一种防堵落煤管方圆结及其设计方法与流程

1.本发明涉及燃煤电站锅炉制粉系统设备领域，特别是一种防堵落煤管方圆结及其设计方法。


背景技术：

2.方圆结是锅炉制粉系统给煤机与磨煤机之间的连接管段，一旦发生堵塞将造成磨煤机断煤，给煤机跳机，造成锅炉负荷大范围变动，甚至发生非计划停机事故。
3.传统的方圆结设计仅考虑稳定工况下的煤流输送，内径较小。实际运行过程中，天气条件、原煤粒度和含水量等参数均时刻发生变化，如局部原煤含水量增大时，原煤颗粒间的内摩擦力和粘聚力大增，造成方圆结处原煤堆积发生堵塞。另一方面，运行工况的不稳定需要方圆结具备较强的抗干扰能力，如：当给煤机运行不稳定，瞬时煤流波动较大时，方圆结也将堵塞，因此需要对方圆结内原煤抗剪切力进行校核计算，确保堵煤在任何工况下均具备自行坍塌的能力。
4.综上所述，传统的方圆结设计存在缺陷，需予以改进。


技术实现要素：

5.为了弥补上述现有技术存在的不足，本发明提供一种防堵落煤管方圆结及其设计方法，以防止设计范围内的原煤在方圆结处发生堵煤。
6.为此，本发明采用的技术方案为：一种防堵落煤管方圆结的设计方法，其将所述的方圆结设计为一变截面管，一端为方孔，另一端为圆孔，方孔截面积大于圆孔截面积，方孔与圆孔的中心点在同一直线上，侧面由带倾角的斜平面和弧面平滑连接而成；
7.所述圆孔的最小直径由原煤的粘聚力和内摩擦阻力计算得到，斜平面和弧面的最小倾角由落煤管高度和圆孔直径共同确定。
8.进一步地，利用原煤颗粒的堆积特性参数计算其抗剪强度τ如式(1)所示。
9.τ＝σ
·
tanφ+c
ꢀꢀꢀ
(1)
10.式中：σ
·
tanφ为内摩擦力项，kpa；c为粘聚力项，kpa。σ为剪切面的法向压力，kpa；tanφ为内摩擦阻力系数；φ为内摩擦角，度(
°
)；
11.进一步地，对理想圆柱型堆积原煤的剪切应力进行受力分析，则方圆结的圆孔半径r可按式(2)计算。
12.τ
·
2πr
·
h＝ρ
·
πr2·h·gꢀꢀꢀ
(2)
13.式中：h为理想圆柱型堆积原煤的高度，m；g为重力加速度，m/s2；ρ为设计原煤的堆积密度，kg/m3；
14.显然，此时剪切面的法向压力σ为0，因此圆孔半径的设计值应大于式(2)中r的计算值。
15.进一步地，由于方孔截面积大于圆孔，因此在方圆结处存在渐缩段，剪切面的法向压力σ将大于0，当圆孔半径r选定后，需要对方圆结高度h进行校核计算，使式(2)成立的方
圆结高度为最长高度。若要增加方圆结高度h，需进一步增大圆孔半径r，直至满足式(2)。
16.作为优选方案，剪切面的法向压力σ的大小和侧面与方圆结中轴线的倾角θ有关，θ在0～90
°
，对方圆结进行受力分析可得到圆柱型剪切面的法向压力σ的计算公式(3)。
[0017][0018]
进一步地，方圆结高度h越大，倾角θ越小，法向压力σ越大，为了防止瞬时煤流过大，在短时间内堵塞整个方圆结，方圆结高度h尽可能取最大值。
[0019]
进一步地，显然方孔长边斜平面与方圆结中轴线的倾角θ最小，法向压力σ存在最大值，取该面作为校核计算面，采用等效棱台法计算v，最后计算方圆结高度h。
[0020]
其中v为等效棱台体积：
[0021][0022]
式中：a，b为方圆结方孔的宽度和长度，m。
[0023]
进一步地，将式(3)、(4)代入式(1)、(2)可得到方圆结高度h的计算公式，计算过程如下所示，结果如式(5)所示：
[0024]
其中：
[0025][0026][0027][0028]
化简得：
[0029][0030]
本发明具有的有益效果为：
[0031]
1、可保证在原煤参数设计范围内，方圆结永远不会发生堵煤。
[0032]
2、本发明的设计方法也适用于其他给料系统中涉及到的方圆结设计问题，应用范围广。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1为本发明防堵落煤管方圆结的立体结构示意图；
[0035]
图2为本发明防堵落煤管方圆结的俯视图；
[0036]
图3为本发明防堵落煤管方圆结的主视图；
[0037]
图4为本发明防堵落煤管方圆结的左视图。
具体实施方式
[0038]
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0039]
除非另外限定，这里所使用的术语(包含科技术语)应当解释为具有如本发明所属技术领域的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。
[0040]
一种防堵落煤管方圆结的设计方法，其将方圆结设计为一变截面管，示意图如图1-4所示，其中一端为方孔(宽a，长b)，另一端为圆孔(直径d)，方孔与圆孔中心点在同一直线上，侧面由带倾角的斜平面2、3和弧面1平滑连接而成。其中圆孔最小直径由原煤的粘聚力和内摩擦阻力计算得到，斜平面2、3和弧面1最小倾角θ由落煤管高度h和圆孔直径d共同确定。
[0041]
利用原煤颗粒的堆积特性参数计算其抗剪强度τ如式(1)所示。
[0042]
τ＝σ
·
tanφ+c
ꢀꢀꢀ
(1)
[0043]
式中：σ
·
tanφ为内摩擦力项，kpa；c为粘聚力项，kpa。σ为剪切面的法向压力，kpa；tanφ为内摩擦阻力系数；φ为内摩擦角，度(
°
)；
[0044]
对理想圆柱型堆积原煤的剪切应力进行受力分析，则方圆结的圆孔半径r可按式(2)计算。
[0045]
τ
·
2πr
·
h＝ρ
·
πr2·h·gꢀꢀꢀ
(2)
[0046]
式中：h为理想圆柱型堆积原煤的高度，m；g为重力加速度，m/s2；ρ为设计原煤的堆积密度，kg/m3；
[0047]
显然，此时剪切面的法向压力σ为0，因此圆孔半径的设计值应大于式(2)中r的计算值。
[0048]
由于方孔截面积大于圆孔截面积，因此在方圆结处存在渐缩段，剪切面的法向压力σ将大于0，当圆孔半径r选定后，需要对方圆结高度h进行校核计算，使式(2)成立的方圆结高度为最长高度。若要增加方圆结高度h，需进一步增大圆孔半径r，直至满足式(2)。
[0049]
剪切面的法向压力σ的大小和侧面与方圆结中轴线的倾角θ有关，θ在0～90
°
，对方圆结进行受力分析可得到圆柱型剪切面的法向压力σ的计算公式(3)。
[0050][0051]
方圆结高度h越大，倾角θ越小，法向压力σ越大，为了防止瞬时煤流过大，在短时间内堵塞整个方圆结，方圆结高度h尽可能取最大值。
[0052]
显然方孔长边斜平面与方圆结中轴线的倾角θ最小，法向压力σ存在最大值，取该面作为校核计算面，采用等效棱台法计算v，最后计算方圆结高度h。
[0053]
其中v为等效棱台体积：
[0054][0055]
式中：a、b为方圆结方孔的宽度和长度，m。
[0056]
将式(3)、(4)代入式(1)、(2)可得到方圆结高度h的计算公式，如式(5)所示。推导过程为(4)代入(3)，然后将(3)代入(1)，最后将(1)代入(2)，计算过程如下所示，结果如式(5)所示：
[0057]
其中：(通过图4可以直接得到)
[0058][0059][0060][0061]
化简得：
[0062][0063]
以上所述实施例仅表达了本发明的一般实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。