7.涡轮分级机工作原理(两人共用)

涡轮分级机工作原理卧式涡轮分级机主要是依据不同粒径大小的颗粒，在旋转气流场中受到的离心力大小不同的原理进行分级的。

混合着物料的空气流被引进分级机下部，经导流形成一个自由涡形的气流进入分级机的分级腔，分级腔内有一个水平放置的分级轮转子，通过分级轮转子的旋转，产生一个旋转气流场；同时转轴的空心部分由排风机造成一个负压，使携带着物料的空气沿分级机转子边缘进入分级轮，呈螺旋状向涡轮中心运动。

粗的颗粒由于其所受的离心力大于气流对之产生的粘滞阻力被甩出分级轮，经二次风清洗后由粗粉出口排出；而细颗粒随空气一道被吸进转子中心，由细粉引出筒排到物料收集器收集。

2.1.2 颗粒在分级机内的运动轨迹涡轮分级机工作时电动机主轴运动带动皮带轮，经过皮带带动分级机主轴一起转动，主轴旋转带动转子一起运动。

由于转子的高速转动，在转子外侧与壳壁之间形成一个强涡流场，粉体就在此涡流场内完成分离和分级。

粉体的运动轨迹如图1所示，物料首先沿轨迹1从给料管进入后随上升气流向上运动，然后进入分级室，在涡流场内，细粉受到的气流阻力大于其他力，所以细粉沿轨迹2随气流进入转子中心区域，然后进入转子中心的细粉随着气流一起从细粉出口排出，并作为成品起来。

粗粉在涡流场内由于受的离心力比较大，其沿轨迹3被气流抛向壳壁，在重力的作用下沿壳壁沉降下来，最后落入粗粉收集锥内。

可见粉体的分级主要取决于涡流场的强弱，和场内气流的大小，涡流场是由转子的旋转形成的，故可通过调节转子的转速和进口风量来获得精确的分级。

人类所涉及的物质从宏观存在形式上可分为流体和固体，而固体物料多以粉粒状态存在或被处理过。

科学技术发展至近代，几乎所有的工业部门均涉及到粉体处理过程口，例如，水泥是常用的建筑材料，在生产过程中需要对原料和成品进行研磨粉碎；大量的固体废弃物如废旧轮胎、废旧塑料制品、废电缆电器等，如何应用现代技术将这些废物回收处理、经深加工后再利用，已经成为国际和国内各界十分关注的重大课题。

目前，对固体废物的处理多采用首先粉碎，将固型物微细化，做到不同成分的单体解离，用磁选或浮选工艺，对物料中的不同组分进行成分分离。

另外，颗粒粒度细化后，比表面积增大，可在各种场台，如填料、染料、颜料、医药、催化剂、磁记忆元件、高级磨料、固体润滑剂、精细陶瓷、化妆品等方面都表现出很好的性能。

因此，对粉体的研究已经成为材料科学的一个重要组成部分．粉体正在渗入整个工业部门和高技术领域。

粉体的制各技术是一门新兴的跨行业学科，是近代高科技发展的产物，制备粉体的方法多种多样，按性质归类可分为二大类：一类是利用物理的或化学的方法在原子、离予、分子级水平上使之凝聚长大成超微粒子尺寸；另一类是用机械的方法将块状物质粉碎到超细粉体的尺寸范围。

其中粉碎方法因其成本低，能适应大规模工业化生产而备受各国的重视，已经成为粉体制备技术中最常用的方法之一。

为了获得理想的粉体，很难使物料一次通过粉碎就能达到所需粒度要求，产品往往处于一较大的粒度分布范围。

而在各工业领域的使用中，往往要求粉体产品处于一定的粒度分布范围。

另外，在粉碎过程中，粉体中往往只有一部分产品达到了粒度要求，而另一部分产品却未达到粒度要求，如果不将这些已达到要求的产品及时分离出去，而将它们与未达到要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。

对于粉碎过程中出现上述的这二方面的问题，必须通过分级来解决。

物料的分级是粉体工程学中最基本的操作过程之一，其作用主要体现在以下二个方面：一是可根据工艺需要，通过分级除去粉体原料或半成品中过大或过小的颗粒，控制产品的粒度在一定的范围之内，从而保证产品的质量，提高其附加值。

二是与粉磨操作配合，组成圈流粉磨系统，及时将合格的粉料从中问产品中分离出来，可有效避免过粉磨现象的发生，提高粉磨效率，降低产品能耗；同时，也可方便地控制产品细度，以适应产品及工艺条件的变化。

这就是近来研究人员特别重视对分级装置的分级理论和工业实验进行深入研究的原因。

正是由于这二方面的作用，分级技术在环保、建材、冶金、燃料、陶瓷、食品等行业得到了广泛的应用：对分级技术的研究及设备的开发研制，也深受科研院所、厂矿企业的重视。

任何设备的研制都必须受理论的指导，因此分级机理对分级设备的设计、制造具有指导意义，加强基础理论研究对粉体技术的开发和应用极为重要。

只有搞清涡流空气分级机的分级机理，才能对涡流空气分级机进行改进，才能设计开发出高效节能的涡流空气分级机用于生产，提高产品质量，节省能源、提高生产效率和降低生产成本。

1．2 分级概念1．2．1 分级的定义分级是根据不同粒度、形状和密度的颗粒在流体(如空气或水)中所受的重力和介质阻力不同，因而具有不同的沉降末速度来进行的。

在静止的流体中，细的、轻的、片状等形状不规则颗粒较粗的、重的或球状颗粒沉降得慢；在一定条件下，流体的密度和粘度越高，沉降速度越慢。

一般来说，引入分级机中的流体是运动的，这样可阻连续地将分级后的产品输送出分级机。

分级可以在重力场中进行，也可以在离心力场中进行。

分级技术的关键体现在以下几点：(1)颗粒的充分分散。

颗粒分散不好，凝聚的颗粒表现出租颗粒的性质；(2)要有一个稳定的、持久的、作用力强的力场；(3)在这个力场中存在一‘个能够将粉料按照相应于工艺要求分成粗细二种颗粒的“筛面”，由于这个“筛面”的存在，任何大于所要求粒度的颗粒，都不能进入所选出的细粉中，同样，所有小于所要求粒度的颗粒，都不能进入所选出的粗粉中；(4)分出的粗、细颗粒要能及时排出。

分级面“筛面”往往都是受力的平衡面，分级产品如不能及时排出，就会产生干扰，使得分级粒径发生变动，分级精度降低。

1．2．2 分级的分类在粉体工程学上，广义的粉体分级是利用粉体颗粒的特性(如粒径、形状、密度、化学成份、颜色、放射性、磁性、静电特性等)的差别将其分离的操作的总称；而狭义的粉体分级是利用颗粒的大小或形状的差别将其分离的操作。

按颗粒的大小而进行的分级称为粒度分级，而按颗粒的形状进行的分级则称为形状分级。

由于形状分级目前还处于实验室研究阶段，没有达到实用化的程度，因此，我们逶常所提到的分级是指粒度分级。

超细粉体分级的原理是将粉体置于某种流体介质中，利用颗粒受到流体力学作用时运动情况的差异，将颗粒群分为二组或二组以上的操作。

在分级时，必须有二个以上相反方向的力的作用在粉体颗粒上(这些力可分为两类，一类是使颗粒产生运动的力，另一类是阻碍颗粒运动的力)，各个颗粒在受到这些力的作用时。

由于颗粒本身某个特性(如粒径、密度、磁性等)的不同，其运动的情况或者说其运动的轨迹就不同，这样就可以按所需的标准(比如粒径大于或小于某一值)将特性不同的颗粒群分别集中到不同的地方，从而将粉体按颗粒的某种特性进行分离。

超细粉体按被所使用流体介质的不同可分为干法分级(主要是以空气等气体为介质)、湿法分级(主要是以水等液体为介质)和超临界分级(介于干法和湿法之间)，其中，超细粉体的干法分级无论是从工艺过程还是能耗、控制等方面都具有其优越性，所以，干式流体分级设备在工业中使用最为广泛，设计新型的干法超细分级机，特别是关于亚微米级超细粒子的精密分级，近年来成为国内外专家们研究开发的主攻方向。

按照干法分级设备适应的粒径范围，可分为粗粉(分级粒径大于10吮m)、细粉(分级粒径为10～lO毗m)、微粉(分级粒径为1～1即m)和超微粉(分级粒径在1“m以下)分级机。

按照分级的工作原理(即利用何种力与空气阻力相平衡)，干法分级设备可分为如下的几大类：在工业上使用最多的是强制涡式离心力分级机，又称涡轮式气流分级机，在各种类型的干法分级设备中其分级精度最高，是具有广泛研究价值和发展前途的一种有代表性类型。

离心式超细气流分级机的叶片结构常有两种型式：径向叶片和倾斜叶片(如图所示)。

有研究报道．径向叶片分级轮，常存在微细颗粒浮游于分级轮外侧的现象。

而倾斜叶片(倾角护O)的分级轮，由于颗粒流动方向倾斜于叶片半径方向．故只与n不在同一直线上。

沿倾斜叶片的迎风侧壁而上(上表面)几乎不存在流动力，因此在分级粒径附近的微细颗粒更容易附着在叶片迎风侧的壁面上．当西大时．分级粒径变小；而小小时，分级精度较高(与同等p 的径向叶片相比)。

在倾斜叶片中，粒子一旦进入叶轮内侧，由于叶片流道变小，使粒子被加速，从而产生粒子在分级室内侧发生旋回现象，这是粒子附着于倾斜叶片内侧的原因之一。

所以，币角应有一适宜值。

结构设计时应考虑这些因素的影响。

设计分级要求较高的分级机时，应采用较小的叶片夹角并适当增加叶片数量。

分级机的物料处理量和操作气量是一对关联的量，可用分级机内固体物料浓度来控制。

颗粒浓度增加，细粉误人粗粉侧的概率增加，分级精度下降，分级粒径亦增大。

因此，分级机一定时，必须严格控制处理的颗粒浓度．不可随意超额。

另外．设计还应注意转速随处理量的不同而可调节的问题。

叶片设计机械空气分级机叶片安装角度的选择设计，叶片的安装有如下四种不同的形式。

图1－8（一）叶片的此种设计形状简单，结构简便，容易制造和安装，但是，MVM高速冲击超细粉磨机要求机械式空气分级机具有打碎式分散颗粒作用，且保持晶状。

此种叶片的安装不能满足要求的原因是它是纯粹的空气分级，无打击作用。

根据使携带粒于通过较于的空气阻力等于输于对输入空气和粒子作用而产生的离心力，由此导出的简化方程为：式中 K ——空气粘度，粒子形状，转子和叶片形状的函数：RPM ——每分钟转子叶片间间隙的空气量由此可见，其他条件一定时，粒子直径只与RPM 和有关，当RPM 、m 3/s 一定时，分选范围较窄。

影响了产量，故不采用。

（二）叶片安装为锥形时，此种形状的分级级比前一种略有改进，原理同（一）一样，根据相同的力学原理。

可得简化公式为：粒子直径=尺密度·/3s m RPM K式中R ——叶片半径其他符号同前，此式表明分选粒往是转于叶片半径的函数，由于采用变化的叶片半径，使粒径范围变大，使产量提高，但仍不理想。

（三）当安装角α倾斜某一角度时，圆柱形状当采用此种形状时，可推导出简单方程。

粒子直径由于α的改变，使粒径的分级范围再次改变，在粒子直径一定时，转速不变，风量增加，而含尘浓度不变时，产量大幅度提高。

（四）锥状，安装角α倾斜某一角度时。

图1－9采用此种结构，可得简化方程如下：粒子直径由此可见，此种结构综合于上述三种结构的特点，实际制造并不复杂，故考虑选用此种结构。