辊式磨粉机磨辊热力学与传热特性研究

发布时间：2020-07-25 21:54

【摘要】：磨辊的铸造均匀性和辊体等温性是影响磨粉机磨辊性能的重要因素,磨辊辊面的温度能够较大的影响面粉的品质及口感,所以越来越受到行业的关注。磨辊的吸热段主要以热传导为主,遵从傅里叶导热定律。散热段以有限空间的对流换热和辐射换热为主。启动性能的好坏主要取决于磨粉机磨辊的装配质量,而等温性能主要取决于工作过程中辊面的温度均匀性。国内外众多学者也对辊体温度场做过大量的研究,但都只限于轧钢辊,对辊式磨粉机磨辊研究甚少。针对以上问题,本文以布勒MDDK1000/250型磨粉机中直径250mm、长1000mm磨辊为研究对象,基于热力学和传热学基础理论对磨辊的传热特性进行了分析研究,结合ANSYS Workbench有限元分析软件对磨辊温度场进行了分析,最后通过相应的实验对理论和仿真加以验证。明确了辊式磨粉机磨辊温升的影响要素、机理及传热规律,对降低温升预测辊体温度分布提高制粉质量提供了重要的理论依据。本文主要研究及结论如下:1.基于热力学基本原理研究了物料在研磨过程中1B工艺快辊辊体温度的生成及影响要素;研究了1B工艺轧区中小麦对辊面的滑动摩擦力,得出小麦对快慢辊辊面的摩擦生成热功率的比例等于快慢辊辊面与物料之间的滑动摩擦系数之比,这一结论同样适用于1M工艺中快慢辊辊面的摩擦生成热功率的分配。基于理论力学和材料力学的基本理论研究了1B工艺中快慢辊辊间压力及其影响要素,得到当其他量不变时,快慢辊辊间压力随磨辊转速的增大而增大,随喂料流量的增大而增大,随轧距的增大而减小,随快慢辊速比的增大而减小的结论。2.基于热力学基本原理研究并明确了1M工艺中快慢辊辊面的摩擦生成热功率与电动机输出功率之间的量化关系。基于传热学基础理论对磨粉机正常工作中1M快辊的导热热阻、磨辊辊面与外围空气的强迫对流换热系数、磨辊左轴头处齿轮与外围空气的自然对流换热系数、磨辊右轴头处带轮与外围空气的自然对流换热系数及辊面的对外辐射功率进行了分析和计算。得到快辊的导热热阻表达式、磨辊辊面与外围空气的强迫对流换热系数为29.7687W/m ~2℃、磨辊左轴头处齿轮与外围空气的自然对流换热系数为4.31W/m ~2℃、磨辊右轴头处带轮与外围空气的自然对流换热系数为3.61W/m ~2℃、快辊辊面的对外辐射功率为294.04W。3.对磨辊建立了传热数学模型和三维建模,并对磨辊温度场进行了有限元分析与求解,得到磨辊在开机正常工作后370.58min达到稳态,达到稳态时最大温度为78.353℃。如果改变辊体内空腔直径,模拟仿真辊体内空腔直径对辊体温度场的影响,得到辊体内空腔直径改变时,辊体温度场变化较小,可知若想降低辊体温度,增大辊体内空腔直径的途径较不可行。4.在河南省鹤壁市益民面粉厂、江苏省泰兴市曲霞面粉厂、江苏省宇宸面粉厂等对布勒MDDK 1000/250、MDDP 1000/250型磨粉机1M快辊进行了辊面测温,转速及磨粉机电流测量,得到实验数据并绘制了辊面温度、快辊转速及电流与时间的变化曲线、得到快辊辊面稳态温度为75℃。对辊面温度、快辊转速及电流与时间的变化曲线进行了理论分析,明确了快辊辊面温差与磨粉机电流的量化关系并给出了表达式。5.将磨辊温度测量结果与仿真结果比较,得出辊面温度绝对误差为3.353℃,相对误差为4.47%,实验结果与仿真结果基本一致。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS211.3
【图文】：

辊是 19 世纪初由匈牙利人发明的，外形多为圆柱体，19 世纪 70 年代的磨较小，大多数磨辊长大约为 228mm。匈牙利的公司后来研发出长~393.7mm 的磨辊，这种较长的磨辊很快被引入美国[31]。如今制粉厂常用的为 225mm 或 250mm，当用于轧制片状的成品时，辊径可设计为 350mm，磨辊直径可设计为 180~200mm[32]。 2（a）为常用磨辊的结构图，图 2（b）为磨辊外观图。它由辊体和两根于对成本、散热和制造工艺的考量，目前磨棍的辊体由双金属离心浇铸而c）所示外层为保证辊面有一定硬度和耐磨性的白口铸铁，内层为使磨辊具吸振性的灰口铸铁，辊轴材料为机械性能不低于 45 号的优质碳素结构钢轴经必要的机加工后，采用过盈配合压配成一体，再一起加工到要求的几[1]。

图 2（b） 磨棍的外观图 图 2（c） 磨棍的侧面图图 2 磨棍的结构图、外观图及侧面图粉碎理论19 世纪，在工厂实际生产过程中粉碎耗能较大，许多科学家和学者对此较为关注此出现了一些关于粉碎能耗的理论学说，以便寻求省能的粉碎途径，其中以 3 种学为突出。德国科学家 P.R 雷廷格(P.R.Rittinger)于 1867 年提出粉碎面积学说。他认为：物料时，输入功和物料新生表面积具有一定的正比例关系。俄国科学家吉尔彼切夫、德学家基克(Kick)分别于1874年和1883年各自独立提出粉碎体积学说。体积学说认为碎时输入功使物料产生形变，形变达到临界值时物料即粉碎。而物料蓄有的变形能

磨粉机正常工作时 1M 物料温度为 37℃，1M为 75℃。根据热力学第二定律（secondlawofthermodynam温物体传到高温物体而不产生其他影响。虽然物料在粉碎热，但其主要储存在物料中，当辊面温度上升至 37℃时，面传递给辊体。当辊面温度继续升高超过 37℃时，流入辊因相对运动产生的摩擦生成热，所以研究磨辊摩擦生成热示，建立：磨辊-单颗粒小麦-磨辊模型，对磨粉机 1B 磨辊计辊轴与轴承及各转动副之间的摩擦。

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本文编号：2770418