籽棉气力输送管道设计要点分析

〔北京中棉工程技术有限公司，北京100052〕

一、行业现状

籽棉气力输送系统是指外吸籽棉或内吸籽棉管道、卸料器、风机、除尘器等。目前，由于种种原因，有些管道直径、输送风速、籽棉输送量、风机选型等缺乏科学计算和测试，存在能源浪费现象，因此，笔者以籽棉气力输送管道设计要点为主线，从喂花口到旋风除尘器，逐步进行计算分析，供大家参考。

二、设计要点

（一）籽棉输送量

根据不同规格的轧花机组每小时皮棉产量或每小时成包皮棉数量、籽棉衣分率等可计算出应满足轧花生产的籽棉输送量。例如5台128片锯齿轧花机组，按片时产量9.5 kg、台时产量1 216 kg、籽棉衣分率38%计算，皮棉总产量6 080 kg/h，折籽棉16 t/h，即每小时生产皮棉27包。从实际情况看，平均衣分率在39%～40%，这里按38%计算更有保证。所以每班11小时生产皮棉297包是基本符合实际的。轧花机台时产量是管道设计的主要计算依据，事实上轧花机的产量一般都控制在中等或略偏上水平，所以没必要按轧花机的最高产量设计。

（二）混合比（μ）

混合比也称输送浓度、质量浓度，是单位时间内所输送的物料量与空气量的比值。籽棉气力输送属吸运式稀相输送，混合比μ=0.5～10，具体数值根据所输送物料的物理特性决定，据棉花加工教科书等资料介绍，籽棉气力输送的混合比μ=0.6～0.8。这里要注意，阻力系数与混合比有关，计算阻力系数时是先按纯空气计算的，算带料阻力系数时必须再乘以个系数（1+Kmμ）或（1+KWμ），而且相同的弯头转弯输送方向不同其阻力系数也是不同的。5-29系列高压离心风机的特点就是全压高，在风机全压允许的前提下可以适当提高混合比，提高输送能力降低能源消耗。所以可取0.8。

（三）输送风量（Q）

式中：

G—籽棉输送量；ρ—空气密度，1.2 m3/kg；μ—混合比，0.8；a—储备系数。

因为籽棉输送量是按轧花机中高产量计算的，所以储备系数不宜过大，一般可按1.05～1.1，本例选择1.05。将上述数据带入公式得，

目前轧花生产线一般都按两条外吸棉管道模式配置，单管籽棉输送量为总量的二分之一，所以按8 000 kg计算。在选择风机流量时会考虑到管道漏风等问题，所以此处也可不加储备系数。

（四）输送风速（v）

1.悬浮速度与输送速度。

据20世纪80年代初《棉花加工》资料介绍，籽棉的悬浮速度为9.5 m/s～12.5 m/s，输送速度为悬浮速度的1.9倍～2倍，籽棉输送速度应为18 m/s～24 m/s，由于当初测试时都是手摘棉，而目前都是机采棉，回潮率、含杂率、衣分率等都变化较大，大量的现场测试证明，机采籽棉输送速度应在24 m/s～26 m/s比较经济适用，建议按24 m/s设计。

2.风速与阻力的关系。

在轧花机产量、喂棉速度一定的情况下，单纯的加大风量、提高风速会浪费更多的电能或在轧花前形成溢流棉，做无用功，不利于生产线顺畅运行。根据流体力学原理，紊流状态下，阻力损失与风速的平方成正比，例如同样一台重杂分离器，如果正常风速（24 m/s）下运行其局部阻力小于300 Pa，但风速提高到40 m/s时，其局部阻力将增加到800 Pa以上；如果本文例举的籽棉输送管道风速从24 m/s提高到30 m/s，则管道总阻力将增加1 923 Pa，电机电流会显著增大，也就是说，管道系统的压损大小与输送风速直接相关。据测试有的籽棉输送管道风速达40 m/s以上，这是很不理性的，如果是因为配置的风量太大了，应扩大管道直径，降低流速，从而减小压损。因此，在排除风机自身问题的情况下，如果籽棉输送有问题应重点查找管道问题、漏风问题和混合比等问题，不应盲目加大风机型号或转速。

3.漏风问题。

笔者曾经测试过某轧花厂，用75 kW电动机带大风机，结果远端的棉花还是吸力不足，轧花生产供不应求。经测试才发现，风机入口风量19 000 m3/h，而最远端仅剩7 600 m3/h，漏风率60%。可见，采用大号风机、大规格电动机来弥补管道漏风的缺陷是不可行的，因为风压越大漏风量也越大。

（五）管道直径（D）

（六）风机选型

风机的两个关键参数就是全压和流量，全压必须大于管道的所有压损之和，流量必须考虑到管道、卸料器等难以避免的漏风因素，都应预留一些余量。

1.风机全压。

输送管道、排尘管道的压损由两部分组成，一是沿程阻力，即直管道产生的摩擦阻力；二是局部阻力，即弯头、三通、变径管、卸料器、旋风除尘器、重杂分离器等流体质点剧烈变形或震动所产生的阻力。详见图1的工艺流程示意图。

这些阻力系数和阻力都可以按有关公式进行计算（过程略）。例如，经计算管道沿程阻力2 930 Pa，局部阻力2 010 Pa，总压损4 940 Pa，所选风机全压应大于等于管道总压损的1.15倍～1.2倍，按1.2倍计算，即风机全压不应低于5 928 Pa。

2.风机流量。

受管道连接法兰盘制作精度、、密封材料、安装精度等影响，管道接头、管道与设备对接方式等难免有漏风情况，为了使输送管道风量保持在设计风量，要求全程总漏风率不大于20%。因此风机流量应大于等于管道流量的1.25倍～1.3倍，按1.3倍计算，即风机流量不低于11 375（m3/h）。

3.风机功率。

图1 外吸籽棉气力输送工艺流程示意图

风机的功率消耗与流量和全压的乘积成正比，与风机内效率和机械传动效率成反比。即可用公式计算也可查风机手册。计算公式为，式中η1为风机内效率，80%左右，η2为机械传动效率，三角带传动0.95。

三、结论

通过对籽棉气力输送技术要点的研究，更加清楚的看到了生产实际中管道漏风和能源浪费问题比较严重，切忌盲目追求大号风机、大功率电机、提高风机转速、提高输送风速，更不能人云亦云，经验固然重要，科学理论必不可少。管道的设计、风机的选型必须根据轧花机组的最佳产量谨慎计算，即优质高效原则。总之，节能高效是根本，理论联系实际是硬道理。