1、 南昌航空大学科技学院学士论文 1 气流输送系统 1 绪 论 1.1 气流输送的概况 气流输送（又称气力输送），即利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料，是流态化技术的一种具体应用。气流输送装置的结构简单，操作方便，可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送，在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、输送和气流分级等物理操作或某些化学操作。与机械输送相比，此法能量消耗较大，颗粒易受破损，设备也易受磨蚀。含水量多、有粘附性或在高速运动时易产生 静电 的物料，不宜于进行气流输送。 当人们从自然风力吹石卷尘和日常生活中见的吮吸现象得到启示后，就设想到利用气流在管道中运送物料。基于这个想法，早在
2、 1810年英国 Medhurst就提出了利用管道将邮件作气流输送的方案。因此，气流输送技术乃始于成件物品的筒式输送。数十年后气流输送才开始用来卸送谷物，棉花等散状物料，出现了第一台浮船式气流卸船设备以及固定式的吸粮机设备。这些气流卸船设备问世之后曾经在欧洲各国，特别是在当时的粮食输入大国，如英国，荷兰，德国等获得了应用和普及。 气流输送具有防尘 效果好；便于实现机械化、自动化，可减轻劳动强度，节省人力；在输送过程中，可以同时进行多种工艺操作，如混合、粉碎、分选、输送、冷却；防止物料受潮、污染或混入杂物等优点，因而在铸造、冶金、化工、建材、粮食加工等部门都得到应用。 近年来，气流输送技术在以往
3、低压气流输送和高压输送技术的基础上进一步开拓应用。例如，将粉料喷吹送入高温熔化的液态金属中；利用港口吸卸谷物的吸粮机原理将气流输送技术用语高温熔渣的吸出清理；对以往难以输送物料的输送技术；磨损性大的物料的输送技术以及塑料成形体中物件的输送技术等。 我国从 1985 年就在港口对气流输送技术进行研究实验并应用于卸船，其他各行业也开发了多种形式气流输送装备在生产上获得了应用。如建立了风送系统的面粉厂，气流输送烟丝，铸造车间型砂气流输送技术也逐渐发展起来。 除此之外，我国其他行业中气流输送的发展也很快，铸造车间中的型砂，新砂，旧南昌航空大学科技学院学士论文 2 砂，煤粉和粘土粉等造型材料均已实现了气
4、流输送，特别是近年来新一代低风速高混合比气流输送装置的开发和成功应用使我国的气流输送技术水品有很大的提高。 我国早已成立中国机械工程学会物料搬运专业分会，并设立了管道物料输送技术专业委员会。在各行业和地方还成立 了粮食、铸造行业的气流输送等专业学组，这一切均将促进气流输送技术在我国的应用和进一步发展。 1.2 气流输送的分类 根据颗粒在输送管道中的密集程度，气流输送分为： 稀相输送。固体含量低于100kg/m3或固气比（固体输送量与相应气体用量的质量流率比）为 0.125的输送过程，操作气速较高（约 18 30m s）。 密相输送。固体含量高于 100kg/m3或固气比大于25的输送过程。操作
5、气速较低，用较高的气压压送。间歇充气罐式密相输送。是将颗粒分批加入压力罐，然后通气吹松，待罐内达一定压力后，打开 放料阀，将颗粒物料吹入输送管中输送。脉冲式输送是将一股压缩空气通入下罐，将物料吹松；另一股频率为 20 40min-1脉冲压缩空气流吹入输料管入口，在管道内形成交替排列的小段料柱和小段气柱，借空气压力推动前进。密相输送的输送能力大，可压送较长距离，物料破损和设备磨损较小，能耗也较省。 1.3 气流输送系统的主要设备和部件 吸送气流输送系统一般由受料器 (如喉管、吸嘴、发送器等 )、输送管、风管、分离器 (常用的有容积式和旋风式两种 )、锁气器 (常用的有翻板式和回转式两种，既可作为
6、喂料器，又可作为卸料器 )、除尘器 和风机 (如离心式风机、罗茨鼓风机、水环真空泵、空压机等 )等设备和部件组成。受料器的作用是进人物料，造成合适的料气比，使物料启动、加速。分离器的作用是将物料与空气分离，并对物料进行分选。锁气器的作用是均匀供料或卸料，同时阻止空气漏入。风机的作用是为系统提供动力。真空吸送系统常用高压离心风机或水环真空泵；而压送系统则需用罗茨鼓风机或空压机。 南昌航空大学科技学院学士论文 3 1.4 气流输送系统的类型和特点 气流输送系统根据工作压力不同，可以分为吸送式和压送式两大类。吸送式根据系统的真空度，可分为低真空 (真空度小于 9 8kPa)和 高真空 (真空度为 4
7、0 60kPa)两种。压送式根据系统作用压力，可分为高压 压力为 (1 7) 105Pa和低压 (压力在0 5 105Pa 以下 )两种。此外还有在系统中既有吸送又有压送的混合系统、封闭循环系统 (空气作闭路循环，物料可全部回收 )和脉冲负压气流输送系统。由于气流输送系统的类型相当多，所以在设计时选用哪种方式是十分重要的，它关系到功能的实现和生产的安全等等。择定气流输送方式的一般程序步骤如下图： 设计参数 输送物料特性 负压气流输送是否最优？ 负压气流输送是否可能？ 对其他输送方式的探讨分析 装置基 本组成 装置草图 各种气流输送方式比较 是否是确切的气流输送方式 确定的气流输送方式 细部设计
8、 图 1.1 择定气流 输送 的流程示意图 南昌航空大学科技学院学士论文 4 1.5 负压气流输送的发展概况 负压气流输送就是通过降低输送室的压力以降低湿分的沸点，达到在低温下输送的目的。工业输送器按其加热方式可分为传导式和 对流式两大类。回顾工业输送器的发展，又可分为几个阶段，五十年代以前，主要是以传导式（例如箱式烘箱、真空输送箱）为主。从手工装卸料发展到半机械化、机械化和连续式输送。五十年代以后，输送技术的开发为满足工业输送的处理量大、高效、连续化、自动化的要求，重点进行了对流式输送器的研究和开发。到七十年代初，对流式输送器已取代传导式输送器的主导地位。但随着工业的发展，在节能、环保、洁净
9、等方面，对输送器提出新的要求，而这些又是对流式输送器一时难以解决的要求，因而传导式又得到新的发展。从七十年代到八十年代初，各种新型的传导式 输送器（例如多层带式负压气流输送器、双锥回转输送器、叶片式、振动式输送器等）取代对流式输送器逐渐增多。当然为适应对节能、环保、洁净的要求，对流式也在设法加以改进，例如将传导式加热面与流化输送器结合起来等等。负压气流输送器属于传导式输送，即将冷凝器、真空泵与传导式输送器配套，形成负压气流输送装置。由于负压气流输送具有输送温度低、输送速率大、节能、设备密闭防污染等特点，因而传导式输送器大部分可设计成负压气流输送装置。负压气流输送在生物制品、药品、饮品以及热敏性
10、物料、氧敏性物料、溶剂回收待输送中起到独特作用。 负压气流输送器的分类随着工业技术的不断发展，大多数采用密闭和接近密闭型的常压输送设备都被设计成负压气流输送设备。种类繁多，结构各异。其分类方法也不相同。按操作方式分，则可分为间歇式和连续式；按输送过程中物料的状态分，则可分为静止型、翻动型、搅动型和振动型；按输送机理分，可分为蒸发型和升华型。由于负压气流输送设备能用较低的温度得到较高的输送速率，能在低温下输送热敏性物料，也可以输送氧敏性物料。或有燃烧危险的物料，适用于输送含有溶剂或有毒气体的物料。溶剂回收容易，能将物料输送成很低的水分，并可用于低含水 率物料的进一步输送，使负压气流输送技术得到很
11、大发展。因而成为目前输送设备中主要类型之一。 南昌航空大学科技学院学士论文 5 1.6 选本课题的依据和意义 近年来，随着生产发展和生产过程日趋自动化，对节约能源和环境保护的要求越来越高，气流输送技术凭借自身的技术特点得到了迅速发展和应用。在不断地探索和创新过程中，气流输送的对象从早期的谷物，面粉迅速扩展到水泥，砂料，化工原料，煤粉等物料。应用的范围遍及粮食，港口，化工，冶金，电力，铸造，食品，医药等领域。气流输送方式从原始到如今完善，合理，初步解决了气流输送能耗高，管道磨损及物料破碎等问题，提高 了气流输送技术的可靠性和经济性。 气流输送装置新技术，新设备，新材料，新工艺的广乏推广，以及自身
12、技的不断完善和提高，自动控制新技术的应用，系统参数的优化，装置结构的合理设计，使气流输送技术作为现代物流的一个重要环节，将会发挥应用的作用。 本课题就是基于负压气流输送技术的可靠性和经济性，同时可以保护环境的思想，设计一套合理的气流输送系统来解决实际的生产问题。 从负压气流输送系统原理和应用实践经验均表明它具有一系列的优点：输送效率较高，设备结构简单，维护管理方便，易于实现自动化以及有利于保护环境等。特别是 用于工厂车间内部输送时，可以将输送过程和生产输送过程相结合，这样有利于简化工艺过程和设备。为此，可以大大的提高劳动生产率和降低生产成本。 概括起来， 负压气流输送系统主要有以下的优点： 1
13、. 物料输送时间只需 1 秒钟左右，被输送物料的温度不超过 50，故输送速度快，物料品质好。 2. 整套装置处于负压状态工作，作业环境清洁，无污染。 3. 系统密闭，粉尘飞扬逸出少，环境卫生条件好。 4. 整机容量和蒸汽用量均低于其它输送设备，为节能型产品。 5. 结构简单，操作使用方便， 占地面积小，投资省。 6. 在输送过程中可以实现多种工艺操作，如混合、粉碎、分级、冷却、除尘和其他化学反应。 7. 输送后可以进行由数点集中送往一处或由一处分散送往数点的远距离操作。 8. 对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送。 然而，与其他输送形式相比，其缺点是 设备投资费高 ，由于输送风速高，
14、易产生管道磨损和被输送物料的破碎。当然，上述不足之处在低输送风速、高混合比输送的情况下可以得到显著地改善。此外，被输送物料的颗粒尺寸也受到一定的限制，一南昌航空大学科技学院学士论文 6 般，当颗粒尺寸超过 30mm 或粘结性，吸湿性强的物料其输送较困难。 就是因为存在以上优缺点，所以在设计中，正确的选择确定其气流输送形式和管道布置等是十分重要的。 负压气流输送系统在各个行业都得到了广泛的应用，而吸送式气流输送最早被人类所利用。负压输送系统，这种系统是依靠风机的抽力，使整个系统在负压下工作。系统的真空度较低，一般为 6 8kPa。负压输送系统具有设备比较简单，使用和维修简便，吸料点处无粉尘飞扬，
15、管道和设备不严密处不会冒尘等优点。 由于负压输送系统有上述各种优点，现在被人类广泛使用。本书就是想设计出 一套适合设计原始条件原始资料的负压气流输送系统，以达到要求，解决实际的生 产问题。通过对原始材料的分析，采用了吸送式气流输送。 2 吸送式气流输送 2.1 类型 吸送式气流输送装置用低于大气压力的空气作为输送介质，它是靠气源机械的吸气作用，在管系中形成一定的真空度，利用具有必要速度的运动空气，将物料从某地通过管道输送并输送到一定距离的目的地的一种悬浮式气流输送装置。由于它主要依靠管道内的真空度进行输送和输送，因此，按真空度分有 高真空负压输送系统装置和低真空负压输送系统装置。通常把真空度高
16、于 7.8 akp 的装置称为高真空吸送负压输送系统装置，低于此真空度值的装置称为低真空吸送负压输送系统装置。 吸送式负压输送系统装置按结构形式分为移动式和固定式两类。移动式装置又可以分为轨道式和无轨道式（轮胎式）两种，港口卸船有气吸负压输送系统装置还有浮式负压输送系统装置。移动式负压输送系统装置按驱动方式又可以分为自行式和非自行式（拖带）两种。自行式装置按使用的动力装置类型又分为电动的和内燃机驱动的。 按吸料点数分，吸送式负压输送系统装置有单点吸料和多点吸料两种。多点吸料的每个吸送系统通常可以由 2-4 点同时进行，它要求各个吸料口的吸料量必须相对稳定，也可以各点轮流吸料，即部分吸口吸料，其
17、余吸口暂时关闭，交替作业。这种类南昌航空大学科技学院学士论文 7 型多用于厂内输送吸送或卸船机清舱阶段的输送吸送。 按输送量分，吸送式负压输送系统装置有大型的和小型的。小型的装置的生产率通常为每小时数百公斤至十吨；大型装置的生产率可由 100 /th至每小时数百吨。目前港口吸料输送机单管输送系统可以达到 650 /th。 按气源动力装置分有电动的和内燃机驱动两类。电动机驱动的用得比较广泛，而内燃机驱动的多用于小型流动式负压输送系统装置和浮游式负压输送系统装置。 2.2 系统组成 吸送式负压输送系统送系统由以下几个主要部分组成，其工作顺序如下图： 物料 图 2.1 吸送式负压输送系统主要组成部分
18、 根据用途要求不同，某些装置结构形式及其组成可能会有差别，但不管任何吸送式负压输送系 统都应该有上术主要部分组成。 2.3 技术特点 2.3.1 适应条件 吸送式负压输送系统装置使用于输送流动性较好的粉粒状物料。它可由一点或多点向某一处输送集料，作业范围广。由于它采用管道输送，移动灵活方便，而且输送输送线路可以任意选取，所以很适宜于场地狭窄的地方输送物料。例如，用于卸车，卸船和清舱作业等。若安装在厂房受限制的场合，不但极为方便，而且可以使设备配置易于达到合理化。 由于吸送式负压输送系统在输送过程中，输送气体在沿程不会逸入大气，所以也供料装置 干燥管 分离装置 净化装置 气热源机械 排至大气 卸
19、料器 物 料 卸灰阀 灰 南昌航空大学科技学院学士论文 8 适宜在厂房内输送有毒的或易污染环境的粉粒状物料，尤其适宜用于 供料点要求避免扬起灰尘的场合。 吸送式负压输送系统装置可以连续输送供料和连续输送输送。 输送气体在输送物料之后才经气源机械排入大气，因此，物料不易混入杂质，这一特点适宜于输送食品、药物等要求保持卫生的物料。 吸送式负压输送系统装置能适应各种不同船型的船舱输送卸栽。 2.3.2 优点 吸送式负压输送系统装置在气流输送技术中是一种较早发展起来的输送方式，目前在世界上使用仍然十分广泛，这是因为它除了具有上术广泛的适应条件外，还具有许多突出的特点： 1. 平均生产率较高，能自行输送
20、集料，所需操作人员少，而且能大大 降低劳动强度。 2. 构造简单紧凑，安装方便，重量轻，造价低，且能减小安装场地负载。 3. 操作灵活简单，使用方便，管理维修费低。 4. 运动部件少，工作可靠，易实现自动化。 5. 输送粮食类物料时，输送过程能同时进行输送。 6. 露天作业时，不受气候和周围环境条件的影响和限制。 用于港口卸船输送时，还具有以下独特优点： a. 能彻底输送并清舱。 b. 不受潮汐和水位变化的影响。 c. 由于吸粮管可以接上扰性管，即使遇到风浪发生船舶摇摆时，也不会碰坏舱底板和吸料管，这个优点对于内河小型木驳船尤为突出。 d. 输 送过程舱内不会扬起灰尘，可以大大改善工作环境。
21、e. 物料在出舱输送过程处于密封状态，无散落无赖哦或混入杂物被污染之忧虑。 f. 能均匀卸载，可以防止船舶受浮力不均的影响。 g. 输料管内能保持清洁，容易实现一机多用，即输送一种物料之后，接着用以输送其他物料。 2.3.3 缺点和限制 吸送式负压输送系统装置也存在一些缺点和限制。最引人注目的缺点之一是单位能耗比机械式输送高，其能耗系数通常在 0.021-0.038 /kWh t m 范围。 其次，南昌航空大学科技学院学士论文 9 真空度与输送卸料距离有一定限制。 卸料距离越长，装置所需要真空度越高。随着真空度增高，气体密度逐渐减小，气体输送物料的能力也将减弱。因此，实用真空度通常不宜高于 6
22、 akp ，否则，输送能力显著降低，且管道也容易发生堵塞。 此外，输送物料的块度不能过大，粘度不能太高，通常块度尺寸应小于 1/2 管径。 吸送式负压输送系统装置虽存在能耗高的缺点，但由于其他费用低，因而其总成本通常低于其他输送方式。 3 系统的设计计算 3.1 设计的原始条件 1输送物料：淀粉； 2处理量： 0.5 吨 /小时； 3淀粉初含水率： 40%； 4淀粉终含水率： 14%； 5系统动力： 40KW； 6单位蒸汽消耗量： 2.0kg 汽 /kg 水。 3.2 设计程序 在了解条件和对原始材料进行整理和分析后，结合实际情况和具体要求，通过计算和已掌握的实践经验，用综合的整体的观点进行各
23、项可行性论证，然后进行具体项目的设计和计算。 设计计算的顺序大致如下： 1.根据输送要求，分析物料物理特性，确定输送条件及输送工艺流程等。 2.拟定负压气流输送装置形式。是采用直管式还是脉冲 式系统；套管式还是旋风式。 3.选定输送管管路的布置及主要部件的结构形式，绘制系统布置方案图并标明主要尺寸。 4.确定输送系统的计算生产率。 5.确定机电等有关配套件类型。确定装置个主要部件的结构形式、参数及其尺寸、南昌航空大学科技学院学士论文 10 材料及其要求。 6.确定合理的气流速度。 7.根据分析或实践经验初步选定混合比。 8.确定所需计算风量。 9.计算输料管内径。 10.计算整个输送系统的压力
24、损失。 11.计算气源机械所需功率。 12.由产品目录选择合适的风机及其配套的电动机。 如果计算结果不合适，应该调整混合比及风量、管径等有关 参数的值，按上述程序重新计算。 3.3 计算方法 吸送式负压输送系统由于被输送物料的物理特性同输送系统结构特点及其参数之间的关系比较复杂，即使是同品类物料，往往仅变更一二个参数（比如输送空气速度、混合比、粒度、管径），就会引起输送特性的很大变化。因此，直至目前，试图用纯公式来进行输送系统的计算，不是不可能，就是存在很大的误差，因此常常不能获得满意的结果。所以，目前解决实际设计问题，最主要的途径还是依靠试验和一实践经验为基础，并用经验公式或半经验公式来计算
25、。 3.3.1 主要参数的确定 （ 1） 输送量的确定 ：根据要求知其输送量为 0.5 吨 /时 （ 2） 混合比的选取：混合比是指在单位时间内输送的物料质量与同一时间内通过该管道的空气质量之比，用 m 表示。吸送式负压输送系统装置混合比的选取主要取决于管系条件（输送管长度、管内壁粗糙状况、弯管数量及管道布置方式等）、物料物理特性及气源机械的性能（真空度、风量等）因数。 m值越大，有利于提高装置的输送能力。对悬浮输送方式来说，在规定生产条件下，如选定的 m 值大，则所需风量小，因而可用管径较小的管道和容量较小的分离，除尘设备，且单位能耗也低。但若m 值过大，则管路压力损失增大，要求 采用真空度较高的气源机械，且输送管道容易发生堵塞。反之，如选取的 m值小，则所需风量大，不仅管径和分离、除尘等设备的尺寸都要增大，且由于功率主要消耗在输送大量空气而使装置单位能耗增高。然而选用小的 m 值，却可以采用真空度较小的风机。由此看来，影响 m值的因数很多，其值
