螺旋不连续加料颗粒流的动力学特性与定量机理

工农业中有大量粉粒需要不连续定量生产，传统方法均有加料、计量和投料三部分，结构复杂、协调困难、粉粒易吸附飞溅，导致定量损耗大、准确性差、效率低，引起尘肺、中毒等职业病严重，是长久以来未彻底解决难题之一。 针对粉粒定量生产中诸多问题，结合螺旋式加料具有密封性强、流量控制方便优点，提出通过螺旋不连续加料方法解决粉粒不连续定量难题的新方法；综合实验观测、理论分析、数值模拟和试验研究方法开展系统研究。重要结果有： (1)应用质点动力学、颗粒群接触力学和颗粒间细观力链分析方法，建立颗粒流动力学模型，对螺旋不连续加料颗粒气固两相流动力学分析得到：颗粒流存在平推流动、绕轴翻转流动以及颗粒之间相对附加流动三种形式；在相同转速下，单头螺旋输送颗粒群更加紧实，一致性较好，双头螺旋输送颗粒群与螺旋体更加紧实，更易随螺旋体一起转动；随颗粒尺寸减小，有利于保持颗粒整体运动一致性，揭示了颗粒流运动规律和稳定高效输送力学机理； (2)基于离散元数值模拟方法，对颗粒接触力、颗粒群力链仿真分析，螺旋内径、螺距、转速和出料结构等主要因素对加料量影响仿真试验，研究得到：在一定条件下，随着螺旋内径增加，加料流量呈下降趋势，流速变缓；随着螺距增加，加料流量增加，流速变快；随着转速增加，颗粒绕轴旋转速度提高，颗粒轴向速度增加；设置的分料出料装置，有助于颗粒填充稳定，轴向速度波动减弱，旋转得到抑制，加料量与旋转角度线性较好，有效避免螺旋出料周期性“脉动”现象，建立了加料量预测模型，揭示了加料量变化规律； (3)通过螺旋加料装置优化，试验系统研发，对颗粒运动状态检测与加料量智能预测控制，不连续定量加料性能试验，得到：在转速60r/min时，3mm颗粒加料量相对误差0.3%；通过对颗粒填充率和密度检测，建立基于最小二乘支持向量机不连续定量加料旋转角度智能预测模型，定量加料性能得到明显提高，揭示了螺旋不连续定量加料机理。 成果充实了螺旋加料相关理论，完善了颗粒流动力学分析方法，部分成果在利用生物质废渣开发设施园艺栽培基质定量配料搅拌生产中得到应用，为研究解决种类众多颗粒稳定高效输送，开发粉粒不连续定量加料技术和装置提供了理论指导，对促进工农业粉粒安全高效生产具有重要理论指导意义。

针对细粉粒易粘结、吸附和飞溅,不连续定量受环境和装置结构影响大,物料损耗及工作环境污染严重,而螺旋加料具有密封性强、流量控制方便等优点,提出基于智能Agent螺旋不连续加料实现定量新方法.在预研基础上,结合目前螺旋加料粗放的缺陷,以典型细粉粒单螺杆多头螺旋加料装置为研究对象,采用颗粒流体动力学、X射线可视化检测技术及离散元法等,研究螺旋不连续加料颗粒气固两相流的动力学特性,建立颗粒稳定高效输送的力学机理;数值分析物料特性、螺旋结构参数、物料与螺旋之间摩擦特性,螺旋叶片位置及转角转速,料仓和螺旋槽内压力,环境湿度等工作环境状态对加料影响,建立颗粒充填率、密度分布和气压分布变化模型,预测加料量变化规律;优化多头螺旋不连续加料装置结构和工作参数,建立基于智能Agent螺旋不连续加料测控系统,试验研究其定量加料机理,为有效解决大量耐挤压粉粒物料不连续定量难题,促进工农业安全高效生产提供科学依据.

加料口的结构和加料方式应使配合料在窑池内的分布状态能最大限度地吸收辐射热，保持配合料料堆的合适高度，避免火焰对料堆的冲击以及使窑内飞料和加料口的敞热损失降到最低限度。

加料口的结构须有足够长的预熔室，并远离小炉喷火口的气流，以避免粉料飞扬；池窑加料口的设计，趋向于预熔室加长，有的长达2m。

加料方式根据加料机的型式而异，池窑上使用的加料机型式有毯式、裹人式、转筒式、摆动式以及埃姆哈恃162型加料机等。这里只提摆动式加料机和162型加料机，它们对提高玻璃质量、节约能耗有着比较显著的效果。

摆动式加料机的优点是：

(1)在小炉附近不会有静止的玻璃液，因此能有效地防止

(2)加料口尺寸较大，使有效熔化面积增大；

(3)加料机与加料口相接处密封严密，能减少散热和防止配合料粉尘飞扬于窑外；

(4)有利于配合科玻璃态化，能防止配合料粉尘在窑内的飞溅；

(5)配合料分布能够控制调整，分布面积较大且均匀，泡界线稳定，可以节约5%以上的燃料或增大出料量，

(6)减少马蹄形池窑加料口对面上部结构和加料口前部耐火材料的侵蚀，可延长2/5的使用周期。

162型加料机：162型加料机有加双料机和三加料机加料系统，带有玻璃液位测量和控制仪器。这种加料机主要用于横火焰池窑，其后墙处的加料口呈三角形；但是双加料系统的162型加料机用于马蹄形池窑也是非常成功的。其优点是：

(1)配合料分布合理，能在保证配合料不跑过热点的前提下，将配合科以小料堆的形式均匀分布在熔化部，同时能通过定时装改变料堆的大小和控制送到窑炉中心或料堆数目；

(2)热损失减少，由于加料口不占用池窑全部后墙，所以后墙可以进行较大面积的保温减少热损失，从而把热损失减少到最小程度；

(3)162型加料机的给料槽和加料口的开口部位接触严密，因此在车间内不会产生配合料粉尘飞扬问题；

(4)162型加料机带肓磨损和过载防护装置，因此操作可靠。 2100433B