螺旋輸送機(jī)的選型要素

劉建方，許 杰，張 寒

（北京航天石化技術(shù)裝備工程公司，北京 100176）

1 螺旋輸送機(jī)概述

螺旋輸送機(jī)是一種典型的具有螺旋形狀的輸送設(shè)備。螺旋是一個(gè)螺紋被放大、類似螺釘?shù)牧慵赡艽嬖谥行?，也可能不存在中心。螺旋輸送機(jī)和電鉆有很多相似點(diǎn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，鉆頭就移動(dòng)一個(gè)螺距。螺旋輸送機(jī)的螺旋與電機(jī)連接后，螺旋兩端一般由軸承支撐，電機(jī)的扭矩通過(guò)耦合連接后傳輸?shù)铰菪?，以便?qū)動(dòng)螺旋旋轉(zhuǎn)。螺旋周圍使用一個(gè)管狀或U形槽作為輸送限制面，形成料槽[1]。粉狀、顆粒狀甚至不流動(dòng)的物料沿著槽面被推動(dòng)后前移。在料槽上面可以加蓋，也可以不加蓋，加蓋后可以使物料的輸送過(guò)程更清潔和更封閉。物料首先通過(guò)螺旋輸送機(jī)的入口，其次通過(guò)旋轉(zhuǎn)的螺旋，最后從出料端排出。根據(jù)不同的用途，螺旋輸送機(jī)可以水平、垂直或傾斜安裝。螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用途廣泛。除了輸送片狀、粉狀、顆粒狀、條狀物料，還可以用作灌裝系統(tǒng)輸送機(jī)。小型輸送機(jī)主要用于輸送水泥和非流動(dòng)介質(zhì)，大型輸送機(jī)主要用作農(nóng)用收割機(jī)。

2 水平螺旋輸送機(jī)

水平螺旋輸送機(jī)是螺旋輸送機(jī)中使用最廣泛的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用，主要用于工藝生產(chǎn)。在一些水平輸送機(jī)設(shè)計(jì)中，為了滿足使用需求，同時(shí)加入其他類型的輸送特征。水平螺旋輸送機(jī)可以在15%～45%的填充率下輸送物料。填充率指在給定輸送量條件下物料占據(jù)的槽空間與槽的全部空間的百分比。對(duì)于黏性大、不易流動(dòng)的物料，采用較低的填充率；對(duì)于密度較小、自由流動(dòng)性能好的介質(zhì)，可以采用較高的填充率。圖1為典型的水平螺旋輸送機(jī)配置，電機(jī)位于出料端，使用此種布局能夠減少螺旋的疲勞和磨損。對(duì)于能夠自由流動(dòng)和非流動(dòng)介質(zhì)，螺旋輸送機(jī)是一個(gè)成本和效益都不錯(cuò)的選擇，僅次于傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)。螺旋輸送機(jī)也非常適合輸送物料的混合物。根據(jù)不同的環(huán)境，料槽可以開(kāi)放、部分開(kāi)放，也可以完全封閉。

圖1 水平螺旋輸送機(jī)

3 傾斜螺旋輸送機(jī)

傾斜螺旋輸送機(jī)的功能與大多數(shù)輸送機(jī)相同，但是在0°～45°之間傾斜布置（見(jiàn)圖2）。然而，傾斜螺旋輸送機(jī)的物料輸送過(guò)程大不相同，因?yàn)閮A斜布置會(huì)降低輸送效率和通過(guò)螺旋的物料量，需要更寬的扭矩來(lái)推動(dòng)物料通過(guò)輸送機(jī)，所以必須提出更嚴(yán)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，提高輸送效率。傾斜角應(yīng)盡可能小，以最大限度地提高效率，并減小所需額外動(dòng)力。

圖2 傾斜螺旋輸送機(jī)

小于10°的傾斜角對(duì)效率的影響最小，可以通過(guò)加快旋轉(zhuǎn)速度來(lái)補(bǔ)償輸送效率下降。10°～20°的傾斜角會(huì)使螺旋效率降低10%～40%，需要顯著提升功率來(lái)補(bǔ)償，從而降低效率。角度超過(guò)20°，效率降低30%～90%。效率主要取決于角度，角度增大，螺旋效率就會(huì)降低，功率需求顯著增加。傾斜10°或更大的角度，會(huì)使整個(gè)螺旋處在變截面填充率條件下輸送，即部分物料會(huì)在輸送過(guò)程中回落到輸送機(jī)的下端，在最低點(diǎn)達(dá)到100%填充率。傾斜螺旋輸送機(jī)通常應(yīng)用于水泥攪拌機(jī)、飼料分配、糖和肉類加工生產(chǎn)中。

4 無(wú)軸螺旋輸送機(jī)

無(wú)軸螺旋輸送機(jī)（見(jiàn)圖3）對(duì)傳統(tǒng)螺旋輸送機(jī)的螺旋作了改進(jìn)設(shè)計(jì)，無(wú)軸螺旋允許介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)螺旋中心以及周圍，看起來(lái)是一個(gè)小改變，但在使用中產(chǎn)生了巨大的差異，因?yàn)樗岣吡寺菪斔蜋C(jī)的效率、靈活性，擴(kuò)大了可輸送介質(zhì)的范圍。理論上，此種設(shè)備是不可能堵塞的，可以輸送通常不能由螺旋輸送機(jī)處理的物料，如濕度大或非流動(dòng)的產(chǎn)品。輸送效率比其他輸送機(jī)高，甚至高過(guò)傳送帶，同時(shí)不需要內(nèi)部傳統(tǒng)軸承設(shè)計(jì)。此種設(shè)備經(jīng)常應(yīng)用于食品、化工、廢水、采礦和其他重要工業(yè)中。

圖3 無(wú)軸螺旋輸送機(jī)

5 垂直螺旋輸送機(jī)

垂直螺旋輸送機(jī)（見(jiàn)圖4）能夠輸送大量散裝產(chǎn)品，包括傾角大于45°的所有螺旋輸送機(jī)，主要用于干燥或者半干燥的物料，而且占用的空間很小。輸送機(jī)的進(jìn)料方在很大程度上取決于輸送的物料，輕的材料不能單獨(dú)使用重力料斗，因此使用螺旋葉片吹動(dòng)物料，提供物料流動(dòng)動(dòng)力。因此，垂直螺旋輸送機(jī)（見(jiàn)圖4）通常搭配這種葉片設(shè)計(jì)，以調(diào)節(jié)給料流量，確保物料均勻進(jìn)入輸送機(jī)。同時(shí)保持垂直螺旋恒速運(yùn)行，提高效率，降低功耗。垂直螺旋輸送機(jī)最常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域是化工、食品以及采礦作業(yè)。

圖4 垂直螺旋輸送機(jī)

6 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題及建議

多數(shù)廠家在螺旋輸送機(jī)的選型和設(shè)計(jì)方面存在問(wèn)題，造成輸送設(shè)備在使用過(guò)程中堵塞、快速磨損和設(shè)備效率低下等問(wèn)題。很多制造廠家對(duì)螺旋輸送機(jī)中物料的流動(dòng)性和細(xì)節(jié)缺乏基本的了解，認(rèn)為物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程很簡(jiǎn)單，不需要豐富的理論知識(shí)就能設(shè)計(jì)生產(chǎn)出高效的螺旋輸送機(jī)，這是導(dǎo)致螺旋輸送機(jī)最終不能滿足使用需求的根本原因?！堵菪斔蜋C(jī)》（JB/T 7679——2008）對(duì)螺旋輸送機(jī)的制造進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，但是缺乏選型指導(dǎo)。為了購(gòu)買合適的螺旋輸送機(jī)，購(gòu)買者需要提供一些準(zhǔn)確的輸送要求和物性數(shù)據(jù)，包括物料小時(shí)輸送量、提升高度、輸送距離、物料名稱、密度、粘結(jié)、腐蝕性、顆粒大小、形狀等數(shù)據(jù)以及輸送量是否恒定。

在設(shè)計(jì)螺旋輸送機(jī)之前，設(shè)計(jì)人員需要掌握物料的一些性質(zhì)，這些物性參數(shù)將決定物料在輸送機(jī)中的傳輸效率，給設(shè)計(jì)人員提供輸送機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的選擇依據(jù)。物性參數(shù)包括物料黏性、顆粒大小、物料腐蝕性、物料是否在輸送過(guò)程中存在粘結(jié)和硬化、燃燒性、爆炸性、是否產(chǎn)生靜電、物料流動(dòng)性?？梢允褂煤?jiǎn)單的方法測(cè)試流動(dòng)性，把物料放在不銹鋼板上，然后嘗試推動(dòng)物料前進(jìn)，通過(guò)判斷物料是否容易運(yùn)行、是否存在粘結(jié)，初步測(cè)試物料的流動(dòng)性和黏性。只有基本掌握這些物性參數(shù)，才能保證生產(chǎn)出的輸送機(jī)能夠高效可靠地輸送物料。

通過(guò)用戶提供的質(zhì)量輸送量，計(jì)算出每小時(shí)需要的體積輸送量，采用輸送機(jī)選擇推薦的填充率，選擇正確的螺旋直徑，并確定輸送機(jī)額定轉(zhuǎn)速。最大輸送量通常與每個(gè)螺旋的直徑有關(guān)，也受螺距的類型、尺寸以及被運(yùn)輸?shù)奈锪闲再|(zhì)影響。

物料顆粒直徑?jīng)Q定了螺旋輸送機(jī)的直徑，因?yàn)槲锪项w粒必須能夠通過(guò)葉片與料槽，較大的顆粒需要較大的螺旋輸送機(jī)直徑，較小的顆?？梢圆捎弥睆捷^小的螺旋輸送機(jī)[2]。顆粒大小是由被輸送物料中最大的塊或片的最大尺寸決定的。測(cè)量粒度時(shí)，找到最大的塊或者片，測(cè)量最大輪廓尺寸。如果顆粒的形狀不規(guī)則（比如一邊比另一邊大），測(cè)量時(shí)選擇兩個(gè)中較大的。

物料的特性也必須考慮。有些物料有硬塊，在輸送時(shí)不會(huì)破碎。有些物料有相當(dāng)硬的部件，但在輸送時(shí)就會(huì)粉碎。了解這一點(diǎn)有助于設(shè)計(jì)人員更好地確定螺旋的尺寸。

輸送物料的密度主要用來(lái)確定螺旋輸送機(jī)的輸送能力。螺旋輸送機(jī)的輸送量以m3/h的體積量計(jì)算。多數(shù)用戶需要的輸送量是質(zhì)量輸送量，設(shè)計(jì)人員需要的是體積輸送量，所以設(shè)計(jì)人員需要把質(zhì)量輸送量轉(zhuǎn)化為體積輸送量，因此準(zhǔn)確的密度對(duì)確定螺旋輸送機(jī)的輸送量至關(guān)重要，否則，到現(xiàn)場(chǎng)后可能出現(xiàn)設(shè)備輸送能力不足的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)人員還需要知道物料的移動(dòng)距離，以確定螺旋的長(zhǎng)度和形式。用戶提供的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，設(shè)備的安裝步驟越簡(jiǎn)單。

螺旋輸送機(jī)如何給料和排料、在什么高度進(jìn)料、進(jìn)料料斗的大小和高度、排出溜槽的大小和形式等數(shù)據(jù)，對(duì)螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)也很重要。

除上述因素外，還有一些其他因素，包括螺旋輸送機(jī)的排料位置、物料出口是否需要安裝溜槽或者導(dǎo)流閥、料斗型式、蓋板形式、絕緣要求、采用有軸還是無(wú)軸設(shè)計(jì)、是否需要加熱或冷卻夾套等，這些問(wèn)題在設(shè)計(jì)之前都需要考慮，以便能設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行良好的螺旋輸送機(jī)。

7 結(jié)語(yǔ)

盡管詳細(xì)介紹了螺旋輸送機(jī)的類型和選型要素，但是螺旋輸送機(jī)的選型和設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，需要用戶和設(shè)計(jì)生產(chǎn)單位深入溝通、多輪協(xié)調(diào)，才能使專業(yè)設(shè)計(jì)人員盡可能詳細(xì)、深入地了解用戶的需求和物料性質(zhì)，最終為用戶提供滿意的輸送機(jī)產(chǎn)品。