一种研究耙齿设计的实验装置

摘要

本发明公开了一种研究耙齿设计的实验装置，包括炉盘及其驱动组件、炉盘上方安装在耙齿桁架上的耙齿，其特征在于，所述炉盘包括弧度为90°～120°的扇形盘，在扇形盘的一侧还设有扇形延伸台，所述扇形延伸台与扇形盘圆心重合，且扇形延伸台的半径为扇形盘半径的1/3～1/2。本发明装置实验成本低、误差小、设备占地面积小、可靠高、操作简便、省时省力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤化工的实验装置，具体涉及一种研究耙齿设计的实验装置。

背景技术

近年来，低阶煤提质工艺技术已被社会广泛重视，国内很多机构都在进行低阶煤提质工艺及关键设备的开发。某些企业已经建设了30万吨/年的低阶煤提质工业化示范装置，关键设备包括干燥炉、热解炉和激冷盘，装置运行状况良好。通过合理的耙齿设计(耙齿结构及布置)，在炉盘上形成多个通道，各通道间由耙齿实现连通，当煤经过耙齿时径向位置发生变化，即进入下一通道，经过多个耙齿作用后，最终实现煤从炉盘外侧通道(进口)运动至炉盘内侧通道(出口)，整个过程中煤在炉盘上的停留时间满足工艺要求，从而保证煤的干燥效果。

煤在炉盘上沿螺旋形路线运动，与通过炉盘缝隙的热空气接触进行干燥，煤首先经过耙进耙齿后形成波峰波谷形态，再由耙平耙齿将波峰的煤刮入波谷，使煤在炉盘上厚度均布，无沟槽，这是理想的煤运动状态，为达到上述要求，应合理设计耙齿(结构及布置)，防止煤在运动过程中出现周向沟槽、返料及跨越通道现象，从而产生热气短路、干燥时间不稳定，影响干燥效果。

国内外相关机构缺乏对低阶煤提质工艺技术装置中耙齿结构及布置的研究。耙齿的设计较为复杂，影响因素多，耙齿的角度、长度、位置、数量、炉盘转速等均会影响煤的运动状态。目前30万吨/年的低阶煤提质装置中耙齿设计是通过搭建5:1整体模型进行实验获得，但由于放大效应，实验数据应用于工业装置中存在风险。同时工业规模从30万吨/年扩大到100万吨/年，装置中关键设备尺寸增大两倍 以上，耙齿若仍按缩小的实验模型方法进行设计，则存在较大的风险；若按1:1整体模型实验的方法设计耙齿，实验数据可直接应用于耙齿设计，风险小，同时需整套的物料输送装置，占地面积大且实验成本过高。

因此需要开发一种成本低，误差小、可靠性好研究耙齿设计的实验装置：，且能实现耙齿安装角度、位置、高度可调节，炉盘转速可调节。通过实验得到理想的耙齿结构及布置方式，为低阶煤热解提质技术规模的放大提供保障。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种实验成本低、误差小、设备占地面积小、可靠高、操作简便、省时省力的研究耙齿设计的实验装置。

技术方案包括炉盘及其驱动组件、炉盘上方设有安装在耙齿桁架上的耙齿组件，所述炉盘包括弧度为90°～120°的扇形盘，在扇形盘的一侧还设有扇形延伸台，所述扇形延伸台与扇形盘圆心重合，且扇形延伸台的半径为扇形盘半径的1/3～1/2。

所述扇形延伸台的弧度为20°～45°。

所述耙齿组件包括挂装在耙齿桁架上的悬挂机构和安装在悬挂机构上的耙齿。

所述耙齿的一端与悬挂机构的一端铰接，另一端设有挂装件，所述挂装件安装在悬挂机构另一端开设的滑道孔中。

所述耙齿组件包括炉盘转动时可使物料发生径向位移的耙进耙齿组件和将径向位移后的物料耙平的耙平耙齿组件。

所述耙齿的背面设有测力装置。所述炉盘的驱动组件包括位于炉盘底部的支撑架，所述支撑架经轴承安装在炉盘圆心处的中心支撑座上，所支撑架外圆周设有与电机输出轴上的齿轮啮合的销齿，所述电 机为双向电机。。所述支撑架底部设有位于弧形滑道上的滚轮，所述弧形滑道的弧度是扇形盘弧度的至少两倍。

所述弧形滑道的两端均设有柔性制动装置。

所述柔性制动装置为感应开关，所述感应开关与所述电机的控制器连接。

所述电机上还装有随动装置。

针对背景技术中存在成本高，实验数据误差大的问题，发明人对现有的转盘的实验装置进行了深入研究，既不采用缩小模型也不采用1：1比例建造实验装置，而是巧妙的将炉盘设计成1:1的四分之一局部模型，即以1：1的比例制造四分之一左右大小的炉盘，通过在炉盘上布置多个耙进耙齿，形成多个通道，通过研究耙齿组件的尺寸及布置位置，使物料经过通道后能全部进入下一通道，且经过耙平耙齿组件后，物料厚度均匀，无沟槽。本发明中，所述扇形盘的弧度控制在90°～120°，弧度小于90°时，可能会造成实验时，耙进耙齿组件难以在有效范围内建立完整下行通道，从而会影响实验数据的可靠性，导致实验误差。弧度大于120°则存在制造成本提高、占地面积大，实验周期长等问题。

进一步的，将炉盘改为扇形盘进行实验时发现，由于省去了物料输送系统，因此物料不能排出，靠近中心的物料被耙进后由于承载面积过小，无法形成稳定的物料轨迹，进而也会严重影响实验数据的真实性和实验的顺利进行，因此，发明人考虑在扇形盘的一侧加设扇形延伸台，当物料被推送至扇形盘末端时，靠近中心的物料会随之被推送至扇形延伸台处，从而避免局部物料排出不畅、堆积挤压造成的各种问题，保证实验数据的真实可靠。综合考虑所述扇形延伸台所需面积，扇形延伸台的半径约为扇形盘半径的1/2，过长会使实验成本过高，过短会影响实验数据的真实性；所述扇形凸台的弧度为20°～45°，过大会增加实验成本，过小无法形成稳定的物料轨迹。

由于实验需要多次进行，为了提高实验效率，发明人将现有的耙进耙齿组件增加了反向耙煤功能，并采用双向电机，即当炉盘转至规定角度完成一次实验后，直接控制电机反转，在炉盘反转时，利用耙平耙齿组件对物料反向作用，使大多数物料尽可能的退回到实验前的状态用于下一次实验，这样就大部分替代人工以提高实验效率，整个实验过程完全不需要物料输送装置，大大节省了设备和实验成本。

进一步的，在耙齿的背面均设有测力装置，用于检测耙齿在实验过程中的受力，获得物料对耙齿的作用力数据。

由于炉盘仅为弧形，实验时正向转向进行实验，反向转向回到初始位置，因此炉盘的驱动组件既要满足炉盘转动的稳定和可靠性，还要实现炉盘到位停止的功能，对此，发明人进行了如下设计，一方面利用支撑架对炉盘进行支撑，利用电机通过啮合的齿轮驱动支撑架带动转盘以中心支撑座为圆心进行转动，并通过滚轮和滑道的配合进行支撑和导向，将电机外设有利于传动更为稳定省力，可靠性好。另一方面，在弧形滑道的两端设置柔性制动装置，通过感兴开关及时控制电机的正转和反转，提高实验运行的可靠性，提高设备使用寿命。

本发明结构简单、操作简便、省去了物料输送装置，占地面积可下降40％以上，同时通过本发明实验装置，能够很好的获得耙齿的各项数据，完成耙齿设计。实验设备简单、实验成本和设备投资下降50％以上，数据可靠性好。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明俯视图。

图3为图1的Ⅰ部放大图。

图4为图2的Ⅱ部放图。

图5为图4的A向图。

图6为图4的B向图。

1-电机、2-齿轮、3-销齿、4-支撑架、5-炉盘、5.1-扇形盘、5.2-扇形延伸台、6-耙进耙齿组件、6.1-悬挂机构、6.2-耙齿、7-耙平耙齿组件、8-耙齿桁架、9-滚轮、10-弧形滑道、11-中心支撑座、12-轴承、13-柔性制动装置、14-随动装置、15-滑道孔、16-挂装件、17-测力装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1和图2，本发明实验装置包括炉盘5及其驱动组件、炉盘5上方安装在耙齿桁架9上的耙齿，所述炉盘5包括弧度为90°～120°的扇形盘5.1，在扇形盘5.1的一侧还设有扇形延伸台5.2，所述扇形延伸台5.2与扇形盘5.1圆心重合，且扇形延伸台5.2的半径为扇形盘5.1半径的1/2；所述扇形延伸台5.2的弧度为20°～45°；所述耙齿包括炉盘正向转动时可使物料发生径向位移的耙进耙齿组件6和将径向位移后的物料耙平的耙平耙齿组件7，本实验装置中，所述耙进耙齿组件6和耙平耙齿组件7的角度、高度和间距均可根据实验要求进行调整，可通过在耙齿桁架8上对应位置设计多个销孔，可实现耙齿组件的高度和/或间距可调，角度可调的方式也有多种，参见图4至图6，以耙进耙齿组件6为例，由挂装在耙齿桁架8上的悬挂机构6.1和安装在悬挂机构6.1上的耙齿6.2组成，所述耙齿6.2的一端与悬挂机构6.1的一端铰接，另一端设有挂装件16，所述挂装件16安装在悬挂机构6.1另一端上开设的滑道孔15中。通过调节挂装件件16在调道孔15中不同的固定位置，即可调节耙齿6.2的不同角度，通调节悬挂机构6.1在耙齿桁架8上不同销孔的安装位置可以调节耙进耙齿组件6在耙齿桁架8上的位置和间距，通过调节悬挂机构6.1的高度可以调节耙进耙齿组件6距离炉盘5的高度，调节方式非常灵活。除各自耙齿的作用不同外，所述耙平耙齿组件7的安 装方式同耙进耙齿组件6。所述耙齿的背面均设有测力装置17，用于测量物料对耙齿施加的作用力。

所述炉盘5的驱动组件包括位于炉盘6底部的支撑架4，所述支撑架4经轴承12安装在炉盘5圆心处的中心支撑座11上，所支撑架4外圆周设有可与电机1输出轴上的齿轮2啮合的销齿3；所述支撑架4底部设有位于弧形滑道10上的滚轮9，所述弧形滑道10的弧度是扇形盘5.1弧度的至少两倍；所述弧形滑道10的两端均设有柔性制动装置13，所述柔性制动装置13可以为感应开关或限位开关，所述感应开关或限位开关与所述电机1的控制器连接(在图中未示出)；参见图3，所述电机1上还装有随动装置14，随动装置14可使齿轮2与销3齿充分啮合。

工作原理：

根据具体工业装置的要求(物料所需的停留时间、运行圈数等)，合理分配物料在炉盘5上的运行通道，即理想的物料运行轨迹，初步确定耙进耙齿组件6、耙平耙齿组件7的安装角度、位置及尺寸。将散粒物料按一定厚度平铺在炉盘5上，启动电机1，经啮合的齿轮2和销齿3带动炉盘5沿中心支撑座11转动，同时滚轮9在弧形滑道10中滑动，运动路线为弧线，物料随炉盘5一同转动，物料在运动过程中依次接触到耙齿桁架8上的耙进耙齿组件6后径向位置发生变化，即物料实现由向周向中心的径向移动，同时耙进耙齿组件6背面的测力装置17测得耙进耙齿的受力数据，然后物料在耙平耙齿组件7作用下耙平，使物料厚度均匀，无沟槽，当转盘5转至弧形滑道10的末端时被柔性制动装置13感应到，然后发出控制信号控制电机1停止，即完成一次实验过程。此时，可观察物料的运动情况和径向位移情况，记录物料的最终状态，包括物料厚度、物料的边界位置、角度，同时收集测力装置18测得数据和转盘5的转速等多个数据。靠 近圆心处的物料由于扇形延伸台5.2的存在，不会过分堆积挤压，而是会集中在于扇形延伸台5.2，有利于更好观察物料的实验情况。

通过多次实验，不断调整耙进耙齿组件6、耙平耙齿组件7安装角度、位置、高度等参数，使物料能按设定的运行通道从上一通道全部运动至下一通道，且厚度均匀，无沟槽。通过多次实验，以确定各通道耙齿安装角度、位置及尺寸，即完成耙齿设计(耙齿结构及布置方式)。

本发明实验装置中，物料圆周运动的转速可通过电机的转速调节；耙进耙齿和耙平耙齿的位置和间距可通过耙齿桁架上的安装孔调节；耙进耙齿受力可通过背面安装的测力装置17进行测量。

上述实验可进行多次，每次实验数据记录完成后，启动电机1使炉盘5反转，利用耙进耙齿组件6的反向耙煤功能，可将实验后的大部分物料恢复至实验初始位置，以便进行下次实验，大大提高了实验效率。