气力输送方式简述

随着我国工业，农业现代化的进程，物料的搬运日趋频繁，特别是在化工、钢铁、冶金等企业中，大部分动力消耗于原料和制成品的运输,因此迫切需要寻找一些经济、省力的搬运方式。对于粉粒的搬运，气力输送是一种最为经济、省力、便于实现自动化的搬运方式。近些年来，在工厂车间内部和建筑、铁路、船舶的运输作业中，对各种粉沫状，颗粒状、纤维状和叶片状的物料，如面粉、水泥、谷物、煤、粉煤灰、铝矾土、石灰、化肥、型砂、棉花、羊毛、烟丝、茶叶、炭黑、等，越来越广泛地采用了气力输送的方式。气力输送是指利用气体为载体，利用气体前后压差产生的压降提供能量来连续地输送管道中的物料的一种工艺。

气力输送一般分为两大类，吸送式和压送式，它们各有各的优点和缺点。      

物料在输送管道中的流动状态实际很复杂, 主要随气流速度、气流中的物料量和物料本身特性等的不同而变化。通常,根据输送管道中压力是正压还是负压将其分为吸送式和压送式; 除此之外, 根据气流速度的大小及物料量的多少, 物料在输送管道中的流动状态也可分为两大类： 一类为悬浮流, 物料颗粒依靠高速气流的动压而被推动；另一类为栓流, 物料颗粒依靠气流的动压或静压而被推动。气力输送系统的分类方法还有：按在输送管道中形成气流的方法, 按输送压力的高低, 可分为高压式和低压式；按发送装置的不同, 可分为机械式和仓压式；按输送管的配置形式, 可分为单管输送和双管输送, 双管输送又分为内旁通道式和外旁通管式；按气源提供方式的不同, 可分为连续供气和脉冲供气。

   吸送式气力输送气源设备在系统的末端。当风机运转后，整个系统形成负压，管道内外产生压差，空气被吸入输料管道。物料也从吸嘴被空气带入管道，通过管道进入分离收集器，然后物料通过旋转供料器进入储料罐，而空气则通过收集器中的过滤设备从风机中排除。

压送式气力输送气源在输送设备的前端，因此，物料进入输送罐必须使用有密封压力的供料装置。一般在低压时，使用的是旋转供料器；高压时，使用流化罐。物料通过阀门进入输送罐，再通过蝶阀进入流化罐，通过量位仪或者称量秤控制其进料量，当达到要求后，蝶阀关闭，通入空气使物料流态化，开启流态化下端的阀门，通过空气将物料和空气的混合物压入管道。

气力输送的优点

1、      与其他散状固体物料的输送设备相比,气力输送系统是小颗粒固体物料连续输送最合适的输送设备, 同样也适于间断地将大量的颗粒物料从罐车、铁路车辆和货船输送至贮仓。

2、      可充分利用空间。带式输送机、螺旋输送机、埋刮板输送机等输送机械实质上是朝一个方向输送, 而气力输送系统可以向上、向下或围绕建筑物、大的设备及其他障碍物输送物料,其输送管可高出或避开其他装置或设备所占用的空间。

3、      所采用的各种固体物料输送泵、流量分配器以及接受器的操作非常类似于流体设备的操作, 因此大多数气力输送关系很容易实现自动控制, 由一个中心控制台操作。

4、      与其他散状固体物料的输送设备相比,其着火和爆炸的危险性小。

5、      设计比较好的气力输送系统常常是干净的, 并且消除了对环境的污染。在负压输送时, 任何一处的空气泄漏都是向内的,因此物料的污染就可限制到最小。

6、      输送物料可以散装, 操作效率高, 包装和装卸费用低。

7、      设备简单, 占地面积小, 可充分利用空间, 设备的投资和维修费用少。

8、      可以实现由数点集中送往一处，或由一处分散送往数点的远。

9、      对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送。

10、         利于安全生产，改善车间卫生条件，防止灰尘、粉尘的外扬，有利于环境保护。   

气力输送的缺点

1、    与其他散状固体物料输送设备相比, 气力输送系统动力消耗较大, 特别是稀相气力输送系统。

2、    使用受到限制。气力输送系统只能用于输送干燥、无磨琢性、有时还需要能自由流动的物料。如果成品不允许破碎, 则脆性的、易于碎裂的物料不宜采用稀相气力输送。除非是特殊设计, 否则易吸潮、结块的物料也不宜采用气力输送系统。易氧化的物料不宜用空气输送,但可以采用带有气体循环返回的惰性气体来代替空气。

3、      输送距离受到限制。至目前为止,气力输送系统只能用于比较短的输送距离,一般小于300ｍ, 对较黏的物料则更短,例如炭黑,目前只能输送250ｍ。

4、    物料特性如堆积密度、粒度、硬度、休止角、磨琢性等的微小变化,都能造成操作上的困难。

物料在管道中的流动一般分为两种方式：一种为稀相悬浮流，另一种为密相输送。在密相中大致又分为四种：连续密相流、有沉积层栓流、无沉积层栓流和沙丘流。还有一种是介于密相和稀相流之间的带沉积层的悬浮流。在这几种流动中，带沉积层的悬浮流所需要的压降最低，而连续密相输送和高气速稀相输送所需要的压降最大。它们的分布及气速和压降之间的关系大致如图（3）。

当气速很高时，大约在15m/s~20m/s以上，通常被输送物料都以稀相输送，其输送的速度要大于物料的悬浮速度，否则就会产生沉积层。

当气速低于悬浮速度时，就会产生带沉积层的悬浮流，在悬浮层中的粒子有可能被加速，也有可能沉降到沉积层。

当气速继续下降，就产生了我们通常所说的沙丘流。沙丘状输送物料时效率较低，因为料团的各个粒子要加速。料栓输送壁磨擦是产生的主要能量损失。由于料栓的形成可以说是不连续相流动的极限情况，壁摩擦的增大需要很高的输送压力。同时，由于不同大小和速度的沙丘在移动时会碰撞合并成料栓，而完整的料栓还可能因并栓而加长，在栓流输送时，可以观察到料栓长度变化很大，即使采取人为强制成栓手段，情况也是这样，由于不连续流的这种瞬变本质，使的实际上不可能精确预测出何时物料开始自然成拴。

                         图（3）

当气速再下降，物料就成栓状流动，对于本质上（或很少）无黏聚性的物料，一般形成有沉积层的栓流，料栓以大约最大填充密度充满管道截面，在料栓之间，管上部为含有一些分散料粒的空气，管下部为料粒层，每个料栓移动时，都会铲起其前面的沉积层，而在料栓尾部则不断有下相同的沉积层。对于这种栓流，当气速降低到某一值，物料颗粒回从“满管流动”转变成“剪切流动”，次转折点出现在物料以栓流通过管道的最低速度也是最佳速度处，但由于各种因素，实际上的输送气速要高于此速度。而对于黏聚性物料有可能形成无沉积层栓流。这种料栓也可以通过脉冲气刀获得，这类料栓在流动时很少有料层剥落而遗留在一个料栓后面。料栓在前后气栓静压差的推动下，呈柱状运动而被输送到卸料处。

当气速相当低时，产生连续密相流动，这种流动是人们最希望得到的，在这种情况下，物料完全占据管道，通过静压压送来输送物料，其输送量大，需要的气量最小，磨损相对于其它流动方式也最小，但是要求压力却很高，容易堵塞而且输送的距离很短，能够进行连续密相流输送的物料种类也有限，其要求被输送的物料通气性好、能流态化，物料堆积密度要小，一般这类物料都属于粒子密度小于1.4g/cm^3,粒子直径的分布范围比较集中)物料。

总之，物料在管道中的流动很复杂，而且在现在工业中所使用的输送系统中，物料在管中的流动方式很少是其中的一种，有时，可能是其中的一种或两种流动方式，有的甚至产生三种流动情况。例如在青岛高校软控给青岛黄海轮胎集团设计的气力输送碳黑系统，物料刚开始进入管道中时，其是栓状，当随着气速的增加，粒子的速度也开始增加，这种栓状变成了带沉积层的栓流，到输送的末段，碳黑的流动方式变成了沙丘流。

在气力输送中，对压降的计算或分析是气力输送设计中的一个重要环节，其发展到现在人们都没完全搞清楚，而且这些不管是从理论推导还是经验得到的公式都局限于特定的条件下，很少有通用的压降计算公式。随着各种密相输运装置的出现和发展，作为密相输送装置设计的基本参数－压降就成为气力输运理论的一个重要研究课题。

计算水平管道的压降的方法基本上可分为压降比法、经验公式法、附加压降法和力平衡法。

气力输送虽然有一百多年的历史，但只是近十几年来才发展起来，理论还很不完善，远落后于应用技术，需要作大量的研究工作。目前国内外理论研究工作主要在以下几个方面展开。

近年来,气力输送技术在各个领域得到迅速发展和应用,但至今这种输送方式仍没有形成完善的一门技术,其理论研究大大落后于实际应用。气力输送系统的型式很多,其配置也不同。气力输送与其他输送方式相比有一系列优点,它的选型除了考虑经济性外,还与输送物料的特性有关。