封闭木片料仓“防架桥”和“破桥”技术应用(最终版)

封闭木片料仓“防架桥”和“破桥”技术的研究和应用周乐才（湖南岳阳.岳阳林纸集团技术中心414002）摘要：木片作为表面粗糙、形状不规则、吸水膨胀、流动性非常差的物料，在封闭料仓内储存时极易“架桥”，且“架桥”后“破桥”非常困难。本文以木片“架桥”原理为基础，总结多年封闭木片料仓设计经验，对“防架桥”和“破桥”关键技术在封闭木片料仓设计和生产中的应用进行了较全面地阐述，并结合实际案例为在设计和生产存在缺陷的封闭木片料仓提供解决问题的可行方案。关键词：木片；“架桥”；“防架桥”；“破桥”；压力梯度Abstract:Woodasthesurfacerough,irregularinshape,waterswelling,liquidityisverypoormaterial,storedinaclosedbinisveryeasytobridge,bridgeandbrokenbridgeisverydifficult.Thispaperisbasedonthechipbridgingprinciple,summedupmanyyearsenclosedchipsilodesignexperience,topreventbridgeandbrokenbridgethekeytechnologyintheenclosedchipsilodesignandapplicationoftheproductionareexpoundedcomprehensively,andcombiningwithactualcases,asinthedesignandmanufactureoftheexistenceofclosechipsilodefectsprovidefeasiblesolutionstotheproblems.Keyword:Wood；“bridging”；“antibridging”；“brokenbridge”；pressuregradient封闭木片料仓（以下料仓均指封闭木片料仓）是制浆生产的关键设备之一，木片“架桥”造成料仓堵料是一直困扰和影响制浆生产的难题。目前国内对散料、木片等储存料仓的“破桥”有较深的认识，相应的“破桥”设备也有多种产品，但“破桥”只是治标，“防架桥”才是治本。木片料仓“防架桥”技术亟待深入研究、发展和创新，只有将“防架桥”和“破桥”技术有机结合，才能在设计时根本解决封闭木片料仓“架桥”问题。1木片“架桥”原理木片“架桥”主要因素有三点：木片储存时间的过长，木片水分增加、膨胀、压实导致“架桥”；木片与仓壁的黏着作用导致“架桥”；料仓的结构造型，导致木片无法顺利流通，局部会因为压力过大而“架桥”。由于压力梯度的原因，随着压力的升高，木片架桥的可能性也增加。木片变得越来越紧凑，就会开始堵料和“架桥”。且木片作为表面粗糙、形状不规则、吸水膨胀、流动性非常差的物料，在料仓中极易“架桥”，且“架桥”后“破桥”非常困难。“架桥”现象与仓内木片压力成正比关系，封闭木片料仓堵料98%的原因完全是因为架桥。在正常情况下，架桥是一种非周期性行为，“桥”的堆积和垮塌都没有特定模式，保证仓内的木片压力始终保持稳定在临界压力下是料仓设计的关键。2木片料仓设计关键技术木片料仓不只是储放木片的容器，更重要的是要具备相关的工艺功能。料仓设计原则是木片先进先出，设计技术含量主要在“防架桥”和“破桥”上。“防架桥”和“破桥”是有着本质上的区别，“防架桥”的宗旨是消除或削弱木片“架桥”垂直面上的压应力，减小木片之间，木片与仓壁之间的摩擦力，改善木片的流动性。而“破桥”是在“架桥”后，研究如何进行破碎，主要是借助外力把已“架桥”从力学角度进行破碎，因此研究“防架桥”技术意义要大于“破桥”技术。料仓设计在“防架桥”上主要采用合适的料仓形状和合理的卸压锥布置，在“破桥”上主要考虑出料装置（对料层的扰动作用）和“破桥”设备的选用。3料仓设计关键技术应用3.1典型出料装置“破桥”常见的出料装置有五种（如下图所示）：活底液压推杆出料装置；大型料仓旋转螺旋出料装置；液压拨叉出料装置；液压滑块出料装置；并联螺旋出料装置。五种出料装置由于工作原理、结构设计不同，它们对料层的扰动作用也不一样，它们也分别适用于不同工况、不同容积的料仓。活底液压推杆出料装置和旋转螺旋出料装置适用于中、大型容积（500m3-8000m3）料仓，而液压拨叉出料装置、液压滑块出料装置和并联螺旋出料装置则适用于容积小于500m3小型料仓。五种出料装置其中活底液压推杆出料装置、大型料仓旋转螺旋出料装置和并联螺旋出料装置对物流的洁净度要求不高，适用于工况较差的环境。液压拨叉出料装置和液压滑块出料装置对物流的洁净度要求高，否则易损坏液压系统和拨料装置，造成设备失效。3.2典型振动设备“破桥”木片料仓另一种“破桥”方式就是振动“破桥”，振动“破桥”就是将振动器安装在料仓的仓壁上，对仓壁进行振动，消除木片与仓壁的黏着作用，使木片顺利流通，达到“破桥”的目的。例如：气动活塞振动器是用锤头振打仓壁的外表面；电磁振动器与其类似，两者均垂直于仓壁产生振动；偏心旋转振动器结构较为复杂，它是将高速旋转的偏心块产生的惯性力传递给仓壁使之产生振动，与其他类型振动器相比，其振幅小、频率高。由于不断振击仓壁，不仅噪声大，也将损坏料仓，影响料仓的使用寿命。其工作原理如右图。3.3典型“防架桥”技术料仓设计在“防架桥”上主要有二种手段：合适的料仓形状和合理的卸压锥布置。二种手段都是应用木片“架桥”原理，结合料仓结构，分析木片在料仓内的储存状况，选择合适的料仓形状并在木片料仓内设置卸压锥，保证木片压力始终稳定在临界压力下（如右图所示），从根本上解决木片料仓木片“架桥”问题。典型料仓形状有：圆形；方形；圆形倒锥料仓；方形倒锥料仓；单面倾斜方形料仓；圆方组合料仓等。典型卸压锥布置：双曲线布置；指数曲线布置；环形布置等。4典型料仓特性分析05101520253035404550200400600MPa深度m压力稳定的临界压力示意图电磁振动器示意图气控偏心转动振动器示意图锥形方底三螺旋出料料仓4.1倒锥形方底水平等螺距三螺旋出料料仓料仓采用螺旋出料方式要求料仓底部形状最佳是方形或长方形，如右图所示。锥形方底水平等螺距三螺旋出料料仓设计思路：在“防架桥”上采用上小下大的倒锥形设计，降低仓壁垂直面上的压应力，减小木片之间，木片与仓壁之间的摩擦力，改善木片的流动性。等螺距通过变频器调节螺旋转速，控制木片输出量，达到计量的目的。水平螺旋对料层的“破桥”功能主要是扰动作用，水平螺旋运行时，对料层的扰动作用主要是在垂直方向，料层的扰动高度约在500mm左右，较弱。在螺旋设计时需考虑料层的扰动作用因素，设计合理的螺旋功率和刚性。锥形方底水平等螺距三螺旋出料料仓制作简单、成本低，出现木片“架桥”现象时“破桥”一般采用人工清理方式，一般适用于料仓容积在50m3以下。4.2单面倾斜方底斜螺旋出料料仓单面倾斜方底斜螺旋出料料仓设计出料时采用变距、倾斜、独立三螺旋出料（如右图所示），加强对料层的扰动作用，料层的扰动高度约在500-900mm。变距、倾斜、独立三螺旋出料设计，对木片之间的垂直和水平方向剪切作用加大，使料层得到垂直和水平方向扰动作用，“破桥”功能较强。但出料螺旋制作精度要求较高，槽体制作和安装也比锥形方底水平等螺距三螺旋出料料仓复杂，一般适用于料仓容积在150m3以下。4.2液压拨叉+螺旋出料圆形倒锥料仓液压拨叉+螺旋出料圆形倒锥料仓利用液压拨叉将圆形倒锥料仓内木片卸料到输送螺旋，通过螺旋将木片输送下一个工位。设计时的液压拨叉出料量大于输送螺旋输送量，输送螺旋通过变频器调节螺旋转速，达到控制输送量和计量的目的（如右图所示）。在“防架桥”上采用常用的上小下大的倒锥形设计，而“破桥”则利用技术含量较高的液压拨叉装置来实现。液压拨叉装置由2组拨叉组成，每组拨叉由2个拨叉组成。通过液压装置推动2组拨叉交替进行100度旋转，将木片均匀的推人输送螺旋输进料口，液压拨叉的旋转对料层的扰动高度约在1000-1500mm，“破桥”功能强，可称无堵塞料仓。液压拨叉+螺旋出料圆形倒锥料仓，槽体制作和安装复杂，液压拨叉和出料螺旋制作精度要求高，一般使用在对储存时间和出料输送量要求较高，料仓容积在100m3以下的工艺流程上。4.3方形活底料仓方形活底料仓仓底为方形或长方形，采用往复运动的液压推杆式活底出料，同时在液压推杆的外端设置一台横向的螺旋输送机或皮带输送机，将液压推杆送出的木片输送下一个工位（如右图所示）。方形活底料仓一般为混凝土结构，采用大推力的往复运动的液压推杆活底出料是“破桥”的有效措施：液压推杆是多排、布满仓底、各排交错往复运动的结构设计，液压推杆在仓底作交错往复运动，带动整个料层随液压推杆在仓底作往复交错运动，形成了“活动”仓底结构，“活底”对料层的扰动作用主要是水平方向交错剪切和垂直震动，扰动高度可达到6000mm左右，“破桥”功能强大。方形活底料仓一般适用于料仓容积1000m3-2000m3，木片洁净度差的工况。4.4圆底旋转螺旋出料大型料仓圆底旋转螺旋出料大型料仓根据木片“架桥”原理设计成上锥下圆的典型形状（如右图所示）：料仓高径比小于1，下部直筒圆形料仓部分约占整个料层高度的三分之方形混凝土储仓储仓壁开出料口螺旋运送机滑架组件液压推杆系统方形活底料仓液压拨叉+螺旋出料圆形倒锥料仓液压拨叉工作示意图一。这样的设计能有效消除或削弱木片“架桥”垂直面上的压应力，减小木片之间，木片与仓壁之间的摩擦力，改善木片的流动性，保证木片压力始终稳定在临界压力下，达到木片“防架桥”的目的。圆底旋转螺旋出料大型料仓一般设计料仓容积在5000m3-8000m3，旋转螺旋出料是通过螺旋围绕料仓中心公转实现木片先进先出的目的，利用螺旋自转将木片输送到料仓中心下料口，同时通过螺旋自转、公转作用，对料层产生扰动，达到“破桥”目的。由于螺旋自转、公转速度非常慢，对料层的扰动高度也较小，约500mm左右。5“防架桥”和“破桥”技术在料仓设计和生产中的应用案例5.1环形卸压锥解决直筒圆形料仓堵料问题某公司化机浆生产线有2台直径5米，高10.2米，容积200m3，出料方式为液压滑块装置+螺旋的钢制直筒圆形木片料仓（如右图所示），由于设计缺陷，2台料仓木片“架桥”堵料问题一直是制约生产的最大瓶颈。开机初期，每个班组都要安排2-3人手动捅料，不安全且劳动强度大，无法满足连续生产，还经常出现系统待料停机的现象。后通过优化液压滑块出料装置，增加“破桥”的仓壁电磁振动器等手段，料仓木片“架桥”堵料问题得到较大改善，但一直没有彻底解决。通过对料仓工况调研和结构分析，找出料仓设计存在缺陷：料层采用直筒圆形结构；料仓的高径比大于1，达到了2；出料液压滑块装置对料层的扰动高度较小，约1000mm左右，“破桥”能力不够。由于料仓存在设计缺陷，在压力梯度的作用下，木片变得越来越紧凑，是造成木片堵料“架桥”的根本原因。Φ5000102008000600020°30°30°20°350350350350木片仓壁卸压锥环形卸压锥改造解决该木片料仓堵料“架桥”问题的关键不是“破桥”而是“防架桥”。在分析杨木木片特性，计算木片在仓内压力梯度分布，确定木片“架桥”和堵料的临界点固形物压力分析、计算后，利用生产停机时间在钢制直筒圆形料仓壁上焊接了四层交错、不同角度的环形卸压锥，以不到2万元的总工程费用，彻底解决2个料仓堵料“架桥”问题。5.2典型无堵塞组合设计的苇片料仓苇片作为制浆原料之一，与木片相比，虽然其堆积密度小，压力梯度的作用小，但由于其加工方式（木片是削片，苇片是切成断时裂开成片）和原料的特性（苇片内混有苇叶、苇藤、苇末等）造成苇片比木片更易缠绕、抱团和吸水膨胀，其流动性比木片更差，在封闭料仓内储存时比木片更易“架桥”，且“架桥”后“破桥”比木片更难。某公司苇浆生产线苇片料仓为上圆下方的平底结构：设计容积800m3；上部分为Ø9000×6000mm的筒形仓体；下部分为9000×9000mm的