正压气力输送投饲机的结构原理与开发

邵玉才 吴长龙

气力输送又称气流输送。它利用气流的能量，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。气力输送按工作原理可分为负压气力输送与正压气力输送两种形式。负压气力输送是将大气与物料一起吸入管道内，用低气压力的气流进行输送，因而又称为真空吸送；正压气力输送是用高于大气压力的压缩空气推动物料进行输送。

1 气力输送装备设计的重要参数及计算

气力输送装备参数设计是否合理，直接影响到产品的功能性、经济性、可靠性及适用性。在气力输送装备设计时一般需考虑以下几个重要参数：

1.1 物料输送量

物料输送量根据公式（1）计算：

式中：G算——计算的物料输送量，kg/h；

G设——设计的物料输送量，kg/h；

a ——设计系数（考虑到可能引起流量变化的因素而附加的储备系数，可通过查表获得）。

1.2 料气混合比

料气混合比是物料气力输送装置的一个非常重要的参数。混合比越大，越有利于增大输送能力。混合比根据公式（2）计算：

式中：M——料气混合比；

G气——单位时间通过输送管的空气质量，kg/h。

从式（2）可见，M值和空气质量成反比，M值越大，所需空气越少，能耗越少。M值一般取2～4。

1.3 输送风速

在可靠运转条件下，气力输送装置具有最经济的工作性能时允许的最小气流速度，就是输送风速。正压输送的气流速度一般在20 m/s左右。

1.4 风量

风量由物料的输送率、混合比确定，根据公式（3）计算：

式中：Q ——风量，m3/h；

γ——空气质量密度，标准气压下γ=1.2 kg/m3；

1.5 管道直径

根据物料输送所需的风量和输送速度来确定管道的直径。管道的直径根据公式（4）计算：

式中：D ——管道直径，m；

π——圆周率；

V——输送风速，m/s。

1.6 输送压力

输送气体的压力必须大于物料在输送管中移动时各项压降的总和（包括水平管中的压降、垂直管中的压降、输送弯管中的压降）。计算公式如下：

式中：△P ——物料在输送管中移动时各项压降的总和，Pa；

△P1——水平管中的压降，Pa；

△P2——垂直管中的压降，Pa；

△P3——输送弯管中的压降，Pa。

式中：λ11——气体摩擦系数；

λ12——附加摩擦系数(根据试验确定)；

L——水平输送管长度，m；

D1——水平输送管直径，m；

ρ——气体的平均质量密度，kg/m3。

式中：H ——垂直管的高度，m；

D2——垂直输送管直径，m；

g ——重力加速度，m/s2；

V1——物料的垂直移动速度，m/s。

式中：L"——弯管曲率弧长，m；

D3——弯管直径，m；

N——附加比例系数（可通过实验求得）。

气力输送装备的设计计算是一个复杂的过程，若要设计精确，不仅需要复杂的计算，而且需要大量的试验进行验证得出数据（部分数据可以查阅相关标准或借鉴成熟的设计产品）。

2 正压气力输送投饲机的结构原理

2.1 正压气力输送投饲机结构

正压气力输送投饲机包含控制系统、料仓、风机、关风机、下料电机、抛料电机、风鼓、抛料头、浮体等装置。图1为机具结构示意图。

2.2 各装置功能

风机产生高压气流，利用气流的能量，在密闭管道内沿气流方向输送饲料至抛料头；关风机起到控制下料量及管道与料仓之间的密封作用；抛料头上的出料管长短相间，从而保证其抛料区域内的饲料密度均匀；控制系统可实现投料时间、投料间隔时间、工作时间、开机时间、投喂时间的自动化控制功能。

图 1 正压气力输送投饲机结构示意图

3 正压气力输送投饲机关键设计

该装备关键设计包括：风机的选型，管道长度、直径的确定，关风机的设计，风鼓设计，抛料头设计等。

3.1 风机选型及管道长度、直径的确定

通过计算建立气流气压、管径和饲料输送的数学模型，确定风机功率和管道管径长度。

3.2 关风机及喉管的设计

要确定关风机叶轮大小、叶片数量及叶轮转速等参数。

3.3 关风机的设计

根据关风机转速要求设计下料电机的减速机及匹配（根据减速比情况宜采用蜗轮蜗杆减速机）。

3.4 抛料头的设计

需保证抛料区域及抛料均匀性。

3.5 电机功率的匹配（含下料电机、抛料电机、风机电机）

需满足下料量、输送距离、抛撒范围等技术要求。

3.6 机械设计必须考虑磨损

一是介质速度。它是影响冲蚀磨损率的最大因素。二是冲击角。冲击角度主要影响粒子冲击靶材时动能的切向和法向分量，以及在冲击过程中的能量消耗。物料输送冲击角是指入射粒子轨迹与靶材表面之间的夹角。对于冲击粒子来说，动能切向分量产生切削，而法向分量则影响粒子压入靶材表面的深度，两者共同决定着磨损量。

为此，在结构设计和编制工艺流程时，应结合具体情况和实际条件，尽量采用先进工艺和成熟技术。既要保证能完成预期的输送和投饵任务，又要合理地决定所采用的设备种类和系统结构，还要综合考虑输送物料的性质对设备性能的影响，以及运行管理的难度和费用等。

4 主要竞品的对比分析

4.1 参数对比（详见表1）

表 1 主要竞品的参数对比

4.2 竞争力分析

（1）输送距离。气力输送投饵装备相比于普通投饲机可以长距离输送饲料，输送距离可以达到数百米以上，一般适用于面积在2 hm2以上的渔塘或水库。通过远距离输送可以使喂料范围向池塘中间延伸，避免普通投饲机需搭建较长料台的麻烦。

（2）安装位置。气力输送投饵装备的料仓和抛料装置是通过管道分开连接的，风送投饲机的料仓可以放在饲料库房内或放在岸边的任意位置。而普通投饲机是一个整体，必须安装在固定的料台上。

（3）投饲范围。气力输送投饵装备抛料盘的投饲范围为直径50 m的圆面积，大范围的投喂面积可以容纳更多的鱼类同时食用，避免喂养区域出现缺氧问题。而传统投饲机的投喂区域为圆心角为90～110°、半径为20～30 m的扇型面积。

（4）投饲量。在相同功率的情况下，正压气力输送投饲机输送距离是负压风送投饲机的3倍以上，投饲量是负压风送投饲机的1.6倍以上。在饲料的破损率、噪音等方面正压气力输送投饵机都远远优于负压风送投饲机。

（5）投饲方式。相对于负压风送投饲机，正压气力输送投饵机更容易实现从一处向多处分散输送，即风机及关风机是一个，抛料头可以是一个或者是多个。

5 应用前景

正压气力输送投饲机的开发应用对池塘投饲装备发展而言具有重要意义。它不仅具有饲料输送量大、输送距离远、抛撒面积大等特点，可满足大塘口、高密度养殖的需要，还具有从一点向多点供料的分散输送功能，适用于网箱及小塘口养殖。作为养殖工厂化、设施化、高效化的核心投饲技术，正压气力输送技术研发与应用有利于推进水产养殖现代化，促使水产养殖朝着养殖工业化方向发展。