粉末试验-现代料斗设计工具的案例研究

Freeman Technology是一家专业公司，在粉体及其流动特性的测量和理解方面处于领先地位。

该公司成立于1989年，在其位于英国格洛斯特郡的设计和制造中心开发了新型专利技术，形成了粉末流变仪系统的核心，该中心的所有制造都在ISO 9001:2008认证的环境中进行。研究了解粉末行为对公司的商业战略至关重要。

弗里曼科技的业务是研究粉末行为和设计用于粉末表征的仪器。

的FT4粉流变仪是一种通用的粉末测试仪器，实际上是三合一-结合了粉末流变仪与剪切细胞能力和压缩测试仪。这允许对所有类型的粉末进行全面的表征，反映了粉末的复杂性，而不是传统的单一数量的流动性评估。

料斗设计和粉末测试

尽管有完善的料斗设计方法，许多工艺工程师不确定如何以规定的方式测量粉末，从记录的数据中提取必要的参数，并成功地应用它们。

因此，与之相关的料斗设计和粉末测试经常外包给专家。这将产生巨大的成本，并削弱运营公司排除故障、重复使用或改造设备以替代材料或应用的能力。2020欧洲杯下注官网欧洲杯足球竞彩

现代自动化粉末测试系统的出现简化了测量，使不是仪器专家的用户更容易精确地确定料斗设计所需的参数。

最近发布的FT4粉末流变仪软件可以指导工程师使用现有的方法，展示如何使用测量来生成可接受的操作方式的规格。这些发展使得料斗设计容易在大多数工艺工程师的工作范围内，为降低成本和更好地了解影响性能的因素提供了机会。

在这里，我们检查围绕料斗设计的问题，并展示，使用一个工作示例，FT4软件如何简化整个过程-从粉末测量到规格。

料斗设计基础

在本文中，术语“仓”指的是具有平行边墙的存储容器的部分，“料斗”是下面有角度的部分。因此，储存容器或筒仓由料仓和料斗两部分组成。

许多不同形状的料斗和料仓的常规使用，但在每一种情况下，设计意图是相同的:可靠，稳定的排粉，在所需的速度。选择合适的出料口尺寸和料斗半角，即料斗壁与垂直的倾斜度，就可以达到这一目的。由此产生的流型可大致分为双质量流和芯流或漏斗流。

图1所示。从贮料仓排出粉末的流动状态。

半角强烈影响筒仓内形成的流动模式或状态(见图1)。在质量流量(大多数应用的首选选项)下，所有的粉末都在运动，因为材料从出口撤出，产生“先入先出”的状态。流量趋于相对一致，并充分利用了料仓的容量。与漏斗流动，另一方面，有一个活跃的渠道下的容器中心，但粉末停滞沿'料斗'和仓壁。更陡峭的料斗壁-更小的料斗半角-鼓励质量，反对漏斗流动。

漏斗流产生“后进先出”的粉末输送，并且更有可能出现操作问题，如筛孔、分离和浸水。鼠洞是在排放口上方形成一个中心空洞，取代主动流道。鼠洞的塌陷会造成严重的机械损伤和/或粉末的过度通气。更普遍地说，主动流动通道中的曝气促进了泛洪(粉末变得像流体一样，无法控制地流动)和分离(根据大小分离颗粒)，这两种情况都是不可取的。欧洲杯猜球平台虽然这些操作上的缺点阻碍了漏斗流的使用，但当建筑高度有限时，漏斗流可以成为首选。漏斗流设计可以短和宽，因为料斗的侧面是浅角度，而质量流量单位容纳一个等效体积往往较高，较小的横截面积。

粉料在料仓和料斗中的流动特性

粉料在料仓和料斗中的流动行为由:

• 粉末的剪切特性 - 粒子相对于彼此移动的容易移动欧洲杯猜球平台
• 壁面摩擦-粉末流过容器内表面的容易程度
• 压缩性-如何应用固结应力改变容重

这些变量定义粉末在池中的重量在箱内的重量时如何在料斗中表现。潜在的稳定拱可以在料斗出口穿过料斗出口（图2），如果这足以支撑容器中的其余粉末，则排出停止。对于任何给定的粉末和施工材料的组合，料斗半角和出口尺寸决定了稳定的拱形是否可以形成。在20世纪60年代，Jenike基于该流量/无流量条件进行了详细的流动分析，以开发仍然是标准的设计方法。

图2。防止粉末流动的稳定拱的形成取决于作用在料斗内的力的相对大小

确定流量函数(FF)和流量因子(FF)

相关的数学分析的完整描述超出了本文的范围，但总而言之，该技术涉及确定两个参数:流量函数(FF)和流量因子(FF)。

流动函数纯粹依赖于粉末的剪切强度，剪切强度是用剪切单元仪测量的外加正应力的函数。通过精确地确定在一个平面上剪切固结粉床所需的扭矩或力，从而产生产生FF的材料的屈服轨迹。剪切细胞测试方法和相关的莫尔圆分析的细节可在其他地方获得。

相比之下，流量系数ff取决于料斗材料的结构、形状以及粉末的特性，对于任何特定的料斗配置，它都是料斗半角、壁摩擦和物料体积强度的函数。

FF和FF的曲线如图3所示。很明显，这两个参数描述了剪切强度和巩固应力之间的关系，一个是材料本身(FF)，另一个是特定料斗环境中的材料(FF)。这两条曲线相交的点给出了一个假想拱在从流动到无流动的过渡点的应力值。出口尺寸是通过简单的力平衡计算从这个值在拱。

图3。FF和FF的图显示了定义流动/无流动过渡的交点

从这个分析中认识到FF或FF的任何变化都会改变料斗的关键尺寸是很重要的。如果一个料斗的结构、形状或半角与另一个料斗的不同，那么对于相同的粉末，就需要不同的出口尺寸来实现流量。

如果目的是使用一个不同于其设计的粉末储存库，那么这将改变FF(和FF)，因此半角和出口尺寸可能是或可能不是足够的。这两个结论都相当明显。然而，人们可能不太了解的是，对于给定的材料，FF和FF可能会改变，这取决于过程中的条件和粉末性能。

例如，如果物料分离，料斗可能不得不处理较细的和较粗的物料，这两种物料可能分别具有或多或少的粘性。水分水平也会引起剪切强度的显著变化，如储存时间。

如果允许材料在自重作用下固结很长一段时间，则抗剪强度会显著提高(时间固结)。在不同条件下的重复测试允许设计者评估这些变化的敏感性。然后选择根据最坏的预期情况进行指定，或者安装上游措施，以避免影响料斗运行的变异性。

案例研究:确定锥形料斗的半角和出口直径

FT4的新软件指导用户通过测量、数据检查和Jenike开发的设计方法(图4);在本例中，设计是针对土豆粉的。每一步的自动化有助于精确的粉末测试和生成可接受的设计…

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