圖2（a）所示為破架橋桿攪動(dòng)初期粉體顆粒開始疏松；圖2（b）所示為隨著破架橋桿繼續(xù)攪動(dòng)，粉體顆粒開始落料；圖2（c）所示為隨著破架橋桿繼續(xù)攪動(dòng)，粉體顆粒實(shí)現(xiàn)持續(xù)落料，料倉(cāng)內(nèi)余料越來(lái)越少。

圖2 破架橋機(jī)試驗(yàn)

以上試驗(yàn)表明，該破架橋機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了粉體破拱，并且使物料均勻疏松，改善了其流動(dòng)性。

3 破架橋機(jī)的應(yīng)用

該破架橋機(jī)針對(duì)顆粒團(tuán)聚的主要原因采用強(qiáng)制方式進(jìn)行破拱。與其他破拱設(shè)備相比，該設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)備占用空間小、造價(jià)低、維護(hù)費(fèi)用低；（2）對(duì)于團(tuán)聚嚴(yán)重的物料，采用震蕩敲擊破拱無(wú)效時(shí)，該機(jī)也能有效破拱，從根本上解決了企業(yè)難題；（3）該機(jī)噪音小，結(jié)構(gòu)密閉，可防粉塵外溢，綠色環(huán)保。

該產(chǎn)品已在蘇州東帝士纖維地毯有限公司使用兩年，且運(yùn)行穩(wěn)定。目前破架橋機(jī)系列產(chǎn)品已經(jīng)做到出口直徑達(dá)400 mm，包括杜邦在內(nèi)的多家生產(chǎn)單位正在正常使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)生產(chǎn)諸多粉體輸送環(huán)節(jié)中，由于粉體顆粒自身因素和環(huán)境因素造成物料團(tuán)聚、架橋和出料不暢，甚至出料阻塞情況經(jīng)常發(fā)生。影響粉體流動(dòng)性的主要因素是粉體顆粒間的接觸應(yīng)力和空氣含量。破架橋機(jī)的作用就是給粉體物料提供外加的激勵(lì)力，用于破壞粉體顆粒之間的聚結(jié)和架橋，人為削弱顆粒流動(dòng)限制因素的影響，降低粉體顆粒間的接觸應(yīng)力，提高粉體顆粒間空氣含量，以達(dá)到增強(qiáng)粉體流動(dòng)性的目的。試驗(yàn)表明，破架橋機(jī)的設(shè)計(jì)思路可行，實(shí)現(xiàn)了粉料破拱，改善了物料流動(dòng)性。

破架橋機(jī)適用的物料較為廣泛，特別是對(duì)超細(xì)微物料、吸濕性物料、黏附性物料、絲狀易勾結(jié)團(tuán)聚物料等特殊物料的破架橋很有效。該機(jī)工作噪音小，安裝空間小，結(jié)構(gòu)密閉，防粉塵外溢，可廣泛用于化工、醫(yī)藥、冶金、發(fā)電、煤炭和食品等行業(yè)，尤其是粉體行業(yè)的生產(chǎn)加工。

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

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

[3] 王偉.顆粒介質(zhì)摩擦界面及其潤(rùn)滑效應(yīng)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[4] 李志，夏國(guó)濤，肖國(guó)先，等.料倉(cāng)中濕顆粒流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值仿真與試驗(yàn)研究[J].海南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，22（1）：23-27.

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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。