（成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)院，四川 成都 610041）

立磨又稱立式磨、輥磨、立式輥磨，廣泛用于各種物料的研磨，是塊料制備粉料的必備環(huán)節(jié)，已經(jīng)由最初的三輥立磨逐步發(fā)展到六輥立磨。立磨由于其電耗低、設(shè)備緊湊占地小、噪音低、揚(yáng)塵少、產(chǎn)品細(xì)度易于調(diào)節(jié)、使用維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、耐磨材料消耗少等優(yōu)點(diǎn)，在水泥工業(yè)中應(yīng)用日益廣泛，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

水泥工業(yè)中，主要有4個(gè)地方要運(yùn)用到立磨，分別是生料粉磨系統(tǒng)、水泥粉磨系統(tǒng)、煤磨系統(tǒng)、礦渣磨系統(tǒng)。粉磨系統(tǒng)控制的好壞直接關(guān)系到水泥產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本，關(guān)系到水泥廠最直接的經(jīng)濟(jì)效益。立磨由磨機(jī)和選粉機(jī)兩部分組成，磨機(jī)主要功能是對(duì)物料進(jìn)行研磨，選粉機(jī)主要功能是對(duì)研磨后的物料進(jìn)行分選。工作中的立磨見圖1。

圖1 工作中的立磨

1 工作原理

立磨選粉機(jī)是一種氣流分級(jí)選粉機(jī)。各種混合物料從下料口卸下，與載體空氣一起流入選粉機(jī)中。固定在灰斗上與下殼體之間的固定導(dǎo)流片，將物料/空氣混合物從向上流動(dòng)轉(zhuǎn)變成切向流動(dòng)。其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子按切向物流的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在固定導(dǎo)流片和轉(zhuǎn)子葉片之間的空隙部位形成一個(gè)大的旋流空間見圖2，在離心力的作用下，物料/空氣混合物發(fā)生分級(jí)分離。過(guò)大（特大）顆粒被甩出去，在重力作用下下沉，離開那個(gè)旋流空間，在灰斗中收集并返回到磨機(jī)磨盤進(jìn)行再次研磨。較細(xì)的顆粒能通過(guò)選粉機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的葉片，隨同載流氣體從選粉機(jī)上殼體出口離開選粉機(jī)被外部選粉收塵器收下然后進(jìn)入下一工藝環(huán)節(jié)，這些較細(xì)的顆粒就是選粉機(jī)作用后的成品見圖3。成品的細(xì)度取決于選粉機(jī)導(dǎo)流片與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的綜合作用，導(dǎo)流片是固定的，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速可以對(duì)成品細(xì)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，成品細(xì)度越細(xì)；降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，成品細(xì)度粗。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速通過(guò)安裝在選粉機(jī)上殼體的驅(qū)動(dòng)部分的一個(gè)變頻電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電流頻率對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，最終達(dá)到控制成品細(xì)度的目的。轉(zhuǎn)子下部的灰斗殼體創(chuàng)建了一個(gè)粗顆粒內(nèi)部循環(huán)的空間，形成一個(gè)有序的通道，一方面灰斗將最初上升的物料/空氣混合物與選粉后降落的粗顆粒分隔開來(lái)，避免兩部分混合而帶來(lái)的無(wú)用功、低效率；一方面引導(dǎo)不合格的粗顆粒下落到立磨磨盤進(jìn)行二度研磨。

圖2 旋流空間俯視圖

圖3 選粉機(jī)工作原理圖

離心運(yùn)動(dòng)是指物體有遠(yuǎn)離中心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)物體在做非直線運(yùn)動(dòng)時(shí)（例如：圓周運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)），因物體一定有本身的質(zhì)量存在，質(zhì)量造成的慣性會(huì)強(qiáng)迫物體繼續(xù)朝著運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向前進(jìn)。若這個(gè)在做非直線運(yùn)動(dòng)的物體上有乘客的話，乘客由于同樣隨著車子做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，會(huì)受到車子向乘客提供的向心力，但是若以乘客為參照系，由于該參照系為非慣性系，他會(huì)受到與他相對(duì)靜止的車子給他的一個(gè)指向圓心的向心力作用，就好像沒(méi)有車子他就要被甩出去一樣，這個(gè)力就是所謂的離心力。由于處于非慣性系中，此狀況下物體所感受的力并非真實(shí)，所以有些說(shuō)法會(huì)稱這種現(xiàn)象為“離心運(yùn)動(dòng)”。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系中的物體，所受離心力為F=mω2r（其中ω表示非慣性系自身轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度），其方向沿半徑背離圓心。

離心技術(shù)指利用物質(zhì)在離心力的作用下，按其沉降系數(shù)不同而進(jìn)行分離的一種技術(shù)。使用條件是：（1）混合物繞中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)，即受到離心力作用。（2）強(qiáng)大的離心力作用于懸浮的粒子，使其沿離心力方向背離中心軸。（3）不同大小的顆粒沉降速度不同而進(jìn)行有效分離。在離心力作用下，懸浮顆粒沉降速度與顆粒的半徑、顆粒的密度、介質(zhì)密度相關(guān)，即：

式中：r—球形粒子的半徑（mm）；

ρp—粒子的密度（g/mm3）；

ρm—介質(zhì)的密度（g/mm3）；

ω—粒子的角速度（rad/s）；

x—粒子的位置（mm）。

由公式（1）可看出：

① 當(dāng)ρp＞ρm，粒子順著離心方向沉降。

② 當(dāng)ρp=ρm，粒子到到某一位置后達(dá)到平衡。

③ 當(dāng)ρp＜ρm，粒子逆著離心方向上浮。

由此可見，粗顆粒將脫離旋流空間，從灰斗進(jìn)入立磨磨輥進(jìn)行二次研磨。細(xì)顆粒將從轉(zhuǎn)子空隙處上浮，從上殼體出口經(jīng)外部旋風(fēng)收塵器進(jìn)入下一工序。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，可以改變粒子的角速度，使得粗顆粒更容易或者更難上升到選粉機(jī)出口，從而控制選粉成品的細(xì)度。

2 結(jié)構(gòu)特征

立磨選粉機(jī)采用側(cè)面進(jìn)料，側(cè)面出風(fēng)的結(jié)構(gòu)，由殼體、轉(zhuǎn)子部件、襯板及耐磨部件、驅(qū)動(dòng)裝置等部件組成。其中選粉機(jī)殼體主要是由選粉機(jī)靜態(tài)部分組成，包括上殼體、中殼體、下殼體、灰斗、導(dǎo)流片、密封環(huán)等。轉(zhuǎn)子部件是選粉機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，主要由轉(zhuǎn)子、主軸、上下軸承、上下軸承座、拉桿張緊裝置等組成。襯板及耐磨部件主要由耐磨澆筑材料、模塊化的耐磨堆焊復(fù)合襯板等組成。驅(qū)動(dòng)裝置主要由電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)底座等組成見圖4。

圖4 立磨選粉機(jī)三維模型圖

（1）選粉機(jī)殼體。

上殼體見圖5用于支撐轉(zhuǎn)子及其主軸，將合格的物料/空氣混合物導(dǎo)出選粉機(jī)系統(tǒng)，支撐驅(qū)動(dòng)部分；上殼體出料口處有兩根鋼管進(jìn)行支撐，一方面對(duì)物料/空氣混合氣流進(jìn)行導(dǎo)流，一方面對(duì)出口的開口部分進(jìn)行支撐。為保證殼體出口風(fēng)速風(fēng)量的工藝要求，選粉機(jī)殼體出口尺寸應(yīng)跟整個(gè)系統(tǒng)氣流的流速流量相配。

圖5 上殼體三維模型圖

中殼體見圖6用于支撐密封環(huán)與導(dǎo)流片。中殼體在規(guī)定氣流流速下應(yīng)有相應(yīng)的流通量截面，其內(nèi)徑應(yīng)滿足規(guī)定氣流量能按要求通過(guò)。

圖6 中殼體三維模型圖

下殼體見圖7下部焊接牛腿，用于支撐灰斗部件及其所盛物料，并為轉(zhuǎn)子主軸下部軸承張緊裝置提供安裝位置和著力點(diǎn)，下殼體一側(cè)集成下料槽一部。

圖7 下殼體三維模型圖

密封環(huán)見圖8分塊組成，由螺栓連接形成一個(gè)整體，避免旋流驅(qū)動(dòng)的不合格粗顆粒繞過(guò)選粉系統(tǒng)從旁路直接進(jìn)入出料口。

圖8 密封環(huán)三維模型

導(dǎo)流片見圖9用于對(duì)物料/空氣混合氣流進(jìn)行導(dǎo)流，形成有利的旋流空間，配合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力進(jìn)行物料分級(jí)分離，導(dǎo)流片需要定期檢查其磨損情況，對(duì)已磨損零件進(jìn)行及時(shí)更換。

圖9 導(dǎo)流片三維模型

灰斗見圖10用于引導(dǎo)不合格粗料直接進(jìn)入下部磨機(jī)磨盤，進(jìn)行二度研磨；灰斗通過(guò)牛腿支撐在下殼體上；灰斗上表面設(shè)置法蘭孔，與中殼體一上一下固定導(dǎo)流片；灰斗一側(cè)集成下料槽一部，與下殼體的下料槽通過(guò)法蘭連接，組合成一整個(gè)下料槽。

（2）轉(zhuǎn)子部件。

轉(zhuǎn)子見圖11與分段的主軸用螺栓進(jìn)行連接，相應(yīng)的螺栓必須施加擰緊力矩，主軸通過(guò)上下軸承進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于導(dǎo)流片，其旋轉(zhuǎn)方向與導(dǎo)流片相切，在我們的設(shè)計(jì)中為俯視順時(shí)針?lè)较颍?qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不能搞反。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較大，應(yīng)該讓轉(zhuǎn)子自然停止，不允許在電機(jī)上安裝停機(jī)剎車，以免沖擊載荷造成主軸擰彎或者折斷。轉(zhuǎn)子需要做靜平衡與動(dòng)平衡以保證轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)子葉片焊接前單個(gè)稱重，重量相同或差別不大的需要對(duì)稱焊接在轉(zhuǎn)子上。

圖10 灰斗三維模型

圖11 轉(zhuǎn)子三維模型

主軸見圖12采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，因?yàn)檫x粉機(jī)工作中可能要經(jīng)常啟動(dòng)，主軸將要承受多種沖擊載荷，而且選粉機(jī)工作時(shí)需要傳遞的扭矩較大，這些都給主軸造成很大負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的實(shí)行主軸要滿足以上要求時(shí)，必須將軸徑做得很大，造成主軸鋼材使用量大，加工難度大，維修困難，與驅(qū)動(dòng)部分的聯(lián)軸器連接困難。因此我們的創(chuàng)新思維是將主軸做成空心軸，這樣使用較少的鋼材能為主軸獲得更大的抗扭截面系數(shù)，減少鋼材使用量的同時(shí)能增加抗扭能力，傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，并能直接選用結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管型材，減少了大量加工工作，也方便設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后的維護(hù)檢修。主軸與轉(zhuǎn)子相連接的法蘭處設(shè)計(jì)止口，方便主軸與轉(zhuǎn)子安裝時(shí)的對(duì)中要求。主軸的對(duì)中很重要，沒(méi)對(duì)中的主軸在選粉機(jī)工作是容易發(fā)生晃動(dòng)，造成對(duì)軸承、拉緊裝置等的損壞，進(jìn)而破壞主軸，造成主軸的剪切破壞，安裝時(shí)借助對(duì)軸承的對(duì)中安裝進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，需要借助水準(zhǔn)儀等儀器，相關(guān)安裝精度參照機(jī)械設(shè)備中選粉機(jī)的安裝規(guī)范。

圖12 主軸及軸承三維模型

上軸承為自動(dòng)對(duì)中的滾子推力軸承，承受軸向力和少量徑向力，并起對(duì)中作用，為主要的受力支撐部件。下軸承為單列深溝球軸承，承受可能的徑向力。上下軸承均為油脂潤(rùn)滑，通過(guò)輸油管配自動(dòng)干油泵進(jìn)行供油，一方面避免因缺油引起過(guò)渡摩擦而造成各種溫升、失效等缺陷發(fā)生。另一方面與上軸承座的密封環(huán)共同作用，與下軸承座的迷宮密封共同作用，避免外界灰塵與雜質(zhì)進(jìn)入軸承，加油時(shí)務(wù)必需要看到油脂密封的形成。

上軸承座見圖13中安裝滾子推力軸承，整個(gè)軸承座支撐在選粉機(jī)上殼體上，通過(guò)法蘭與上殼體連接，法蘭帶止口，便于安裝時(shí)主軸的對(duì)中。下軸承座見圖14中安裝深溝球軸承，通過(guò)張緊裝置的4根拉桿固定，安裝時(shí)4根拉桿用扭力扳手施加擰緊力矩，將下軸承座牢牢拉緊在豎直位置，便于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)中要求。

圖13 上軸承座三維模型

圖14 下軸承座三維模型

張緊裝置見圖15由4根拉桿、拉緊螺桿、蝶形彈簧、拉桿頭等組成，拉緊螺桿兩端頭分別攻正反絲，使得扭力扳手向一個(gè)方向擰就能實(shí)現(xiàn)對(duì)拉桿的張緊操作，蝶形彈簧壓緊后產(chǎn)生預(yù)緊力對(duì)下軸承座進(jìn)行固定實(shí)現(xiàn)對(duì)中，并對(duì)不可預(yù)見的沖擊力起緩沖作用，4根拉桿的預(yù)緊力需要一致，這個(gè)可以通過(guò)扭力扳手實(shí)現(xiàn)，并需要定期檢查張緊力，下殼體是張緊裝置的著力點(diǎn)。

圖15 張緊裝置三維模型

（3）襯板及耐磨部件。

選粉機(jī)內(nèi)部存在著一個(gè)的旋流空間，充斥著各種細(xì)度的物料顆粒，在氣流的帶動(dòng)下，在長(zhǎng)時(shí)間工作后，將對(duì)選粉機(jī)部件產(chǎn)生很大的磨損作用。我們?cè)O(shè)計(jì)采用12 mm厚度的耐磨堆焊復(fù)合襯板和耐磨澆筑料進(jìn)行保護(hù)。耐磨堆焊復(fù)合襯板及耐磨部件需要定期檢查，對(duì)其磨損情況進(jìn)行記錄分析，對(duì)已磨損零件進(jìn)行及時(shí)更換。

耐磨堆焊復(fù)合襯板見圖16規(guī)格為6 mm厚度的低碳鋼母材上堆焊6 mm的耐磨材，并采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將選粉機(jī)內(nèi)部易磨損的規(guī)則的區(qū)域分成多個(gè)部分，比如下殼體、下料槽等，每個(gè)部分焊接數(shù)塊標(biāo)準(zhǔn)化耐磨堆焊復(fù)合襯板，這樣將耐磨堆焊復(fù)合襯板的規(guī)格分成了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，減少了其規(guī)格數(shù)量，便于生產(chǎn)后的維修更換，便于配備備品備件節(jié)約成本，耐磨堆焊復(fù)合襯板固定方式采用襯板內(nèi)開數(shù)個(gè)60 mm的孔焊接在選粉機(jī)上。堆焊材料結(jié)構(gòu)致密，耐磨性能優(yōu)異，非常適合作為主要的受磨部件。

圖16 耐磨堆焊復(fù)合襯板三維模型

在耐磨堆焊復(fù)合襯板不適用的即不規(guī)則區(qū)域，比如上殼體出風(fēng)口部分等，因?yàn)椴考砻娴牟灰?guī)整，耐磨堆焊復(fù)合襯板不再適用，這時(shí)需要采用耐磨澆筑料進(jìn)行保護(hù)，施工時(shí)先焊接金屬網(wǎng)，然后在金屬網(wǎng)骨架上打耐磨澆筑料。

（4）驅(qū)動(dòng)裝置。

圖17 傳動(dòng)底座三維模型

電機(jī)采用變頻調(diào)速電機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)電流頻率對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)出粉成品細(xì)度，達(dá)到選粉控制的目的，特別需要注意的是，電機(jī)出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向需要與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相符，安裝時(shí)可以手動(dòng)盤動(dòng)聯(lián)軸器來(lái)測(cè)試轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針?lè)较?，電機(jī)上配備接近開關(guān)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)并反饋的中央控制室。

工程不論是建設(shè)、調(diào)試還是運(yùn)營(yíng)中，總會(huì)有些人們意想不到的突發(fā)事件發(fā)生，如果對(duì)突發(fā)事件報(bào)僥幸的思想，那突發(fā)事件一旦發(fā)生將造成慘烈的損失，因此采用保護(hù)設(shè)計(jì)必不可少，聯(lián)軸器就是一種保護(hù)裝置。立磨選粉機(jī)的聯(lián)軸器選了2個(gè)，一個(gè)位于電機(jī)出軸與減速機(jī)之間，選用輪胎聯(lián)軸器，負(fù)責(zé)保護(hù)減速機(jī)，一個(gè)位于減速機(jī)出軸與主軸連接處，選用彈性塊聯(lián)軸器，負(fù)責(zé)保護(hù)主軸，避免事故狀態(tài)中的沖擊載荷對(duì)設(shè)備的破壞。

傳動(dòng)底座見圖17起支撐驅(qū)動(dòng)裝置各部件的作用，通過(guò)法蘭連接到上殼體上，法蘭上設(shè)置止口，方便主軸的對(duì)中。傳動(dòng)底座采用箱式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很好的力學(xué)性能，節(jié)約鋼材并方便維修。