粉末物料非封闭人工加料对操作人员危害很大， 特别是毒性易挥发粉末存在严重职业危害， 在设计过程中如何提高操作密闭性、 自动化至关重要。 根据在实际设计过程中涉及到草甘膦粉末颗粒物料加料设计了一套自动加料装置。本文主要介绍粉末自动加料装置选型和设计的思路和方法。

1 项目情况

项目涉及物料为农药类微毒粉末物料草甘膦，考虑到车间操作安全，需要设计一套粉末自动加料装置。车间为三层框架混凝土结构， 每层层高 6 m，需要设计钢平台及相关设备。草甘膦包装大小为1000 mm×1000 mm×1100 mm，重量为 840公斤/袋， 下料口400 mm。反应釜一批进料量为 1.7 t， 输送管道管径 DN150 mm。

2 总体方案设计

草甘膦物料由叉车运至车间，再由推车经电梯运至三楼，三楼经单梁悬挂起重机运至锥形加料槽放料。 物料由锥形加料槽经气动滑动闸阀， 再经三通分料阀分别进入两个反应釜。 整个过程全封闭， 进料过程由称重模块控制，自动控制气动滑动闸阀开启关闭， 以保证进料量准确， 人工控制三通分料阀开启管路。 锥形加料槽装有物位显示仪表， 实时现场显示加料槽内物料量； 锥形加料槽外装有四个振动器， 边下料边振动， 以保证物料下料顺利， 不至于物料堵住管路。

3 起重机 （行车 ） 选型

起重机选型需要考虑起重量、 提升高度、 跨度、运行速度和安装方式。起重量需要考虑物料包装重量、 建筑结构本身承重载荷； 提升高度需要考虑楼层高度、 设备口高度、 物料包装尺寸和起重机本身设备高度， 一般根据厂房的高度选择起吊重物的高度； 行车跨度只跟厂房跨度有关，一般选取一跨长度为行车跨度， 这样行车运行范围大。 运行速度如果建筑楼层荷载大或运输重量轻可以选择厂家常规速度， 由于本项目厂房为已有建筑，为了避免由于运行速度过快引起物料惯性晃动， 影响建筑结构， 所以运行速度不能太快， 具体速度可以和厂家讨论决定。 安装方式分为电动小车式（即电动葫芦既可上下起吊重物又可左右移动 ） 和固定式 （只可上下起吊重物 ） ， 固定式又可分为上固定和下固定，根据实际情况需要选择安装方式。本项目选用电动小车式单梁悬挂起重机， 起重量 1.5 t， 提升高度 6 m， 跨度 5.5 m， 运行速度 10 m/min。

4 锥形加料槽设计

加料槽设计需要考虑一次存放量、管口设置和预留、 设备材质、 设备压力等级、 附属设备情况及设备尺寸。 其中设备尺寸确定是个很复杂的过程， 需要考虑设备之间间距、 阀门、 管路间距及楼层高度。由反应釜管口高度、 阀门数量、 设备下部锥形角度 （先预设一个角度， 一般偏向于小角度 ） 和连接管路确定设备耳座位置， 再根据操作方便性、 物料存放量和行车及物料包装尺寸综合考虑设备在楼层上半部分高度， 最后确定设备直径。

本项目锥形加料槽草甘膦物料容量为 2 个反应釜进料量， 反应釜一批进料量为 2.9 t， 两批进料量为5.8 t， 根据草甘膦包装 1.1 L=840 kg 计算， 实际需要容量为 6.9 L， 预留 20%空间， 最终设计容量为 8.3 L。综合各方面的因素，最终确认锥形加料槽尺寸为覫2000 mm×2500 mm （筒体 ） ， 体积 V=8.9 L， 槽体锥形部分角度为 102°， 直径 覫2000 mm， 高度 740 mm，满足设计要求。容器耳式支座尺寸参考 《容器支座》（JB/T 4712.3- 2007 ） ， 在此不做详细介绍。

5 振动器的选型

振动器的选择需要考虑空气消耗量、 噪音、 安装空间、 频率、 振幅 / 振动能、 维护成本、 空气供给 / 润滑情况， 当然工程设计不可能做到这么细， 很多时候都是凭经验数据进行估算，所以在有些专业领域的设备选型时， 可以参考设备厂家意见进行综合选型。

本项目所用振动器选取上海质诺电子科技有限公司的 3 种振动器进行比较选型。 主要有 3 种类型：滚轴式振动器、 滚珠式振动器和转轮式振动器， 3 种振动器动力源都是仪表用压缩空气。最高适用范围分别是： 140 ℃、 120 ℃和 100 ℃， 噪音级范围分别是75~100 dBA、 75~95 dBA和 60~75 dBA。滚轴式振动器为细小物质的传送提供了一种新方法， 主要用于：漏斗清空、 小颗粒激励、 细粉末移动、 塑料和水泥的模中捣实。滚珠式振动器多用于辅助滑槽和漏斗中的物料流动，容器中和模具中的物料捣实和筛上不同尺寸物品分离。转轮式振动器由于高速度与高偏心矩相结合可产生强大的振动能，且轴承更换简单和噪音低，符合现行工厂测试条件下的国际噪音规则。 考虑以上优缺点、 车间实际情况并结合设备厂家意见， 本项目选取噪音相对较低的气动转轮式振动，安装于设备 1/3 处， 型号为 GT- 48。 最终安装调试还要通过改变气压使振动频率接近物体的自由频率以达到最佳工作状态。

6 自动切断阀门选型

由于本项目阀门垂直安装，管路上端加料槽内有 5~6 t 粉末物料， 如何选取自动切断阀门对于整套装置的运行至关重要。阀门的错误选型将会导致系统在整个产品周期内的高成本运行，并使得生产效率大大降低。 对于流动性比较好的粉末物料， 目前工程上用得比较多的就是星形 （叶轮） 给料阀、 粉末蝶阀、 粉末专用球阀、 闸板阀、 孔板阀等控制阀门。

星形（叶轮 ） 给料阀不适用于带有粘性粉末物料， 粉末颗粒受潮极易卡死阀门， 影响生产。而传统的刀形闸阀或蝶阀专为处理气体和液体而非干燥物料而设计。 这些阀门依赖于柔软的密封件， 而它们因阀门开关和物料填充物容易磨损， 造成物料泄漏。 这就需要频繁维护阀门， 造成生产率低下， 严重时甚至造成产品质量下降。

经推荐和阀门厂家沟通联系最后确定本项目切断阀门为美国弗泰斯公司生产的具有 “上升” 刀片设计的 HDP 滑动闸阀， 型号为 HDP150。该阀门专门为处理研磨或粘性物料设计（草甘膦粉末受潮后具有粘性， 一般阀门容易堵塞 ） ， 适用于粉末、 球形物和颗粒物，绝对密封灰尘和细小粉末，易于安装与维护，可在 204~232 ℃高温下进行间歇工作，可选用304、 316L不锈钢、 铝或碳钢等不同材料。

自动切断阀门还需要考虑执行器的形式，按驱动方式可分为气动执行器、液动执行器和电动执行器。 气动执行器具有防爆的优点； 电动执行器的优点在于控制精度要高于气动执行器，其推力要高于气动执行器但低于液动执行器。但相对于液动执行器的初期投资来说， 电动执行器的造价成本比较低， 性价比比较高， 更容易架设和应用。 液动执行器的推力最大， 而且推力控制十分精准。 防爆性能介于气动执行器和电动执行器之间。液动执行器最大的缺点是初期投资要求过高， 需要搭配液压系统支持， 只适宜在大型工作场合安装使用。由于本项目所在车间为甲类车间， 所有设备必须要求防爆， 而且车间仪表一般都是气动控制， 所以本装置选用气动执行器， 而且能减少设施投入。

此外，本项目仪表连入车间 DCS 控制系统， 称重传感器与自动切断阀连锁，锥形加料槽物位实时显示， 系统自动控制进料量。

7 结论

以上装置选型设计很好地解决了大包装有毒粉末物料密闭加料问题，同时在草甘膦加料槽上设置废气管道， 操作区域设置吸风罩， 有效解决了物料挥发有毒气体在车间的积聚， 减少了有毒气体吸入， 避免操作人员直接接触， 提高了操作安全性。 本文所述装置选型设计，对于相同或相似系统的相关装置设计有一定的参考意义。

 

 

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