【摘要】：回轉(zhuǎn)筒是用于顆粒物料混合和熱處理的重要過程設(shè)備,通常由直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,電機(jī)驅(qū)動能力的選擇對回轉(zhuǎn)筒設(shè)計(jì)至關(guān)重要。回轉(zhuǎn)筒內(nèi)物料傳動功耗約占電機(jī)驅(qū)動總功耗的70%-75%,是電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。此外,在回轉(zhuǎn)筒運(yùn)行過程中,物料傳動功耗隨時(shí)間的變化直接影響了主機(jī)電流的大小,是一個(gè)重要的監(jiān)測量。因此,國內(nèi)外學(xué)者對物料傳動過程機(jī)理開展了大量研究,并給出了計(jì)算傳動功耗的經(jīng)驗(yàn)公式。但是,這些經(jīng)驗(yàn)公式大多假設(shè)物料顆粒尺寸相同且在轉(zhuǎn)筒分布均勻,并用物料質(zhì)心處的速度代替全部顆粒速度來計(jì)算功耗,這與實(shí)際情況不全相符,而且這些經(jīng)驗(yàn)公式也不能預(yù)測物料功耗隨時(shí)間的變化關(guān)系。此外,回轉(zhuǎn)筒在安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在的軸心偏移也會影響物料傳動功耗,這也是經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)]有考慮的因素。隨著高性能計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展,離散單元法(DEM)已成為研究回轉(zhuǎn)筒物料運(yùn)動傳輸過程的高效仿真工具,能獲取物料在顆粒級的速度信息并可視化。因此,本文根據(jù)物料傳動功耗的研究現(xiàn)狀,采用離散單元法構(gòu)建了回轉(zhuǎn)筒物料傳輸過程的DEM仿真模型,在此基礎(chǔ)上對多尺寸顆粒物料的傳動功耗及其影響參數(shù)進(jìn)行了深入的仿真研究。研究成果可以為轉(zhuǎn)筒類過程設(shè)備電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安全監(jiān)測提供理論依據(jù)。本文的主要工作內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)基于PFC3D軟件平臺,使用不同尺寸的顆粒來模擬不均勻分布的物料,構(gòu)建了回轉(zhuǎn)筒物料顆粒系統(tǒng)DEM仿真模型。(2)搭建了回轉(zhuǎn)筒物理實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行了多組物理實(shí)驗(yàn)。通過對比物料的實(shí)際圖像與仿真圖像、實(shí)測的物料特征參數(shù)(休止角、顆粒接觸點(diǎn)數(shù))與仿真獲得的特征參數(shù),驗(yàn)證了本文所構(gòu)建仿真模型的有效性。(3)研究了回轉(zhuǎn)筒物料傳動功耗的計(jì)算方法,并以軸心偏移、轉(zhuǎn)速、填充率為變化參數(shù)進(jìn)行了18組DEM仿真實(shí)驗(yàn)。給出了不同情況下物料傳輸功耗的變化曲線。(4)采用離散傅里葉分析方法對物料傳動功耗曲線的波動規(guī)律進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),物料傳輸功耗曲線的周期性是由回轉(zhuǎn)筒軸心偏移引起,且周期的大小與回轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動周期相同;采用線性擬合方法,研究了功耗曲線的峰值、均值、超調(diào)量與回轉(zhuǎn)筒的軸心偏移量、轉(zhuǎn)速以及物料填充率之間的定量關(guān)系。結(jié)果表明,功耗曲線的峰值與軸心偏移量、轉(zhuǎn)速以及物料填充率呈線性關(guān)系,但傳動功耗的均值僅與回轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速和物料填充率相關(guān),受軸心偏移影響較小。此外,功耗曲線的超調(diào)量僅受到軸心偏移量變化的影響,當(dāng)軸心偏移保持恒定時(shí),曲線超調(diào)量應(yīng)基本保持不變。
【圖文】：

采礦、化工等多個(gè)工業(yè)部門，用于顆�；蚍勰┪锪线M(jìn)行混合和熱處理，例如水泥、還原鐵礦石、激活催化劑和焚燒危險(xiǎn)廢物等[1-2]，在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程著舉足輕重的地位。通常情況下，回轉(zhuǎn)筒由一個(gè)大功率的直流電機(jī)驅(qū)動，并轉(zhuǎn)筒中心軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在進(jìn)行生產(chǎn)工作時(shí)，筒內(nèi)物料顆粒隨著轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)及傾斜緩慢移動和混合（圖 1.1），并與筒內(nèi)高溫?zé)豳|(zhì)（高溫?zé)煔狻⒒鹧孑椡矁?nèi)壁等）進(jìn)行熱交換，完成一系列預(yù)定的物理化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)生產(chǎn)工藝的，轉(zhuǎn)筒尺寸規(guī)格和轉(zhuǎn)速分別可以達(dá)到 7m×93m 和 3rpm，筒內(nèi)溫度高達(dá) 1200 度產(chǎn)量為 12000 噸/天[3]。對于如此巨大的過程裝備，在其設(shè)計(jì)階段電機(jī)驅(qū)動能計(jì)算及選擇是至關(guān)重要的。如果驅(qū)動能力偏低，會導(dǎo)致電機(jī)長期處于過載狀態(tài)易造成電機(jī)的損壞；相反，如果電機(jī)驅(qū)動能力過高，又會增加轉(zhuǎn)筒傳動系統(tǒng)計(jì)成本，還可能降低傳動效率[4-5]。因此，物料傳動功耗的準(zhǔn)確計(jì)算及其影響分析對于轉(zhuǎn)筒的設(shè)計(jì)者和操作者而言是非常重要的。下文將以球磨機(jī)和回轉(zhuǎn)例，對轉(zhuǎn)筒類設(shè)備物料傳動功耗簡要說明。

圖 1.2 球磨機(jī)工作現(xiàn)場圖[9]磨機(jī)由進(jìn)料口、回轉(zhuǎn)裝置、傳動裝置（電動機(jī)、傳動齒輪口等主要部分組成[10]。待處理原料由進(jìn)料口進(jìn)入磨機(jī)圓筒被驅(qū)動電機(jī)施加一個(gè)繞水平軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，其內(nèi)部放有研磨介質(zhì)（通常為鋼球或者礫石）。在生產(chǎn)時(shí)，，筒內(nèi)介質(zhì)和動被整體抬高，當(dāng)運(yùn)動到一定位置后，受重力及離心力共內(nèi)壁拋落或滾落，通過重力加速度產(chǎn)生的沖擊力擊碎生產(chǎn)于摩擦力的存在，在物料顆粒不斷翻滾混合的過程中，磨斷摩擦也是對原料的研磨過程[12]，破碎研磨后的成品由轉(zhuǎn)型的磨機(jī)對能量的需求量不同，以冶金工業(yè)為例，在其選動（球磨作業(yè)等）的電耗占總能量消耗很大的比重。此外磨作業(yè)的電耗占全世界總發(fā)電量的 3%～4%，其中選礦部
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.9;TK17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2693237