自20世紀70年代末，日本小野田公司設(shè)計出基于平面渦流分級原理的O-Sepa系列選粉機以來，第三代分選技術(shù)在建材、非礦、化工、制藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并圍繞“分散、分級、收集”，衍生出外形各異的類似分選設(shè)備，但無論外形存在多大變化，其核心轉(zhuǎn)子與O-Sepa系列選粉機無本質(zhì)區(qū)別，分級機理沒有突破，因此筆者認為目前市場上的選粉機均屬第三代選粉機范疇，其最大區(qū)別仍在于轉(zhuǎn)子的布置形式，即立式轉(zhuǎn)子與臥式轉(zhuǎn)子。

  基于上述認知，本文著重探討立式轉(zhuǎn)子與臥式轉(zhuǎn)子選粉機的結(jié)構(gòu)形式、特點性能、選粉機理、應(yīng)用情況及選用原則。

  1、結(jié)構(gòu)形式

  立式轉(zhuǎn)子可定義為選粉機轉(zhuǎn)子主軸軸線豎直布置的結(jié)構(gòu)形式，反之，若主軸軸線水平布置則稱之為臥式轉(zhuǎn)子，以此作為第三代選粉機結(jié)構(gòu)的區(qū)分標準，即可分為立式選粉機與臥式選粉機。立式選粉機的代表為日本小野田公司的O-Sepa選粉機，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其轉(zhuǎn)籠與主軸套組件均豎直布置；臥式選粉機的代表為德國洪堡公司的VSK選粉機，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其轉(zhuǎn)籠與主軸套組件均水平布置。

圖1 O-Sepa選粉機結(jié)構(gòu)示意

圖2 VSK選粉機結(jié)構(gòu)示意

  基于此兩類結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)氣流走向、物料流走向、傳動結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)籠個數(shù)、物料預(yù)分散方式、物料循環(huán)與收集方式，以及工藝系統(tǒng)配置需求，衍生出多種外形的立式與臥式選粉機，對較有特點的類型統(tǒng)計如下，見表1。

  表1立式、臥式選粉機類型

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  2、性能特點

  在機械結(jié)構(gòu)方面，對于立式選粉機主軸而言，若能嚴格保證轉(zhuǎn)子動平衡精度和喂料均勻性，理論上主軸只承受動平衡精度下偏心距引起的極小徑向力，而臥式選粉機為懸臂梁支承，因此主軸所受徑向力偏大，同規(guī)格主軸將會比立式選粉機粗，相應(yīng)軸承及相關(guān)部件均會偏大；對于立式選粉機殼體而言，其為圓柱或圓錐形結(jié)構(gòu)，整體剛度比臥式選粉機殼體扁平結(jié)構(gòu)強，因此運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振動的可能性降低，同時不會發(fā)生殼體“喘振”，即殼體被負壓氣體抽吸變形的情況；但立式選粉機整機結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，設(shè)備重量比臥式選粉機重，制造成本上升。

  因布置方式的不同，導(dǎo)致設(shè)備性能也存在較大差別，概述如下：

  1）選粉效率。立式選粉機無論采取上喂料或下喂料，均能保證喂料點沿轉(zhuǎn)子周向90%以上區(qū)域參與分選，由于結(jié)構(gòu)限制，臥式選粉機為單側(cè)進風(fēng)，約有1/4~1/3區(qū)域不參與分選，因此相同規(guī)格臥式選粉機選粉效率較立式選粉機低。

  2）細度控制。立式選粉機四周進風(fēng)，再經(jīng)導(dǎo)流葉片均布，整個轉(zhuǎn)子圓周徑向風(fēng)速基本一致，在轉(zhuǎn)子切向轉(zhuǎn)速一定時，分選成品粒徑均齊，不易跑粗。因結(jié)構(gòu)限制，臥式選粉機轉(zhuǎn)子底部徑向風(fēng)速較高（最高點約12~14m/s），轉(zhuǎn)子頂部和粗粉出口側(cè)徑向風(fēng)速偏低（最低＜2m/s），在轉(zhuǎn)速一定時，分選成品粒徑范圍變寬，容易跑粗。

  3）設(shè)備壓損。立式選粉機分選氣流從選粉機入口到出口會經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)向，若為下進風(fēng)下進料形式，分選物料也會經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)向，因此局部阻力損失偏高。臥式選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，無預(yù)分散裝置和均布導(dǎo)流葉片，因此局部阻力損失較低。

  4）單機功率。單機配用功率與分選物料濃度、選粉機轉(zhuǎn)子葉片面積等存在正比關(guān)系，因立式選粉機分選區(qū)域和單位面積葉片承載物料濃度較臥式選粉機大，因此配用功率和實際運轉(zhuǎn)功率均較臥式選粉機高。

  5）烘干能力。物料在立式選粉機內(nèi)部停留時間長、實際烘干容積也較臥式選粉機大，因此其烘干能力強于臥式選粉機。

3 理論分析

  立式選粉機和臥式選粉機在選粉效率、細度控制、設(shè)備壓損、單機功率和烘干能力等方面存在差別，其根本原因是基于殼體和轉(zhuǎn)籠布置形式對流場限制所致。圖3為立式選粉機縱向截面速度分布云圖，速度沿軸向變化較大且多次轉(zhuǎn)向并存在局部渦流，因此利于物料分散及預(yù)分離，降低后續(xù)轉(zhuǎn)籠部分濃度而提高分選效率，但會增加沿程和局部阻力損失；另一方面，速度及方向的變化導(dǎo)致氣流相與顆粒相間產(chǎn)生速度差利于增加單位容積烘干能力。圖4為立式選粉機橫截面流場分布矢量圖，氣流經(jīng)導(dǎo)流葉片均勻進入轉(zhuǎn)子，沿圓周360°方向徑向速度保持平穩(wěn)恒定（3~6m/s），因此不存在分選死區(qū)，也不會造成局部徑向風(fēng)速過大而跑粗，具有更高的分選效率和對成品細度更好的控制能力。

圖3 立式選粉機縱向截面速度云圖

圖4 立式選粉機橫向截面速度矢量圖

  圖5為臥式選粉機橫向截面速度分布云圖，風(fēng)料入口處轉(zhuǎn)子徑向速度不均，特別是風(fēng)管右側(cè)與蝸殼交接處存在高風(fēng)速區(qū)，沿轉(zhuǎn)子外沿周向速度分布也不均，上側(cè)和左側(cè)風(fēng)速減緩，轉(zhuǎn)籠入口底部及右側(cè)風(fēng)速偏高，這也是造成產(chǎn)品跑粗的原因之一；另外，蝸殼左側(cè)存在一個速度發(fā)散區(qū)，削弱了此處進入轉(zhuǎn)籠的風(fēng)速，不利于360°全周分選。

圖5 臥式選粉機橫向截面速度分布云圖

圖6 臥式選粉機轉(zhuǎn)子外沿徑向速度曲線

  圖6為轉(zhuǎn)子外沿徑向速度曲線，沿轉(zhuǎn)子周向，底部徑向風(fēng)速較高，可達16m/s，幾乎與轉(zhuǎn)子切向速度一致，且存在一個明顯回流（回流速度4~5m/s），這是臥式選粉機產(chǎn)生跑粗的主要原因，而從轉(zhuǎn)子頂側(cè)到轉(zhuǎn)子左側(cè)，徑向風(fēng)速雖然較平穩(wěn)，但整體數(shù)值偏低，僅1~3m/s，導(dǎo)致分選區(qū)域不足而造成選粉效率偏低。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計不存在導(dǎo)流葉片和預(yù)分離裝置，因此兩相流在設(shè)備中停留時間短，阻力損失會隨之下降，其轉(zhuǎn)子分選區(qū)域減少、承載物料量少，選粉機單機功率較立式選粉機低。

  表2在輥壓機生料終粉磨的應(yīng)用

  4、現(xiàn)場應(yīng)用情況

  4.1 輥壓機生料終粉磨系統(tǒng)

  表2為立式選粉機和臥式選粉機在輥壓機生料終粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用情況，其使用結(jié)果與理論分析對應(yīng)，在不考慮物料特性情況下，以選粉機風(fēng)量為基準，當(dāng)80μm篩余控制在14%~18%左右時，立式選粉機200μm篩余可控制在1%，臥式選粉機則為2%~6%，同時單位風(fēng)量產(chǎn)量立式選粉機比臥式選粉機高約5%~10%，這與立式選粉機選粉效率偏高有關(guān)；另一方面，立式選粉機壓損比臥式選粉機高500~1000Pa，但當(dāng)選粉機規(guī)格變大時，由于局部阻力降低，兩者之間壓損差?