一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机的制作方法

本发明属于水泥行业生产设备领域，特别涉及一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机。

背景技术：

篦冷机是水泥熟料烧成系统中重要主机设备，承担着对出窑水泥熟料进行冷却和输送的任务，同时为回转窑及分解炉等提供高温助燃空气并将多余的废气输送到aqc余热锅炉进行回收发电。在篦冷机中安装破碎机，可将大块熟料破碎成小块熟料，极大的加快熟料的冷却速度，进而大幅提高篦冷机热回收效率以及入回转窑的二次风温、入分解炉的三次风温，降低熟料冷温度和冷却风用量。辊式破碎机因其电耗低、工作可靠性高、维护简单，现已广泛应用于现代大型水泥熟料篦冷机中。随着国家节能减排政策的强力推进，为进一步提高篦冷机热回收效率，需设法提升辊式破碎机工作温度，即将篦冷机从现在的中低温工作区域(135-400℃)前移到中高温工作区域(400-700℃)。受限于材料的高温性能限制，将辊式破碎机由现有的中低温工作区域提升到中高温区域时，其部件的高温机械性能会急剧下降，而导致破碎机辊子变形、抗磨蚀性能变差、使用寿命缩短一系列问题。通过综合分析，设法提高辊子的冷却速度，保持工作时辊子温度低于允许温度，是提高辊式破机中高温区域工作机械性能最经济的可行的技术途径。

通过检索得知：受限于高温工作性能限制，辊式破碎机大都置于篦冷机工作的低温工作区；辊式破碎机大都采用自然冷却，仅有极少数辊轴采用内部强制通风冷却技术，且关健部件采用耐高温性能好的材料制造，其工作温度仅有小幅提升；由于风冷效果差，不能满足篦冷机的工作温度区域由中低温区域提升到中高温工作区域的需要，限制了篦冷机热回收效率、熟料冷却效果、二次风温、三次风温的进一步提升。因此，大幅提高新型篦冷机中的辊式破碎机辊子的冷却速度，已成为水泥工业中提高新型篦冷机中辊式破碎机工作温度必须解决的紧迫问题。

技术实现要素：

针对现有的新型篦冷机冷却效率和热回收效率有待进一步提高及现有专利技术不能支持辊式破碎机在篦冷机中高温区长久、安全、可靠工作的问题，本发明旨在提供一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机。该辊式破碎机具有良好的高效冷却系统，可确保辊式破碎机在中高温区域(400-700℃)工作时，工作部件承受的温度、热应力、辊齿磨损均处在正常的工作范围内，从而实现将辊式破碎机从通常的篦冷机低温区域(135-400℃)前移到中高温区域(400-700℃)工作，大幅提高篦冷机的冷却效率、入窑的二次风温、入炉的三次风温以及余热发电效率，降低熟料的冷却用风量、风机的耗电量以及熟料的冷却温度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机，包括传动装置、熟料破碎单元、高效冷却系统、密封系统和测控系统。所述传动装置由电动机、液压传动机、行星减速器和联轴节组成，电动机高速旋转的机械能通过液压传动机、行星减速器能量转换后，实现与行星减速器通过联轴节连接的熟料破碎单元辊子低速、平稳转动。所述熟料破碎单元由至少一对相向旋转的辊子和粒度调节装置组成；所述辊子由辊轴和轴向套设于辊轴上的辊套组成，辊套通过平键固定在辊轴上；所述粒度调节装置主要通过增减垫片的数量或更换不同厚度垫片来控制辊子之间间隙从而调节出料粒度大小。所述辊套外部均布辊齿，其表面设置激光熔覆梯度耐磨隔热复合涂层。所述辊轴为中空结构，由内侧表面加工有大量微穴的厚钢板卷制而成；辊轴空腔内表面上均匀开有大量径向深度达到辊套且离辊套外表面有足够的安全距离的热管安装孔，用于安装微型热管；辊轴的两端安装主、从动端轴头安装在轴承上，主动端轴头通过联轴节与传动装置连接。所述高效冷却系统由热管冷却系统、水冷却系统和风冷却系统组成。所述热管冷却系统由热管安装孔、微型热管、充填于微型热管与辊子之间间隙的低熔点金属组成。所述热管安装孔的辊轴段开有螺纹，其内表面对称开有深达孔底的竖槽。所述微型热管绝热段外表面加工有螺纹，插入热管安装孔后通过与安装孔辊轴段的螺纹连接固定；其蒸发吸热段位于辊套段，其凝结放热段位于辊轴空腔区域；通过热管安装孔的竖槽灌入低熔点金属填充微型热管与热管安装孔之间的间隙，大幅减少微型热管与辊子的接触热阻，从而大幅提高微型热管与辊子内部的换热速度。所述水冷却系统由冷却水-鼓泡风一体化管、冷却水喷头、鼓泡风喷头、出流管、密封金属挡板、密封垫片以及冷却水流量控制阀和鼓泡风流量控制阀组成。所述冷却水-鼓泡风一体化管中间焊接有隔板分隔圆管，隔板将圆管分上、下半圆管，上半圆管为冷却水半圆管，下半圆管为鼓泡风半圆管；一体化管末端封口，与辊轴同轴线安装在辊轴空腔内。冷却水半圆管的圆周面上沿轴向等间距布置有数排周向均匀布置的冷却水喷头，具有一定压力的冷却水从冷却水喷头高速喷出，形成对辊轴上部区域内壁面和微型热管放热段外表面的冲击射流冷却，极大的增加了辊轴内表面上半部区域及其上热管的放热速度。鼓泡风半圆管的圆周面上沿轴向等间距开有若干安装孔，与鼓泡风喷头接管焊接连接；鼓泡风喷头接管与鼓泡风喷头螺纹连接，通过调节螺纹旋进程度可以调节鼓泡风喷头浸入辊轴空腔积水的深度；工作时，一定压力的空气从鼓泡风喷头喷出，在辊轴空腔积聚的冷却水中形成鼓泡搅拌，极大增加了辊轴空腔积水与浸入水中的辊轴内表面、微型热管放热段的传热速度。所述密封金属挡板配合密封垫片通过螺柱连接紧密固定在与主动端轴头相连的辊轴端，形成对辊轴空腔的密封，防止冷却水、鼓泡风从主动端轴头向外泄漏；同时金属挡板中心设有滚动轴承固定支撑冷却水-鼓泡风一体化管。所述出流管直径略小于从动端轴头内径，同轴套在冷却水-鼓泡风一体化管外，置于从动端轴头内；出水管内表面与冷却水-鼓泡风一体化管外表面围成的环形空间形成辊轴空腔中冷却积水、鼓泡风排出通道。冷却水流量控制阀和鼓泡风流量控制阀分别安装在冷却水-鼓泡风一体化管的上、下半圆管进口端。所述风冷却系统由圆弧面风箱、熟料挡板、排灰孔、电动双层翻板阀、拉伐尔喷管、冷却风流量控制阀组成。所述圆弧面风箱由两个独立风箱组成，中间留有排灰间隙；圆弧面风箱由机架安装固定在辊子的下方，从辊子中心向外，圆弧面风箱离辊子下部外表面的距离逐渐减少。所述电动双层翻板阀安装在圆弧面风箱的两个独立风箱之间的排灰间隙处，用于排灰时的密封，防止辊子与圆弧面风箱之间的冷却风大量泄漏。所述的熟料挡板安装在圆弧面风箱的辊子下料侧上，用于阻挡熟料漏入圆弧面风箱上表面；熟料挡板之间开有排灰孔，用于及时排卸挡下的熟料。所述拉伐尔喷管均匀布置在圆弧面风箱的上表面；为大幅提高拉伐尔喷管的防堵性，拉伐尔喷管外设有防堵套管，其套管缘口高出拉伐尔喷管出口一定高度。所述冷却风流量控制阀安装在圆弧面风箱的入风口，用于调节冷却风喷风量。当辊式破碎机工作时，圆弧面风箱中的高压风首先通过拉伐尔喷管以超音速的速度冲击辊子表面，形成了对辊子表面高速射流冲击冷却；然后冷却风汇集在流动方向截面积逐渐减少流道中呈加速流动，形成了对辊子表面冷却非常有利的第二次冷却。所述密封系统是完成对出流管-从动轴间隙的密封，由出流管与从动端轴头之间间隙的密封腔气封、出流端盖与从动端轴头端面之间间隙的曲封密封以及间隙出口的环形气囊气封复合组成；包括出流端盖、环形凹槽、环形气封气管、排水管、排气管、环形气囊、环形气封气管流量控制阀和环形气囊流量控制阀。所述出流端盖非接触性包裹从动端轴头，并与出流管焊接连成为一个整体；出流端盖上部开孔连通排气管，用于向外排气，出流端盖下部开孔连通排水管，用于排出辊轴腔内的冷却水。所述从动端轴头内表面和端面都开有若干环形凹槽；通过环形气封气管将高压气体送入动端轴头内表面环形凹槽，产生正压，构成环形凹槽气封，完成出流管与从动端轴头之间间隙的密封腔气封；从动端轴头端面上环形凹槽对应的出流端盖位置带有凸起环带，卡入环形凹槽内，使间隙流道成多重曲形，完成出流端盖与从动端轴头端面之间间隙的曲封密封。出流端盖与从动端头轴头间隙的出口处设有一环形气囊，环形气囊周向开有正对着间隙出口的v型喷口；环形气囊中的高压气体通过v型喷口喷入间隙，在间隙出口形成正压，完成对间隙出口的环形气囊气封；环形气囊的入口端上安装有流量控制阀，用以调节气封效果。所述测控系统采用的是dcs测控系统，由安装在冷却水-鼓泡风管入口端上的冷却水流量控制阀及鼓泡风流量控制阀、圆弧面风箱入口端上的冷却风流量控制阀、排水管及排气管出口端上的流量控制阀、环形气封气管流量控制阀、环形气囊流量控制阀，从动端轴头上的超声波液位计，排水管、排气管出口和辊套表面的测温装置、计算机组成；运行时，各监测点的温度信号、流量信号、液位信号通过处理、传输后通过dcs控制系统加工处理后，发出执行信号给执行机构，实现对温度、流量、液位的控制。

与现有在水泥熟料篦冷机工作的辊式破碎机技术相比，本发明一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机具有以下优点：

1.本发明的高效冷却系统采用了水冷、风冷和热管冷却组合冷却方式。在辊子内部：微型热管的高速相变传热作用；辊轴内表面的微穴对辊轴的内表面面积和气化核心数量的极大增加作用；喷出的高压水对辊轴上半部内表面和热管冷凝段的高速冲击冷却作用，压缩空气对辊轴空腔积水的鼓泡搅拌而极大的增强了腔内积水与辊轴下部内表面间的传热作用，多种强化作用的复合叠加，极大的加快了辊轴和辊套的散热速度；在辊子外部，风冷却系统中的拉伐尔喷管的对压缩空气的高速喷射作用，及圆弧面风箱沿风流动方向间隙的逐渐缩小而引起的增速作用，极大的增加冷却风对高温辊子外部的冷却效果，进一步加速辊子的冷却速度。三种冷却方式的叠加确保了高温工作条件下辊子长期工作所允许的温度范围，确保了置于篦冷机中高温区熟料辊子破碎机能长期、安全、高效、可靠的工作。置于篦冷机中高温区工作的辊式破碎机，因提前破碎了物料，不仅使处于二段篦床高效冷却的小颗粒物料冷却时间增加，熟料出冷却机时冷却温度更低，同时还因物料破碎变小后篦床上的通风均匀性变好，从而实现篦冷机冷却用风量减少，冷却效果、热回收效率、入窑二次风与三次风风温的大幅提升，及窑内燃烧效率的一定提高。

2.本发明的密封系统是对从动轴头-出流管间隙的密封，主用采用出流管与从动端轴头之间间隙的密封腔气封、出流端盖与从动端轴头端面之间间隙的曲封密封以及间隙出口的环形气囊气封复合组成，具有很好的密封效果。密封腔气封是在从动端轴头内表面上加工若干道环形凹槽，通过向环形凹槽喷气产生正压形成密封；从动端轴头端面曲封，是在从动端轴头端面加工几道环形凹槽，在出流端盖相应位置嵌入凸起环带，在装配时，端盖的凸起环带插入从动端轴头端面凹槽中，形成曲封；环形气囊气封，是由环形气囊中的高压气体通过v型喷口喷入从动轴头-出流管间隙的出口形成正压，产生密封效果。三种密封复合作用，对从动端轴头-出流管之间的间隙，形成很好密封，很好的阻止辊轴腔内冷却水、鼓泡风的泄漏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中a-a剖面视图；

图3为微型热管安装局部放大图；

图4为热管安装孔周向剖面放大图；

图5为风冷却系统圆弧面风箱俯视图；

图6为冷却风喷头结构示意图；

图7为图6中b-b剖面视图；

图8为密封系统结构示意图；

图9为图8中c-c剖面视图；

图中，1-电动机；2-液压传动机；3-行星减速器；4-联轴节；5-辊子；6-辊轴；7-辊套；8-辊齿；9-平键；10-主动端轴头；11-从动端轴头；12-微穴；13-热管安装孔；14-竖槽；15-微型热管；16-低熔点金属；17-冷却水-鼓泡风一体化管；18-冷却水半圆管；19-鼓泡风半圆管；20-冷却水喷头；21-鼓泡风喷头；22-鼓泡风喷头接管；23-密封金属挡板；24-密封垫片；25-滚动轴承；26-出流管；27-冷却水流量控制阀；28-鼓泡风流量控制阀；29-圆弧面风箱；30-熟料挡板；31-排灰孔；32-电动双层翻板阀；33-拉伐尔喷管；34-防堵套管；35-冷却风流量控制阀；36-出流端盖；37-环形气封气管；38-排水管；39-排气管；40-环形凹槽；41-凸起环带；42-环形气封气管流量控制阀；43-环形气囊；44-环形气囊v形喷口；45-环形气囊流量控制阀；46排水管流量控制阀；47-排气管流量控制阀；48-测温装置；49-超声波液位计；50-轴承座；51-机架；52-辊轴空腔。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的发明内容及其特点，现结合附图详细说明如下。图1给出的是本发明的辊子单元结构示意图，图2为图1中a-a剖面视图。一种具有高效冷却效果的中高温辊式破碎机，包括传动装置、熟料破碎单元、高效冷却系统、密封系统和测控系统。所述传动装置由电动机1、液压传动机2、行星减速器3和联轴节4组成，液压传动机2一端与电动机1连接，另一端与行星减速器3连接，将电动机1高速动能转变为行星减速器3低速动能，行星减速器3与联轴节4相连带动与联轴节4相连的熟料破碎单元辊子5低速、平稳转动。所述熟料破碎单元由至少一对相向旋转的辊子5和粒度调节装置组成；所述辊子5由辊轴6和轴向套设于辊轴6上的辊套7组成，辊套7通过平键9固定在辊轴上。所述辊套7采用以硬镍铸铁为基体加入稀土元素的材料铸造而成，这种材料经过高温固融热处理，不仅耐高温，而且耐磨性极高，终态硬度≥50hrc，特别是该材料具有独特的红硬性，随着环境温度的升高，其耐磨性不降反升。辊套7的外表面对称均布同一规格辊齿8，辊齿表面设置激光熔覆梯度耐磨隔热复合涂层，具有良好的隔热与耐磨效果；辊套7与辊轴6构成一个一体化的实体，通过一对相向旋转的辊子5的辊齿8之间的挤压和剪切作用破碎熟料。所述辊轴6为中空结构，由一侧表面(卷制后成辊轴中空内表面)加工有大量微穴12的厚钢板卷制而成；辊轴空腔52内表面均匀开有大量径向深度达到辊套的热管安装孔13用于安装微型热管15；辊轴6的两端分别安装主、从动端轴头安装在轴承座50上，主动端轴头10通过联轴节4与传动装置连接。所述粒度调节装置，是一种辊轴间隙调节装置，通过增减辊轴间隙垫片数量或更换不同厚度垫片来控制辊子间隙，从而实现破碎粒度大小调节。

所述高效冷却系统包括热管冷却系统、水冷却系统和风冷却系统。结合图3、图4进行说明热管冷却系统，所述热管冷却系统由热管安装孔13、微型热管15、充填于微型热管与与辊轴之间间隙的低熔点金属16组成；所述热管安装孔13其辊轴段开有螺纹，其内表面对称开有一对竖槽14；所述微型热管15其绝热段外表面加工有螺纹，插入热管安装孔13后通过与辊轴段螺纹连接固定，其蒸发吸热段位于辊套端，其凝结放热段位于辊轴空腔52内，通过热管安装孔13的竖槽14灌入低熔点金属16填充微型热管15与热管安装孔13之间的间隙，大幅减少微型热管15与辊子5的接触热阻，从而大幅提高微型热管15与辊子5内部的换热速度。所述水冷却系统由冷却水-鼓泡风一体化管17、冷却水喷头20、鼓泡风喷头21、密封金属挡板23、密封垫片24、滚动轴承25、出流管26以及冷却水流量控制阀27、鼓泡风流量控制阀28组成。所述冷却水-鼓泡风一体化管17，是通过在圆管内表面开有开二条凹槽，将分隔板插入凹槽并焊接其上分隔而成是上下两个半圆管，上半圆管为冷却水半圆管18，下半圆管为鼓泡风半圆管19，末端封口，与辊轴6同轴线安装在其辊轴空腔52内。冷却水半圆管18的圆周面上等间距安装有若干排周向均匀布置的冷却水喷头20，具有一定压力的冷却水从冷却水喷头20高速喷出，形成对辊轴6上部区域内壁面和微型热管15冷凝端外表面的射流冲击，极大的增加了辊轴6上半部区域内表面和及其热管的放热速度。鼓泡风半圆管19的圆周面沿轴向等间距开有若干安装孔，与鼓泡风喷头接管22焊接安装；鼓泡风喷头接管22与鼓泡风喷头21螺纹连接，通过调节螺纹旋进程度可以调节鼓泡风喷头22浸入辊轴空腔52积水的深度；工作时，一定压力的空气从鼓泡风喷头22喷出，在辊轴空腔52积聚的冷却水中形成鼓泡搅拌，极大增加了辊轴空腔52积水与浸入水中的辊轴内表面、微型热管15放热段的传热速度。所述密封金属挡板23配合密封垫片24通过螺柱连接紧紧固定在辊轴6与主动端轴头10之间，形成对辊轴空腔52主动端的密封，防止冷却水、鼓泡风从主动端轴头10向外泄漏，同时密封金属挡板23中心有凹槽，设有滚动轴承25固定支撑冷却水-鼓泡风一体化管17。所述出流管26直径略小于从动端轴头12内径，置于从动端轴头12内，同轴套在冷却水-鼓泡风一体化管17外；出流管26内表面与冷却水-鼓泡风一体化管17外表面围成的空间形成辊轴空腔52中冷却积水、鼓泡风的排出通道。所述冷却水流量控制阀27、鼓泡风流量控制阀28，分别安装在冷却水-鼓泡风一体化管17的冷却水半圆管18和鼓泡风半圆管19入口端，根据冷却效果调节冷却水鼓泡风用量。

结合图5、图6、图7说明风冷却系统构成和工作过程。所述风冷却系统，由圆弧面风箱29、熟料挡板30、排灰孔31、电动双层翻板阀32、拉伐尔喷管33、冷却风流量控制阀35组成。所述圆弧面风箱29为两个独立风箱焊接组成，中间留有排灰间隙，由机架51安装固定在辊子5的下方，从其中心到外缘离辊子5下部外表面的距离逐渐减少。所述电动双层翻板阀32安装在圆弧面风箱29中间的排灰间隙处，用于保障排灰时具有良好的密封，防止辊子与圆弧面风箱之间的冷却风大量泄漏。所述的若干个熟料挡板30安装在圆弧面风箱上靠近辊子下料的一侧，用于阻挡熟料漏入圆弧面风箱上29表面；在熟料挡板之间开有排灰孔31用于及时排卸挡下的熟料。所述拉伐尔喷管33均匀布置在圆弧面风箱29的上表面；为大幅提高拉伐尔喷管33的防堵性，拉伐尔喷管33外设有防堵套管34，其缘口高出在拉伐尔喷管33出口一定高度。所述冷却风流量控制阀35，安装在圆弧面风箱29的入风口，用于调节冷却风喷风量。当辊式破碎机工作时，圆弧面风箱中的高压风首先通过拉伐尔喷管33以超音速的速度冲击辊子5外表面，形成了对辊子表面高速冲击冷却，然后冷却风汇集在圆弧面风箱与辊子之间流道内，沿流动方向截面积逐渐减少，呈加速流动，形成了对辊子表面冷却非常有利的第二次冷却，极大的加快辊子5表面的冷却速度。

结合图8、图9说明密封系统构成和对从动端轴头-出流管间隙密封的工作原理。所述密封系统由出流端盖36、环形气封气管37、排水管38、排气管39、环形凹槽40、环形气囊43、环形气封气管流量控制阀42、环形气囊流量控制阀45组成；完成出流管26与从动端轴头11之间间隙的密封腔气封、出流端盖36与从动端轴头11端面之间间隙的曲封密封以及间隙出口的环形气囊气封的组合密封。所述出流端盖36非接触性包裹从动端轴头11，并与出流管26焊接连通；其上半部开口连接排气管39，其下半部开孔连接排水管38。所述从动端轴头11内表面和端面都开有若干环形凹槽40，环形气封气管37周向多点向环形凹槽40喷入高压气体，在环形凹槽40腔内形成正压，产生气封，完成出流管26与从动端轴头11之间间隙的密封腔气封；环形气封气管37入口安装有流量控制阀，用于调节密封效果。所述出流端盖上嵌入有多道凸起环带41，凸起环带41插入其对应的从动轴头端面上的环形凹槽40，形成多重曲封，完成出流端盖36与从动端轴头11端面之间间隙的曲封密封。所述的环形气囊43设置在出流端盖与从动轴头间隙的出口，其面向间隙出口侧开有环形气囊v形喷口44；工作时，环形气囊v形喷口44向间隙出口喷入高压气体产生正压，形成气封，完成对间隙出口的环形气囊气封；环形气囊43入风口安装有流量控制阀45，用以调节气封压力。

所述测控系统采用的是dcs控制系统，由安装在冷却水-鼓泡风管入口端上的冷却水流量控制阀27及鼓泡风流量控制阀28、圆弧面风箱39进气端上的冷却风流量控制阀35、环形气封气管37入口端上的环形气封气管流量控制阀42、环形气囊43入口端上的环形气囊流量控制阀45、排水管38出口端上的排水管流量控制阀46、排气管39出口端上的排气管流量控制阀47，排水管、排气管出口和辊套表面的测温装置48，从动端轴头的超声波液位计49，计算机组成；运行时，各监测点的温度信号、流量信号、液位信号通过处理、传输后通过计算机和dcs控制系统加工处理后，发出执行信号给执行机构，实现对温度、流量、液位的控制。

以上所述内容仅是用于更清楚地说明本发明的较佳实施例，并非对本发明结构、材料及形状作任何形式的限制。凡是依据本发明实质内容对以上实施例所做的任何等价形式的修改仍属于本发明技术方案的范围内。