浅析砼搅拌(楼)站中管式螺旋输送机的设计

在水工及城市建设的砼搅拌（楼）站设备中，广泛采用管式螺旋输送机配制粉料（包括水泥、粉煤灰和少量的粉状外加剂），其具有效率高、节省占地面积、倾角大（最大可到55°）、密封性好、节能环保等优势，取代以前常用的U型螺旋机、斗式提升机，并且能够确保水泥等粉料在混凝土配比中±1%的称量精度要求。本人根据多年从事砼搅拌（楼）站的设计工作经验，理论与实践相结合，针对在砼搅拌（楼）站中所使用的螺旋机的设计中重要参数的计算、经验系数的选取、注意事项等作以阐述。

 

1 螺旋机输送量的确定

 

螺旋机的输送量是指在特定的时间内输送完（即配制完）所需的粉料量，这特定的时间是根据每套搅拌设备的生产率和生产周期而定。以q代表在一个生产周期（即打一罐料）所需的粉料量，以t代表打一罐料所需的配料时间，那么要求螺旋机的输送量即为：Q=q/t(t/h)。

 

2 螺旋机功率的确定

 

螺旋机的功率是由螺旋机构运行中所产生的阻力决定的。阻力包括以下几种：

 

2.1 物料与螺旋壳体的磨擦力

 

2.2 物料与螺旋叶片的磨擦力

 

2.3 物料倾斜向上输送时的阻力

 

2.4 物料被搅拌产生的阻力

 

2.5 轴承的磨擦力

 

2.6 物料悬挂轴承下的堆积阻力（对于长度大于7米的螺旋机需分节，分节部位采用吊轴承及花键连接）

 

由于这些阻力计算起来较抽象，一般按以下经验公式计算：

 

N0=kQ/367(ω0L+H)

 

N0—螺旋轴上所需功率(kW)

 

k—功率贮备系数(1.2～1.4)

 

Q—输送量(t/h)

 

ω0—物料阻力系数（水泥选3.2，粉煤灰选4.2）

 

L—螺旋机进出口水平投影长度(米)

 

H—螺旋机进出口垂直投影长度(米)

 

(向上输送时取正值，向下输送时取负值)

 

那么螺旋机驱动装置的额定功率为：

 

N=N0/η

 

η—减速机的传动效率，一般采用齿轮减速机，其传动效率选为0.94。

 

3 螺旋机几何尺寸的确定
 

3.1 螺旋直径D=k1(G/ψγc)1/2.5(米)

 

k1—物料综合特性系数取0.0565

 

ψ—物料填充系数取0.6

 

c—倾斜系数与螺旋机倾斜角有关

 

0°时c=1≤5°时c=0.9≤10°时c=0.8

 

≤15°时c=0.7≤20°时c=0.65

 

γ—容重(t/m3)

 

3.2 极限速度

 

n=k2/D1/2

 

k2—物料综合特性系数一般取35n—螺旋轴转速

 

3.3 螺距S=0.8D(米)

 

壳体内径=D+0.010(米)

 

螺旋轴直径d≈D/3(米)

 

3.4 校对填充系统

 

ψ=45/（47D2nγSc）

 

通过改变D和n来调整ψ使之达到0.7～0.8，n为螺旋轴的转速。

 

4 受力计算

4.1 设计所需扭矩T

 

T=9550P/n（N.m）P—Kwn（电机转速）—r/min

 

据此选取减速机，大型的管式螺旋机一般采用圆柱齿轮减速机。

 

4.2 根据所需扭矩计算平键的挤压强度σJY、剪切强度τP、螺旋轴的扭转强度τ、螺旋轴的刚度条件θ和长细比λ

 

σJY=2T/(dkl1)×10-6≤[σJY]

 

τP=2T/dbl1≤[τP]

 

τ=10-6T/wP≤[τ]

 

θ=T/GIP≤[θ]

 

λ=l2/i≤[λ]min

 

k—键与轮毂的接触高度;l1—键工作长度;wp—抗扭截面模数

 

G—剪切弹性模量，取79.4GPa，IP—螺旋轴极惯性矩；l2—螺旋轴工作长度；i—螺旋轴惯性半径；

 

满足要求即可，否则调整D和n的值。

 

5 螺旋叶片的展开尺寸（制造尺寸）
 

螺旋直径D螺旋轴直径d螺距S

 

叶片高h=（D－d）/2

 

5.1 螺旋叶片的理论展开内径：2r=2L2h/(L1－L2)

 

其中：L1=[π2(2h+d)2+S2]1/2L2=[π2d2+S2]1/2

 

5.2 根据经验应进行修正，因此螺旋叶片的实际展开内径：

 

内径=2(r+h)－μ/2

 

外径=2r－μ/2

 

μ—平均螺距误差

 

μ参考值当D=0.200m时μ=0.015mm

 

当D=0.300m时μ=0.020mm

 

当D=0.400mm时μ=0.025mm

 

6 螺旋机叶片旋向的确定方法

 

7 其它

以上仅就螺旋机几个重要技术参数的设计及经验系数作了介绍，在实际应用中还有考虑以下几个细节，诸如:

 

7.1 螺旋叶片的旋向补充：

 

如果电机驱动部分在螺旋机进料端，那么螺旋叶片应为左旋，但为了防止出料端积料，在螺旋机出口端增加半个反向螺旋片即半螺旋叶片（右旋），如图3。

 

7.2 螺距

 

螺旋机的螺距并非一层不变，对于搅拌（楼）站中的螺旋机一般采用高速、小直径、变螺距以确保输送快速均匀。为了配料时料流的均匀，减小残余料流的冲击(造成超称)，要采取变螺距，从进料端到出料端螺距逐渐渐小，在出口附近还要增加两组双螺旋叶片。

 

7.3 在螺旋机壳体上进料端和出料端设置检修孔，壳体中间间隔2米左右设计检修孔，卡料时以备检修用。

 

7.4 螺旋机的刚度主要考虑：1）进出口长度不超过4米时，不分节，超过4米时要分节，中间的连接一般要采用花键连接，提高传动的平稳性，另外减速机与螺旋轴的联接型式采用花键联接也是考虑传动的平稳性；2）对于分节的螺旋机轴中间段还要采用吊轴承支承；3）一般螺旋机壳体选用无缝钢管，分节处采用法兰连接。