關于大流量氣墊帶式輸送機技術問題的探討

◎ 蘭曉東

（東莞深赤灣港務有限公司，廣東 東莞 523000）

氣墊帶式輸送機又名氣墊輸送機，是20世紀70年代首先由荷蘭研究出的一種新型連續輸送設備。我國于20世紀80年代開始引進該技術，80年代中期，我國自行研制的帶寬1 m、長97 m的大型試驗樣機安裝于北京礦務局王平村煤礦，從此拉開了氣墊輸送機在我國推廣應用的序幕。

隨著全國散糧物流和深加工行業的發展，雙氣墊皮帶輸送機在散糧筒倉，特別是港口碼頭的應用越來越廣泛，產能和效率也在逐年增大：從20世紀90年代國內300～500 t·h-1的單氣墊輸送機到2000—2010年逐漸興起的1 000 t·h-1的雙氣墊輸送機，再到如今的1 500 t·h-1和2 000 t·h-1的雙氣墊輸送機。本文從某碼頭采用的進倉系統2 000 t·h-1氣墊輸送機流量達不到設計標準的問題出發，結合該皮帶輸送機的現場使用情況，對其可能的原因進行了探討和分析。

1 主要技術問題

1.1 氣墊輸送機原理

氣墊皮帶輸送機是薄氣膜為傳動介質傳送輸送帶及其上物料的輸送機[1]。其將輸送帶與托輥之間的滾筒摩擦變成輸送帶與盤槽間以空氣為介質的流體摩擦，減小了運行阻力，大大降低了能耗，性能穩定的氣墊皮帶機故障率低，更試用于大型長距離的散糧輸送，氣墊輸送機原理結構見圖1[1-2]。

圖1 氣墊輸送機原理結構圖

1.2 目前大流量氣墊輸送機普遍存在3個主要技術問題

大流量氣墊輸送機普遍存在3個主要技術問題。①很難達到設計流量，一般在1 500 t·h-1左右，浪費了資源，影響了生產效率。②皮帶磨邊嚴重。③輸送機頭部和尾部粉塵大，積塵嚴重，極易造成火災事故和粉塵爆炸事故發生。

2 設備故障原因分析

現根據有代表性的某型氣墊輸送機大樣圖為例進行分析和計算，其結構如圖2所示。設計輸送量為2 000 t·h-1，皮帶寬度1 800 mm，水平總長386.37 m，提升高度56.2 m，運行速度3.15 m·s-1，驅動功率355 kW×2=710 kW。驅動裝置采用雙滾筒驅動形式，設置在氣墊輸送機中部，氣墊輸送機設置形式見圖3。

圖2 氣墊輸送機工藝流程示意圖

圖3 氣墊輸送機設置形式圖

按雙氣墊輸送機常規的功率計算公式[3-4]，此設備的靜功率約為450 kW，因此選用710 kW的驅動功率是足夠大的。然而該設備在實際運行中出現了最大輸送量僅能達到1 500 t·h-1的情況。初步分析認為，此問題主要是由于驅動裝置至頭部改向滾筒之間的200 m下回程皮帶（即圖3的3—4段）出現了嚴重的飄帶引起的。

根據以往的氣墊輸送機使用經驗，氣墊輸送機在空載時易發生飄帶現象，因為承載段在沒有物料壓住的情況下，皮帶容易被風機完全吹起，空載阻力反而比重載阻力大[5]。圖3的3—4段回程皮帶基本等同于設備有200 m長的部分一直處于空載運行狀況。3—4段回程皮帶張力大于承載段的張力，飄帶后皮帶容易出現磨邊。若下氣室完全飄起，風機的風量大部分從下氣室泄出，可能會導致上氣室供氣不足，從而令上部分的承載段無法形成氣墊，導致承載段皮帶與盤槽壓死，加劇皮帶磨損，增加運行阻力。

另外，采用中部驅動的方式，頭部滾筒受到的總水平力遠遠大于采用頭部驅動的布置方式。按目前710 kW的驅動功率計算，3—4段的水平力約為710 kW/（3.15 m·s-1）=225 kN，頭部滾筒受到的總水平力約225 kN×2=450 kN；若采用頭部滾筒驅動方式，頭部滾筒下部（回程段）的張力約為355 kW/（3.15 m·s-1）=110 kN，頭部滾筒上部（承載段）的張力約為225 kN，頭部滾筒受到的總水平力約225 kN+110 kN=335 kN，總水平力遠小于中部驅動的方式。因此，采用中部驅動的方式，塔架受到的總水平力遠大于采用頭部驅動的方式。

對于粉塵大的問題，以BC2-2型設備為例，其全程386 m的風機共有9臺，但除塵點只有頭尾部，中部沒有泄氣帽或其他的泄氣裝置，導致絕大部分的風只能從頭尾部泄出，造成運行過程粉塵過大，而且尾部設計不合理，容易引起粉塵積累和摩擦起火等安全問題。

3 解決的方案

3.1 回程皮帶段單獨供風

將3—4段回程皮帶的氣室單獨供風，在氣室中間采用隔板使兩臺風機在供風長度范圍內形成一獨立的供風段，以減少氣流間的沖擊及避免因氣墊輸送機輸送距離長而引起的壓力損失[4]。風機的壓力及流量的配比是保證輸送帶平穩運行的關鍵，目前國內風機廠生產的風機是通用型風機，通常選用HYG4-12或HYG6-12型中高壓離心風機，該種風機的優點是國內風機廠家均可配套，用戶購買配件較方便，但存在風機壓力與流量的配比不能滿足氣墊輸送機的運行要求等問題。

3.2 增加泄氣閥

頭尾部粉塵大和飄帶問題是缺少中部的泄氣裝置造成的。根據計算，氣墊輸送機在空載運行和重載運行時所需的壓力及流量是不一樣的，空載時支承輸送帶所需壓力及流量比重載時小，當壓力和流量滿足空載運行要求，在重載時則會出現拖帶現象；若壓力和流量滿足重載時要求，則空載時會出現飄帶現象。為解決該問題，需要每隔18 m在氣室中增加一對泄氣閥，確保輸送帶不飄帶，也不會產生磨邊的現象（圖4和圖5）。為防止輸送帶飄帶及摩擦氣室上蓋板，氣室盤槽面上邊緣距輸送帶距離L的設定、輸送帶理論帶面距氣室盤槽面上邊緣距離H的設定均需考慮到輸送帶產生最大跑偏及空載時均不會擦到上蓋板的情況。

圖4 原氣室截面示意圖

圖5 改造后氣室截面示意圖

3.3 改變驅動方式

把驅動的位置改成頭部驅動，頭部滾筒下部（回程段）的張力總水平力遠小于中部驅動的方式，而且改變驅動結構后，減少對11段和4段產生氣室的摩擦阻力，避免由于制造和安裝的精度原因引起設備運行故障。在進行計算時除考慮氣墊輸送機正常運行所需功率外，還對設備重載狀態下起動所需功率進行計算。考慮氣墊輸送機正常運行時電動機軸功率，然后計算氣墊輸送機重載起動時使物料、輸送帶、托輥及滾筒等裝置產生加速度所消耗的附加功率，并考慮電動機轉子的轉動慣量等參數合計算出起動功率。

3.4 調整帶速

將帶速由3.15 m·s-1調整為3.5 m·s-1。對于相同寬度的輸送機，帶速越高，單位面積輸送帶上的物料就越少，氣膜就越厚，摩擦阻力就越小。根據計算并參照國外有關氣墊輸送機的技術及東莞深赤灣港務有限公司多年來制造氣墊輸送機的經驗，對大輸送量的氣墊輸送機，當輸送速度設計選型在3.5 m·s-1以上時，由于輸送帶單位面積上物料較少，在氣室盤槽與輸送帶之間更宜形成較厚的氣膜。經過實踐證明和國外文獻記載，國外最大的氣墊輸送機速度常用是3～6 m·s-1，有的已達到了12～15 m·s-1。根據實踐經驗，只要氣膜形成好，氣室盤槽制作安裝精度高，速度在3.5～5 m·s-1是最經濟和節能的。

3.5 改造輸送帶尾部結構

改造輸送機尾部，減少粉塵堆積。氣墊輸送機都是在靠近尾部的地方進料，進料時容易產生粉塵，為了防止粉塵從氣墊輸送機尾部溢出，在設計時采用密封罩將整個尾部密封好，并把原來的三托輥過渡改為亞鈴型單托輥過渡，防止托輥不轉動時檢查不到，避免安全隱患。為防止軸承過熱引發火災，將所有托輥、滾筒的軸承座都設置于尾部密封罩的外側，便于檢修和更換。

3.6 改善風量分布

氣孔的分布直接關系到輸送機的穩定性和可靠性，這需要氣墊輸送機廠家理論計算、長期測試和經驗積累才能夠實現。建議對該輸送機各分段氣室風壓進行檢測，對空載和重載風壓分布不均衡的部位進行改造，通過調整風機位置和改進風機配置等措施逐漸改善輸送機各分段的風量分布情況。

3.7 受料和輸送角度調整

建議對皮帶進料口擋料裝置進行改進，保障輸送機上部平衡，卸料不產生散料、沖偏等問題，保障受料均勻和平衡。大輸送量的氣墊輸送機，對輸送角度也有一定的要求，不建議起升角度超過12°。

4 結論

氣墊輸送機所在企業根據提出的解決方案對一臺氣墊輸送機設備進行改造，有明顯的改善效果，但還需要一段時間來檢驗。