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振动筛筛分效率与筛面长度的研究

时间:2012/12/13作者 :红星机器

筛分设备是一种广泛用于将散状物分为两种或多种粒度级别的设备 。国内大型筛分设备的研制及存在的问题从上世纪70年代开始 ,国内在大型筛分机的研制方面 ,做了大量工作,取得了很大成绩。筛分机械中筛面的长度和宽度是两个重要的结构参数 ,它是设计与选用筛分机时首先碰到的问题 。根据筛分理论,筛面宽度与筛分机的处理能力相关 ,即同样条件下  , 筛面越宽 ,处理能力越大 。筛面长度与筛分效率相关,即同样条件下 ,适当的加长筛面可以提高筛分效率  ,然而由概率筛分的机理可知 ,随着筛面的加长 ,粒径大于分离粒径的颗粒透筛量增加 ,而使得筛分效率降低 ,由此可知筛面长度存在一个最优值使得筛分效率最高。

以概率统计学为基础建立weibull模型较好的反映了颗粒沿筛长方向的透筛概率 ,为概率筛的设计提供了一定的理论依据。在weibull 模型的基础上可以推导出颗粒沿筛长方向的透筛效率公式,但是这个公式过于复杂 ,而且没有直接指出效率与筛长的函数关系 ,在工业应用上极为不便。基于实验的筛面长度对筛分效率影响的研究,提出了筛面长度的选用应该考虑颗粒物料的粒度组成,建立筛长与筛分效率之间的定量关系  ,在概率筛的设计和选用上可以提供更为直接的依据。本文运用三维离散单元法模拟概率筛分过程 ,建立了筛分效率与筛面长度的函数关系。

1 筛分效率与筛面长度的数值模拟

随着计算机数值模拟在工业中的不断应用  ,20世界70 年代发展起来的离散单元法为颗粒系统的处理提供了一种新途径 。该方法是以颗粒碰撞的基本定律和牛顿运动定律为基础 ,对系统中每个颗粒的运动过程进行跟踪 ,从而得到整个颗粒群的运动规律。由于该方法所需经验参数少 ,可以方便的设定颗粒的尺寸分布与性质,因此具有广泛的适应性 。本文基于离散单元法进行了筛分的三维模拟。

筛分的三维模型(图1)由颗粒工厂、筛箱和筛面组成。颗粒工厂可以生粒径或者质量成

服从具有某一分布(正态分布 、对数正态分布等)的颗粒,颗粒在重力z方向的初速度作用下落到筛面上 ,设定筛面的振动参数(振幅  、振动频率和振动方向角) ,颗粒与筛面作用下发生分层透筛及流出筛面等筛分效果 ,筛箱可以收集筛上物及筛下物  。模拟中所用到的材料属性、颗粒之间及颗粒与筛面筛网的碰撞系数 、颗粒运动的摩擦系数等尽量设定得与工程实际中的值接近。详细初始条件见表1 。

图1

2数据处理及结论

由模拟的结果,沿 x方向分段统计筛下颗粒,而得到不同粒径颗粒在筛长方向上的筛分效率。由表2 中的数据绘制筛面长度与筛分效率之间的关系曲线 ,如图2,从图中可以看出 ,在筛箱的起始阶段 ,随着筛长的增加 ,各粒径颗粒的筛分效率都迅速提高,同时相对粒径较小的颗粒(0.2  、0.4)其筛分效率快速趋近最高点 。随着筛长再增加,细颗粒的筛分效率开始缓慢下降,而相对粒径较大的颗粒其筛分效率的增加也趋缓了 。由公式(1)可以看出 ,随着筛长的增加 ,某一粒径的颗粒其透筛概率是增加的  , 当筛长增加到无限长时,其透筛概率为100% 。单颗粒透筛概率理论指出  ,相对粒径小的颗粒与筛面接触时透筛概率大 ,因此小颗粒可以较快透筛 。本次模拟中小粒径颗粒在较短的筛面内达到最高筛分效率,这也体现了单颗粒透筛概率理论由于概率筛是一种近似筛分设备 ,规定粒径之外的颗粒的透筛,会降低此粒径颗粒的筛分效率 。若某一粒径的颗粒在未到筛面终端就完全透筛 ,此后的筛面就会让此粒径之外颗粒的透筛 ,次粒径颗粒的筛分效率就会降低 。因此可以推断  ,模拟中筛长若继续增加,相对粒径较大的颗粒(0.6,0.8)筛分效率也会下降,只是模拟受到计算机硬件限制,无法模拟更长的筛分效果而已 。

图2

3结论:本文使用离散单元法(DEM)模拟了概率筛的筛分过程,提出了筛分效率对筛长及相对粒度的函数关系式 。从函数中可以看出  ,筛长与筛分效率的关系对不同的粒径是不同的  ,小粒径的颗粒在较短的筛面下就可以达到最高的筛分效率 。而大的粒径达到完善筛分效率所需要很长的筛长 。因此在设计或者选用筛分设备的时候 ,被筛物料的粒度组成应该是考虑筛长的一个因素。综合考虑影响筛分的各种参数之后,加上本文提出的函数公式,可以使得筛分设备的设计更加完善 。

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