Как рассчитывается производительность винтового конвейера и какие факторы определяют правильную конструкцию?

А винтовой конвейер — также называемый шнековым конвейером или винтовым винтовым конвейером — является одной из наиболее широко используемых механических конвейерных систем на промышленных перерабатывающих предприятиях, объектах по переработке сыпучих материалов, очистных сооружениях, цементных заводах, элеваторах, химических заводах и на любых предприятиях, где необходимо непрерывно и надежно перемещать порошкообразные, гранулированные или мелкокусковые сыпучие материалы из одной точки в другую. Конструкция выглядит обманчиво простой: вращающийся винтовой шнек внутри желоба или трубы продвигает материал по длине конвейера. Но винтовой конвейер, размер которого не соответствует транспортируемому материалу (неправильный диаметр, неправильный шаг, неправильная скорость, неправильная мощность), либо не может обеспечить требуемую производительность, перегружает приводной двигатель, перегревает транспортируемый материал или быстро изнашивается из-за чрезмерного трения.

Для заводских инженеров, менеджеров по закупкам и проектных групп, определяющих винтовые конвейеры, понимание того, как рассчитывается производительность и какие проектные параметры определяют эту производительность, является основой для получения правильных спецификаций с первого раза. В этом руководстве описывается подход к расчету мощности, ключевые факторы проектирования и распространенные ошибки в спецификациях, которые приводят к использованию оборудования недостаточного или слишком большого размера.

Базовая формула производительности винтового конвейера

Производительность винтового конвейера — масса материала, транспортируемого в единицу времени, — зависит от четырех основных переменных: диаметра шнека, шага шнека, скорости вращения и объемной плотности материала, регулируемой коэффициентом эффективности загрузки, который учитывает, насколько полно поперечное сечение желоба заполнено материалом во время нормальной работы.

Стандартная формула производительности горизонтального шнекового конвейера:

вопрос = (π/4) × Д² × П × н × ρ × φ × 60

Где:

• Q = Производительность (тонны в час, т/ч)
• D = Внешний диаметр винта (метры)
• P = Шаг спирали винта (метры) — обычно равен D для стандартного шага.
• n = Скорость вращения (об/мин)
• ρ = Насыпная плотность материала (тонны на кубический метр, т/м³)
• φ = Коэффициент заполнения — доля поперечного сечения желоба, заполненная материалом (безразмерная, обычно 0,25–0,45)

Коэффициент наполнения φ не является фиксированной константой — он зависит от характера транспортируемого материала. Сыпучие неабразивные материалы (зерно, сухой песок, легкий порошок) можно транспортировать при более высоких уровнях наполнения (φ = 0,40–0,45), тогда как абразивные, липкие или тяжелые материалы транспортируются при более низких уровнях наполнения (φ = 0,25–0,35), чтобы уменьшить трение, износ и деградацию материала. Использование неправильного значения φ для типа материала приводит к тому, что расчет производительности не отражает фактическую производительность.

Стандартный диаметр винта и комбинации скоростей

На практике проектирование винтового конвейера включает в себя выбор стандартного диаметра шнека и последующий расчет скорости, необходимой для достижения целевой производительности при соответствующем уровне наполнения. В следующей таблице приведены ориентировочные диапазоны производительности для обычных стандартных диаметров шнеков при типичных рабочих скоростях со стандартным шагом (P = D):

*Диапазон производительности предполагает насыпную плотность 0,6–1,2 т/м³ и коэффициент наполнения 0,30–0,40. Фактическая вместимость вашего материала требует расчета с использованием фактической объемной плотности материала и соответствующего коэффициента наполнения.

Почему рабочая скорость должна соответствовать типу материала

Рабочая скорость винтового конвейера не просто зависит от производительности — она напрямую влияет на деградацию материала, энергопотребление и износ оборудования. Работа винтового конвейера быстрее, чем это необходимо для данного типа материала, увеличивает:

Деградация материала: Хрупкие материалы — продовольственное зерно, гранулированные продукты, рыхлые минералы — подвергаются большему разрушению частиц при более высоких скоростях шнека из-за увеличения центробежной силы и более сильного воздействия на стенки желоба. В пищевой и фармацевтической промышленности чрезмерная скорость шнека является проблемой контроля качества, а не просто проблемой износа оборудования.

Скорость износа: Аbrasive materials — sand, cement clinker, mineral ores — wear the screw flights and trough lining at a rate proportional to screw peripheral velocity. A screw with too high a peripheral velocity on an abrasive material will have its flights and trough worn through far faster than a correctly specified, slower-running, larger-diameter screw delivering the same capacity. The correct approach for abrasive materials is a larger diameter at a lower speed, not a smaller diameter running fast.

Потребляемая мощность: Более высокая скорость увеличивает центробежный эффект, который выталкивает материал наружу, прижимая его к стенке желоба, увеличивая силу трения и, следовательно, потребление энергии сверх того, что можно было бы предсказать только за счет увеличения производительности. Энергоэффективность винтового конвейера обычно самая высокая на умеренных скоростях — в пределах диапазона, соответствующего материалу и диаметру — и ухудшается на крайних скоростях.

Рекомендуемые максимальные окружные скорости по категориям материалов: сыпучие, неабразивные (зерно, легкий порошок) — до 2,0 м/с; слабоабразивные или умеренно связные (уголь, легкий минерал) — до 1,5 м/с; сильноабразивные (песок, клинкер, тяжелые минеральные руды) — до 1,0 м/с. Окружная скорость в м/с = (π × D × n) / 60, где D — диаметр шнека в метрах, а n — число оборотов в минуту.

Как наклон влияет на производительность шнекового конвейера

Аll the capacity figures and formulas above apply to horizontal screw conveyors. When a screw conveyor is inclined — used to elevate material as it conveys — capacity decreases significantly because the material tends to slide back down the incline as the screw rotates, reducing the effective conveying action.

Коэффициент снижения производительности наклонных винтовых конвейеров имеет нелинейную зависимость от угла. Приблизительная производительность в процентах от горизонтальной производительности при той же скорости и диаметре:

Для наклонных применений, где необходимо поддерживать производительность, проектным решением является увеличение диаметра шнека, чтобы компенсировать снижение производительности, а не увеличение скорости, что усугубляет проблему обратного потока материала за счет увеличения центробежных эффектов. Если наклон превышает 20°, следует рассмотреть возможность использования вертикального шнекового конвейера другой конструкции (закрытый трубчатый корпус, вариант с большим шагом, более высокая скорость) или альтернативного типа конвейера.

Ключевые параметры конструкции, помимо производительности: что еще определяет выбор винтового конвейера?

Производительность является отправной точкой, но полная спецификация винтового конвейера также должна учитывать следующие параметры:

Тип корыта — U-образный или трубчатый: U-образный открытый желоб является стандартной конфигурацией для большинства операций по перевалке сыпучих материалов. Он позволяет визуально контролировать уровень материала, обеспечивает легкий доступ для очистки и обслуживания, а также имеет несколько точек входа и выхода по длине. Трубчатая конфигурация (закрытая труба) используется там, где материал должен быть защищен от атмосферного воздействия (влаги, кислорода, загрязнений), где конвейер должен выдерживать давление или небольшой вакуум или когда материал опасен и требуется герметизация. Разгрузочные шнековые конвейеры системы пылеулавливания часто имеют трубчатую форму для удержания пыли.

Вариация шага винта — стандартная, короткая, половинная: Стандартный шаг (P = D) является наиболее распространенным и подходит для большинства сыпучих и умеренно связных материалов на горизонтальных и слегка наклонных конвейерах. Короткий шаг (P = 0,67D) обеспечивает лучшую транспортировку при работе под наклоном и при работе с липкими материалами, поскольку снижает склонность материала к соскальзыванию назад. Половина шага (P = 0,5D) используется для очень липких и вязких материалов, а также для вертикальной транспортировки, где стандартный шаг может вызвать чрезмерный обратный поток материала.

Толщина и материал лопасти (лопасти): Спиральная лопасть (скребок) должна быть достаточно толстой, чтобы не прогибаться и не уставать под действием комбинированных нагрузок крутящего момента и давления материала по всей длине конвейера. Стандартные скребки из углеродистой стали подходят для неабразивных материалов при температуре окружающей среды. Для абразивных материалов необходимы лопасти из закаленной или износостойкой стали, чтобы обеспечить приемлемый срок службы. Полотна из нержавеющей стали необходимы для применения в пищевой, фармацевтической и агрессивной химической промышленности. Правильный выбор скребкового материала для транспортируемого продукта и окружающей среды определяет интервал технического обслуживания и стоимость замены в течение срока службы конвейера.

Длина конвейера и промежуточные подвески: Длинные винтовые конвейеры — обычно те, которые превышают 4–5 метров между концевыми подшипниками — требуют промежуточных подвесных подшипников для поддержки винтового вала от отклонения под собственным весом и нагрузкой материала. Подвесные подшипники являются критически важной точкой технического обслуживания, поскольку они расположены на пути потока материала и не могут быть эффективно герметизированы — их периодически смазывают и заменяют по мере износа. Минимизация количества промежуточных подвесок за счет выбора более консервативного диаметра вала по длине или путем разделения длинного конвейера на несколько более коротких секций может значительно снизить требования к техническому обслуживанию при работе с абразивами.

Часто задаваемые вопросы

Какова максимальная длина одношнекового конвейера?

Абсолютной максимальной длины не существует, но существуют практические ограничения, основанные на прочности на кручение винтового вала и количестве устанавливаемых промежуточных подвесных подшипников. Для стандартных промышленных винтовых конвейеров распространены отдельные секции длиной до 12–15 метров; кроме этого, приводной крутящий момент, необходимый для поворота полностью нагруженного винта по всей длине, может превысить практический номинальный крутящий момент для размера вала, а количество промежуточных подвесок становится трудоемким в обслуживании. Длинные конвейеры обычно лучше обслуживаются несколькими последовательными секциями конвейера, каждая со своим собственным приводом, чем одним сверхдлинным конвейером, требующим слишком большого вала и множества промежуточных подшипников.

Как подключить шнековый конвейер к пылесборнику с рукавным фильтром?

Пылесборники с рукавными фильтрами — особенно системы с рукавными фильтрами с импульсной струей — собирают отфильтрованную пыль в бункере в нижней части коллектора. Шнековый конвейер обычно устанавливается непосредственно под выпускным отверстием бункера для непрерывного удаления скопившейся пыли и транспортировки ее в сборный бункер, станцию ​​для биг-бэгов или точку дальнейшей обработки. Соединение между выпускным отверстием бункера и входным отверстием шнекового конвейера должно быть пыленепроницаемым — фланцевое соединение с уплотнительной прокладкой и, во многих случаях, поворотным клапаном (воздушным затвором) между бункером и шнеком для предотвращения попадания воздуха в корпус пылесборника под давлением или отрицательным давлением. Размер винтового конвейера должен соответствовать типу пыли (обычно мелкодисперсный порошок φ = 0,30–0,35), максимальной ожидаемой скорости накопления пыли и любому наклону, если точка сбора не находится на том же уровне, что и выход конвейера.

Какие материалы нельзя перерабатывать винтовым конвейером?

Винтовые конвейеры не подходят для очень волокнистых материалов, которые наматываются на винтовой вал (длинное волокно, веревка, ветошь), крупных кусковых материалов, которые превышают примерно одну треть диаметра шнека в наибольшем размере, высокоабразивных материалов с высокой производительностью, где альтернативные конвейеры могут обеспечить более длительный срок службы (ленточные конвейеры для транспортировки абразива на большие расстояния), а также материалов с проблемами температурной чувствительности, если трение шнека приведет к неприемлемому повышению температуры. Для материалов, выходящих за пределы подходящего диапазона стандартного шнекового конвейера, следует оценить альтернативы, включая ленточные конвейеры, ковшовые элеваторы, пневматическую транспортировку или скребковые цепные конвейеры, исходя из характеристик материала, пропускной способности и расстояния.

Промышленные винтовые конвейеры от ZhongXing Environmental Protection Machinery

Компания ZhongXing Environmental Protection Machinery Co., Ltd. , Промышленный парк озера Тяньму, Лиян, Цзянсу, производит промышленные винтовые конвейеры для обработки сыпучих порошков и сыпучих материалов, включая услуги по удалению пыли под пылесборниками с мешочными фильтрами, обработки цемента и минералов, а также общую транспортировку сыпучих материалов. Винтовые конвейеры доступны в стандартных диаметрах от 150 мм до 630 мм, в U-образной и трубчатой ​​конфигурациях, в конструкции из углеродистой и нержавеющей стали для пищевой и коррозионной среды. Сертифицировано ISO9001:2015 и CE. Винтовые конвейеры доступны индивидуально или в составе интегрированных систем пылеулавливания с рукавными фильтрами и центробежными вентиляторами.

Свяжитесь с нами, указав тип материала, объемную плотность, необходимую производительность, длину конвейера и наклон, чтобы получить рекомендации по проектированию и ценовое предложение.

Сопутствующие товары: Винтовой конвейер | Мешочный фильтр-пылесборник | Центробежный вентилятор | Аxial Fan