Шнековые конвейеры

Винтовыми конвейерами называют машины непрерывного транспорта для перемещения насыпных или тестообразных грузов с помощью винта, вращающегося в желобе. Загружаемый материал перемещается вдоль желоба аналогично гайке при вращении винта, закрепленного от осевого перемещения.

Винтовые конвейеры относятся к группе транспортирующих машин без тягового органа и используются в химической и мукомольной промышленности, при производстве строительных материалов для транспортирования пылевидных, порошкообразных и реже мелкокусковых грузов на небольшое расстояние в горизонтальном или вертикальном направлении.

Винтовыми конвейерами перемещают пылевидные, порошкообразные, зернистые, мелкокусковые и реже тестообразные грузы на сравнительно небольшое расстояние – до 40 м по горизонтали, до 30 м по вертикали.

Винтовыми конвейерами не рекомендуется перемещать липкие и влажные, сильно уплотняющиеся и высоко абразивные грузы, а также грузы, дробление которых снижает их качество. Транспортирование абразивных материалов винтовыми конвейерами приводит к быстрому изнашиванию винта и желоба; очень липкие грузы налипают на винт и вращаются вместе с ним, не перемещаясь вдоль желоба. Длина горизонтальных винтовых конвейеров достигает 60 м, высота наклонных и вертикальных конвейеров – до 30 м, производительность до 100 т/ч.

К достоинствам винтовых конвейеров относятся компактность, простота конструкции и обслуживания, безопасность обслуживания, надежность в эксплуатации, удобство промежуточной разгрузки, герметичность и пригодность для транспортирования горячих, пылящих и токсичных материалов, отсутствие потерь транспортируемых материалов.

Недостатками являются: повышенная энергоемкость, измельчение грузов в процессе транспортирования, повышенный износ винта и желоба при транспортировании абразивных материалов, ограниченная длина, высокая чувствительность к перегрузкам, возможность образования заторов, непригодность для перемещения крупнокусковых, липких и сильно увлажненных материалов.

В зависимости от конфигурации трассы различают винтовые конвейеры: горизонтальные или пологонаклонные под углом 20° (основной тип); крутонаклонные и вертикальные, к этой же группе конвейеров относятся винтовые транспортирующие трубы.

Рис. 1. Схема горизонтального винтового конвейера:

1 – загрузочное устройство; 2 – подвесная промежуточная опора; 3 – винт;

4 – разгрузочное отверстие; 5 – желоб; 6 – муфта; 7 – редуктор; 8 – электродвигатель

Горизонтальный конвейер (рис. 1) состоит из неподвижного желоба в форме полуцилиндра, закрытого сверху крышкой; привода (включающего электродвигатель, редуктор и две муфты); приводного вала с прикрепленными к нему витками транспортирующего винта; концевых и промежуточной подшипниковых опор; загрузочного и разгрузочного устройств.

Насыпной груз подается в желоб через одно или несколько отверстий, перемещение груза по желобу обеспечивается витками вращающегося винта, при этом груз перемещается вдоль оси конвейера в направлении транспортирования, как гайка вдоль винта, а затем высыпается через одно или несколько разгрузочных отверстий с затворами, расположенных в днище желоба.

Рис. 2. Конструктивное исполнение винта:

а – сплошной полностенный; б – ленточный; в – лопастный; г – фасонный

Винт конвейера представляет собой трубу с приваренными к ней лопастями, изготовленными из стального листа. Винты конвейеров выполняют с постоянным или переменным диаметром винта, с постоянным или переменным шагом винта, с однозаходным или двухзаходным винтом, с правым, левым или комбинированным направлением спирали винта. Винты выполняются сплошными, ленточными и фасонными (рис. 2).

Сплошные винты применяют для транспортирования сухих, порошко­образных, мелкозернистых материалов (цемент, мел, гипс, зола, сухой песок и др.). Винт не допу­скает обратного пересыпания материала и поэтому при одинаковых диаметрах и числах оборотов дает большую производительность, чем винты других типов. Такие винты работают в большинстве случаев с числом оборотов в минуту, равным 50…120.

Ленточные винты применяют при транспортировании кусковых или влажных материалов (гравия, песчаника, известняка и пр.). Как правило, работают с числом оборотов в минуту, равным 40…100. Лопастные и фасонные винты используют для перемещения слеживающихся и тестообразных материалов (глина, бетон, цементный раствор и пр.) или для транс­портных и технологических операций (смешивание, смачивание, интенсивное перемешивание и др.). Здесь число оборотов в минуту лежит в пределах 30…60.

Номинальные числа оборотов винта в минуту должны соответствовать следующему ряду: 6; 7,5; 9,5; 11,8; 15; 19; 23,6; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118; 150; 190; 236 и 300. Допускаемое отклонение чисел оборотов от номинальных не должно превышать 10%. Числа оборотов в минуту менее 6 не регламентируются.

Витки полностенного и ленточного винта изготавливаются штамповкой из стального листа толщиной 4–8 мм и привариваются к валу. 

Спираль ленточного и лопасти лопастного винта укрепляют на небольших стержнях через отверстия в валу. Сплошной винт (шнек) применяют для перемещения сухих, порошкообразных и мелкозернистых грузов, ленточный, лопастный и фасонный – для слеживающихся грузов или для совмещения транспортных и технологических операций (смешивания, дробления и др.). Винт изготавливается с правым или левым направлением спирали, одно-, двух- или трехзаходным. В качестве опор винтов применяют подшипники скольжения и качения.

Длина секции винта составляет 2–4 м. Каждые две секции трубчатых винтов соединяют коротким валом. Одну из концевых опор винта снабжают упорным подшипником, который устанавливают на разгрузочном конце конвейера. Промежуточные подвесные подшипники устанавливают с шагом 1,5–3,5 м, в месте установки промежуточной опоры витки винта прерываются.

Подвесные подшипники должны иметь надежное уплотнение для защиты от загрязнения, малые длину и диаметр.

Желобы, как правило, изготовляют сварными из листового металла толщиной 4…8 мм. Зазор между желобом и винтом – 3…8 мм. Для транспортирования абразивных и горячих (до 200 ºС) грузов применяют желоба из чугуна, а для легких неабразивных грузов – из дерева с внутренней футеровкой листовой сталью.

В зависимости от конструкции винта различают конвейеры (рис. 4) распределительные и собирающие.

Рис. 3. Заполнение витка винта материалом

Рис. 4. Винтовые конвейеры: а – распределительный; б – собирающий

Привод винтовых конвейеров – редукторный, у горизонтальных конвейеров он состоит из электродвигателя, редуктора и двух муфт; у наклонных конвейеров привод выполняют с конической передачей для обеспечения горизонтального расположения редуктора.

Загрузочное устройство состоит из люка в крышке желоба конвейера и впускного патрубка, который обеспечивает герметичность при переходе сыпучего материала в желоб конвейера из бункеров или технологических машин. Разгрузочные устройства выполняют в виде одного или нескольких отверстий в днище желоба, перекрываемых шиберными задвижками для распределения транспортируемого груза в различные приемные пункты, одиночное выпускное отверстие затвором не перекрывается.

Рис. 5. Вертикальные винтовые конвейеры: а, в – вертикальные; б – крутонаклонные

(рис. 5) относятся к конвейерам специального типа и состоят из вала со сплошными винтовыми витками, вращающегося в цилиндрическом кожухе (трубе), горизонтального винта-питателя и одного или двух раздельных приводов.

Для создания необходимой центробежной силы винт вертикального винтового конвейера имеет большую частоту вращения, чем винт горизонтального конвейера.

Конвейер снабжен одним или двумя раздельными приводами (для основного винта и для питателя), разгрузка производится через верхний патрубок в кожухе. Участок, в который подается груз, изготавливают с уменьшающимся к верху диаметром или с уменьшенным шагом. При большой высоте конвейера во избежание биения вала устанавливают промежуточные подшипники.

Преимущества и недостатки вертикальных винтовых конвейеров те же, что у горизонтальных; по сравнению с ковшовыми элеваторами они имеют меньшие габаритные размеры и большее удобство разгрузки, но являются более энергоемкими.

Спиральные бесстержневые конвейеры относятся к конвейерам специального типа и предназначены для подачи сыпучих, пылеобразных пищевых и непищевых продуктов на различные расстояния и высоту. Спиральные бесстержневые конвейеры имеют разнообразные конфигурации трассы, просты при монтаже и обслуживании, легко адаптируются к существующим технологическим линиям и условиям производственных процессов.

Исходными данными для расчета являются:

— характеристика транспортируемого груза;

— высота и длина перемещения;

— производительность конвейера.

Шаг винта для легко перемещаемых грузов принимают t = D, для трудно перемещаемых грузов величину шага снижают до t = 0,8D.

Диаметр винта выбирают ориентировочно, проверяют по формуле для расчета производительности и окончательно принимают в соответствии с нормальным рядом по ГОСТ: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8 м.

При перемещении кусковых грузов диаметр винта проверяют с учетом крупности кусков по условию кусковатости

D≥(10-12)a;   

 D≥(4-6)a_max, 

где а – размер кусков сортированного груза;

a_max – размер наибольших кусков рядового груза.

Ряды диаметров винта и его шага для конвейеров общего назначения, мм, приведены в табл. 1.

Таблица 1. Размеры винтов

Диаметр вала винта

d_в≈35+0,1D_в,

где D_в – диаметр винта, мм.

Важное значение для оптимальной работы винтовых конвейеров имеет коэффициент наполнения желоба ψ. Он зависит от вида применяемого винта и может быть выражен по следующей зависимости:

где F – площадь поперечного сечения потока груза (рис. 3); F_в – торцовая площадь винта.

Как правило, угол расположения материала в желобе, образованный при вращении винта, составляет около 45^о для большинства насыпных грузов. Коэффициент же заполнения желоба 𝜓 составляет: для сплошных винтов 0,3…0,5; для ленточных винтов 0,25…0,4; для фасонных и лопастных винтов 0,15…0,3. Для конвейеров без подвесных подшипников: для легкоподвижных грузов (муки, зерна) ψ = 0,45; для грузов средней подвижности (песка, мелкокусковой соли и угля) ψ=0,3; для тяжелых абразивных грузов (руды, гравия, золы) ψ= 0,15;

Вал винта чаще всего изготавливают из цельнотянутой трубы, к которой приваривается винтовая поверхность из стальной полосы толщиной 2…8 мм или отдельные лопасти, имеющие общую винтовую направленность. Винты небольшого диаметра могут выполняться литыми чугунными.

Производительность винтовых конвейеров.

Массовая производительность, т/ч, в общем виде

где F, м²; v – скорость движения груза, м/с;  – насыпная плотность груза, кг/м³.

Площадь поперечного сечения потока груза, м²,

где ψ – коэффициент наполнения трубы (желоба);

Осевая скорость движения груза (скорость транспортирования), м/с

где D – диаметр трубы, м, t – шаг винта; n – частота вращения винта, зависящая от характеристики транспортируемого груза и диаметра винта; максимальная частота вращения винта для легких неабразивных материалов n = 60/D_в; для тяжелых неабразивных материалов n = 45/D_в; для тяжелых абразивных материалов n = 30/D_в.

Частота вращения винта n зависит от характеристики перемещаемого груза, частота вращения уменьшается с увеличением диаметра винта, плотности и абразивности груза.

Тогда производительность, т/ч,

или

где с – поправочный коэффициент (для наклонных конвейеров), зависящий от угла наклона конвейера (табл. 2) и учитывающий обратное ссыпание груза в наклонных конвейерах.

Таблица 2. Значения коэффициента с

Решая обратную задачу, при необходимости определения параметров конвейера при заданной производительности выражение для нахождения диаметра винта, м, будет следующим:

Наибольшая допускаемая частота вращения (мин^-1) винта

где А – эмпирический коэффициент (табл. 3);

D_в – диаметр винта, м.

Общее сопротивление движению груза складывается из сил трения груза о желоб и о поверхность винта; сопротивления в промежуточных и концевых подшипниках (включая упорный подшипник); сопротивления подъему при перемещении вверх по наклону.

На винтовом конвейере действуют трудно учитываемые сопротивления от скопления груза у промежуточных подшипников, трения на кромке винта о частицы, затягиваемые в зазор между винтом и желобом и сопротивления, возникающие при перемешивании груза – эти сопротивления учитываются коэффициентом ω (табл. 3).

Мощность на приводном валу двигателя

где Н и L – высота и длина транспортирования, м;

ω – общий коэффициент сопротивления движению (табл.3).

Таблица 3. Значения расчетных коэффициентов ψ, А, ω

в зависимости от типа транспортируемого груза

Мощность двигателя, кВт,

где  – кпд привода

При расчете винтовых конвейеров следует иметь в виду, что конвейеры общего назначения допускают предельные длины транспортирова­ния до 30…50 м. При необходимости применения винтовых конвейеров большей длины они могут быть выполнены двухприводными.

Крутящий момент на валу винта

где N – мощность двигателя, кВт;

𝜂 – кпд привода;

n – число оборотов двигателя, об/мин.

Наибольшая действующая на винт продольная сила, Н

где α – угол подъема винтовой линии винта на радиусе r;

φ – угол трения груза о поверхность винта;

k – коэффициент, учитывающий, что сила приложена на сред­нем диаметре винта: k = 0,7…0,8;

D – диаметр винта, м;

r – радиус, на котором действует сила Р, м.