氣力輸送管道傾斜布置的實驗與探索

氣力輸送系統的管道布置是非常講究科學的，除了要充分考慮各種物理因素（即壓力，氣流和速度）外，在氣力輸送的多年經驗中，總結出了關于管道布局有關的一些規則。一些與管道布局有關的規則將貫穿設施：

1、選擇最直接的路線-最短的距離和最少的彎管

2、避免連續彎管

3、管道水平或垂直布置-避免傾斜

在氣力輸送系統中，關于管道傾斜的研究可能是最少的，有時與其他建議不一致。最直接的管道布線將產生最低的工作壓力和能耗。如果管道有暢通無阻的路徑，則與任何垂直和水平管路相比，傾斜都將更直接。同樣，對于垂直高度的微小變化，兩個彎管將需要彼此靠近（背對背）。解決此問題的方法是在其位置使用傾斜管。由于矛盾是不可避免的，因此邏輯表明較少采用兩種邪惡的方法。無論哪種違規行為帶來的負面影響最小，都是首選。難點在于，如果對斜管的理解不夠清楚，如何評估這種比較。為了幫助回答這個問題，

背景技術
由于沒有兩個應用程序是完全相同的，因此每個管道系統都將是唯一的，并且具有對常規路線進行某種程度的自定義的功能，從而避免了障礙物和通往目的地的正確標高的首選路徑。通常，由于與鋼之間的相互作用，在水平放置或升高垂直放置時更容易支撐管道。它們在圖紙和等軸測圖中的顯示效果也更好，因此設計師通常會傾向于這種做法。但是，遇到障礙物，狹窄空間或高度或方向的細微變化時，可能需要采用其他解決方案。細微的變化（例如3度角）對氣力輸送系統影響很小，因此該角度必須足夠大以值得特別考慮。可以通過三種方式考慮傾斜管道：

1）水平管上升超過10度*
2）垂直管傾斜超過10度
3）水平管下降超過10度

*閾值角度范圍為7至15度，具體取決于信號源

首先，我們將處理第一種情況，即水平管以大于10度的角度上升到45度（包括45度）的坡度。在45度以上的坡度從技術上講將屬于有角度的垂直線的第二類，但是我們可以相信，學習將在某種程度上擴展到這個領域。在這兩種情況下，重力都不利于水平或垂直移動物料的努力。在垂直布置中，行程與重力直接相反。如果空氣速度高于材料的空氣動力學最終速度，那么它將隨著勢能的升高而升高。在水平布置中，顆粒要么通過產生升力并帶走顆粒（稀相），要么使顆粒擱置在管道底部并克服重量摩擦而間接地與重力相對。當管道傾斜一定角度時，似乎兩種機制都在起作用，但是取決于角度和材料特性而不同。在第三種情況下，重力在材料流過管道時幫助其流動。最初，隨著角度變陡，它有助于水平移動。最終，傾斜角將大于材料在管壁上的滑動角，并且在有或沒有氣流的情況下，材料都會流動。因此，我們可以消除第三種情況（管道下降），而將注意力集中在傾斜管道上。

實驗
創建了一個實驗來分析傾斜管道與傳統管道布置相比的情況。在圖1中，我們可以看到氣動輸送系統的進料點，該系統使用了由稱重皮帶進料的氣閘。水平移動短距離后的管道然后通過兩條路線到達相同的目的地-其中一條是21度的坡度（50英尺）。通過使用相同的進料源并將物料通過相同的連接點并進行操作類似地，在系統上，我們也進行了比較分析。選擇了四種具有一定密度和粒徑范圍的材料（見圖2）。這些材料可以在稀相，濃相或兩者中進行處理。每種情況的目標是兩種不同的比率。

除了正常的傳輸數據（氣流，壓力，速率）外，沿傳輸線還配備了壓力變送器，以產生更清晰的區域內傳輸損耗。我們可以看到“部分”的總體壓降，其中包括使物料從進料點到達連接點（P1-P3）。為了進行比較，傾斜的管子的總長度較短（想想直角三角形的斜邊），而彎頭的角度要少一個90度。我們還可以看到“段”的壓力，該段等于傾斜的管道或水平的管道（P2-P3）的長度。這樣，我們可以看到不同流量類型的校正因子。

該測試中的密相氣力輸送系統主要是使用連續密相氣力輸送系統設備（氣閘進料）產生的，以記錄穩態條件。或者，使用間歇密相氣力輸送系統容器與補充的下游空氣注入一起輸送天然糖產品。傳送多批次，并且將每次運行的值平均。盡管重要的是要證明傾斜管可用于各種進料設備，但所得數據可與其他使用穩態運行的數據進行比較。

結果與分析
一旦收集了數據，我們就可以開始更多地了解傾斜管道方法與標準水平/垂直管道的比較方式，以及在系統設計中應如何考慮坡度。由于傾斜的輸送管的距離在技術上比標準距離短（14英尺，少了一個彎頭），因此可能出現三種情況：

1、凈收益–長度縮短的收益大于使用傾斜的收益

2、空效果–長度較短的好處可以平衡使用傾斜的危害

3、凈損失–傾斜的損失超過了較短長度的好處

各種輸送運行的結果可以在圖3中找到，并在此處按材料進行匯總。

玻璃填充顆粒 
對于密相和稀相，“玻璃纖維填充的PE顆粒”的截面結果均為無效。對于高速率和低速率，在兩種管道布置中均觀察到大約相同的壓降。在分段結果中，與水平管道相比，傾斜需要2-2.5倍的壓降。密相氣力輸送系統氣流是相同的，而稀相運行需要多11-15％的氣流/速度，以使物料有效地向上移動（取決于速率）（低速率11％，高速率15％）。定性地，顆粒在密相氣力輸送系統中通過傾斜的部分形成了良好的塊狀形成，幾乎沒有材料沿傾斜滑落。稀釋時，必須增加氣流以防止物料從懸浮液中掉出。一旦發生鹽析，系統很難恢復。

生咖啡豆
為“綠色咖啡豆”的部分研究結果表明在這兩個密和稀相凈損害。分段結果顯示，在密相氣力輸送系統中，傾斜壓力降比水平高4.5倍，在稀相中，傾斜壓力降高2-2.3倍。致密相氣力輸送系統的氣流顯著增加了35-45％，而稀相的氣流僅增加了3-9％。定性地可以看出，在密集階段，豆子會向下傾斜，這為系統克服了額外的工作。在20度下測量滑動角。

植物種子
“植物種子 ”的切片結果顯示在稀釋階段有凈損害。該段的損耗是等效水平長度的1.2-1.6倍，這對其本身的影響很小。但是，保持物料夾帶所需的氣流要高25-40％。因此，額外的氣流和速度會對系統的其他區域產生負面影響。定性地，種子很難被夾帶在氣流中，從而導致更高的氣流。測得的滑動角為28度。

天然黑糖
“天然黑糖”的切片結果顯示出濃密相氣力輸送系統流的凈收益。傾斜段的損失等于水平段的損失，因此較短的長度提供了較低的總壓降。不需要額外的氣流來傳送通過傾斜管，并且可以觀察到良好的團狀形成。在30度下測量滑動角。

結論
氣動輸送系統中傾斜的影響因輸送階段和物料而異。稀釋階段的結果表明，與水平管道相比，要使材料保持向上傾斜，需要更高的空氣流量，水平管道的額外空氣量應低至3％至45％。對于單一材料，輸送速度（或線負載）是需要多少額外空氣的有力指標。但是，在不同的材料之間幾乎沒有關聯。對于丸狀物料，段壓力始終為水平的2倍，對于21度傾斜的粒狀產品，段壓力稍小（1.2-1.6倍）。總體而言，在稀相中使用傾斜需要較高的氣流和壓力，但是可以這樣做，盡管系統可能不會那么強大。輸送線上較輕的負載需要較少的校正。

在密相氣力輸送系統中，與材料的滑動角度相比，管道的傾斜顯得重要。當物料滑動角顯著大于管道角時，傾斜的影響為零或凈收益（段壓力的1-2.3倍），并且不需要其他空氣作為動力。當滑動角妨礙輸送時，沖擊力將翻轉為有害物質（4.5倍扇形壓力），并且需要更多的空氣才能將物料向上輸送。相對輸送速度與結果無關。總體而言，如果物料滑動角大于管道傾斜角，則幾乎不需要或不需要額外的氣流或壓力。如果滑角相反，則可能需要額外的空氣和壓力降。