风机在气力输送系统中的应用研究

李芳环 张 巍

（武昌工学院机械工程学院，湖北 武汉 430065）

气力输送就是利用气流的能量，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。气力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、干燥和气流分级等物理操作或某些化学操作。气力输送系统设备主要有鼓风机、压缩机、旋转加料器、换向阀、滑板阀、旋风分离器、仪表等。风机在气力输送中起到提供气源的作用，是气力输送系统中最为重要的设备。它提供的输送风量和压力有力地保证了系统的有效性和可靠性。由于气力输送的方式、使用场所、输送距离和所需输送的容量，以及被输送物料的物性均不同，故可选择的气力输送系统的气源设备的压缩机有多种类型。

1 气力输送中气源机械的分类

图1 气力输送中气源机械的分类

2 风机在不同方式的气力输送系统的应用

2.1 正压气力输送系统

正压气力输送系统是利用风机提供的风压把物料从一点运送到另一个点或者另外几个点。该系统主要由风机、喂料器、分离器组成。如图2所示。该系统可以用于输送水泥、粉煤灰、干化学品等。

该系统中用的喂料器有几种不同的类型，常用的有螺杆式喂料器和旋转阀式的喂料器。螺杆式喂料器通过螺杆的旋转把物料送入到管道中，旋转阀式的喂料器通过阀门开和关把物料送入到管道中。由于管道内压力高于大气压力，所以一定要消除该系统潜在的漏气现象，否则会引起粉尘的泄露。

该系统中物料不直接经过风机，其优点是：①风机叶片不会引起物料的破碎。②物料不会引起风机的磨损和裂纹。

图2 正压气力输送

2.2 负压气力输送系统

在气力输送系统中，风机工作时，风机的进口段管道形成负压，出口段管道形成正压，物料被风机从进口段管道吸入，并在进口段管道中随着带有一定负压速度的气流输送到达指定地方，这种方法就是负压气力输送。该系统的结构组成是喂料器、分离器、风机，如图3所示。该系统主要用于运送有毒物料或燃煤的灰处理系统，谷物、种子、颗粒都可以用该系统输送。因为系统内是负压，所以环境污染小，且该系统自动化程度高，但维修费用较高，系统密封性要求高。

图3 负压气力输送

负压系统中，因为物料先经过分离器，所以物料引起风机的磨损和裂纹被降低到最小化，因此，该系统的优点是：①风机的磨损是有限的。②泄露只存在系统内，所以消除了粉尘问题。该系统的缺点是：当输送管道内浓度较高，输送距离比较长时，该结构必须设置成高真空，这使得成本增加，所以考虑运送方式是必需的。

2.3 混合气力输送系统

混合系统结合了正、负压系统各自的优点，在该系统中，风机处于喂料器和分离器中间，如图4所示，所以所有物料必须经过风机，因此物料和风机叶片之间相互的磨损和冲击是必须要考虑的。在该系统中，通过通风机或鼓风机提供的气源，负压部分把物料从多个喂料仓中吸走，而正压部分把物料送入多个卸料仓。

图4 混合气力输送

3 风机的选择

风机是与管网配合工作的，对工作管网来说，气流具有一定的压能来克服管道的各种阻力并以规定的流量通过管网，所以应选用合适的风机，使其在管网所要求的流量时，压力与管网阻力一致，而且风机效率较高。

3.1 管网的计算

3.1.1 流量计算

输送时，空气流量Q由输送物料的生产率及空气的输送浓度决定，即

式中：m——输送装置生产率（kg/s）

ρ——空气密度

μ——输送浓度，μ=m/Qρ即单位时间内，输送物料质量m与空气质量Qρ的比，可根据经验资料选取。

3.1.2 气流速度

在气力输送中，当流量一定时，速度越低，则管网尺寸越大，且容易阻塞，速度过高时，功率消耗大，通常

式中：v1——物料的临界速度（m/s）

φ——速度系数，浓度越大，所需的φ越大，可根据试验数据选用。

3.1.3 管网内径

因为管网的直径过大，结构就会庞大，从而成本增加，管网直径过小，使压力损失增加，增大功耗，所以在计算出管网的内径d后，要根据实际情况进行修正，并适当地改变流量Q和气流的速度v。

3.1.4 压损计算

在气力输送中，压力损失主要由管道摩擦损失、局部阻力损失、物料的加速、提升等损失，管网压力损失为以上压损之总和，如果已知管网流量及压损，就可选用风机。在选用风机时，通常将流量及全压均增加10%。

3.1.4.1 输送中，管道摩擦损失为Pm

式中：R——纯空气通过1m长风管的阻力（mmH2O/m，1mmH2O=9.81N/m2），可直接从手册查得。

L——管道长度

C——经验系数

μ——输送浓度

3.1.4.2 局部阻力Pi

式中：ξi——局部阻力系数

Vi——产生局部阻力处的平均速度，通常指的是产生局部阻力部分后面的直管道中的流速。

3.1.4.3 加速损失Pg

式中：ms——物料的输送量

i——加速损失系数，手册查得。

3.1.4.4 提升压损PS

式中：s——提升高度（m）。

3.2 风机的选用原则

①风机的风压及流量要满足管网的要求，且要效率高，运作平稳，低噪声，调节性能好。

②根据管网的最大流量，计算管网的压损与流量。

③管道设备安装中往往存在气密性不严的现象，所以风机选择时，需将流量增大10%～15%。

④考虑到管网压损计算的不完善，风机提供的压力应比管网计算压损增加10%。

4 小结

本文对应用于气力输送系统中各种类型风机的研究，风机在不同气力输送系统中的位置，以及在不同形式的气力输送系统中，风机的磨损程度不一样，这也是选择风机必须考虑的一个方面。其次，因为管网和风机是配合工作的，所以通过管网的计算来选择风机。希望对气力输送系统的设计计算有一定的指导作用。

［1］程克勤.气力输送用气源机械的选择［J］.硫磷设计与粉体工程，2003（2）：24-26.

［2］李勇，王海苹，朱秀萍.气力输送系统气源机械选择和节能分析［J］.工艺设备，2009，30（6）：12-14.

［3］Twin city fans companies.The use of fans in pneumatic conveying.公司技术资料.

［4］北京农业工程大学主编.农业机械学（下册）［M］.北京：中国农业出版社，2002.