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1、气力输送管道设计概述

气力输送属流体输送,它是以空气或其他惰性气作为工作介质,通过气体的流动将粉粒状物料输送到指定地点,或者可以把气力输送定义为借助正压或负压气流通过管道输送物料的技术。

气力输送系统由以下部分组成:

(1)供料装置;(2)输送管道;(3)分离机;(4)气体动力源。

2、气力输送系统的分类

气力输送系统可分为吸送和压送两大类。根据气力输送系统的特征,所需风量和压力等的不同,又可分为多种不同的型式,但用于输送散装粉粒状物料的气力输送系统主要是以下三种类型。

2.1 吸送式

通常以20~40 m/s的高速气流在管路系统内悬浮输送物料,最高真空度可达60 kPa。该系统在许多行业中采用,如图2.1.0所示,物料的输送过程是在风机的一侧完成的,该系统具有以下特点。

提供气力输送系统

1—回转式供料器;2—料仓;3—输料管;4-次旋风分拽器;5-排料器;6一料罐;7一二次旋风分离器;8一罗茨鼓风机

图1.2.1.0 吸送式气力输送系统示意图

2.1.1 保证物料和灰尘不会飞逸外扬。

2.1.2 适宜于物料从几处向一处集中输送。

2.1.3 适用于堆积面广或存放在深处的物料输送。

2.1.4 进料方式比压送系统中的供料器简单。

2.1.5 对卸料口、除尘器的严密性要求高,致使这两种设备构造较复杂。

2.1.6 输送量、输送距离受到限制,且动力消耗较高。

2.2 压送式

压送式气力输送系统是靠压气机械产生的正压气流化输送管道中进行输送。如图1.2.2.0所示,物料的输送过程是在压气机械的压气段一侧完成的。

提供气力输送系统

1一回转式供料器;2一罗茨鼓风机;3一料斗;4一输料管;5一旋风分离器;6一料仓

图1.2.2.0 压送式气力输送系统示意图

该系统具有以下特点:

2.2.1 适合于大流量、长距离输送;

2.2.2 卸料器结构简单;

2.2.3 能够防止杂质和油、水浸入系统;

2.2.4 容易造成粉尘外扬。

压送式气力输送可分为低压压送式、中压压送式和高压压送式三类。

1) 低压压送式用中速气流在管路系统中悬浮输送物料,操作表压一般为82 kPa以下,最高约达100 kPa。

2) 中压压送采用低速气流,操作表压可达310 kPa。

3) 高压压送也采用低速气流,操作表压可达860 kPa。

2.3 混合式

混合式气力输送是吸送和压送两种方式组合在一起而构成的,该系统具有两者的共同特点,较适宜于长距离输送物料。

除了以上三种气力输送系统外,还有一些特殊类型的气力输送系统,如脉冲栓流式、文丘里供料式低压压送系统、循环输送式、空气槽等。

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物料的性质

3.1 真实密度

真实密度是指物料在密实状态下单位体积所具有的重量,以符号rs'表示,它的单位为kg/m3。

3.2 松散密度或堆积密度

松散密度或堆积密度,以rs表示。孔隙率ε是指物料颗粒之间的空间体积与包含空间的物料的整个体积之比,真实密度与松散密度之间存在以下的关系:

rs=(1-ε)rs'

在气力输送设计中,贮料斗和供料器所需的容积、输送器等直接与物料的容重有关。

3.3 湿度

湿度是指物料中水分的含量,通常以湿态材料的质量百分数表示,即:

气力输送设计时,要注意材料的湿度,材料越湿,输送中越可能发生粘壁现象,设计时采用的安全系数应该越大,否则会发生堵塞现象。对于易潮解的物料,可能需要用干燥空气或其他气体作输送介质。

3.4 粘附性

实践表明,细粉末或水分多或有显著带电性的物料,在设备和输料管中粘附严重。对一般的物料,孔隙率越小,水分越大,附着应力越大。为了减少物料的粘附,避免造成输料管堵塞,通常应根据经验选择合适的气流速度,同时将管壁加工光滑,以尽可能降低其危害程度。

3.5 脆性

脆性物料可能在输送过程中发生破碎而影响使用效果,为此,对输送风速的选择要格外谨慎。以免物料破碎受损。

3.6 粒度与形状

一般可通过目测将物料分为4类:(1)微细粉末(50~100μ)(2)粉粒,(3)颗粒(1mm以上),(4)块状或不规则形状的物料。

将大小不同的物料粒子进行粒度分级时,一般可用筛分法。我国常用泰勒标准筛。在选择气力输送系统型式、风速、除尘设备时,物料的粒度和形状是重要的参考因素。

3.7 爆炸性

粉尘的爆炸性可以用它的爆炸危险级别来表示,如表3.7.0-1所示。表3.7.0-2列出了一些粉尘在空气中的爆炸危险指数。针对易爆的粉尘物料,设计时要注意消除静电,采用防爆型的电器设备,有时要用惰性气体作输送介质。

表 3.7.0-1 粉尘爆炸危险级别

提供气力输送系统

表3.7.0-2 粉尘爆炸危险指数

3.8 静止角

在设计气力输送系统时,静止角是重要的因素,其数值定义为物料通过小孔连续地下落到水平面上时,堆积成的锥体母线与水平面的夹角。对同一种物料,粒径越小,则静止角越大。

3.9 磨琢性

与其他物性相比,物料的磨琢性对气力输送系统影响更大。物料对设备的磨琢性可用莫氏硬度来表示,对各种被输送的物料,可按其莫氏硬度值分成4类磨琢性不同的物料,见表3.9.0,莫氏硬度大于7的物料一般不宜采用气力输送,因为这些物料对设备部件的金属材料磨琢过于剧烈,使管道、设备的使用寿命缩短,当需要气力输送磨琢性强的物料时,要在选型和选材上注意采用相应的措施。

提供气力输送系统

表 1.3.9.0 物料磨琢性分类

4、物料的输送状况

4.1 输送量

在设计气力输送系统时,一般是根据单位时间的输送量确定系统的容量和规格。输送系统往往是作为整套设备的组成部分进行设计的。如果输送能力比额定值大,则后部的设备就没有能力处理,反之,如果输送能力过小,则会影响设备的正常操作。因此,一般宜使瞬时的输送量控制在额定的范围内。对连续运转的设备,当输送装置万一发生故障时,会造成整套设备的停车,带来过大的损失。因此输送系统应具有承受连续运转的结构,并要设置中间料斗,以便在紧急修理时,允许暂停运转。当供给量不连续时,在瞬时内会供给大量的物料所以系统的容量应加大。

4.2 输送的起点和终点状况

输送的起点情况将决定气力输送的供料方式,起点处的物料可能有两种情况:一种是处于静止状况,如料斗、仓库或车船内的物料,另一种是处于运动状态,如由其他输送线或加工设备中卸出的物料。起点处于静态的物料必须依靠气流的作用力起动加速,而本来已具有一定运动速度的物料则可能减少起点压损和所需的功率。

如果气力输送系统用来接运由其他输送机械或加工设备送来的物料,在设计时必须使气输送的输送量留有足够的安全系数,当前面设备的输送量发生波动而瞬时增大时不致于发生堵塞。如果前面的设备是间歇工作的,则要在气力输送系统的前部设置缓冲料斗。

气力输送终点的状况关系到输送管道的布置,卸料点可能是一个,也可能有好几个,必须了解所有的位置。包括它的平面布置和高度位置。

4.3 输送距离和路线

在确定输送方式和所需动力时,除按输送距离合理选择输送方式外,对输送路线亦需进行合理布置,因为气力输送系统随管道的布置不同,所需功率或输出能力差别很大。

4.4 吸气口、排气口以及检查孔

吸气口、排气口和检查修理孔必须不受外部灰尘、雨雪等的侵入,排气口的含尘量不应超过规定值,要根据情况安排灰尘滤清器和除尘装置。

压气机械的噪声主要产生在吸气口和排气口,并且具有方向性。根据周围的情况,在需要降低其噪声时,可以把压气机械安置在单独的屋内,或采用适当的消声器,也可以将排气排入专门的隔离室或朝向周围不受噪声影响的地方。

5、气力输送设计的计算方法

5.1 一般设计程序

5.1.1 输送系统的布置。在合理选定气力输送系统型式后,便可进行系统布置。布置时可根据厂房的设备布置图,首先确定始点的供料器或吸嘴的位置和终点分离器的位置;其次确定空压机和附属设备的位置,再确定空气管和输送管道的配管、管件和弯管的数目等。完成布置后,就可以开始进行详细工程设计。在管道布置时,注意减少弯管的数目,在长距离输送时要注意使每段水平管不宜过长。通过室外的管段,必要时需进行保温,以防因温差悬殊而造成管内壁结露使物料粘壁。在物料输送管上,不应安装有碍输送的管件等。

5.1.2 确定各工作参数。气力输送的主要工作参数包括输送量、混合比(输送浓度)和气流速度等,这些参数的正确确定,对气力输送系统的选择和运行的经济性有很大的影响。

5.1.3 确定各主要部件的型式和结构尺寸,如选用吸送式气力输送型式,则要注意吸嘴的选型,绘制出系统示意图。

5.1.4 计算出系统各部分的压力损失及管道总压力损失。

5.1.5 根据风网总风量和总压力损失选择合适的风机,并计算风机所需功率配用电机。

5.2 主要工作参数的确定

5.2.1 输送物料量

作为气力输送计算依据的物料输送量 ,应该是各输料管在单位时间内通过的最大输送量,即:

5.2.2 混合比(输送浓度)

在气力输送计算中,一般采用的混合比或称输送浓度,以质量浓度 表示,它是指单位时间内通过输料管某一截面物料的质量与输送气体质量的比值,以下公式均以空气代表输送气体,

在相同的输送物料量下,提高混合比,可减少空气量,从而节约动力消耗和管材,在相同的空气量时,提高混合比,可以增加物料的输送能力。但混合比过大会带来输送状态的不均匀,从而降低设备的可靠性。在表5.2.2中,推荐了各种输送方式的合适混合比。

输送方式对比

表5.2.2 各种输送方式的合适混合比

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