搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与改进

设备管理＆维修技术

Ｅｑｕｉｐｍｅｍ

Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ＆ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与改进

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＥｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｏｆＰｏｗｄｅｒ

ＳｔｏｒａｇｅａｎｄＴｒａｎｓｉｔ

ＳｙｓｔｅｍｏｆＭｉｘｉｎｇＰｌａｎｔ

刘育贤，，车胜创：，焦予民！，孙军强二

ＵＵＹｕ—ｘｉａｎｌ，ＣＨＥＳｈｅｎｇ—ｃｈｕａｎ９２，ＪＩＡＯＹｕ—ｒａｉｎ２，ＳＵＮＪｕｎ—ｑｉａｎ９２

１．中铁二十局西安工程机械有限公司，陕西西安７１《）（１３２２．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４

１Ｘｉ’ａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ

２０Ｂｕｒｅａｕ

Ｇｒｏｕｐ，Ｘｉ’ａｎ７１００３２，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ

２

ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ

【摘

要】为了解决搅拌楼（站）粉料储存输送系统的节能问题，根据机械设计节能基本原理对沥青和水泥搅拌站粉料

输送系统进分析与改进。，通过分析得出了现有粉料输送系统工作过程中消耗电能较高的原因：通过对现系统的结构改

进和优化设计得到了相对比较节能的粉料输送系统，可为该系统的节能研究及产品研发提供新的方法。，

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】

Ｉｎ

ｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｏｆｐｏｗｄｅｒｓｔｏｒａｇｅａｎｄｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍｏｆｍｉｘｉｎｇｐｌａｎｔ，

ｔｈｅ

ｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ

ｉｎ

ｔｅｒｍｓ

ｏｆ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ

ａｎｄｓｏｍｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｗｅｒｅｍａｄｅ

Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｆｉｇ—

ｕｒｅｄｏｕｔｔｈｅ

ｒｅａｓｏｎｓ

ｆｏｒｔｈｅｈｕｇｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｐｏｗｅｒ，ａｎｄｓｏｍｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｎｇｅｓ

ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｗｅｒｅｍａｄｅ

ｉｎ

ｏｒｄｅｒｔｏｃｕｔｔｈｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙ

ｏｎ

ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ

ｐｒｏｊｅｃｔ

【关键词】搅拌站；粉料输送系统；气力输送；螺旋输送机

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｍｉｘｉｎｇｐｌａｎｔ；ｐｏｗｄｅｒｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ

ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ；ｓｐｉｒａｌｃｏｎｖｅｙｏｒ

中图分类号：Ｕ４１５．５２文献标志码：Ｂ

文章编号：１０００－０３３Ｘ（２０１２）０３—００７３—０５

０引言

１粉料存储输送系统的节能分析

无论沥青混凝土搅拌站还是水泥混凝土搅拌站．都１．１粉料存储输送系统简介

有骨料输送系统和粉料（矿石粉、水泥、粉煤灰、膨胀剂目前绝大部分的搅拌楼粉料存储输送系统主要由粉等）存储输送系统，沥青混凝土搅拌站还配有成品料存储料储存仓（罐）和粉料输送机构两部分组成。粉料储存仓输送系统。

由料仓筒体、排气除尘风帽、支架、进料管道、进料口、出

关于沥青混凝土成品料存储输送系统以及搅拌站骨料口以及破拱装置等构成：粉料输送机构则由螺旋输送

料输送系统的节能研究，曾有人针对不同机型作了阐述，机和电机构成。在工程应用中粉料存储输送系统有两种

但是关于两种搅拌站（沥青混凝土搅拌站和水泥混凝土工作状况：一种是料仓简体进料口的地面高度为１０ｍ左

搅拌站）粉料存储输送系统的节能研究则不多见。虽然有

右，出料口的地面高度为ｌｒｌｌ左右．螺旋输送机将离地１部分沥青混凝土搅拌站粉料存储输送系统已稍做了改

Ｉｌｌ高左右的粉料输送到离地１０ｎ，高左右的计量器或搅拌

进，但仅是从满足工作要求的目的出发，未能按节能的要机内；另一种是料仓简体进料口的地面高度为１５ｍ左右，

求从原理出发进行系统研究和改进。通过对该系统改进出料口的地面高度为５１１１左右．螺旋输送机将离地５ｌｒｌｑ高

来降低电能的消耗，这就是本文的研究目的。

左右的粉料输送到离地１０ｍ高左右的计量器或搅拌机

ＲＭＣＭ悬怂配慧墓术ａ。一。。．。

田２■簟输送机简化模型

螺旋输送机的消耗功率计算公式为

Ⅳ０鼎盖和‘＋哪

（２）

式中：Ｋ一螺旋输送轴所需的功率；

渣粉取４．０）：

ｐ——输送量；

＾——功率系数，在１．２～１．４之间选取；

ｃｃＪ——物料的阻力系数（水泥、沙子取３．２。煤灰、矿￡——螺旋输送机的水平投影长度：

１．２能耗分析

沥青混凝土和水泥混凝土搅拌设备在工作过程中首

Ⅳ——螺旋输送机的垂直投影高度。

考虑到机械系统的效率，螺旋输送机所需的额定功

先由外部的输送装置（散装水泥运输车）将粉料输送到高

１５

１

率可按公式（３）计算

Ｎ＝Ｎｏ

叩

ｍ或１０ｍ左右的料仓入口进八储料仓内，然后又从高ｍ或５ｍ左右出口通过螺旋输送机将粉料输送到高１０

（３）

ｍ左右的搅拌机内．最终粉料与其他材料一起搅拌成为合格的混凝土。若将上述过程消耗的能量相加。就会发现经过这些过程后粉料输送系统消耗的能量是将粉料直接从地面输送到搅拌机或计量器内消耗能量的２倍左右。粉

式中：，ｖ＿一螺旋输送机的额定功率：

口——机械系统的效率，通常选取０．９４。

分析系统能量消耗和由公式（１）和（２）不难发现，输送系统的功率消耗主要由气力和螺旋输送两部分组成。对于输送量相同的螺旋输送系统，其消耗功率与粉料的运行功率和粉料提升功率有关；对于输送量相同的气力输送系统，其消耗功率与粉料的输送距离或高度有关。由此可得螺旋和气力两种输送系统所消耗的功率大小主要取决于粉料的输送距离和高度。由于粉料的输送距离和高度又与储存粉料仓的八料口和出料口以及搅拌机的八料口有关．

料的势能则在ｐ最大一较小一较大的过程中不断变化．

这与机械设计节能基本原理相违背“。由以上分析看出．系统消耗的功率主要集中在粉料输送八储料仓内和由筒仓输送至搅拌机两个过程。

粉料由运输车罐内输送到筒仓中主要靠气压卸料装

置完成。气压卸料装置风机消耗功率计算公式为

ＮＦ＝蹀式中：Ⅳ广风机消耗功率：

Ｑ。——风量；

㈤

所以粉料输送系统消耗功率的大小主要取决于三者间的高度及距离（八料口与出料口之间的距离）。在设计搅拌设备时，由于成品料装运和对粉料计量的要求．搅拌机的八料口高度已基本确定，粉料仓的八料口和出料口要考虑其储存量且与散装水泥运输车的运送量匹配。因此．要在保证物料输送量Ｑ不变的情况下，达到节约电能的目的．应对气力输送、螺旋输送和粉料仓三者进行共同分析和设计。

口ｈ＿一风级效率；

∑△Ｐ一系统压力损失：

”。——机械效率。

粉料由筒仓中运输到搅拌机的核心设备为螺旋输送

机，为了分析其电能消耗的过程，必须对其功率进行计算。为此根据螺旋输送机的使用特点．将其抽象为数学模型。如图２所示。

２储存输送系统局部节能改进设计

针对粉料存储输送系统．根据机械设计节能基本原

７４

理可知：当系统的势能和管道压力（气力）为常数或在最小区域内变化，系统能量损失较小，则维持系统正常工作所需输入的功率将会降低，系统能量将得到充分利用．机器性能将提高．从而达到节能的目的。

２．１节能原理在设计螺旋输送机中的应用

由于系统势能在较小范围内变化，维持系统正常工作所输入的功率会降低；因此根据储存输送系统的工作

要求、结构以及能耗损失等特征，对螺旋输送机进行节能优化设计［２］。若在螺旋输送机进口和出口之间增加一个入料口．储存料仓的粉料将分别从螺旋输送机的底部进料口和中部进料口通过螺旋输送机输送到计量器或搅拌机内。此时螺旋输送机的粉料输送量ｐ则由中部进

料口输送量ｐ，和底部进料口输送ｍＱ，两部分组成，同时

在料仓中部设计１个出料口，与螺旋输送机的中部进料

口相对应。改进后，当料仓粉料满装时．粉料从中部出料口通过接管进入螺旋输送机上的进料口，将输送量为Ｑ．

的粉料输送到计量器内：当螺旋输送机将输送量为Ｑ，的粉料输送结束。料仓中部出料口与螺旋输送机上边的进料口自动关闭，料仓底部出料口与螺旋输送机底部进料

口同步打开。将输送量为Ｑ，的粉料输送到计量器内。这样，使得单位时间内粉料系统势能在较小范围内变化。将

螺旋输送机两个工作阶段粉料输送量Ｑ．和Ｑ，以及在空间的坐标代入公式（２），可计算出螺旋输送机的功率消耗，

如式（４）所示

Ｎ０２Ⅳ ＋Ⅳ２＝矗嘉（ｏＪＬ＋Ｈ）＋七嘉［∞（Ｌ矗）＋（Ｈ－Ｙ）］（４）

ｎ

ｎ

分析式（４）可得：粉料由螺旋输送机的不同入口输送

到计量器消耗的功率不同，优化后的系统功率消耗明显

低于原来的系统。但是为了得出系统最小的功率消耗，还必须对新增加的粉料入口的位置进行分析确定。

对于给定的螺旋输送机，为了确定新的入料口位置，由式（４）构造其对应的数学模型。由图３可知：新入料口坐标ｘ＝三一三，，ｌ，＝日一日。ｘ的变化范围为（０，Ｌ），ｌ，的变化范围

图３节能型输送系统数学模型

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｍａｎａｇｅｍｅ设ｎｔ裹Ｍ管ａｉｎ理ｔｅｎａ＆ｎｃｅ维Ｔｅ修ｃｈｎ技ｏｌｏ术ｇｙ

＆

ＲＭ广ｔｍＭ

■■■■■

■■■

为（０，Ｈ），根据（ｘ，Ｙ）的变化范围求出，在这一组值中，使

得系统的总功率消耗最小时对应的ｘＳＤＹ值即是所要求的螺旋输送机对应的物料入口点。为此在ＭＡＴＬＡＢ中编

写程序，可知此系统功率随着系统势能变化的功率曲线．进而得出其最小值，即为所求。

根据工程设计经验．目前最流行的粉料输送系统是

０形截面的螺旋输送机。其机壳采用无缝钢管，机壳尾部

进口通过球形绞链与筒仓翻板门连接，头部出口通过帆布袋柔软连接通向主体上的粉料秤斗。安装倾角一般在

３０。～４５。之间．必要时可达６０。．螺旋的长度不应超过１４ｍ．螺旋转速ｎ的范围一般为１５０～３００ｒａｄ ｒａｉｎ～．螺旋节距ｔ＝０．８Ｄ。根据工程经验，螺旋在不同安装倾角的输送能力计算值为：Ｑ。＝（１７－３８）Ｄ‰，Ｑ，。＝（１３－３３）Ｄ‰，Ｑ。，＝（１１～２８）

Ｄ３ｒｔ。根据上述计算取值，取安装倾角为４５。，螺旋直径为

２００

ｎｌＦｎ，转速为２００ｒａｄ ｒａｉｎ。ｋ取１．３．煤粉料阻力系数∞

取４．０，通过ＭＡＴＬＡＢ仿真，可求出系统消耗功率最小时对

应的点（ｘ，Ｙ），即可确定螺旋输送机对应的开口布置。其

仿真结果如图４所示。

≥为ｏＩｊ｛＿督

增加的入料口高度／ｌｎ

图４螺旋输送机进料Ｉ：ｌ位置不同功率消耗曲线

由仿真结果可知：系统消耗的功率随着新增的入料口高度的增加而直线下降，直至达到最高点时．也就是系

统的初始势能最小时，该条件下系统的总消耗功率最小。根据此结果，并依据工程设计经验，考虑成本、可靠性等

方面的因素．在符合设计理论的前提下．结合工程实际条件，可尽量使系统消耗功率降到最小。

粉料气力输送机是利用具有一定压力和速度的气流来输送粉粒体，一般由供料装置、输送管（接进灰管）、分离机空气动力源４部分组成。为了使气力输送机消耗功率

降低．除了依据系统势能和管道压力在较小范围内的变

化以及相关参数外．还应考虑粉料输送的距离或输送管的长短。假设现有散装水泥运输车卸装料装置在单位时间的输送物料量ｐ不变，卸料高度不小于１５ＩＴｌ，水平距离

ｍ。根据节能原理，若要使运输车发动机在驱动气压卸

２．２节能原理在气力输送机中的应用

５

装料装置实现节能要求。应使卸料高度与水平距离之和

ＲＭＣＭ等毒篇悠熊莲甍。。。…。。。

减小．可以采用以下３种方法。

（１）在气压卸装料时，特别是卸料时。使水平输送距离小于５

ｍ。

３粉料存储输送系统整体节能改进设计

通过以上对粉料存储输送系统三个主要组成部分的分析和优化设计，分别得到了气力输送机、料仓、螺旋输送机在工作工程中将消耗功率降低的设计方案。但是，针对目前粉料储存输送系统进出料口较高和进出料口较低两种情况运用上述方法能否取得较明显节能效果．还应对两种情况存储输送系统的实际情况进行具体分析．然后改进系统设计。

（２）为了使卸料高度降低．应对储存料仓进料口的

高度进行重新设计，在储存料仓满足使用要求的情况下．

实现进料口的高度降低。

（３）当储存进料口的高度确定．应在料仓筒壁内设计两个进料口，中间为第一进料口，顶部为第二进料口。

２．３节能原理在设计料仓中的应用

储存料仓一般为圆柱型，简称筒仓。由上述分析可知：料仓进料口的高度会影响气力输送机的消耗功率．并使粉料具有料仓出料口高度的势能。造成料仓进料口与出料口高度之差的势能损失；料仓出料口的高度是影响

３．１进出料口较高

进出料口较高的粉料存储输送系统主要应用于水泥混凝土搅拌站或部分沥青混凝土搅拌站。对其改进应分两种情况考虑，一种为对现在正在应用的存储输送系统进行改进，另一种则为以后生产新的储输送系统的改进设计。

（１）对于正在应用的存储输送系统．只要将螺旋输送机拆下，在其中部配置新的进料口．并通过一个口径较大的进灰管与料仓筒壁中部设计的第一进料口连通：同时在气力输送的进灰中部管设计第一进料口．即可实现运输车与螺旋输送机的油耗和电能耗降低。如图６所示。

螺旋输送消耗功率的主要参数，由此分析可得料仓进料口与入口的两个高度直接影响气力输送机和螺旋输送的

消耗功率以及粉料势能的损失。同时鉴于料仓进料口与八口的两个高度决定料仓储存最。且还要与散装水泥运输车运输量匹配．所以应在综合分析的基础上对料仓以及进料口与八口高度进行设计。根据节能原理．采用以下３种方法。

（１）料仓容积为常数使顶部进料口降低的分析设计。

该方案也适用于以后生产存储输送系统的设计。

若料简仓半径为ｒ，筒仓高为ｈ，则料仓客积为Ｖ＝椭。而有

的搅拌站往往对同一种粉料配置两个料仓，两个料仓容积则为一个料仓的２倍，此时用２个料仓钢板优化设计为一个大的圆筒料仓．其容积则为原料仓的４倍，根据实际情况还可将其形状设计为如图５所示的形式．其容积为原料仓的３倍。鉴于两个料仓优化为一个大料仓．容积是原料仓的３ｑ倍。故优化后大料仓容积在满足工作容积的情况下．可以根据运输要求将顶部进料口降低。

优化后料仓轮廓线

料仓轮廓线

／？、／ｊ，，、＼／

圈５将两十料仓优化为三个料仓

目６增加进自料口方案

（２）料仓容积为常数并增加进料口的分析设计。为了使气力输送机输送距离缩短，消耗功率降低，应在料仓筒壁中部设计一进料口，为第一进料口．将顶部原进料口定义为第＝进料口。

（３）料仓容积为常数使出料口为多个的分析设计。为了使料仓内上部粉料所具有的势能损失降低到最低．螺旋输送机要在完成相同输送量的过程中实现节能要求，应在料仓筒壁中部设计第一出料口．将底部原出料口定义为第＝出料口．

（２）对于以后生产存储输送系统，根据料仓与粉粒物料运输车罐内容积匹配关系以及同类料占两个料仓等因素，可将料仓优化设计（图７）．使气力输送机的进料口降低．实现气力输送机油耗降低以及螺旋输送机电能耗降低的目的。

３．２进出料口较低

进出料口较低的粉料存储输送系统目前主要应用于中型沥青混凝土搅拌站和中小型水泥混凝土搅拌站。对其改进也应分两种情况考虑．一种为对现在正在应用的

７６

目一…。墨骢怂熊然ＲＭＣＭ

田９提升料仓出料口方囊

田７优化料色方案

以上粉料储存输送系统改进设计方案，无论将哪一

种结构具体参数代入公式计算，与原粉料储存输送系统消耗功率比较，其节能效果将不低于１５％。

存储输送系统进行改进，另一种则为以后生产新的储输

送系统的改进设计。

（１）对于正在应用的存储输送系统．采用的方法同

３

１（１）所述。不再赘述。改进方案如图８所示。

４结语

根据机械设计节能基本原理，对沥青和水泥搅拌站

粉料输送系统进分析，了解了现有粉料输送系统存在工作过程中消耗电能较高的原因；并依据该原理对现有粉料输送系统的结构进行改进和优化，得到了节能效果不低于１５％的粉料输送系统。同时鉴于改进和优化粉料输送系统还有其他方面的用途．且结构容易实现。加工费用较低，故改进和优化粉料输送系统有较好的应用价值。也为该系统的节能研究及产品研发提供了清晰的思路方法和较为详实的资料。●考文献：

［１】车胜创机械设计节能基本原理分析与应用Ｕ］长安大学学报：

田８增加进出料口方搴

自然科学版，２０１１，３１（３）：９５—１１０［２］王

２００１

（２）对于以后生产的存储输送系统．根据料仓与粉粒物料运输车罐内容积匹配关系以及同类料占两个料仓等因素，可将料仓优化设计，提升螺旋输送机的进料口高

鹰连续输送机械设计手册［Ｍ］北京：中！ｌｌ棱道出版社．

收稿日期：２０１１—０６—１２

［责任编辑：杜卫华］

度（图９），实现螺旋输送机电能耗降低。

７７

搅拌楼粉料储存输送系统的节能分析与改进

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

刘育贤， 车胜创， 焦予民， 孙军强， LIU Yu-xian， CHE Sheng-chuang， JIAO Yu-min， SUN Jun-qiang

刘育贤,LIU Yu-xian(中铁二十局西安工程机械有限公司,陕西西安,710032)， 车胜创,焦予民,孙军强,CHE Sheng-chuang,JIAO Yu-min,SUN Jun-qiang(长安大学工程机械学院,陕西西安,710064)筑路机械与施工机械化

Road Machinery & Construction Mechanization2012,29(3)

本文链接：/Periodical_zljxysgjxh201203026.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kssm.html