摘 要：为解决传统高炉炼铁中煤粉混合器的能源浪费问题，参照水轮机的工作原理进行了煤粉混合器叶片轮的结构设计。对不同参数的叶片轮进行数值模拟对比后，发现：当叶片进出口的安装角分别修正为26°和20°时，相较于参照水轮机设计的机构动力学性能更好，整体效率提高了2%，改善了煤粉混合器的性能。
0 引言
煤粉混合器是高炉炼铁喷煤系统中将喷吹罐中的煤粉输送至高炉的关键设备[1]。目前普遍使用的煤粉混合器都是先利用外力辅助抵消高压煤粉压能，再使其与高压空气混合。这种方式既造成煤粉压能的浪费，还需要利用外界能量，能源消耗十分严重，同时煤粉与空气混合的均匀程度也可能会受到影响。
针对这个问题，本文参考水轮机以及风力发电机的工作原理[2,3]，设计了一种新型的煤粉混合器的叶片轮。该机构可将煤粉压能转化为叶轮机的机械能，从而达到能量回收利用，以提高能源利用率的目的。
1 结构设计
1.1 整体结构设计
如图1所示的闭式叶片轮是参考水轮机以及风力发电机的结构而设计,高压煤粉进入叶道可以引发叶片轮旋转，从而使煤粉压能转换成机械能。同时叶片将高压煤粉分流至多个叶道再进入空心轴，使其与空气接触面积更大，混合更均匀。
由于煤粉并不是真正的液体，其黏度很大，且其密度也比水的密度更大，因此在设计叶轮形状的时候，要与水轮机有所区别。叶片首先要有很高的耐磨性，同时也要能承受更大的冲击力,若叶轮为铸造叶轮，考虑到制造工艺的难度和成本大小，叶片的扭曲程度不宜过大。由于闭式叶轮相较于开式效率更高，所以采用闭式叶轮的设计。叶片的形状选择有一定弯度的平板型叶片，相较于昂贵的机翼型叶片，制造工艺简单，在大部分工况点的效率也相差不大，综合性能很好。
作者：程意 高强 李如菊 朱佳博