高土石坝心墙砾石土料自动掺合系统研究

发布时间：2019-11-14 17:56

【摘要】：针对平铺立采传统工艺存在自动化水平及生产效率低、掺合场地大且经济效益差等问题,为提升高土石坝心墙砾石土料掺合质量和效果,借鉴水泥生产掺合理论和工艺,依托坝高312 m的双江口水电站砾石土心墙堆石坝工程,全面研究了心墙砾石土料自动化掺合理论、掺合装置、配料及计量系统,提出了采用犁式搅拌装置的卧式强力掺合机进行掺合的设计依据和参数,以及掺合系统精准计量方式和装置参数。通过三维模拟计算分析可知:掺合系统生产能力为1 080 t/h,掺和次数可达4次,土料计量精度可控制在0.5%以内,砾石料计量精度可控制在1%以内,掺合效果达到预期目标,满足设计要求。该研究首次在水电行业提出了土石坝砾石土心墙料自动掺合理论和相关装置设计参数,为300 m级高土石坝心墙砾石土料自动掺合奠定了理论和技术基础,其成果可供其他类似工程参考借鉴。
【图文】：

受力图,混合料,受力,螺旋面

矫娲嬖谝欢?的差异性，导致粘挂、堵塞、下料不畅等问题，掺合可控性及稳定性差，掺合效果不理想。因此，对卧式强力螺旋掺合机进行研究。2.3卧式强力螺旋掺合理论研究2.3.1粒料受力及运动分析研究卧式强力螺旋掺合机在结构形式上同螺旋输送机相近，其不仅具有连续输送能力，同时具有较强的掺合能力。根据螺旋输送机的设计理论，参考水平螺旋输送机输送机理研究［3－6］，混合料中土料和砾石料除自身重力外，掺合和输送过程中的受力均来自强力卧式掺合机螺旋面运动带来的推力，受力无区别。混合料A的受力示意如图1所示。当螺旋面的升角为β时，旋转螺旋面作用于离螺旋轴线距离为L处A点混合料上的力为F。由于摩擦作用，F的方向与螺旋线的法线方向偏离了一个角度φ，F可分解为圆周方向的切向力Fr和轴线方向的轴向力Fz。图中φ角是由混合料对螺旋面的摩擦引起，并由混合料内摩擦角ρ和螺旋面的粗糙程度决定的，一般情况下可不考虑螺旋表面粗糙程度对φ角的影响。图1混合料受力示意通过混合料A的受力分析可得，螺旋面对混合料的轴向力和圆周力表达式分别为Fr=Fsin(β+φ)(1)Fz=Fcos(β+φ)(2)式中，β为螺旋面升角，β=arctan(t/2πr);φ为混合料的外摩擦角;F为螺旋面对混合料的作用力;t为螺旋叶片间距(螺距)，在螺旋面上各点的螺距是相同的。根据式(1)和(2)可知:越靠近螺旋轴的点(L越小)，螺旋升角β越大，圆周方向的切向力就越大。当圆周方向的切向力大于混合料自身重力时，混合料往圆周方向运动，此时L变大，混合料所受切向力变小，并在新的一处达到受力平衡点。混合料粒料间的摩擦力、粒料的自身重量、切向力在达到新平衡点的过程中，粒料就开始随螺旋轴翻滚，，翻滚过程中，土料和砾石料进行掺合?

函数曲线,函数曲线,掺合机

唐茂颖，等∥高土石坝心墙砾石土料自动掺合系统研究水利水电技术第48卷2017年第11期图2r－v函数曲线加，混合料颗粒间相对速度很大，与前述结果相似，掺合效果及运输效果均较好。当t在D－D'与E－E'之间时，v轴＜v圆，v圆随t的增加达到最大值，而v轴随着t增加逐渐减小，混合料的混合效果最佳，但水平输送效果差;当t在E－E'以右时，v轴＜v圆，且v圆、v轴随着t增加而减小，混合料的混合及输送较差。以上述分析可知，转速n、半径r一定时，t的取值范围应在v轴max以前的C－C'与D－D'之间为佳。也就是说t最好的取值范围应是1.6r＜t＜2.2r。图4卧式螺旋强力掺合机示意图3t－v函数曲线2.3.2卧式强力螺旋掺合机参数研究类比搅拌与混合设备设计选用手册［7］和运输机械设计选用手册［8］中螺旋输送机输送量的计算公式，可通过输送能力计算出螺旋转速和直径，从而确定强力掺合机各参数。螺旋输送机输送量公式为Q=15πcK1ρψD3n(5)式中，c为倾角修正系数，水平布置时取值为1.0;ψ为充填系数，一般取值在0.125～0.20之间;ρ为混合料内摩擦系数;K1为螺旋系数，一般取值在0.5～0.7之间;n为螺旋转速，n≤nj=A/D0.5，nj为混合料临界转速，A为混合料综合特性系数，对砾石土料一般取值28～36;D为螺旋叶面外径，一般取值范围为0.9t≤D≤1.25t。根据输送强度，通过试算法确定转速n和螺旋叶面外径D，强力掺合机螺距t、升角β、螺旋内径r、电机功率P等参数根据输送能力和转速可计算获得。掺合次数根据填充系数、砾石土料平均粒径和混合料堆积最大高度确定。掺合机长度可由充填系数和掺合次数确定，分为进料长度L1、搅拌长度L2、出料长度L3和螺距t确定，一般

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