摘 要

水泥在粉磨生产过程中会产生大量的热，这些热量大部分被磨内水泥所吸收，本次毕业设计的研究目的就是提供一种卧式螺旋水泥冷却器，用水作为冷却介质的一种间接冷却方式，能够将100°~130°的高温水泥在规定的时间内有效的降低至70°以下。

研究内容为设计一种卧式螺旋水泥冷却器，通过调速电机1控制转速，调速电机通过联轴器4与中空轴31相连接，可根据输送量以及冷却效果调节速度，从而确保水泥达到理想的设定温度。水泥由进料口11进入筒体9内，在与中空轴相连接的中空螺旋叶片10的螺旋推动作用下，沿着筒体，向出料口43方向运动。中空轴一端设置有进水口，另一端设置有出水口，内通冷却水，轴内放有防垢球。筒体上方设有数根淋水管30，淋水管可向筒体喷洒冷却水，筒体外圆周面上安装有多排散热片44，筒体下方设有可浸泡筒体的冷却水槽8，水槽内通有流动的冷却水。

该卧式螺旋水泥冷却器采用四联组合方式，产量为200t/h，可完成将130°的入料水泥在有效的时间内快速冷却至70°以下的创造性成果。

关于此卧式螺旋水泥冷却器设计的见解，就是它具有结构简单，运行可靠，冷却效果好，维护及操作方便，运行及制造成本低等各方面的优点。

关键词：水泥；卧式螺旋水泥冷却器；螺旋叶片；中空轴。

Abstract:

The cement produces a lot of heat during the grinding process. Most of the heat is absorbed by the cement. The purpose of this graduation design is to provide a horizontal spiral cement cooler. Water is used as an indirect cooling method for cooling medium, It can reduce the high temperature cement of 100 degree ~130 degrees to less than 70 degrees within the specified time.

The research content is to design a horizontal spiral cement cooler. The speed motor is controlled by the speed control motor 1. The speed motor is connected by the coupling 4 to the hollow shaft 31. The speed can be adjusted according to the quantity and the cooling effect, so as to ensure the ideal setting temperature of the cement. The cement is entered into the barrel 9 by the feed inlet 11, and under the helix of the hollow spiral blade 10 connected to the hollow shaft, the cement moves along the cylinder body to the 43 direction of the outlet. One end of the hollow shaft is provided with a water inlet, and the other end is provided with a water outlet, which is internally connected with cooling water, and an anti fouling ball 45 is arranged in the shaft. There are a number of drenching pipes 30 above the barrel, and the water pipe can spray cooling water to the cylinder body. A multi row heat sink 44 is installed on the circumferential surface of the cylinder, and a cooling water tank with a soaking cylinder body is provided under the cylinder body under the cylinder body, and there is a flow of cooling water in the tank.

The horizontal spiral cement cooler adopts a four joint combination mode, with a output of 200t/h, which can complete the creative achievement of the 130 degree of cement in the effective time to cool down to less than 70 degrees in the effective time.

The idea about the design of the horizontal spiral cement cooler is that it has the advantages of simple structure, reliable operation, good cooling effect, convenient maintenance and operation, and low cost of operation and manufacturing.

Key words: cement; horizontal spiral cement cooler; helical blade; hollow shaft.

目 录

第一章 绪论 1

1.1 高温水泥的危害 1

1.2 水泥冷却器的出现 1

1.3 水泥冷却器的国内外发展现状及背景 1

1.4 该课题的研究内容 2

第二章 螺旋输送装置 3

2.1 螺旋输送装置的定义及分类 3

2.2 螺旋输送装置的应用范围 3

2.3 水泥冷却器的介绍 3

第三章 水泥冷却器主要结构的设计计算及参数选用 5

3.1 水泥冷却器的传统设计方法 5

3.2 水泥冷却器的现代设计方法 5

3.3 螺旋输送装置主要结构的设计计算 5

3.3.1 螺旋输送装置的工作原理 6

3.3.2 螺旋输送装置主要结构设计参数的确定 8

3.4 水泥冷却器的其它设计参数 13

3.4.1 冷却水用量的确定 13

3.4.2 水泥冷却器的长度设计 14

3.4.3 螺旋输送装置的驱动功率 14

第四章 水泥冷却器其它结构的设计及参数计算 16

4.1 水泥冷却器的结构 16

4.2 水泥冷却器其他结构的设计 16

4.2.1 电动机与减速器的设计与选择 16

4.2.2 联轴器的选择 17

4.2.3 中空轴的设计 18

4.2.4 轴承的选择 18

4.2.5 筒体与水槽的设计 18

4.2.6 密封装置的设计 19

第五章 卧式螺旋水泥冷却器的安装、使用及维护 20

5.1 水泥冷却器的安装 20

5.2 水泥冷却器的使用及维护 21

第六章 结语 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 高温水泥的危害

众所周知，水泥是一种导热性能很差，保温效果很好的物质，其导热系数很低，仅靠水泥之间的传热冷却是不现实的，耗时较长。此外，水泥温度太高，与其他物质的结合性也会变差，同时极易烫伤工作人员，而且长期处于高温的水泥，不仅会导致石膏慢性脱水，造成水泥假凝，影响产品质量，而且还会引起磨机过粉磨，轴瓦温度过高等事故的发生，也易损坏包装袋，成本增加，因此，对水泥进行充分的冷却是十分必要的。

1.2 水泥冷却器的出现

水泥在粉磨生产过程中会产生大量的热，这些热量大部分被磨内水泥所吸收，导致其出磨水泥温度通常在100°以上，有些时候温度会达到150°~160°，在磨机生产状况较差时，出磨水泥温度会高达180°，而客户则希望出厂水泥温度控制在70°以下。为了实现对出磨水泥的快速冷却，需采用一种高效的换热装置——即水泥冷却器^[14]，使水泥在生产推进过程中与冷却介质不断的接触，进行有效的热交换，从而使水泥达到理想的温度，满足客户的要求。

1.3 水泥冷却器的国内外发展现状及背景

近年来，随着基础建设的快速发展，水泥质量作为工程质量的基础，它的质量问题越来越受到人们的关注。而水泥的温度对其质量有着无可比拟的影响，那么能够高效快速降低水泥温度的水泥冷却器则成为新形势下提高水泥质量的一种有效手段。

目前，国内外常用的水泥冷却方式主要为水冷和风冷的直接冷却或间接冷却：磨机内通风冷却，磨机内喷水冷却，磨机外淋水冷却，选粉机空气冷却和螺旋提升冷却器冷却。磨机内通风冷却由于受到磨机内磨机尺寸和最大风速等工艺条件的影响，冷却效果较差。磨机外淋水冷却由于其磨筒壁厚，热传导差，水泥散热慢，从而冷却效率较低，同时需要大量水资源，对环境也会造成一定程度的污染。目前，大型水磨机已不采用上述两种水泥冷却器。降低磨机内水泥温度最好的冷却方式就是磨机内喷水冷却，但它对喷水装置技术要求较高，且有一定的控制难度，这一技术尚不成熟。选粉机空气冷却采用在磨机尾部单独设置除尘器，通过增大用风量，从而可以有效地降低水泥温度，但其投资费用和运行费用较高。螺旋提升冷却器是目前较好的一种冷却方法，国外已广泛使用，冷却效果较好，出厂成品水泥温度可降低至70°以下，且易操作和控制，经济性很好，但它所需空间较大，电耗偏高，对水的纯净度要求较高，否则会造成螺旋提升卡堵，影响正常工作^[16]。

1.4 该课题的研究内容

此水泥冷却器为卧式结构，采用螺旋输送装置输送物体，输送物料为水泥，为粉末状物体，应确定水平螺旋输送机的一些相关参数。1.由公式初步确定螺旋叶片直径。输送物料为水泥，其粉状磨琢性较大，输送能力为200t/h，并将其圆整标准化。2.计算螺旋轴螺距。螺距的大小对水泥的运行速度起着决定性的作用。3.螺旋轴直径。螺旋轴直径的大小与螺距有关，两者共同决定了水泥在螺旋输送装置中的运动和速度分布，所以应合理把握调节螺旋轴直径和螺距的关系。4.螺旋轴转速。一般来说，螺旋轴转速过高或过低都会对其输送能力产生一定的影响，但若过高会导致离心力过大，螺旋输送装置对水泥的搅拌作用会大于其的输送作用，故其转速值应小于输送物体的某一临界转速，但若过低，会影响水泥冷却器的输送效率。5.由公式确定该螺旋输送机的输送功率。因其为卧式，故由两部分组成：水泥运行所需要的功率P₁，装置空载运行所需要的功率P₂；根据电动机传动效率和功率储备系数确定电动机的驱动功率，从而选定电动机的型号。6.最后通过上述计算结果设计出该卧式螺旋水泥冷却器的二维装配图^[1]。

第二章 螺旋输送装置

2.1 螺旋输送装置的定义及分类

螺旋输送装置^[10]是由带有螺旋叶片的旋转轴在一密闭的筒体内旋转，使进入筒体的物料在其螺旋推动的作用下不断向前运动，最后由出料装置输出物料，是一种用于短距离连续输送物料的输送装置。根据其结构的不同，可分为普通（水平）螺旋输送装置，垂直螺旋输送装置和可弯曲的螺旋输送装置，本次毕业设计所采用的输送装置为水平螺旋输送装置。

2.2 螺旋输送装置的应用范围

螺旋输送装置^[10]主要应用于建筑材料工业，如水泥、沙子、粘土等；粮食工业，如谷物、面粉、饲料等；化学工业，如化肥、盐类、碱类等；交通运输业，如煤炭、矿石等。

水平螺旋输送装置适宜输送粒状、粘性差及小块状物体，不宜输送大块状及粘性物体，易产生卡死或堵塞设备事故。优点是结构简单、输送可靠、成本较低、维修方便等；缺点是由于输送物料阻力过大，而由此产生的能耗过大。

垂直螺旋输送装置其结构与水平螺旋输送机相似，由于其竖直安装，操作简单，占地面积较少，但在输送物料时需要额外克服物料的重力，故所需功率较大，由此产生的能耗也会比水平螺旋输送装置的大。

可弯曲的螺旋输送装置顾名思义可弯曲输送物料，弥补了上述两种输送机只能单方向输送物料的缺点。其独特的设计，在输送物料时，阻力小，能耗低，且不会产生卡死或毒舌设备情况的发生，但由于其螺旋体需要专用设备的制作，在我国还未广泛使用。

2.3 水泥冷却器的介绍

卧式螺旋水泥冷却器的主要结构就是螺旋输送装置，它由螺旋轴和螺旋叶片两部分构成。根据输送物料特性的不同，可将螺旋叶片的形状分为实体的、带式的、叶片式的及齿形式的四种。具体结构如图2-1所示：

图2-1 螺旋叶片形状

其中（a）实体的；（b）带式的；（c）叶片式的；（d）齿形式的。

根据螺旋叶片在螺旋轴上环绕方式的不同可分为左旋和右旋两种。水泥的运送方向根据左右手定则来判断。

第三章 螺旋输送装置主要结构的设计计算及参数选用

3.1 水泥冷却器的传统设计方法

传统水泥冷却器的设计方法依然是凭借着技术人员长期在工程上所积累的技术经验进行设计工作，工作量大而繁琐。目前，工程上螺旋输送装置仍然存在着一些弊端，如输送量低，机械效率不高，输送物料的卡死和堵塞现象。传统的设计方法大致分为四种：

类比设计方法：此种设计方法是在已有机器的基础上进行改良创新设计的。运用类比设计法之前，需要旧有的同类或相似的机器作为参照，归纳总结出原有旧机器的弊端，针对此类机器的缺点进行改进，由此提出一个或多个改革创新方案，进行类比分析，选择其中较好的方案并结合其它方案的优点，依靠工程技术人员的经验做出最终的设计方案。从这种方法的过程中可以看出它是一种局部创新，工作繁琐，但其创新的针对性强，且效果明显，目前仍被广泛采用。