旋渦氣泵在散裝水泥中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用

袁錫康 鄭春專(zhuān)

（杭州奧拓機(jī)電股份有限公司，浙江 杭州 311107）

1 概述

旋渦氣泵，又稱(chēng)旋渦風(fēng)泵、旋渦風(fēng)機(jī)、漩渦風(fēng)機(jī)、旋流風(fēng)機(jī)、渦旋風(fēng)機(jī)、渦流風(fēng)機(jī)等，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水族箱用及類(lèi)似用途旋渦式氣泵》（QB/T 4690-2014）和浙江制造團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《水族箱用及類(lèi)似用途旋渦式氣泵》（T/ZZB 0115-2016 ）、《工業(yè)用及類(lèi)似用途旋渦式氣泵》（T/ZZB 0137-2016）等。

旋渦氣泵是70年代國(guó)外發(fā)展起來(lái)的，用空氣作為工作介質(zhì)進(jìn)行增壓的裝置，國(guó)外稱(chēng)為再生式鼓風(fēng)機(jī)或反饋式鼓風(fēng)機(jī)。因其本身裝有葉輪，且工作時(shí)依靠離心力和旋渦雙重作用原理，并不斷通過(guò)技術(shù)升級(jí)，先后發(fā)展成單段、雙段、三段葉輪的高壓風(fēng)機(jī)，特別適合高壓縮比、低流量的場(chǎng)合使用，既可用來(lái)抽吸氣體，又可用于壓送氣體。雖然我國(guó)的研發(fā)起步較晚，但進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)發(fā)展較快，制造企業(yè)眾多，已在農(nóng)業(yè)、石油、化工、印刷、食品、服裝、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，可部分替代空氣壓縮機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)。

2 工作原理

當(dāng)氣體從吸入口進(jìn)入泵腔后，隨著葉輪的高速回轉(zhuǎn)，葉輪葉片槽道內(nèi)的氣體在離心力作用下，向葉輪外緣的環(huán)形流道內(nèi)流動(dòng)，沖擊泵殼轉(zhuǎn)而向內(nèi)流動(dòng)，在其后葉片的根部處重新返回葉輪，然后再以同樣的方式循環(huán)。因氣體在葉片槽道內(nèi)和環(huán)形流道內(nèi)的圓周速度不同，故所受的離心力也不同。葉片槽道內(nèi)的氣體在離心力的作用下甩向環(huán)形流道時(shí)其動(dòng)能部分地轉(zhuǎn)化為壓力能，故環(huán)形流道內(nèi)氣體的壓力能高于葉片槽道內(nèi)的壓力能；這樣，氣體在葉片槽道與環(huán)形流道之間將產(chǎn)生強(qiáng)烈的環(huán)流，即縱向旋渦；借離心力增壓的氣體又因葉片兩側(cè)的壓力不同，其壓差將引起葉片槽道與側(cè)流道之間的環(huán)流，即徑向旋渦；其中，縱向旋渦的作用是主要的，在縱向旋渦的作用下，氣體從吸入口進(jìn)至排出口的整個(gè)過(guò)程中，多次進(jìn)入葉輪并從葉輪中甩出，即類(lèi)似于氣體在多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)中流動(dòng)，而氣體每流入葉輪并被甩出一次，就獲得一次能量。當(dāng)氣體從葉輪流至環(huán)形流道時(shí)，即與環(huán)形流道中運(yùn)動(dòng)的氣體相混合，由于兩股不同速度的氣流在混合過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)量交換，使流道中的氣體能量得到增加。這種環(huán)流作用與葉輪旋轉(zhuǎn)作用的合成，使氣體均勻地加速，并以螺旋線的形式流出；氣體從吸入口流到排出口需經(jīng)多個(gè)葉片，即氣體循環(huán)多次地被吸入和甩出；氣體每經(jīng)葉片甩出一次就獲得一次能量，經(jīng)多次甩出相當(dāng)于經(jīng)多次壓縮，排出泵殼時(shí)已獲得較高的能量。由于單個(gè)葉輪可實(shí)現(xiàn)多級(jí)壓縮，因此，旋渦氣泵與離心式或軸流式風(fēng)機(jī)相比，在葉輪外緣線速度相同的情況下風(fēng)壓要高得多，故國(guó)外稱(chēng)旋渦氣泵為高壓鼓風(fēng)機(jī)。

3 產(chǎn)品組成、參數(shù)與特點(diǎn)

3.1 產(chǎn)品組成

旋渦氣泵由機(jī)身、機(jī)蓋、葉輪和電機(jī)組成。葉輪是一個(gè)外緣帶有數(shù)十片葉片的圓盤(pán)，與機(jī)身、機(jī)蓋組成同心流道。葉輪與機(jī)身、機(jī)蓋之間的間隙僅為 0.07～0.10mm。

3.2 產(chǎn)品參數(shù)

目前，常規(guī)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)如下：

功率：0.2～30kW。

電壓：?jiǎn)蜗?15/230V、三相220/380/415/660/720V。

頻率：50/60Hz。

最大排氣壓力：104kPa。

最大吸氣真空度：-74kPa。

最大流量：56m3/min。

噪聲：53～84dB。

防護(hù)等級(jí)：IP55。

3.3 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）具備吹、吸雙重功能，一機(jī)兩用。

（2）少油或無(wú)油運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出的空氣潔凈度高。

（3）輸出壓力高，比離心風(fēng)機(jī)高12～17倍。

（4）對(duì)安裝基礎(chǔ)的要求低，甚至可以不用固定腳座，安裝方便、費(fèi)用低。

（5）噪聲低，大功率機(jī)型尤其顯著，有特殊場(chǎng)合需要的可升級(jí)至靜音機(jī)型。

（6）機(jī)械磨損小，幾乎免維護(hù)使用，易損件僅為軸承，一般3～5年內(nèi)無(wú)易損件。

（7）操作維護(hù)簡(jiǎn)單。

（8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。

（9）耗能低、運(yùn)行平穩(wěn)。

（10）價(jià)格低廉。

4 選型與注意事項(xiàng)

4.1 選型

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算所需流量和壓力（正壓或負(fù)壓），查閱壓力-流量曲線，找到能同時(shí)滿足壓力和流量對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)以上的工作曲線，或直接查閱技術(shù)參數(shù)表，確定型號(hào)規(guī)格。

4.2 注意事項(xiàng)

（1）大功率的旋渦氣泵底座需加裝橡膠減振墊。

（2）必要時(shí)，可在進(jìn)風(fēng)管或出風(fēng)管上加裝消聲器降噪。

（3）進(jìn)、出風(fēng)管與旋渦氣泵之間應(yīng)采用彈性軟接頭連接，以隔斷振動(dòng)傳播。

（4）當(dāng)環(huán)境溫度或進(jìn)氣溫度較高時(shí)，應(yīng)選用高溫機(jī)型并注意通風(fēng)散熱。

5 旋渦氣泵在散裝水泥中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用

旋渦氣泵以其優(yōu)異的性能和良好的性價(jià)比，在廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的同時(shí)，也逐漸被散裝水泥中轉(zhuǎn)站行業(yè)認(rèn)識(shí)和接受。

5.1 在負(fù)壓氣力卸船機(jī)上的應(yīng)用

對(duì)于散裝水泥中轉(zhuǎn)站，特別是小型河港站，以往選用負(fù)壓氣力卸船機(jī)的較多，旋渦氣泵在系統(tǒng)中替代羅茨真空泵起著重要作用。在該系統(tǒng)中，旋渦氣泵采用吸氣功能，最大吸氣真空度為-74kPa，足以適應(yīng)各種內(nèi)河船型和碼頭，將散裝水泥從船艙抽吸上岸。

5.2 在流化床上的應(yīng)用

在散裝水泥中轉(zhuǎn)站的各類(lèi)流化床中，旋渦氣泵是必不可少的。

（1）在輸送機(jī)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)設(shè)置流化過(guò)渡小倉(cāng)或流化集料坑，采用旋渦氣泵供氣，可有效穩(wěn)定料流、減少取料阻力。

（2）在料倉(cāng)底部設(shè)置流化床，采用旋渦氣泵供氣，可增強(qiáng)散裝水泥的流動(dòng)性，增強(qiáng)其出力，提高料倉(cāng)的卸空率。

（3）在庫(kù)壁設(shè)置破拱助流流化床，采用旋渦氣泵供氣，可有效防止堵料、拱料現(xiàn)象。

（4）在大型儲(chǔ)存庫(kù)上，為防止庫(kù)側(cè)發(fā)放散裝水泥而造成庫(kù)內(nèi)水泥偏載，采取斜槽與開(kāi)式充氣槽組合應(yīng)用方式從儲(chǔ)存庫(kù)芯部取料的措施，采用旋渦氣泵供氣，出力穩(wěn)定可靠。

（5）設(shè)置傾角過(guò)小的卸料溜子，在其底部加裝開(kāi)式充氣槽，采用旋渦氣泵供氣，可有效消除堵料現(xiàn)象。

（6）在料倉(cāng)出料口部位，物料含水率對(duì)排料性能較敏感，增設(shè)開(kāi)式充氣槽，采用旋渦氣泵供氣，使出料口暢流無(wú)堵。

5.3 在庫(kù)底和庫(kù)側(cè)卸料中的應(yīng)用

在庫(kù)底和庫(kù)側(cè)卸料環(huán)節(jié)中，采用旋渦氣泵對(duì)卸料裝置供氣，可使散裝水泥充分流態(tài)化，便于穩(wěn)定料流并任意調(diào)節(jié)卸料流量。

5.4 在斜槽輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

在斜槽輸送系統(tǒng)中，可替代羅茨風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)供風(fēng)，特別適用于短小斜槽，可達(dá)到意想不到的效果。

（1）對(duì)于短小斜槽的供風(fēng)，以前沒(méi)有合適的離心風(fēng)機(jī)可供選擇，只能選用小型羅茨風(fēng)機(jī)，但噪聲大、價(jià)格高。因此，相繼開(kāi)發(fā)了XQⅠ№4.8A、XQⅠ№5.4A、XQⅡ№4.7A型高壓離心通風(fēng)機(jī)，使用效果很好，但價(jià)格較高。改用旋渦氣泵，壓力、流量范圍正好適合，使用后的效果優(yōu)于小型羅茨風(fēng)機(jī)和XQⅠ、XQⅡ系列離心風(fēng)機(jī)，且供氣裝置造價(jià)更低。

（2）大型斜槽的彎槽、多路槽，采用旋渦氣泵單獨(dú)供氣，能穩(wěn)定出料，消除堵料現(xiàn)象。

（3）斜槽清渣器，采用旋渦氣泵單獨(dú)供氣，能有效分離小鋼球、小鋼段、石塊等雜物，有利于主斜槽的正常運(yùn)行。

5.5 在工業(yè)清掃器和中央吸塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）在工業(yè)清掃器中的應(yīng)用。目前，工業(yè)清掃器已廣泛應(yīng)用于材料制造行業(yè)，其真空動(dòng)力即源自旋渦氣泵。散裝水泥中轉(zhuǎn)站配置工業(yè)清掃器，對(duì)生產(chǎn)線上環(huán)境要求較高的中控室、變電房等場(chǎng)所進(jìn)行吸塵清掃已較為普遍，對(duì)防止粉塵二次污染起到了很好的作用。

（2）在中央吸塵系統(tǒng)中的應(yīng)用。中央吸塵系統(tǒng)又稱(chēng)中央除塵系統(tǒng)，由吸塵主機(jī)、吸塵管道、清掃終端的吸塵插口和吸塵組件組成。吸塵主機(jī)置于生產(chǎn)線上易于排灰之處，通過(guò)懸掛在梁底或墻上的吸塵管道網(wǎng)與各清掃終端相連。清潔工作時(shí)，將一根帶清掃手柄和吸嘴的長(zhǎng)軟管插入吸塵口，操作清掃手柄，即可將灰塵、檢修產(chǎn)生的物料、雜物等通過(guò)密封真空管道吸到吸塵主機(jī)中，再將其自動(dòng)排入生產(chǎn)線回用。只要吸塵主機(jī)能產(chǎn)生足夠真空度、布點(diǎn)和管網(wǎng)匹配合理，整個(gè)散裝水泥中轉(zhuǎn)站的任何點(diǎn)位和任意時(shí)點(diǎn)均可以全部或局部清潔，操作簡(jiǎn)單、方便，避免粉塵二次污染和噪聲污染，確保了良好的生產(chǎn)環(huán)境。

吸塵主機(jī)的真空動(dòng)力源一般采用旋渦氣泵。

5.6 在氣力輸送上的應(yīng)用

旋渦氣泵對(duì)正壓輸送與負(fù)壓輸送均適用。

（1）旋渦氣泵對(duì)倉(cāng)泵和噴射泵形式的正壓輸送均有良好的適用性。

（2）負(fù)壓輸送是依附旋渦氣泵運(yùn)行所產(chǎn)生的真空度，來(lái)達(dá)到輸送粉粒物料的目的。上述的負(fù)壓氣力卸船機(jī)和中央吸塵系統(tǒng)也是負(fù)壓輸送的應(yīng)用形式。這種輸送方式可以杜絕粉塵環(huán)境污染，改善工作環(huán)境。

5.7 在散裝機(jī)上的應(yīng)用

（1）作為料位計(jì)核心部件使用。散裝機(jī)的料位計(jì)型式很多，但目前最可靠、性價(jià)比最高的是差壓式料位計(jì)，其核心部件之一就是旋渦氣泵，另一核心部件是壓力微動(dòng)開(kāi)關(guān)。其工作原理是：?jiǎn)?dòng)裝車(chē)按鈕后，旋渦氣泵同時(shí)啟動(dòng)，產(chǎn)生高壓氣體，氣體通過(guò)軟管流經(jīng)壓力微動(dòng)開(kāi)關(guān)后，再通過(guò)軟管排入散裝水泥運(yùn)輸車(chē)罐體內(nèi)；當(dāng)罐體料位升高至軟管管口后，由于氣體排放受阻，管內(nèi)壓力逐漸升高至設(shè)定值后，壓力微動(dòng)開(kāi)關(guān)從常開(kāi)切換至閉合，此時(shí)發(fā)出警報(bào)并自動(dòng)停止裝車(chē)。

（2）作為鼓風(fēng)機(jī)使用。不論是庫(kù)底散裝機(jī)，還是庫(kù)側(cè)散裝機(jī)，物料均需在庫(kù)底或庫(kù)側(cè)出料口進(jìn)行流態(tài)化。另外，一般供料斜槽都比較短，但需要出力大。因此，兩者都需要供氣壓力相對(duì)較高和流量相對(duì)較小的供氣裝置，而旋渦氣泵正好符合這一要求。

5.8 在收塵器中的應(yīng)用

對(duì)于高度受限的除塵器集灰斗，采用船型灰斗+開(kāi)式充氣槽匯料+斜槽輸送方式，可有效降低設(shè)備高度，而采用旋渦氣泵供氣，則能在較小供氣流量的前提下，及時(shí)卸灰。即使除塵器故障停機(jī)在船型灰斗積滿灰的情況下，旋渦氣泵良好的高壓性能也能將積灰逐步清空。

6 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)言之，大流量、大壓力選用羅茨風(fēng)機(jī)，特大流量、小壓力選用離心風(fēng)機(jī)，而中小流量、中高壓力選用旋渦氣泵更具優(yōu)勢(shì)。在散裝水泥中轉(zhuǎn)站行業(yè)中，旋渦氣泵正完美地彌補(bǔ)羅茨風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)在使用性能上的不足，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，并將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。