鋅空燃料電池粉料送料機(jī)構(gòu)設(shè)計

鋅空燃料電池粉料送料機(jī)構(gòu)設(shè)計

由于良好的綠色能源主要件的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)方法對綠色能源電池的放電效果有重要影響。在本主題中，我們提出了一種新的工藝形成方法——干燥嵌入法。在該方法中電池極片的致密度和均勻度是影響電池極片質(zhì)量的重要因素,而粉料均勻布料系統(tǒng)是實現(xiàn)電池極片均勻度和致密度的重要部分,所以必須對粉料均勻布料系統(tǒng)進(jìn)行研究以提高粉料均勻布料的精確性。本文結(jié)合鋅空電池極片干嵌法成形設(shè)備實際運行中的問題,通過分析影響均勻布料的環(huán)節(jié),對布料系統(tǒng)中不合理的部件結(jié)構(gòu)以及部件運行方式進(jìn)行改進(jìn),有效地提高了粉料布料的均勻性。1系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)鋅空電池極片干嵌法成形設(shè)備主要包括四部分:鎳網(wǎng)和無紡布送料系統(tǒng)、粉料布料系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)和滾軋系統(tǒng)。其中粉料布料系統(tǒng)是最重要的部分,主要包括:定量送料機(jī)構(gòu)、打料輥、鎳網(wǎng)布料結(jié)構(gòu)和邊緣布料回收結(jié)構(gòu)。粉料布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。粉料布料系統(tǒng)的工作過程是:粉料從定量送料機(jī)構(gòu)進(jìn)入布料箱,落在高速旋轉(zhuǎn)的打料輥上,就會拋灑飄散,然后自由落體均勻地撒落到鎳網(wǎng)面上形成均勻布料,邊緣處的廢料通過回收結(jié)構(gòu)回收。理論上通過控制送料的速度,使之在拋灑過程中與下面的鎳網(wǎng)面?zhèn)魉退俣绕ヅ?就能達(dá)到粉料均布的要求。但實際運行中由于定量送料機(jī)構(gòu)的送料精度低,很難保證送料量和送料均勻性,這必然會影響布料的均勻性。另外,在落料拋灑過程中,拋灑的均勻性將直接影響布料均勻性。因此,研究落料與打料輥之間相互作用過程十分必要,這對于確定打料輥工作方式十分重要。打料輥運行產(chǎn)生的流場作用于落料的過程十分復(fù)雜,需要通過試驗的方法解決。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向粉料布的轉(zhuǎn)變2.1螺距螺旋輸送機(jī)構(gòu)螺旋輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于維修、便于輸送飛揚物料和環(huán)境污染小等優(yōu)點,所以在極片干嵌法成形設(shè)備中采用這種粉料輸送結(jié)構(gòu)。但實際運行中,普通的單螺旋等螺距螺旋輸送機(jī)構(gòu)送料量精度低,送料均勻性差且易堵料,不能滿足極片生產(chǎn)中對粉料的送料量和均勻度的要求。因此,需要對螺旋輸送機(jī)進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)定量均勻送料的要求。2.1.1物料填充系數(shù)的確定對于粉體物料輸送,普通螺旋輸送機(jī)的生產(chǎn)能力(理論送料量)Q為:Q=15π(D2-d2)SnφC(1)式中:Q為螺旋輸送機(jī)生產(chǎn)能力,m3/min;D為螺旋軸外徑,m;d為螺旋軸內(nèi)徑,m;S為螺距,m;n為螺旋軸轉(zhuǎn)速,r/min;φ為物料填充系數(shù);C為輸送機(jī)傾角系數(shù)。對于給定的螺旋輸送機(jī),其D、d、S、n、C是確定的,而實際中因為料倉的落料量不穩(wěn)定,使得料口螺旋軸內(nèi)的物料填充系數(shù)φ不確定,進(jìn)料口給料量不定量、不均勻,必然使得粉料輸送不定量、不均勻,而且容易造成堵料,所以只要使物料填充系數(shù)φ固定就可以控制給料量,實現(xiàn)定量輸送的目標(biāo)。若用傳感器控制料倉料位,在進(jìn)料口段采用變螺距變直徑的螺旋軸,使得進(jìn)料口段下料均勻,物料填充系數(shù)確定,就可以實現(xiàn)定量給料的目標(biāo);在輸送段采用等螺距等直徑的螺旋,一般該段螺距大于進(jìn)料口段,這使得單位螺距的螺旋充料空間增大,可以避免填充實度過大時引起的堵料現(xiàn)象;在出料口處采用雙螺旋,這樣在定轉(zhuǎn)速的情況下,可以增加落料均勻性,提高落料精度,克服輸送過程中的“脈動”現(xiàn)象。2.1.2料口、輸送段長度定量送料機(jī)構(gòu)螺旋軸長度L=300mm,進(jìn)料口段長度L1=80mm,輸送段長度L2=220mm,生產(chǎn)能力Q=6.4×106mm3/min,輸送機(jī)水平布置,C=1。1輸送段螺旋軸為d(1)螺旋軸轉(zhuǎn)速n:在滿足輸送能力的條件下,螺旋軸轉(zhuǎn)速不宜過高,因為當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定的極限值時,物料會因為離心力過大而向外拋,無法輸送。根據(jù)試驗,螺旋軸輸送物料的極限轉(zhuǎn)速可由式(2)確定:n≤A/D??√(2)n≤A/D(2)式中:A為物料綜合特征系數(shù)。(2)螺距S:給定螺旋升角和一定填充系數(shù)下物料運行的滑移面,則螺距的大小將直接影響物料的輸送過程。螺旋輸送機(jī)的螺距S為:S=K1D(3)式中:K1為系數(shù),當(dāng)輸送機(jī)水平布置時,K1=0.8～1.0。(3)螺旋軸內(nèi)徑d:螺旋軸內(nèi)徑與螺距共同決定螺旋葉片的升角,也決定了物料的滑移方向和速度分布,所以螺旋軸內(nèi)徑的大小對物料的輸送過程有重要影響。一般螺旋軸內(nèi)徑d為:d=K2D(4)式中:K2為系數(shù),K2=0.20～0.35。(4)填充系數(shù)φ:物料在螺旋軸中的填充系數(shù)對物料的輸送和能量的消耗有很大影響。較小的物料填充系數(shù)有利于物料輸送,這是因為物料在螺旋軸內(nèi)的堆積高度較低,運動的滑移面幾乎平行于輸送方向,圓周方向上的能量消耗小,而且大部分物料靠近螺旋軸外側(cè),物料在輸送方向上的速度要比圓周方向上的大。各種物料的推薦填充系數(shù)可查表得到。(5)螺旋軸外徑D:將式(2)～式(4)代入式(1),得:D≥0.214[QK1(1?K22)AφC]0.4(5)D≥0.214[QΚ1(1-Κ22)AφC]0.4(5)考慮粉料的特性,取物料綜合特征系數(shù)A=75,填充系數(shù)φ=0.35、K1=0.8、K2=0.35。經(jīng)計算圓整后得出輸送段螺旋軸外徑D=46mm。將D代入式(3)、式(4),計算圓整后螺旋軸內(nèi)徑d=18mm,螺距S=36mm,螺旋數(shù)經(jīng)圓整后為6。出料口處的最后一個螺距采用雙螺旋,線數(shù)為2,螺距為18mm。2進(jìn)料口段螺旋距的確定進(jìn)料口段是實現(xiàn)定量送料的關(guān)鍵部分,因此,合理設(shè)計進(jìn)料口段的螺旋軸十分重要。變直徑變螺距螺旋軸設(shè)計要達(dá)到的目標(biāo)是物料填充系數(shù)固定,料倉下料量均勻,防止堵料。為了使進(jìn)料口段物料填充系數(shù)固定,螺旋軸始終處于充滿狀態(tài),即物料填充系數(shù)φ=1.0。首先,在料倉的適當(dāng)位置安裝傳感器,當(dāng)料位低于該值時,傳感器發(fā)出信號,控制加料裝置自動加料,加料到位后停止加料,這樣保證料位的穩(wěn)定。其次,考慮螺旋軸加工的方便性,不減小螺旋外徑,而使進(jìn)料口段料筒直徑大于螺旋軸外徑,保證粉料充滿進(jìn)料口段螺旋。為了防止進(jìn)料口段物料填充實度過大引起的堵料問題,在進(jìn)料口段采用較小的螺距。假設(shè)進(jìn)料口段螺旋軸外徑為Dj,螺旋軸內(nèi)徑為d,螺距為Sj。根據(jù)進(jìn)料口段螺旋軸的輸送量與輸送段的相等,所以:Q=15π(D2-d2)Snφ=15π(D2jj2-d2)Sjn(6)若進(jìn)料口段與輸送段采用相同的螺旋軸外徑即Dj=D,將φ=0.35,D=46mm代入式(6),經(jīng)計算圓整后,得到進(jìn)料口段螺距Sj=12mm,螺旋數(shù)目p=7。改進(jìn)后的定量螺旋送料機(jī)構(gòu)如圖2所示。2.2分散系統(tǒng)的改進(jìn)2.2.1出料口增長出料口仿真結(jié)果粉體物料在自身重力作用下下落時,物料的流動形式與粉體的物理特性和料斗的形狀有關(guān)。經(jīng)實驗驗證,對于流動性較好的粉料,在出料口加上傾斜的分割片,可以使粉料落料的范圍增大,有利于打料輥的打料,使粉料均布。落料口改進(jìn)前后落料范圍對比如圖3所示。2.2.2打料輥轉(zhuǎn)動速度打料輥的作用是使出料口落下的粉料在布料箱內(nèi)形成懸浮飄落狀態(tài)。粉料從出料口落下后,在重力作用下,各粉粒速度是按一定規(guī)律分布的。要達(dá)到落料分布均勻也就是單位時間內(nèi)在布料面上懸浮飄落的粉粒均勻分布,那么必須選擇合適的打料輥轉(zhuǎn)動速度,使其產(chǎn)生的流場與重力場的合場作用于落料后,恰能使粉料在布料箱的布料范圍內(nèi)均布,由此可知存在最佳轉(zhuǎn)速nopt,該值可由試驗確定。另外為了使粉料拋灑范圍與布料范圍更好地重合,使布料箱可沿水平方向移動來適應(yīng)拋灑范圍。落