2.5. Винтовые конвейеры

Винтовыми конвейерами называют машины непрерывного транспорта, в которых перемещение груза осуществляется по желобу шнеком - вращающимся валом, снабженным винтовой поверхностью обычной или специальной конфигурации. Винтовые конвейеры с обычной винтовой поверхностью широко применяются для транспортирования на небольшие расстояния (до 50 м) сыпучих пылевидных, зернистых и мелкокусковых грузов в строительной, химической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности. Конвейеры со специальным шнеком могут использоваться для транспортирования тестообразных, вязких материалов на расстояние 5…10 м. В этом случае конвейер при его остановке необходимо освобождать от материала.

Винтовые конвейеры обладают такими положительными свойствами, как простота и надежность конструкции, компактность и возможность загрузки - разгрузки в любой точке трассы, возможность транспортирования экологически опасных грузов путем герметизации желоба, возможность транспортировать грузы по наклонным трассам вплоть до вертикальных, простота в эксплуатации. Эти конвейеры позволяют совмещать некоторые технологические операции (смешивание, дозирование) с перемещением грузов.

Недостатки винтовых конвейеров: повышенный расход энергии вследствие трения транспортируемого груза о желоб и шнек, интенсивный износ рабочих поверхностей конвейера при перемещении абразивных материалов, небольшая дальность транспортирования и сравнительно небольшая производительность. Винтовые конвейеры не рекомендуются для перемещения материалов, которые легко крошатся и теряют при этом свои потребительские свойства.

Классификация винтовых конвейеров представлена в табл. 2.7

Таблица 2.7

Классификация винтовых конвейеров

ПРИЗНАК КЛАССИФИКАЦИИ	ОПИСАНИЕ ПРИЗНАКА КЛАССИФИКАЦИИ
По назначению	Перемещение сыпучих, тестообразных, опасных грузов Смешивание, дозирование, сушка грузов
По виду трассы	Горизонтальная, наклонная, вертикальная
По конструкции шнека	Сплошной, лопастной, ленточный, фасонный, спиральный, многозаходный

Устройство винтового конвейера серийного исполнения показано на рис. 2.13. Конвейер состоит из закрытого неподвижного желоба 1, внутри которого на опорах 2, 3, 4 размещен винт (шнек) 5. Шнек приводится во вращение через редуктор 6, муфты 7 и 8 - электродвигателем 9. Загрузка конвейера осуществляется через загрузочную воронку 10, разгрузка – через промежуточную 11 или концевую 12 воронки.

Рис. 2.13. Схема винтового конвейера

Желоб имеет форму полуцилиндра с увеличенными боковыми стенками, закрытого крышкой. Обычно желоб собирается из секций длиной по 2 – 3 м. В местах стыка секций устанавливаются для шнека подвесные опоры 3 с подшипниками. Свободные концы начальной и конечной секций желоба закрыты торцевыми стенками, на которых установлены опоры 2 и 4. Подшипник опоры 4 выполнен как упорный и предназначен для восприятия осевой силы шнека. Подшипник опоры 2 – проходной, для соединения шнека с помощью муфты 8 с выходным валом редуктора 6. Если шнек конвейера будет реверсироваться, подшипник 2 должен быть радиально-упорным. Начальная секция желоба имеет на крышке загрузочную воронку 10, а конечная секция – разгрузочную воронку 12 в днище желоба. Промежуточные разгрузочные воронки с затворами могут быть установлены на любых секциях в соответствии с технологическим процессом.

Шнек для удобства сборки также состоит из секций. Вал шнека выполняется из трубы, к которой крепится винтовая поверхность. Так как винтовая поверхность не раскладывается на плоскость, ее выполняют отдельными фрагментами из листовой стали толщиной 3 – 6 мм и соединяют сваркой между собой и с валом. Винтовая поверхность может быть сплошной (рис. 2.14,а) для транспортирования сухих порошковых и мелкозернистых грузов; в виде ленты (рис. 2.14,б) – для мелкокусковых грузов; в виде фасонной спирали (рис. 2.14,в) - для тестообразных грузов или в виде отдельных лопастей (рис. 2.14,г) – для тестообразных грузов с одновременным интенсивным их перемешиванием.

Рис. 2.14. Виды винтов: а – с сплошной винтовой поверхностью; б - с винтовой поверхностью в виде ленты; в - с винтовой поверхностью в виде фасонной спирали; г - с винтовой поверхностью в виде отдельных лопастей

Радиальный зазор между желобом и шнеком выполняют в зависимости от характера транспортируемого материала в диапазоне от 3 до 8 мм. По числу спиралей шнеки могут быть одно-, двух- и трехзаходными. Для транспортирования грузов шнеки имеют спирали одного направления – правого или левого, при смешивании грузов - разных направлений (рис. 2.15).

а)

б)

Рис. 2.15. Схемы винтовых конвейеров: а) для транспортирования; б) перемешивания грузов

Подвесные опоры шнека должны быть небольшого диаметра и длины. Расположенные в них подшипники должны быть хорошо защищены от проникновения транспортируемого материала и иметь смазочные устройства. Это требование распространяется и на подшипниковые узлы концевых опор.

В приводе горизонтальных конвейеров используются серийные цилиндрические редукторы с разнесенными или соосными валами. В последнем случае привод получается более компактным. Привод наклонных конвейеров выполняют с конической передачей для обеспечения горизонтального расположения редуктора, которое необходимо для проектного функционирования его смазочной системы.

Параметры винтового конвейера, которые характеризуют его типоразмер, определяют по заданной производительности и характеру транспортируемого груза.

Производительность конвейера связана с его конструктивными параметрами формулой

П =3600 S V_мγ c, т/ч, (2.25)

где S – площадь потока материала в конвейере, м²; V_м – скорость этого потока, м/с; γ – насыпная плотность материала, т/м³; c – коэффициент снижения производительности наклонного конвейера.

Площадь потока материала в конвейере S составляет небольшую часть площади поперечного сечения шнека. На рис. 2.16 показано рекомендуемое заполнение площади сечения шнека для различных грузов. Заполнение характеризуется коэффициентом Ψ, величину которого следует принимать для легких неабразивных грузов - 0,4; для легких малоабразивных грузов - 0,32; для тяжелых малоабразивных - 0,25; для тяжелых абразивных – 0,125. Величину S можно вычислить по формуле

S = ΨπD²/4 =0,785Ψ D² , м², (2.26)

где D – внешний диаметр шнека.

Рис. 2.16. Рекомендуемое заполнение площади сечения шнека для различных грузов

Скорость потока материала V зависит от частоты вращения шнека n_ш (мин^-1) и шага винтовой линии t_ш (м) согласно выражению

V = t_ш n_ш /60 , м/с. (2.27)

Частота вращения шнека обычно составляет 50…150 об/мин и зависит от характера груза: тяжелый, тестообразный или легкий, сыпучий соответственно.

Шаг винтовой линии и диаметр шнека определяют угол подъема винтовой линии, а угол ее подъема α с учетом угла наклона всего конвейера должен быть таким, чтобы транспортируемый материал не увлекался лопастью винта во вращательное движение вокруг оси шнека и при этом обеспечивалась максимальная скорость потока материала. Это условие может выполняться при tgα< f, где f – коэффициент трения материала по лопастям шнека.

Опыт транспортирования строительных грузов винтовыми конвейерами определил рациональное соотношение параметров шнека: для горизонтальных конвейеров t_ш = D, для наклонных – t_ш = 0,8 D. Диаметры шнеков стандартизированы от 100 мм до 600 мм и должны соответствовать крупности кусков перемещаемого материала: D ≥ 12а – для сортированного, D ≥ 5а – для рядового грузов. Здесь а – размер максимального куска транспортируемого груза. Частоту вращения шнека рекомендуется назначать при транспортировании легких сыпучих грузов до150 мин^-1, для кусковых – до 100 мин^-1, для тяжелых и тестообразных грузов – до 50 мин^-1.

Мощность привода винтового конвейера затрачивается на преодоление следующих сопротивлений передвижению груза в конвейере:

• усилия вдоль винта для подъема груза;

• сил трения груза о желоб;

• усилия вдоль винта вследствие момента трения винта о груз;

• усилия, эквивалентного моменту трения в подшипниках;

• внутреннего трения в перемещаемом материале при свободном его передвижение и в местах его скопления возле подвесных подшипников.

Ориентировочную мощность двигателя винтового конвейера можно определить по формуле

N = k П ( L ± H ) /367 , кВт, (2.28)

где k – коэффициент запаса; L – длина конвейера, м; – коэффициент сопротивления движению: = 4 для тяжелых абразивных грузов ( песок, цемент ); = 2,5 (сухая глина, соль, уголь); = 1,4 для легких сыпучих грузов; Н – высота транспортирования, м; – КПД привода.

Более подробно теоретический материал по винтовым конвейерам изложен в [3, с. 456…463; 4, с.195…205].