氣力輸送系統(tǒng)應(yīng)用的研究

河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 孫沐鈺 王沂蒙 秦川 李夢(mèng)學(xué)

緒言

各行業(yè)在經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的大背景下不斷地?cái)U(kuò)展生產(chǎn)，其中一些行業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)倪^程當(dāng)中產(chǎn)生的環(huán)境污染越來越得到重視，如水泥廠、制藥廠、食品加工廠等運(yùn)輸?shù)念w狀物、粉粒料等。在這種情況下，氣力運(yùn)輸技術(shù)得到了逐步的推廣。氣力運(yùn)輸代替了傳統(tǒng)的機(jī)械輸送物料，它是一種采用密封式輸送管道的方式輸送物料的工藝過程。氣力運(yùn)輸也是清潔生產(chǎn)過程當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是適合一些物料運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代物流技術(shù)。氣力輸送技術(shù)隨著制造工藝的進(jìn)步也有了很大的發(fā)展，與此同時(shí)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)也更加完善[1]。

1 氣力輸送系統(tǒng)分類

氣力輸送系統(tǒng)可以按照很多標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，本文主要介紹按輸送實(shí)質(zhì)、輸送裝置標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類后的對(duì)應(yīng)類型。氣力輸送系統(tǒng)類型不同，它們各自流動(dòng)的差異會(huì)很大，相互之間不能通用流動(dòng)規(guī)律[2]。

1.1 按照輸送實(shí)質(zhì)分類

由于輸送物料種類不同，對(duì)應(yīng)的氣力輸送的種類也非常多。但整體概括來看，氣力輸送可以分為四類：筒式氣力輸送、稀相氣力輸送、濃相動(dòng)壓氣力輸送、濃相靜壓氣力輸送[2]。

1.1.1 筒式氣力輸送

按照裝料筒的類型將筒式氣力輸送分為有輪傳輸筒、無輪傳輸筒兩類。在輸送時(shí)，先將物料裝到傳輸筒中，之后使傳輸筒在管道中通過空氣的靜壓作用進(jìn)行高速滑行。筒式氣力輸送適用于輸送一些不易懸浮并且自身無法成栓的成件貨物，其應(yīng)用范圍較小。

1.1.2 稀相氣力輸送

作為最傳統(tǒng)的氣力輸送方式，稀相氣力輸送技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，它也被稱為稀相動(dòng)壓輸送，因?yàn)槲锪系倪\(yùn)輸依靠高速空氣形成的動(dòng)能。一般采用氣流的速度為12～40m/s，料氣比為1～5，最大值為15。稀相氣力輸送通常適用于輸送距離較短，被輸送的物料處于干燥的易流動(dòng)的狀態(tài)，并且其質(zhì)量與顆粒大小均較小的情況。

1.1.3 濃相動(dòng)壓氣力輸送

在濃相動(dòng)壓氣力輸送系統(tǒng)中，管道中的物料以密集狀態(tài)依靠空氣動(dòng)能進(jìn)行輸送，管道不會(huì)因物料密集而堵塞，氣流速度在8～15m/s。這樣的流動(dòng)狀態(tài)的氣力輸送裝置主要有高壓壓送式、高真空吸送式和流態(tài)化氣力輸送裝置。料氣比（通過管道截面的物料與空氣的流量比值）范圍較大，前兩者的料氣比范圍為15～20，在這兩種裝置中流體以脈動(dòng)集團(tuán)流形式流動(dòng)。第三種是用于輸送粉狀物料，其料氣比在200 以上。

1.1.4 濃相靜壓氣力輸送

作為新型的氣力輸送技術(shù)，濃相靜壓氣力輸送是在濃相動(dòng)壓氣力輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究出來的，在該系統(tǒng)中，物料密集并且栓塞管道，依靠著空氣的靜壓來輸送物料。它分為栓流和柱流兩種。

栓流氣力輸送是目前中距離輸送方式中最好的輸送技術(shù)，它通過人為的操作預(yù)先將料柱切割，使料柱長(zhǎng)度變短。在輸送物料過程中，氣栓和料栓間隔分開使得料栓輸送速度得以提高，輸送壓力得以降低，物料的輸送距離得以提高。

在柱流氣力輸送裝置中，物料以密集狀態(tài)接續(xù)不斷地充滿管道，進(jìn)而形成料柱，輸送時(shí)物料移動(dòng)速度僅有0.2～2m/s，因此僅適用于30 米以內(nèi)的短距離輸送。

1.2 按照輸送裝置分類

按照氣力輸送系統(tǒng)的輸送裝置類型（空氣在管道中的壓力狀態(tài)）來分可將氣力輸送系統(tǒng)分為三類：正壓壓送式、負(fù)壓吸送式和混合輸送[2]。

1.2.1 正壓壓送式氣力輸送系統(tǒng)

正壓壓送式氣力輸送系統(tǒng)通過風(fēng)機(jī)裝置對(duì)進(jìn)料端的物料進(jìn)行壓送，將物料從一處輸送到另外一處或多處[3]。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)安裝在整個(gè)氣力輸送系統(tǒng)的前端，所以物料不能夠自由地進(jìn)入管道當(dāng)中，并且工作過程中管道內(nèi)部氣體壓力高于外部大氣壓力，為防止泄漏，該系統(tǒng)必須采用密閉的加料裝置。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之后，管道內(nèi)部壓力高于外部大氣壓力，此時(shí)，物料經(jīng)由管道被壓縮空氣輸送到分離器當(dāng)中。物料在分離器當(dāng)中實(shí)現(xiàn)與空氣的分離，之后由出料器卸出，空氣經(jīng)過除塵器的凈化后被排入大氣當(dāng)中，至此物料的輸送過程完成。

在正壓壓送式氣力輸送系統(tǒng)中，物料不直接經(jīng)過風(fēng)機(jī)，所以輸送物料不會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)被磨損并且風(fēng)機(jī)的葉片也不會(huì)導(dǎo)致物料破碎。

壓送式氣力輸送系統(tǒng)常用于面粉廠產(chǎn)品的輸送[4]。

1.2.2 負(fù)壓吸送式氣力輸送系統(tǒng)

在負(fù)壓吸送式氣力輸送系統(tǒng)中，安裝在裝置末端的風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行后，系統(tǒng)會(huì)處于負(fù)壓狀態(tài)。此時(shí)，管道的內(nèi)外存在壓差，空氣從進(jìn)口端管道被風(fēng)機(jī)吸入，物料隨空氣一起進(jìn)入管道中，通過管道被輸送到分離器，物料和空氣在分離器中分離，分離后，物料由出料器卸出，空氣經(jīng)過除塵器的凈化后被風(fēng)機(jī)排入大氣或循環(huán)利用，至此物料的輸送過程完成。

在該系統(tǒng)中，物料因先通過分離器，對(duì)風(fēng)機(jī)的磨損可降到最低程度，即對(duì)風(fēng)機(jī)的磨損是有限的。但不足的地方是，該系統(tǒng)必須在管道內(nèi)部密度較高且輸送距離長(zhǎng)時(shí)設(shè)置成真空狀態(tài)，因此成本會(huì)增加。所以必須考慮運(yùn)送方式。

負(fù)壓吸送式氣力輸送系統(tǒng)適用于從多處向一處集中輸送物料。該系統(tǒng)常用于白糖、豆類、米類等物料的運(yùn)輸[5]。其次，因輸送氣流的壓力比大氣壓力要低，水分易蒸發(fā)，與壓送式相比，該系統(tǒng)更容易輸送含水分多的物料[4]。除此之外，該系統(tǒng)還適用于船舶、火車等卸料。可見負(fù)壓吸送式氣力輸送系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛。

1.2.3 混合輸送系統(tǒng)

在一個(gè)輸送系統(tǒng)中由吸送式和壓送式兩部分組成，通過利用兩種不同系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)組成的系統(tǒng)稱為混合輸送系統(tǒng)。混合式氣力輸送系統(tǒng)通常應(yīng)用于較為復(fù)雜的輸送當(dāng)中。

2 氣力輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)

氣力輸送系統(tǒng)屬于管路輸送，沒有回程，不會(huì)占據(jù)太大的空間。其主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用管道輸送占地面積小；

（2）管路靈活具有柔性，對(duì)設(shè)備的投資少；

（3）輸送效率高；

（4）物料的運(yùn)行在密閉的管道中，不揚(yáng)塵、低污染、清潔；

（5）可以用于長(zhǎng)距離輸送；

（6）輸送量與參與操作人數(shù)無關(guān)，無須太多人員配置，減少成本。

但其也存在不足之處，即系統(tǒng)對(duì)物料的黏性、粒度、溫度等有一定的要求。

3 氣力輸送系統(tǒng)的選擇

通常情況下，在只適用于稀相氣流時(shí)，選用壓送式；在能夠在稀相懸浮流氣送和濃相栓流氣送間進(jìn)行選擇時(shí)，優(yōu)先選用濃相栓流氣送[6]。從裝置的結(jié)構(gòu)來看，濃相輸送時(shí)需要將物料首先加入一個(gè)密閉耐壓容器，之后通過高壓空氣使物料充分流化后進(jìn)行高壓壓送。

4 結(jié)語

氣力輸送越來越多地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，它作為一種各類散裝物料的輸送方式在整個(gè)物料輸送過程中起著至關(guān)重要的作用。但目前的氣力輸送技術(shù)還有許多不足之處，如物料對(duì)設(shè)備的磨損等。因此找到科學(xué)的合理的設(shè)計(jì)依據(jù)與設(shè)計(jì)方法并以更嚴(yán)格準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)過程，使氣力輸送系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)能夠穩(wěn)定運(yùn)行、低速、低耗，是如今對(duì)氣力輸送系統(tǒng)研究的主要趨勢(shì)。