负压吸送式气力输送系统设计及在橡胶行业应用

刘金一，徐学轶(.软控股份有限公司，山东 青岛 6604；.大连博思普特贸易有限公司，辽宁 大连 6033)

负压吸送式气力输送系统设计及在橡胶行业应用

刘金一1，徐学轶2
(1.软控股份有限公司，山东 青岛 266042；2.大连博思普特贸易有限公司，辽宁 大连 116033)

总结出一套适合输入原始条件、原始资料的负压气力输送系统的设计模型，通过设计过程演示，给予科研和设计工作者以指导和参考作用，从而在实际工作满足橡胶工厂对设备的需求和选择。另外，列举了几种在橡胶行业的典型应用，起到示范和启发作用。

负压；吸送式；气力输送系统；结构；应用

1 系统组成

负压吸送式气力输送系统由以下几个主要部分构成，基本工作流程如图1。

图1 吸送式负压输送系统主要组成部分

根据用途要求、生产工艺、设备布置不同，某些装置结构形式及其组成可能会有差别，但任何负压吸送式输送系统都应包括上述主要部分。

2 设计和计算

2.1 原始设计输入条件如下

（1）输送物料：即需要被处理的物料，包含原料的种类、包装形式以及物理特性参数等，本文后面内容以炭黑类为例；

（2）输送能力：各个厂家产能要求不同，一般以t/h为单位来表示；

（3）称量精度：若是含有称量工艺，一般有称量精度要求，以g为单位表示；

（4）称重范围：配方整体和内含单种物料的最小、最大称重/批次；

（5）破碎率：以百分数来表示；

（6）电力能耗：以千瓦kW为单位表示；

（7）空气消耗量：以m3/min为单位表示；

（8）空间需求：厂房高度，占用平面范围、物流等；

（9）设备接口：与上下游设备的对接和联机等；

（10）环保要求：废气排放标准，除尘、除味方面指标；

（11）公用工程和设施：电梯、动力源等。

2.2 设计步骤

（1）根据使用要求，分析物料物理特性和输入条件，校核输送条件及确定输送工艺流程等。

（2）配置负压气力输送系统功能和主体结构形式。输送补料；输送称量还是二者兼具；是采用吸嘴还是配备投料仓卸料装置，间歇还是连续工作；脉冲式还是旋风式分离。

（3）确定输送管管线的布置及主要部件的结构形式，绘制初步布置方案图并标注主要尺寸，考虑与上下游设备对接；

（4）选择机电类等配套件、外购件类型。明确部套结构、参数、尺寸、材料及其要求；

（5）确定合理的气流速度；

（6）根据以往实践经验或分析初选混合比；

（7）确定系统总风量；

（8）计算输料管道口径；

（9）计算整个输送系统的压力损失；

（10）计算气源装置所需总功率；

（11）从产品样册中选择合适的风机及其配套的电动机。各个供应商提供具体产品参数可能有不同，以满足设计要求为原则。

如果计算结果不理想，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，要从正反两个方面进行验算，直到设计选型到合适为止。

2.3 计算方法和主要公式

2.3.1 主要参数的确定

（1） 输送能力的确定：根据（用户）具体使用方提出。

（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。在设计计算时参考各种实例、借鉴已有经验或试验数据来确定。

（3）空气流量的确定：根据选定的输送混合比m，所需风量Q应为：

式中： Q——风量，（m3/h）；

ρa——空气比重，取 =1.2 ；

Gs——输送量，（kg/h）；

μ——混合比，其值由经验得。在确定气源装置的总风量Qin时，应该考虑加上管道系统的漏气量，一般总漏气量占总风量的15%~20%之间。

（4）输送气流速度：一般靠试验和以往实践经验确定。可在各种参考书中选定，炭黑类一般选16~20 m/s（杨伦、谢一华主编的《气力输送工程》）

（5）被输送物料的运动速度：

在吸送式输送系统的实际计算中，采用近似求解法得出数值。

对垂直输料管，物料颗粒达到稳定运动的速度 (m/ s)可以近似地取为

式中：va——气流速度，（m/s）；

v0——物料悬浮速度，（m/s），炭黑类一般取 =12 m/s。

处于垂直加速段的物料颗粒速度vs可根据参数及m1有的va/vo值查图获得vs/va值，(李克永主编《化工机械手册》)根据已知的va值，即可算出vs值。参数可按下式求算：式中：g——重力加速度，g= 9.81 m/s

h——垂直输料管高度，m。

对水平输料管，物料颗粒到达稳定运动时的速度vs(m/s)一般可近似的按下式取为：

对于粒度和密度较大的颗粒其值应取较小值，反之应取较大值。

（6） 输料管的内径：输料管起始段内径可按下式确定：

式中：Q——计算风量；

vs——输送空气速度。

2.3.2 管道压力损失的计算

管系总压力损失Vp包括纯空气流动产生的压力损失Vpa和两相流中存在物料引起的附加压力损失Vps，即：

以下为各项压力损失的组成及其计算方法。

（1） 纯气流产生的压力损失

直管沿程的摩擦压力损失。纯空气沿圆形截面管道流动产生的摩擦压力损失通常按下式计算：

纯气流摩擦阻力系数 a与管内流动状态及管到特性有关,其值主要取决于雷诺数Re 和管壁表面粗糙度K。输料管的a可以按光滑管考虑。对于常规物料其值一般可查表获得，特殊物料计算获得，计算如下：

运动黏度ϒ 查询手册数值

按照上述相同道理，在垂直管道内纯空气的压力损失为：

局部压力损失。吸送式气力输送装置局部压力损失通常用管道中流体动压力的单位倍数来表示，可由下式计算：

式中：ξa——气流的局部阻力系数。

（2）双相流运动产生的压力损失

a.直管沿程的摩擦压力损失∆Pm。可按下式计算：

对水平段，ΔPm为：

对垂直管段，ΔPm为：

K值可以查表获得（杨伦、谢一华主编的《气力输送工程》）。

b.加速压力损失ΔPac。主要发生在供料装置和弯管后面，计算公式如下：

式中：ζa——加速压损系数

物料在供料装置附近由零初速度起动产生的压力损失可以按下式计算求得：

式中：β——系数，它与被输送物料的物理特性及气流速度有关，通常β=0.5~0.8；

vs——物料稳定运动时的速度，（m/s）。

c.弯管的压力损失Vpjb。

两相流运动引起的弯管压2力损失Vpjb可以按下式计算：

式中：ξa——气流通过弯管的局部阻力系数。查询获得。（杨伦、谢一华主编的《气力输送工程》）。

kb——弯管局部阻力的附加压力损失系数，其值查询获得。（杨伦、谢一华主编的《气力输送工程》）

根据查询得出各项数值之后，再返回计算公式即可计算出所需参数，具体计算过程本文不再演示。

d.提升物料的压力损失VPL。在垂直管道内输送两相流时，必须包括克服物料自重而引起的压力损失，即提升物料到一定高度h所需的位能，称为提升压力损失，由下公式计算得：当垂直管高度h大于10m时， 可以按下式求算：

vs≈va-v0

当h小于10 m时，可以由下式求算m1值，再根据va/v0值查图查得vs/va值。(杨伦、谢一化主编《气力输送工程》)根据已知的 值，即可算出vs值 。

e.输送系统各部件压力损失Vpc。它主要包括供料装置、分离装置、除尘器、风管、消声器以及各种异型管件的压力损失，不同结构的装置其计算方法不同，其中以离心分离器的压力损失占为主要，其他部件压力损失查询经验值。

离心分离器的压力损失可以由下式计算而得：

式中:ξ——局部阻力系数，通过实测求得；

v——分离器进口风速（m/s) ；

ρa——进口空气密度，（kg/m3）。

f.吸送系统的总压力损失ΔP

ΔP=ΔPa+ΔPs

=ΔPsn+ΔPm+ΔPma+ΔPjb+ΔPL+ΔPC

气源装置的真空度PB，在吸送系统总的压力损失基础上，再考虑增加10%~20%的余量，即PB=(1.10~1.20)ΔP。为保险起见以取较大值为宜。

（3）气源装置的选择：依据上述计算结果，根据吸送系统所需的风量Qin和风压（真空度）PB，在产品样册目录选取合适型号的气源装置，并根据所需功率N选定配套电动机。目前大部分供应商的产品中已将气源装置和电动机匹配好，只需选取整机即可。

4 主要部件

气力输送装置一般由下列部件所组成：供料装置，管道和管件，分离器，除尘器，卸料（卸灰）器及气源装置等。

其设计的典型系统流程示意图如图2。

图2 设计系统流程图

5 橡胶行业应用

5.1 减震垫、密封垫制品原材料输送补料

在橡胶（制品）行业中，通常要将炭黑、各种助剂按照一定的配方配比投入到密炼机中进行密炼，以此获得混炼胶。炭黑、白炭黑、碳酸钙粉等散装物料以太空包、纸包装等形式运送到橡胶工厂仓储，以往是采用人工方式完成补料等操作，以下系统是以负压气力输送系统将各种散装原料自动输送到各个储仓中，减轻了劳动强度、提高了工作效率、改善了环境，其流程图如图3。

图3 负压气力输送系统流程图

每种物料配置一台投料口，投料口通过输送管道连接到储仓中，多台储仓公用一台罗茨风机以提供真空，补料时各种物料互补影响，可独立、同时进行。物料在负压吸引作用下从投料口经过密闭管道，连续进入储仓，输送的效率主要由罗茨风机产生的真空度大小来调节控制，输送距离可达到60 m以上。该装置适合不能掺混料的情况下使用，对于产能要求较高的企业使用。目前已在一些中小型轮胎厂、橡胶制品厂广泛应用。

5.2 胶管胶带制品原材料输送称量

各种中小规模的橡胶制品厂厂房一般都是单层结构，受密炼机/捏炼机的布置影响，其炭黑等粉料配料系统的空间比较受限制，传统的上辅机系统一般需要3~4个楼层高度，同时对楼面的承重也有要求，成本比较高，大部分制品厂很难接受，以下系统就是主要针对这种小型厂房而设计研发的，采用负压送料称量，实现了自动化操作，减少了人工干预，厂房空间要求小，一般6~8 m高度即可满足，经过实践具有很好的经济效益。

图4 负压输送示例

如图4结构，所有的设备均位于同一个楼层上，投料和称量隔离分区布置，避免了粉尘扩散和交叉污染，在原料存储区根据物料的种类和掺混情况设置几组发送料仓，用于暂时存储一部分物料，通过罗茨风机提供的负压动力将物料吸送到称量罐中，称量罐中设置有称重模块，用于按配方要求进行物料称量和显示，通过罗茨风机的风速和调节阀来控制给料速度，称量好的物料自动投入密炼机，实现输送、称量无人化。此种系统由于综合成本低、投资少、效率高、占空间小、环保效率高等优势，已经在橡胶制品厂广泛使用，非常值得推广。

6 结论

负压吸送式气力输送系统相比其他机械输送方式，在经济性、智能化、工作效率、可维护性方面具有诸多优势，是中小型橡胶制品厂的理想选择。希望本文通过原理介绍、计算模型演示、应用实例等方面给橡胶行业科研设计工作者、设备维护人员以及工厂设备采购人员以指导和借鉴作用。

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Progress of polymer radiation processing technology for electrical materials

Design of minus compressure pneumatic conveying system and application in rubber industry

Liu Jin Yi1，Xu Xue Yi2
（1.MESNAC Co.,LTD. Qingdao 266045, Shandong, China 2.Dailian Prosperity Commercial Company,Dalian 116033, Liaoning, China）

Summarize a type of designing model which is suitable for inputting original conditions and datas. Provide R&D people some instruction and reference by showing design procedure, then satisfy rubber plant’s equipment requirement and selection in actual work. Besides, list several typical applications in rubber industry, supply examples and inspirations.

minus compressure; suction; pneumatic conveying; structure; application

TQ330.42

：1009-797X(2016)15-0025-05

ADOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.004

(R-01)

刘金一，男，工程师，毕业于青岛科技大学，长期从事橡胶机械研发设计和项目管理工作。

通讯邮箱：yiquan2005@163.com

2016-05-03