風機在氣力輸送系統中的應用研究

李芳環 張 巍

（武昌工學院機械工程學院，湖北 武漢 430065）

氣力輸送就是利用氣流的能量，在密閉管道內沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態化技術的一種具體應用。氣力輸送裝置的結構簡單，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操作。氣力輸送系統設備主要有鼓風機、壓縮機、旋轉加料器、換向閥、滑板閥、旋風分離器、儀表等。風機在氣力輸送中起到提供氣源的作用，是氣力輸送系統中最為重要的設備。它提供的輸送風量和壓力有力地保證了系統的有效性和可靠性。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的氣源設備的壓縮機有多種類型。

1 氣力輸送中氣源機械的分類

圖1 氣力輸送中氣源機械的分類

2 風機在不同方式的氣力輸送系統的應用

2.1 正壓氣力輸送系統

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

該系統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閥式的喂料器。螺桿式喂料器通過螺桿的旋轉把物料送入到管道中，旋轉閥式的喂料器通過閥門開和關把物料送入到管道中。由于管道內壓力高于大氣壓力，所以一定要消除該系統潛在的漏氣現象，否則會引起粉塵的泄露。

該系統中物料不直接經過風機，其優點是：①風機葉片不會引起物料的破碎。②物料不會引起風機的磨損和裂紋。

圖2 正壓氣力輸送

2.2 負壓氣力輸送系統

在氣力輸送系統中，風機工作時，風機的進口段管道形成負壓，出口段管道形成正壓，物料被風機從進口段管道吸入，并在進口段管道中隨著帶有一定負壓速度的氣流輸送到達指定地方，這種方法就是負壓氣力輸送。該系統的結構組成是喂料器、分離器、風機，如圖3所示。該系統主要用于運送有毒物料或燃煤的灰處理系統，谷物、種子、顆粒都可以用該系統輸送。因為系統內是負壓，所以環境污染小，且該系統自動化程度高，但維修費用較高，系統密封性要求高。

圖3 負壓氣力輸送

負壓系統中，因為物料先經過分離器，所以物料引起風機的磨損和裂紋被降低到最小化，因此，該系統的優點是：①風機的磨損是有限的。②泄露只存在系統內，所以消除了粉塵問題。該系統的缺點是：當輸送管道內濃度較高，輸送距離比較長時，該結構必須設置成高真空，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

混合系統結合了正、負壓系統各自的優點，在該系統中，風機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過風機，因此物料和風機葉片之間相互的磨損和沖擊是必須要考慮的。在該系統中，通過通風機或鼓風機提供的氣源，負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 風機的選擇

風機是與管網配合工作的，對工作管網來說，氣流具有一定的壓能來克服管道的各種阻力并以規定的流量通過管網，所以應選用合適的風機，使其在管網所要求的流量時，壓力與管網阻力一致，而且風機效率較高。

3.1 管網的計算

3.1.1 流量計算

輸送時，空氣流量Q由輸送物料的生產率及空氣的輸送濃度決定，即

式中：m——輸送裝置生產率（kg/s）

ρ——空氣密度

μ——輸送濃度，μ=m/Qρ即單位時間內，輸送物料質量m與空氣質量Qρ的比，可根據經驗資料選取。

3.1.2 氣流速度

在氣力輸送中，當流量一定時，速度越低，則管網尺寸越大，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，濃度越大，所需的φ越大，可根據試驗數據選用。

3.1.3 管網內徑

因為管網的直徑過大，結構就會龐大，從而成本增加，管網直徑過小，使壓力損失增加，增大功耗，所以在計算出管網的內徑d后，要根據實際情況進行修正，并適當地改變流量Q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，管網壓力損失為以上壓損之總和，如果已知管網流量及壓損，就可選用風機。在選用風機時，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——經驗系數

μ——輸送濃度

3.1.4.2 局部阻力Pi

式中：ξi——局部阻力系數

Vi——產生局部阻力處的平均速度，通常指的是產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，手冊查得。

3.1.4.4 提升壓損PS

式中：s——提升高度（m）。

3.2 風機的選用原則

①風機的風壓及流量要滿足管網的要求，且要效率高，運作平穩，低噪聲，調節性能好。

②根據管網的最大流量，計算管網的壓損與流量。

③管道設備安裝中往往存在氣密性不嚴的現象，所以風機選擇時，需將流量增大10%～15%。

④考慮到管網壓損計算的不完善，風機提供的壓力應比管網計算壓損增加10%。

4 小結

本文對應用于氣力輸送系統中各種類型風機的研究，風機在不同氣力輸送系統中的位置，以及在不同形式的氣力輸送系統中，風機的磨損程度不一樣，這也是選擇風機必須考慮的一個方面。其次，因為管網和風機是配合工作的，所以通過管網的計算來選擇風機。希望對氣力輸送系統的設計計算有一定的指導作用。

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

［2］李勇，王海蘋，朱秀萍.氣力輸送系統氣源機械選擇和節能分析［J］.工藝設備，2009，30（6）：12-14.

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

［4］北京農業工程大學主編.農業機械學（下冊）［M］.北京：中國農業出版社，2002.