風(fēng)機(jī)在氣力輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

李芳環(huán) 張 巍

（武昌工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430065）

氣力輸送就是利用氣流的能量，在密閉管道內(nèi)沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態(tài)化技術(shù)的一種具體應(yīng)用。氣力輸送裝置的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可作水平的、垂直的或傾斜方向的輸送，在輸送過程中還可同時進(jìn)行物料的加熱、冷卻、干燥和氣流分級等物理操作或某些化學(xué)操作。氣力輸送系統(tǒng)設(shè)備主要有鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)加料器、換向閥、滑板閥、旋風(fēng)分離器、儀表等。風(fēng)機(jī)在氣力輸送中起到提供氣源的作用，是氣力輸送系統(tǒng)中最為重要的設(shè)備。它提供的輸送風(fēng)量和壓力有力地保證了系統(tǒng)的有效性和可靠性。由于氣力輸送的方式、使用場所、輸送距離和所需輸送的容量，以及被輸送物料的物性均不同，故可選擇的氣力輸送系統(tǒng)的氣源設(shè)備的壓縮機(jī)有多種類型。

1 氣力輸送中氣源機(jī)械的分類

圖1 氣力輸送中氣源機(jī)械的分類

2 風(fēng)機(jī)在不同方式的氣力輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 正壓氣力輸送系統(tǒng)

正壓氣力輸送系統(tǒng)是利用風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓把物料從一點運送到另一個點或者另外幾個點。該系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、喂料器、分離器組成。如圖2所示。該系統(tǒng)可以用于輸送水泥、粉煤灰、干化學(xué)品等。

該系統(tǒng)中用的喂料器有幾種不同的類型，常用的有螺桿式喂料器和旋轉(zhuǎn)閥式的喂料器。螺桿式喂料器通過螺桿的旋轉(zhuǎn)把物料送入到管道中，旋轉(zhuǎn)閥式的喂料器通過閥門開和關(guān)把物料送入到管道中。由于管道內(nèi)壓力高于大氣壓力，所以一定要消除該系統(tǒng)潛在的漏氣現(xiàn)象，否則會引起粉塵的泄露。

該系統(tǒng)中物料不直接經(jīng)過風(fēng)機(jī)，其優(yōu)點是：①風(fēng)機(jī)葉片不會引起物料的破碎。②物料不會引起風(fēng)機(jī)的磨損和裂紋。

圖2 正壓氣力輸送

2.2 負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)

在氣力輸送系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)工作時，風(fēng)機(jī)的進(jìn)口段管道形成負(fù)壓，出口段管道形成正壓，物料被風(fēng)機(jī)從進(jìn)口段管道吸入，并在進(jìn)口段管道中隨著帶有一定負(fù)壓速度的氣流輸送到達(dá)指定地方，這種方法就是負(fù)壓氣力輸送。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成是喂料器、分離器、風(fēng)機(jī)，如圖3所示。該系統(tǒng)主要用于運送有毒物料或燃煤的灰處理系統(tǒng)，谷物、種子、顆粒都可以用該系統(tǒng)輸送。因為系統(tǒng)內(nèi)是負(fù)壓，所以環(huán)境污染小，且該系統(tǒng)自動化程度高，但維修費用較高，系統(tǒng)密封性要求高。

圖3 負(fù)壓氣力輸送

負(fù)壓系統(tǒng)中，因為物料先經(jīng)過分離器，所以物料引起風(fēng)機(jī)的磨損和裂紋被降低到最小化，因此，該系統(tǒng)的優(yōu)點是：①風(fēng)機(jī)的磨損是有限的。②泄露只存在系統(tǒng)內(nèi)，所以消除了粉塵問題。該系統(tǒng)的缺點是：當(dāng)輸送管道內(nèi)濃度較高，輸送距離比較長時，該結(jié)構(gòu)必須設(shè)置成高真空，這使得成本增加，所以考慮運送方式是必需的。

2.3 混合氣力輸送系統(tǒng)

混合系統(tǒng)結(jié)合了正、負(fù)壓系統(tǒng)各自的優(yōu)點，在該系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)處于喂料器和分離器中間，如圖4所示，所以所有物料必須經(jīng)過風(fēng)機(jī)，因此物料和風(fēng)機(jī)葉片之間相互的磨損和沖擊是必須要考慮的。在該系統(tǒng)中，通過通風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)提供的氣源，負(fù)壓部分把物料從多個喂料倉中吸走，而正壓部分把物料送入多個卸料倉。

圖4 混合氣力輸送

3 風(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)機(jī)是與管網(wǎng)配合工作的，對工作管網(wǎng)來說，氣流具有一定的壓能來克服管道的各種阻力并以規(guī)定的流量通過管網(wǎng)，所以應(yīng)選用合適的風(fēng)機(jī)，使其在管網(wǎng)所要求的流量時，壓力與管網(wǎng)阻力一致，而且風(fēng)機(jī)效率較高。

3.1 管網(wǎng)的計算

3.1.1 流量計算

輸送時，空氣流量Q由輸送物料的生產(chǎn)率及空氣的輸送濃度決定，即

式中：m——輸送裝置生產(chǎn)率（kg/s）

ρ——空氣密度

μ——輸送濃度，μ=m/Qρ即單位時間內(nèi)，輸送物料質(zhì)量m與空氣質(zhì)量Qρ的比，可根據(jù)經(jīng)驗資料選取。

3.1.2 氣流速度

在氣力輸送中，當(dāng)流量一定時，速度越低，則管網(wǎng)尺寸越大，且容易阻塞，速度過高時，功率消耗大，通常

式中：v1——物料的臨界速度（m/s）

φ——速度系數(shù)，濃度越大，所需的φ越大，可根據(jù)試驗數(shù)據(jù)選用。

3.1.3 管網(wǎng)內(nèi)徑

因為管網(wǎng)的直徑過大，結(jié)構(gòu)就會龐大，從而成本增加，管網(wǎng)直徑過小，使壓力損失增加，增大功耗，所以在計算出管網(wǎng)的內(nèi)徑d后，要根據(jù)實際情況進(jìn)行修正，并適當(dāng)?shù)馗淖兞髁縌和氣流的速度v。

3.1.4 壓損計算

在氣力輸送中，壓力損失主要由管道摩擦損失、局部阻力損失、物料的加速、提升等損失，管網(wǎng)壓力損失為以上壓損之總和，如果已知管網(wǎng)流量及壓損，就可選用風(fēng)機(jī)。在選用風(fēng)機(jī)時，通常將流量及全壓均增加10%。

3.1.4.1 輸送中，管道摩擦損失為Pm

式中：R——純空氣通過1m長風(fēng)管的阻力（mmH2O/m，1mmH2O=9.81N/m2），可直接從手冊查得。

L——管道長度

C——經(jīng)驗系數(shù)

μ——輸送濃度

3.1.4.2 局部阻力Pi

式中：ξi——局部阻力系數(shù)

Vi——產(chǎn)生局部阻力處的平均速度，通常指的是產(chǎn)生局部阻力部分后面的直管道中的流速。

3.1.4.3 加速損失Pg

式中：ms——物料的輸送量

i——加速損失系數(shù)，手冊查得。

3.1.4.4 提升壓損PS

式中：s——提升高度（m）。

3.2 風(fēng)機(jī)的選用原則

①風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓及流量要滿足管網(wǎng)的要求，且要效率高，運作平穩(wěn)，低噪聲，調(diào)節(jié)性能好。

②根據(jù)管網(wǎng)的最大流量，計算管網(wǎng)的壓損與流量。

③管道設(shè)備安裝中往往存在氣密性不嚴(yán)的現(xiàn)象，所以風(fēng)機(jī)選擇時，需將流量增大10%～15%。

④考慮到管網(wǎng)壓損計算的不完善，風(fēng)機(jī)提供的壓力應(yīng)比管網(wǎng)計算壓損增加10%。

4 小結(jié)

本文對應(yīng)用于氣力輸送系統(tǒng)中各種類型風(fēng)機(jī)的研究，風(fēng)機(jī)在不同氣力輸送系統(tǒng)中的位置，以及在不同形式的氣力輸送系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)的磨損程度不一樣，這也是選擇風(fēng)機(jī)必須考慮的一個方面。其次，因為管網(wǎng)和風(fēng)機(jī)是配合工作的，所以通過管網(wǎng)的計算來選擇風(fēng)機(jī)。希望對氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計計算有一定的指導(dǎo)作用。

［1］程克勤.氣力輸送用氣源機(jī)械的選擇［J］.硫磷設(shè)計與粉體工程，2003（2）：24-26.

［2］李勇，王海蘋，朱秀萍.氣力輸送系統(tǒng)氣源機(jī)械選擇和節(jié)能分析［J］.工藝設(shè)備，2009，30（6）：12-14.

［3］Twin city fans companies.The use of fans in pneumatic conveying.公司技術(shù)資料.

［4］北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)主編.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)（下冊）［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.