旋涡气泵在散装水泥中转站的应用

2021-01-12袁锡康郑春专

散装水泥 2021年5期

袁锡康郑春专

（杭州奥拓机电股份有限公司，浙江杭州 311107）

1 概述

旋涡气泵，又称旋涡风泵、旋涡风机、漩涡风机、旋流风机、涡旋风机、涡流风机等，相关标准有轻工行业标准《水族箱用及类似用途旋涡式气泵》（QB/T 4690-2014）和浙江制造团体标准《水族箱用及类似用途旋涡式气泵》（T/ZZB 0115-2016 ）、《工业用及类似用途旋涡式气泵》（T/ZZB 0137-2016）等。

旋涡气泵是70年代国外发展起来的，用空气作为工作介质进行增压的装置，国外称为再生式鼓风机或反馈式鼓风机。因其本身装有叶轮，且工作时依靠离心力和旋涡双重作用原理，并不断通过技术升级，先后发展成单段、双段、三段叶轮的高压风机，特别适合高压缩比、低流量的场合使用，既可用来抽吸气体，又可用于压送气体。虽然我国的研发起步较晚，但进入21世纪以来发展较快，制造企业众多，已在农业、石油、化工、印刷、食品、服装、医药卫生、环保等行业得到广泛应用，可部分替代空气压缩机、罗茨风机、离心风机。

2 工作原理

当气体从吸入口进入泵腔后，随着叶轮的高速回转，叶轮叶片槽道内的气体在离心力作用下，向叶轮外缘的环形流道内流动，冲击泵壳转而向内流动，在其后叶片的根部处重新返回叶轮，然后再以同样的方式循环。因气体在叶片槽道内和环形流道内的圆周速度不同，故所受的离心力也不同。叶片槽道内的气体在离心力的作用下甩向环形流道时其动能部分地转化为压力能，故环形流道内气体的压力能高于叶片槽道内的压力能；这样，气体在叶片槽道与环形流道之间将产生强烈的环流，即纵向旋涡；借离心力增压的气体又因叶片两侧的压力不同，其压差将引起叶片槽道与侧流道之间的环流，即径向旋涡；其中，纵向旋涡的作用是主要的，在纵向旋涡的作用下，气体从吸入口进至排出口的整个过程中，多次进入叶轮并从叶轮中甩出，即类似于气体在多级离心式风机中流动，而气体每流入叶轮并被甩出一次，就获得一次能量。当气体从叶轮流至环形流道时，即与环形流道中运动的气体相混合，由于两股不同速度的气流在混合过程中产生动量交换，使流道中的气体能量得到增加。这种环流作用与叶轮旋转作用的合成，使气体均匀地加速，并以螺旋线的形式流出；气体从吸入口流到排出口需经多个叶片，即气体循环多次地被吸入和甩出；气体每经叶片甩出一次就获得一次能量，经多次甩出相当于经多次压缩，排出泵壳时已获得较高的能量。由于单个叶轮可实现多级压缩，因此，旋涡气泵与离心式或轴流式风机相比，在叶轮外缘线速度相同的情况下风压要高得多，故国外称旋涡气泵为高压鼓风机。

3 产品组成、参数与特点

3.1 产品组成

旋涡气泵由机身、机盖、叶轮和电机组成。叶轮是一个外缘带有数十片叶片的圆盘，与机身、机盖组成同心流道。叶轮与机身、机盖之间的间隙仅为 0.07～0.10mm。

3.2 产品参数

目前，常规产品的技术参数如下：

功率：0.2～30kW。

电压：单相115/230V、三相220/380/415/660/720V。

频率：50/60Hz。

最大排气压力：104kPa。

最大吸气真空度：-74kPa。

最大流量：56m3/min。

噪声：53～84dB。

防护等级：IP55。

3.3 产品特点

（1）具备吹、吸双重功能，一机两用。

（2）少油或无油运转，输出的空气洁净度高。

（3）输出压力高，比离心风机高12～17倍。

（4）对安装基础的要求低，甚至可以不用固定脚座，安装方便、费用低。

（5）噪声低，大功率机型尤其显著，有特殊场合需要的可升级至静音机型。

（6）机械磨损小，几乎免维护使用，易损件仅为轴承，一般3～5年内无易损件。

（7）操作维护简单。

（8）结构简单、体积小、重量轻。

（9）耗能低、运行平稳。

（10）价格低廉。

4 选型与注意事项

4.1 选型

根据设计计算所需流量和压力（正压或负压），查阅压力-流量曲线，找到能同时满足压力和流量对应的工作点以上的工作曲线，或直接查阅技术参数表，确定型号规格。

4.2 注意事项

（1）大功率的旋涡气泵底座需加装橡胶减振垫。

（2）必要时，可在进风管或出风管上加装消声器降噪。

（3）进、出风管与旋涡气泵之间应采用弹性软接头连接，以隔断振动传播。

（4）当环境温度或进气温度较高时，应选用高温机型并注意通风散热。

5 旋涡气泵在散装水泥中转站的应用

旋涡气泵以其优异的性能和良好的性价比，在广泛应用于各行业的同时，也逐渐被散装水泥中转站行业认识和接受。

5.1 在负压气力卸船机上的应用

对于散装水泥中转站，特别是小型河港站，以往选用负压气力卸船机的较多，旋涡气泵在系统中替代罗茨真空泵起着重要作用。在该系统中，旋涡气泵采用吸气功能，最大吸气真空度为-74kPa，足以适应各种内河船型和码头，将散装水泥从船舱抽吸上岸。

5.2 在流化床上的应用

在散装水泥中转站的各类流化床中，旋涡气泵是必不可少的。

（1）在输送机之间的转运点设置流化过渡小仓或流化集料坑，采用旋涡气泵供气，可有效稳定料流、减少取料阻力。

（2）在料仓底部设置流化床，采用旋涡气泵供气，可增强散装水泥的流动性，增强其出力，提高料仓的卸空率。

（3）在库壁设置破拱助流流化床，采用旋涡气泵供气，可有效防止堵料、拱料现象。

（4）在大型储存库上，为防止库侧发放散装水泥而造成库内水泥偏载，采取斜槽与开式充气槽组合应用方式从储存库芯部取料的措施，采用旋涡气泵供气，出力稳定可靠。

（5）设置倾角过小的卸料溜子，在其底部加装开式充气槽，采用旋涡气泵供气，可有效消除堵料现象。

（6）在料仓出料口部位，物料含水率对排料性能较敏感，增设开式充气槽，采用旋涡气泵供气，使出料口畅流无堵。

5.3 在库底和库侧卸料中的应用

在库底和库侧卸料环节中，采用旋涡气泵对卸料装置供气，可使散装水泥充分流态化，便于稳定料流并任意调节卸料流量。

5.4 在斜槽输送系统中的应用

在斜槽输送系统中，可替代罗茨风机和离心风机供风，特别适用于短小斜槽，可达到意想不到的效果。

（1）对于短小斜槽的供风，以前没有合适的离心风机可供选择，只能选用小型罗茨风机，但噪声大、价格高。因此，相继开发了XQⅠ№4.8A、XQⅠ№5.4A、XQⅡ№4.7A型高压离心通风机，使用效果很好，但价格较高。改用旋涡气泵，压力、流量范围正好适合，使用后的效果优于小型罗茨风机和XQⅠ、XQⅡ系列离心风机，且供气装置造价更低。

（2）大型斜槽的弯槽、多路槽，采用旋涡气泵单独供气，能稳定出料，消除堵料现象。

（3）斜槽清渣器，采用旋涡气泵单独供气，能有效分离小钢球、小钢段、石块等杂物，有利于主斜槽的正常运行。

5.5 在工业清扫器和中央吸尘系统中的应用

（1）在工业清扫器中的应用。目前，工业清扫器已广泛应用于材料制造行业，其真空动力即源自旋涡气泵。散装水泥中转站配置工业清扫器，对生产线上环境要求较高的中控室、变电房等场所进行吸尘清扫已较为普遍，对防止粉尘二次污染起到了很好的作用。

（2）在中央吸尘系统中的应用。中央吸尘系统又称中央除尘系统，由吸尘主机、吸尘管道、清扫终端的吸尘插口和吸尘组件组成。吸尘主机置于生产线上易于排灰之处，通过悬挂在梁底或墙上的吸尘管道网与各清扫终端相连。清洁工作时，将一根带清扫手柄和吸嘴的长软管插入吸尘口，操作清扫手柄，即可将灰尘、检修产生的物料、杂物等通过密封真空管道吸到吸尘主机中，再将其自动排入生产线回用。只要吸尘主机能产生足够真空度、布点和管网匹配合理，整个散装水泥中转站的任何点位和任意时点均可以全部或局部清洁，操作简单、方便，避免粉尘二次污染和噪声污染，确保了良好的生产环境。

吸尘主机的真空动力源一般采用旋涡气泵。

5.6 在气力输送上的应用

旋涡气泵对正压输送与负压输送均适用。

（1）旋涡气泵对仓泵和喷射泵形式的正压输送均有良好的适用性。

（2）负压输送是依附旋涡气泵运行所产生的真空度，来达到输送粉粒物料的目的。上述的负压气力卸船机和中央吸尘系统也是负压输送的应用形式。这种输送方式可以杜绝粉尘环境污染，改善工作环境。

5.7 在散装机上的应用

（1）作为料位计核心部件使用。散装机的料位计型式很多，但目前最可靠、性价比最高的是差压式料位计，其核心部件之一就是旋涡气泵，另一核心部件是压力微动开关。其工作原理是：启动装车按钮后，旋涡气泵同时启动，产生高压气体，气体通过软管流经压力微动开关后，再通过软管排入散装水泥运输车罐体内；当罐体料位升高至软管管口后，由于气体排放受阻，管内压力逐渐升高至设定值后，压力微动开关从常开切换至闭合，此时发出警报并自动停止装车。

（2）作为鼓风机使用。不论是库底散装机，还是库侧散装机，物料均需在库底或库侧出料口进行流态化。另外，一般供料斜槽都比较短，但需要出力大。因此，两者都需要供气压力相对较高和流量相对较小的供气装置，而旋涡气泵正好符合这一要求。