转底炉螺旋输送机功率计算

螺旋输送机是转底炉主要设备之一，用于将炉盘上的高温球团及时高效地排出。螺旋输送机传动电机功率大小的选取，决定着螺旋输送机能否正常工作。螺旋输送机的工作原理类似于螺旋输送机，但工况远比螺旋输送机复杂，目前尚无成熟的公式对螺旋输送机传动电机功率进行计算，本文结合工程实际，对螺旋输送机传动机构功率作了分析研究，并提出利用力矩－角加速度法进行计算，给出了两个推荐计算公式。

 

1 功率分析及计算

螺旋输送机工作时的功率消耗，由以下几个部分组成：

 

(1)螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率。

 

(2)物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率。

 

(3)炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率。

 

1.1 螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率

 

螺旋轴旋转时，支承轴承处与螺旋轴颈产生摩擦，此摩擦消耗的功率为N1=mgω1rn/9550   (1)式中 N1为螺旋轴支承轴承处摩擦消耗的功率(kw)；m为螺旋轴转动部分重(kg)；g为重力加速度；ω1为螺旋轴支承轴承处摩擦阻力系数；r为支承轴承中圈半径(m)；n为螺旋轴转速(r/min)。

 

1.2 物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率

 

螺旋输送机出料的过程，类似于被夹持着的螺母在旋转的螺杆上作平移运动。但散落物料毕竟不是刚体，物料间存在着相对运动，即存在摩擦、搅拌与翻滚，必然消耗部分功率。此功率主要体现在两个方面：一是由于物料颗粒处在不同螺旋线上，单个颗粒运动情况不一样，而且颗粒间还相互制约；二是物料在螺旋轴的作用下其运动轨迹可视为不连续的螺旋线，这是由于在出料过程中物料沿螺旋轴轴向移动时，处于物料表面颗粒要不断的倒塌或沿物料表面下滑，使得消耗的功率增大。消耗的此部分功率为

 

N2=Qgω2Rn/9 550   (2)

 

式中 N2为物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率(kw)；Q为出料量(kg/min)；g为重力加速度；ω2为物料与螺旋叶片间摩擦阻力系数；R为螺旋叶片外圆半径(m)；n为螺旋轴转速(r/min)。

 

1.3 炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率

 

螺旋输送机工作时，螺旋叶片与炉底耐材之间存在摩擦，螺旋输送机工作时克服此摩擦所消耗功率为：

 

N3=mgω3Rn/9 550  (3)

 

式中 N3为炉底耐材与螺旋叶片间摩擦消耗的功率(kw)；m为螺旋轴质量(kg)；g为重力加速度；ω3为炉底耐材与螺旋叶片间摩擦阻力系数；R为螺旋叶片外圆半径(m)；n为螺旋轴转速(r/min)。综上所述，螺旋输送机所需功率为：N=N1＋N2＋N3=mgω1rn＋Qgω2Rn＋mgω3Rn/9 550=

 

gnm(ω1r＋ω3R)＋Qω2R/9 550 (4)

 

2 利用力矩－角加速度方法计算螺旋输送机驱动电机功率

驱动螺旋轴旋转需要的力矩分两部分，一部分是克服螺旋轴旋转时产生的摩擦阻力矩需要的力矩，另一部分是克服螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩需要的力矩，下面分别对这两部分力矩进行计算。

 

2.1 螺旋轴支承装置摩擦阻力矩

 

螺旋轴支承装置摩擦阻力矩为

 

Tm=mgωD/2 (5)

 

式中 m为螺旋轴重量(kg)；ω为阻止螺旋轴旋转的综合阻力系数；g为重力加速度；D为螺旋叶片直径。

 

2.2 惯性阻力矩

 

螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩为

 

Mg=Jα(6)

 

式中 Mg为惯性阻力矩(N·m)；J为螺旋轴转动惯量(kg·m2)；α为螺旋轴转动角加速度(rａｄ/ｓ2)。将螺旋轴简化为一直径为D的圆柱体，则螺旋轴转动惯量

 

J=mD2/8  (7)

 

式中 m为螺旋轴转动部分质量(kg)；D为螺旋叶片直径(m)。

 

螺旋轴转动角加速度

 

α=πn/30t (8)

 

式中 π为圆周率；n为螺旋轴转速(r/min)；t为电机启动时，螺旋轴转速从0到最大转速的时间。

 

螺旋轴旋转时产生的惯性阻力矩

 

Mg=ｊα=mD2/8×πn/30t=mD2πn/240t    (9)

 

综上所述，螺旋输送机传动电机功率为

 

N电=Tm+Mg/9 550n=Dmn/9 550(gω/2+πDn/240t)(10)

 

3 实例计算

某钢铁厂年产20万t转底炉螺旋输送机基本参数：螺旋叶片半径R=0.5m，支撑轴承中圈半径r=0.2m，螺旋轴质量m=10 000kg，螺旋轴转速n=18r/min，处理量Q=340kg/min，转底炉炉盘有效宽度L=5m，螺旋轴转速从0到最大转速的时间t=3ｓ，螺旋轴支承轴承处摩擦阻力系数ω1=0.05，物料与螺旋叶片间摩擦阻力系数ω2=0.5，炉底耐材与螺旋叶片间摩擦阻力系数ω3=0.09，阻止螺旋轴旋转的综合阻力系数ω=0.37，功率储备系数K=2，机械传动效率η=0.7。

 

4 结束语

根据上述推荐公式(5)与(10)计算的结果，与目前转底炉螺旋输送机及其他类似装置的实际功率调研结果进行了比对，结果相差无几，验证了推荐公式的正确性。