强制间歇式沥青混合料搅拌设备技术及发展

    强制间歇式沥青混合料搅拌设备是沥青路面施工的主要配套设备。随着我国公路建设特别是高速公路建设的快速发展,强制间歇式沥青混合料搅拌设备的需求量不断增长。经我国的使用经验和实践证明,采用间歇式沥青混合料搅拌设备更符合我国国情。这是因为我国目前使用的材料品种杂,变异性大.再加上沥青混合料搅拌设备大都是露天作业.材料的含水量受天气影响很大,而强制间歇式沥青混合料搅拌设备因其结构的完善、级配正确.计量精度高、成品料质量好、易于控制,在沥青路面特别是高速公路的工程中受到普遍的欢迎。国外工业发达国家公路修建早、等级高,强制间歇式沥青混合料搅拌设备在世界各地早已普遍使用。工艺流程和总体结构均已基本定型。不同国家不同企业生产的强制间歇式沥青混合料搅拌提高拌料质量、降低能耗、减少污染、操作方便、提高生产过程的自动化及设备的耐用和可靠性方向发展。

    强制间歇式沥青混合料搅拌设备的构成有:冷料供给系统、干燥滚筒、燃烧系统、热骨料提升机、振动筛分系统、热骨料贮仓、计量系统、搅拌器、粉料供给系统、沥青供给系统、导热油供给系统、除尘系统、成品料仓、电气控制系统等。


冷料供给系统

    各种不同规格的冷骨料在进入滚筒干燥之前,须先进行初级配。冷料供给系统承担给料及初级配的任务,要求一般配有46个料仓,其中一个为砂料仓,也可按用户的需要增减料仓的数量。冷料仓的开口宽度和高度必须便于装载机装料,料仓下部装配有给料机构.通常是皮带式给料机:在料仓的出料口装有可调开度的料门.通过料门开度和皮带机转速的变化调节给料量:工作时给料量必须要求均匀稳定。冷料仓的结构较问单,除承担骨料的供料外.还承担骨料的初级配任务。骨料供料和初级配的正确性直接影响到沥青混合料的质量。结构优良的冷料仓其下部的裙带口应制成梯形结构。出料时从宽度窄的一边向宽度宽的一边出料,这样可以减少出料阻力并使料仓内不同位置的料能均匀流出,有利于减少皮带的磨损.延长设备的使用寿命。


    为了提高骨料供料和初级配的正确性,国外已开发出冷料级配检测分析系统。冷料级配检测分析系统直接从冷料皮带输送机上取样.筛分.称量,并将信息输送到控制系统,使搅拌设备的冷料供给系统按规定的供料量和级配要求正常工作。


    皮带输送机是冷料供给系统的重要构成部份。料仓下部有给料皮带机。集料皮带机和将料输送到滚筒的上料皮带机。皮带机可选用通用设备,应选用有裙边的皮带,以防止料的撒落。由于皮带机长度较大,应设置皮带跑偏及紧急停机装置。皮带机除满足最大生产能力的要求
外,还要求工作平稳不跑偏。采用鼓形滚筒以简单的结构能达到较好的效果。皮带机周围应设置保防护栏,以防止人员碰撞。


干燥滚筒

   干燥滚筒是对冷骨料进行加热烘干的装置,要求在较短的时间内能将有一定含水量的骨料用最低的能耗使其充分脱水,并加热到所需要的温度。为了达到上述目标 沥青搅拌设备的干燥滚筒必须要有一定的干燥能力。干燥滚筒设计时,要求有足够的容积和一定的长径比。简内物料在滚筒叶片的作用下被提升和跌落并向前移动,在火焰和燃烧热气流的作用下被加热。燃烧热气流在滚筒内穿过骨料帘进行热交换,骨料中的水分不断地挥发并提高骨料的温度。滚筒的设计除要求烘干能力满足生产的要求外,还应有较高的热效率。在滚筒的全长度内,不同区域安装有不同的叶片。燃烧区内应保证火焰的充分燃烧因而不允许有料帘存在。燃烧区内的叶片必须设计成既不形成料帘而又能将热量传输给骨料。若燃烧区内有料帘存在,燃烧喷嘴喷出的未燃烧的油滴必然粘附于骨料,这样一来不仅增加油料的消耗量,又对除尘器产生不利的影响。另外,未燃烧的油滴粘附于布袋时遇到高温易烧毁布袋;燃烧区的火焰燃烧辐射热易使滚筒壁受热而变形。如何减少热辐射能直接传导给滚筒壁,以既能减少滚筒的热变形以保护滚筒,又能使骨料在燃烧区吸收热能,对于燃烧区叶片设计是十分重要的。在滚筒热交换区内应充分进行热交换。该区域的叶片则应使骨料在滚筒的全断面上形成密集的料帘,以利于热气流穿过料帘进行热交换,使骨料在较短的时间内从热气中充分吸收热量,燃料的热能得到充分的利用,达到沥青搅拌设备的设计和制造者所追求的目标。但料帘的密度是有一定要求的,密度过小不利于热交换的进行.同时造成排放烟气温度过高;密度过大降低烟气流速,又造成排放烟气温度过低。有一项专利技术就是通过叶片的调整,改变料帘的密度调节烟气的温度。目前多数沥青搅拌设备的滚筒叶片设计欠合理,一般安装同一形状的叶片,这样不利于滚筒热效率的提高,同时在使用过程中出现烟气温度过低或过高的现象。如何设计合理的叶片以形成必要的料帘密度来提高热效率,是一个设计理论和经验问题。滚筒的驱动方式有链驱动、齿圈驱动及摩擦驱动等。磨擦驱动一般在大型搅拌设备上应用较多,小型设备以用链驱动和齿驱动较多。滚筒的安装和调整是一项技术性很强的工作,因为滚筒是倾斜安装的,它有一个自然下滑的趋势,需用四个托轮位置的调节使滚圈和托轮在运动过程中产生一个向上的推力来平衡,这是制造、安装、调试过程中的一项重要技术工作。滚筒两端的密封也很重要目前密封有多种型式:平面密封、环面密封、磨擦密封及迷宫密封等。可靠的密封可以减少漏气量。漏气过多不仅仅需要增加排气量 而且降低了热效率。燃烧系统燃烧系统是干燥滚筒对冷骨料进行烘干加热的热能供给者,使有一定含水量的冷骨料脱水并加热到一定的温度。一般沥青搅拌设备都是露天作业,因而需要消耗大量的热能。由于冷骨料含水量的不同,骨料含水量高时燃料的消耗量也高 一般每降低1%骨料的含水量,每吨混合料约可节省1公斤的燃料,因此搅拌设备工作时若想节省燃料,需要降低冷骨料的含水量。另外,路面工程对沥青混合料的要求是不一样的,上下备层混合料对骨料的粒度和级配要求也不同,搅拌设备工作时必须按工程的要求随时调整骨料的级配。粗骨料.细骨料及砂的加热烘干速率是有差别的,一般情况下细料和砂的加热烘干速度要慢得多,因此沥青混合料搅拌设备必须要满足能生产不同温度、不同规格混合料的要求,才能适应工程的不同需要。另外,搅拌设备每次开机时要先进行暖机作业,即小火焰使设备先升温,然后才能进行正常作业,因而要求燃烧器必须具备一定的调节能力,才能满足不同工况的需要。一般沥青混合料搅拌设备燃烧器的燃烧调节比不小于41


    燃料的充分燃烧和提高热效率,是对沥青搅拌设备的基本要求。在滚筒的长度范围内,如前所述大致可将其划分为燃烧区和热交换区。燃烧区应保证燃料的充分燃烧。为了充分利用滚筒的长度,燃烧区不宜过长,尽量选用短粗火焰燃烧器,
即在保证充分燃烧的前提下燃烧区不占用过大的滚筒长度 使骨料和热气流有更多的热交换区域,这样才能提高热效率。经过较长时间的研究,国外短火焰低噪音燃烧器已开始使用。为了降低燃料的费用.重油燃烧器已受到了欢迎。好的燃烧器已实现燃气.轻油、重油的互换通用,即燃料的改变不需要更换燃烧喷嘴,使用时只需增加燃料的辅助设备,如重油的过滤器和加热装置等。随着沥青路面旧料再生技术的发展,适用于沥青路面旧料再生加热的专用燃烧器也已问世。由于沥青路面旧料的加热温度不能过高.不然易引起旧料中沥青的老化。该燃烧器的特点是.既能保证燃料的充分燃烧.又能降低燃烧热气的温度.使旧料得到充分利用,并提高再生混合料的质量。随着环保要求的提高,对沥青搅拌设备废气的排放提出了更高的要求。一般在燃料中均含有~定量的硫.燃烧时生成S02再与水气相遇生成硫酸,而硫酸有很大的腐蚀性.这是众所周知的问题。国外对燃烧废气中氮氧化物气体的含量提出了要求.因为燃料燃烧时空气中的氮和氧化合生成NO.进一步氧化后生成NO2NO2气体对人体有强烈的刺激作用,对人的肺有很大影响,浓度达到100mgNm。时,一分钟内人的呼吸开始异常,浓度再增大到两至三倍时,人在半小时至1小时内就会死亡。国外对燃烧器技术已进行了多方面的研究.低污染的燃烧器已有多个相关的专利技术报道。燃烧器是沥青搅拌设备的噪声源之一沥青搅拌设备的燃烧器除满足燃烧充分、节能、低污染、短火焰等要求外,还要求噪音低。如何降低燃烧器的噪声.是各公司的主要竞争点之一。另外,燃烧器风油比的调节也很重要。燃烧器在其规定的燃油量范围内,若始终能保持最佳燃烧状态.风油比的调节是十分重要的。当燃油量变化时,供风量也必需随之而变化。一般燃烧器风油比的调节是线性调节(即用机械拉杆调节),实际上风油比的调节是非线性的,合理的调节才能达到最佳的燃烧效果。新型非线性调节控制燃烧器在国内也已投入使用。搅拌塔振动筛分系统经冷料供给系统初级配的骨料,进入干燥滚筒烘干加热后,由热料提升机提升到搅拌塔顶部.通过振动筛筛分为不同规格的热料,再分别进入不同的热骨料贮料仓内。沥青搅拌设备中使用的振动筛有平面筛和斜筛.一般使用斜筛者较多。振动方式有平面振动、圆振动和椭圆振动.振动的作用是有利于骨料的筛分。骨料筛分过程中料与料之间的磨擦是不可避免的,料在筛分过程中相互之间的磨擦易产生粉尘,因此振动筛除有较高的筛分效率外,应尽量减少粉尘的生成。早期强制间歇式沥青搅拌设备振动筛的振动轴位于筛体中部,这种结构易保证振动筛面整体振动轨迹的均匀性.使整个筛体的振动均衡。但这样布置使振动轴和轴承位于高温区.因而当振动轴承损坏时.须在降低温度后才能更换。目前大多数沥青搅拌设备振动筛的振动器已从筛体中部向上移动到振动筛的顶部,这样使振动筛的振动轴及轴承外露在空间,有利于振动轴及轴承降温,也便于维护检修。振动器的振动轴一般采用双轴结构.分别由两个电机驱动,旋转方向相反. 自激同步旋转产生振动,结构较简单。振动筛的振动参数及结构、筛面的料流状况.直接影响到筛分效率。筛面料流必须均匀,以充分发挥筛面的作用.有利于提高筛分效率。另外.需要降低热骨料提升机卸料的落料的高度,以减少料对筛网的冲击;筛网需用耐磨材料制造.结构上要保证筛网更换方便。热骨料贮仓及计量系统骨料经干燥滚筒烘干加热提升筛分后存放于热骨料贮仓,热骨料贮仓的作用是贮承一定量的热骨料以备计量用。热骨料贮仓的容量在结构允许的情况下宜大为好,有利于提高计量精度。工作时各料仓的料位应尽量保持均衡。料仓配置有料位器和溢料口.料位不足时须提前报警.尽快补充.料满仓时从溢料口排出,料门的开启必须灵便。细料贮料仓出料口处应有缓 中措施,用来控制料流。计量斗的称量采用拉式或压式称重传感器,结构上采用三点或四点式结构,其中三点式结构调节较方便。计量系统计量精度受传感器的精度,灵敏度,热贮料仓放料时飞料的控制及操作控制系统等多种因素的影响。计量系统采用计算机管理,其中PLC控制等全新控制方式在不断发展。


搅拌器

    搅拌器是强制间歇式沥青搅拌设备的核心装置,其功能是将称量好的按一定级配的骨料,粉料和沥青搅拌成均匀的混合料.其结构由壳体,衬板,搅拌轴,搅拌臂、卸料门及驱动机构等组成。搅拌器是按一定的要求进行设计和制造的.

 

    其容量应满足最大生产能力的要求。搅拌器的设计要符合搅拌器拌料的要求,轴向尺寸过大则影响拌料均匀性.径向尺寸过大则增大搅拌功率。对沥青混合料搅拌设备而言.搅拌器的设计必须满足生产率及拌料均匀性等的要求,并配置合理的驱动功率。不同的制造企业有不同的设计思想,如国内进口某公司的产品. 由于搅拌锅容量小而达不到额定生产率的要求,曾经有过 小锅快拌之说。事实上对某一机型而言,一定量的骨料放入锅内,充盈满搅拌锅时,所需搅拌时间更长.而大锅反而所需搅拌时间短.且易于拌匀,因而”小锅快拌 之说纯属谬论。目前该公司沥青搅拌设备的搅拌锅也进行了改进.增大了搅拌锅的容量。因此,对国外的产品不能盲目迷信,需充分了解分析后再作判断。搅拌器的驱动方式有链驱动、单电机、双电机等不同型式.搅拌轴的同步方式有齿轮同步和高速端同步。目前搅拌器的最新结构是双电机驱动高速端同步,如图4所示其结构更为简化。搅拌器卸料门的结构有拉式、转门和摆动式三种:拉式门工作时开闭时间长;转门有搅拌死区,死区内的料无法拌匀i摆动式门卸料快,目前应用者逐渐增多。衬板和拌臂等须用耐磨材料制造。搅拌器衬板的耐磨性能是一个重要问题,成本和寿命是一对矛盾,需和耐磨材料专业厂联合攻关解决。搅拌锅沥青烟气的捧放沥青搅拌设备搅拌锅在喷入沥青进行搅拌时,沥青中的轻油份会不断地挥发。如任其自由散发会对周围形成污染,特别是进行再生搅拌时, 由于加入的沥青路面旧料中含有水份的挥发,增加了搅拌锅烟气的挥发量。已有技术将这些污染气体抽送除尘器排除,或输送燃烧器烧掉等。

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