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1、氣力輸送管道設計概述

氣力輸送屬流體輸送，它是以空氣或其他惰性氣作為工作介質，通過氣體的流動將粉粒狀物料輸送到指定地點，或者可以把氣力輸送定義為借助正壓或負壓氣流通過管道輸送物料的技術。

氣力輸送系統由以下部分組成：

(1)供料裝置；(2)輸送管道；(3)分離機；(4)氣體動力源。

2、氣力輸送系統的分類

氣力輸送系統可分為吸送和壓送兩大類。根據氣力輸送系統的特征，所需風量和壓力等的不同，又可分為多種不同的型式，但用于輸送散裝粉粒狀物料的氣力輸送系統主要是以下三種類型。

2.1 吸送式

通常以20～40 m/s的高速氣流在管路系統內懸浮輸送物料，最高真空度可達60 kPa。該系統在許多行業中采用，如圖2.1.0所示，物料的輸送過程是在風機的一側完成的，該系統具有以下特點。

1—回轉式供料器；2—料倉；3—輸料管；4－次旋風分拽器；5－排料器；6一料罐；7一二次旋風分離器；8一羅茨鼓風機

圖1.2.1.0 吸送式氣力輸送系統示意圖

2.1.1 保證物料和灰塵不會飛逸外揚。

2.1.2 適宜于物料從幾處向一處集中輸送。

2.1.3 適用于堆積面廣或存放在深處的物料輸送。

2.1.4 進料方式比壓送系統中的供料器簡單。

2.1.5 對卸料口、除塵器的嚴密性要求高，致使這兩種設備構造較復雜。

2.1.6 輸送量、輸送距離受到限制，且動力消耗較高。

2.2 壓送式

壓送式氣力輸送系統是靠壓氣機械產生的正壓氣流化輸送管道中進行輸送。如圖1.2.2.0所示，物料的輸送過程是在壓氣機械的壓氣段一側完成的。

1一回轉式供料器；2一羅茨鼓風機；3一料斗；4一輸料管；5一旋風分離器；6一料倉

圖1.2.2.0 壓送式氣力輸送系統示意圖

該系統具有以下特點：

2.2.1 適合于大流量、長距離輸送；

2.2.2 卸料器結構簡單；

2.2.3 能夠防止雜質和油、水浸入系統；

2.2.4 容易造成粉塵外揚。

壓送式氣力輸送可分為低壓壓送式、中壓壓送式和高壓壓送式三類。

1) 低壓壓送式用中速氣流在管路系統中懸浮輸送物料，操作表壓一般為82 kPa以下，最高約達100 kPa。

2) 中壓壓送采用低速氣流，操作表壓可達310 kPa。

3) 高壓壓送也采用低速氣流，操作表壓可達860 kPa。

2.3 混合式

混合式氣力輸送是吸送和壓送兩種方式組合在一起而構成的，該系統具有兩者的共同特點，較適宜于長距離輸送物料。

除了以上三種氣力輸送系統外，還有一些特殊類型的氣力輸送系統，如脈沖栓流式、文丘里供料式低壓壓送系統、循環輸送式、空氣槽等。

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物料的性質

3.1 真實密度

真實密度是指物料在密實狀態下單位體積所具有的重量，以符號rs'表示，它的單位為kg/m3。

3.2 松散密度或堆積密度

松散密度或堆積密度，以rs表示。孔隙率ε是指物料顆粒之間的空間體積與包含空間的物料的整個體積之比，真實密度與松散密度之間存在以下的關系：

rs＝(1-ε)rs'

在氣力輸送設計中，貯料斗和供料器所需的容積、輸送器等直接與物料的容重有關。

3.3 濕度

濕度是指物料中水分的含量，通常以濕態材料的質量百分數表示，即：

氣力輸送設計時，要注意材料的濕度，材料越濕，輸送中越可能發生粘壁現象，設計時采用的安全系數應該越大，否則會發生堵塞現象。對于易潮解的物料，可能需要用干燥空氣或其他氣體作輸送介質。

3.4 粘附性

實踐表明，細粉末或水分多或有顯著帶電性的物料，在設備和輸料管中粘附嚴重。對一般的物料，孔隙率越小，水分越大，附著應力越大。為了減少物料的粘附，避免造成輸料管堵塞，通常應根據經驗選擇合適的氣流速度，同時將管壁加工光滑，以盡可能降低其危害程度。

3.5 脆性

脆性物料可能在輸送過程中發生破碎而影響使用效果，為此，對輸送風速的選擇要格外謹慎。以免物料破碎受損。

3.6 粒度與形狀

一般可通過目測將物料分為4類：(1)微細粉末(50～100μ)(2)粉粒，(3)顆粒(1mm以上)，(4)塊狀或不規則形狀的物料。

將大小不同的物料粒子進行粒度分級時，一般可用篩分法。我國常用泰勒標準篩。在選擇氣力輸送系統型式、風速、除塵設備時，物料的粒度和形狀是重要的參考因素。

3.7 爆炸性

粉塵的爆炸性可以用它的爆炸危險級別來表示，如表3.7.0-1所示。表3.7.0-2列出了一些粉塵在空氣中的爆炸危險指數。針對易爆的粉塵物料，設計時要注意消除靜電，采用防爆型的電器設備，有時要用惰性氣體作輸送介質。

表 3.7.0-1 粉塵爆炸危險級別

表3.7.0-2 粉塵爆炸危險指數

3.8 靜止角

在設計氣力輸送系統時，靜止角是重要的因素，其數值定義為物料通過小孔連續地下落到水平面上時，堆積成的錐體母線與水平面的夾角。對同一種物料，粒徑越小，則靜止角越大。

3.9 磨琢性

與其他物性相比，物料的磨琢性對氣力輸送系統影響更大。物料對設備的磨琢性可用莫氏硬度來表示，對各種被輸送的物料，可按其莫氏硬度值分成4類磨琢性不同的物料，見表3.9.0，莫氏硬度大于7的物料一般不宜采用氣力輸送，因為這些物料對設備部件的金屬材料磨琢過于劇烈，使管道、設備的使用壽命縮短，當需要氣力輸送磨琢性強的物料時，要在選型和選材上注意采用相應的措施。

表 1.3.9.0 物料磨琢性分類

4、物料的輸送狀況

4.1 輸送量

在設計氣力輸送系統時，一般是根據單位時間的輸送量確定系統的容量和規格。輸送系統往往是作為整套設備的組成部分進行設計的。如果輸送能力比額定值大，則后部的設備就沒有能力處理，反之，如果輸送能力過小，則會影響設備的正常操作。因此，一般宜使瞬時的輸送量控制在額定的范圍內。對連續運轉的設備，當輸送裝置萬一發生故障時，會造成整套設備的停車，帶來過大的損失。因此輸送系統應具有承受連續運轉的結構，并要設置中間料斗，以便在緊急修理時，允許暫停運轉。當供給量不連續時，在瞬時內會供給大量的物料所以系統的容量應加大。

4.2 輸送的起點和終點狀況

輸送的起點情況將決定氣力輸送的供料方式，起點處的物料可能有兩種情況：一種是處于靜止狀況，如料斗、倉庫或車船內的物料，另一種是處于運動狀態，如由其他輸送線或加工設備中卸出的物料。起點處于靜態的物料必須依靠氣流的作用力起動加速，而本來已具有一定運動速度的物料則可能減少起點壓損和所需的功率。

如果氣力輸送系統用來接運由其他輸送機械或加工設備送來的物料，在設計時必須使氣輸送的輸送量留有足夠的安全系數，當前面設備的輸送量發生波動而瞬時增大時不致于發生堵塞。如果前面的設備是間歇工作的，則要在氣力輸送系統的前部設置緩沖料斗。

氣力輸送終點的狀況關系到輸送管道的布置，卸料點可能是一個，也可能有好幾個，必須了解所有的位置。包括它的平面布置和高度位置。

4.3 輸送距離和路線

在確定輸送方式和所需動力時，除按輸送距離合理選擇輸送方式外，對輸送路線亦需進行合理布置，因為氣力輸送系統隨管道的布置不同，所需功率或輸出能力差別很大。

4.4 吸氣口、排氣口以及檢查孔

吸氣口、排氣口和檢查修理孔必須不受外部灰塵、雨雪等的侵入，排氣口的含塵量不應超過規定值，要根據情況安排灰塵濾清器和除塵裝置。

壓氣機械的噪聲主要產生在吸氣口和排氣口，并且具有方向性。根據周圍的情況，在需要降低其噪聲時，可以把壓氣機械安置在單獨的屋內，或采用適當的消聲器，也可以將排氣排入專門的隔離室或朝向周圍不受噪聲影響的地方。

5、氣力輸送設計的計算方法

5.1 一般設計程序

5.1.1 輸送系統的布置。在合理選定氣力輸送系統型式后，便可進行系統布置。布置時可根據廠房的設備布置圖，首先確定始點的供料器或吸嘴的位置和終點分離器的位置；其次確定空壓機和附屬設備的位置，再確定空氣管和輸送管道的配管、管件和彎管的數目等。完成布置后，就可以開始進行詳細工程設計。在管道布置時，注意減少彎管的數目，在長距離輸送時要注意使每段水平管不宜過長。通過室外的管段，必要時需進行保溫，以防因溫差懸殊而造成管內壁結露使物料粘壁。在物料輸送管上，不應安裝有礙輸送的管件等。

5.1.2 確定各工作參數。氣力輸送的主要工作參數包括輸送量、混合比(輸送濃度)和氣流速度等，這些參數的正確確定，對氣力輸送系統的選擇和運行的經濟性有很大的影響。

5.1.3 確定各主要部件的型式和結構尺寸，如選用吸送式氣力輸送型式，則要注意吸嘴的選型，繪制出系統示意圖。

5.1.4 計算出系統各部分的壓力損失及管道總壓力損失。

5.1.5 根據風網總風量和總壓力損失選擇合適的風機，并計算風機所需功率配用電機。

5.2 主要工作參數的確定

5.2.1 輸送物料量

作為氣力輸送計算依據的物料輸送量 ，應該是各輸料管在單位時間內通過的最大輸送量，即：

5.2.2 混合比(輸送濃度)

在氣力輸送計算中，一般采用的混合比或稱輸送濃度，以質量濃度 表示，它是指單位時間內通過輸料管某一截面物料的質量與輸送氣體質量的比值，以下公式均以空氣代表輸送氣體，

在相同的輸送物料量下，提高混合比，可減少空氣量，從而節約動力消耗和管材，在相同的空氣量時，提高混合比，可以增加物料的輸送能力。但混合比過大會帶來輸送狀態的不均勻，從而降低設備的可靠性。在表5.2.2中，推薦了各種輸送方式的合適混合比。

表5.2.2 各種輸送方式的合適混合比