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气力输送系统文丘里供料器的研究：青岛科技大学研究生学位论文气力输送系统文丘里供料器的研究摘要气力输送是在管道中借助空气的能量（动能或静压能）使颗粒物料按指定的 路线进行输送的一种运送方式，在电力、化工、粮食、冶金、橡胶、建筑材料、港口卸船、医药、饲料等行业上的应用越来越广泛。而供料器是气力输送系统中 必不可少的一部分，它是将粉、粒料送入输送管道中同时与气流混合的必须设备,尤其是正压气力输送装置，决定整个气力输送系统性能好坏的主要结构就是供料 器。文丘里供料器以其独特的优点被广泛地运用到气力输送系统中，本文以气力 输送机理出发，研究了文丘里供料器的结构对输送过程的影响，对影响其性能的 相关参数进行了分析，通过理论计算设计出最优化结构的文丘里供料器，并进行 了相关模拟来验证理论计算的准确性。论文首先对课题的国内外的发展、研究目的和意义进行了论述。对气力输送系统的特点和分类进行了简要概述，同时对气力输送设计的主要 参数进行了简要陈述。以气力输送机理为基础对气力输送重要结构供料器进行了分类，详细介 绍了各种供料器的优缺点及适用场合，并提出本课题研究的结构文丘里供料 器。对文丘里供料器的工作原理进行了论述，首先从理论上进行了喷嘴结构公式 的推导；其次对文丘里供料器其它重要结构进行了相关分析及参数最优化；通过 实例设计出最优结构的文丘里供料器，利用数值模拟分析软件对文丘里供料器内 的流场和静压力分布进行了数值模拟。针对通过理论分析和计算得到的最优结构文丘里供料器进行了模拟验证，通 过模拟，证实了对文丘里供料器的理论分析和计算的正确性。最后，对本文的研究工作进行了总结陈述，对气力输送及文丘里供料器今后 的研究提出了展望。关键词：气力输送供料器文丘里供料器喷嘴 数值模拟气力输送系统文丘里供料器的研究II青岛科技大学研究生学位论文THE RESEARCH ON VENTURI FEEDER IN PNEUMATICCONVEYING SYSTEMABSTRACTPneumatic conveying means transforming the solid particles with pressure gas power in the pipeline,which is widely used in electric,chemical,food grain,metallurgy,rubber,building materials,unload ship,medicine,feedstuff industry etc.And the feeder is essential part in the pneumatic conveying system,which is the necessary equipment that conveys the powder into the pipeline and mix it with the air.Especially in the positive pressure conveying system,the feeder is the main factor that decides the property of the whole conveying system.The venturi feeder is widely used in the pneumatic conveying system at its unique advantage.In this paper,based on the mechanism of pneumatic conveying,the influence that venturi feeder has to the conveying process is researched,and the relevant parameter influencing the venturi feeder property is analyzed,and the optimizing venturi feeder is designed by theory analyses and carried through by the relevant simulation.First,the domestic and overseas development about the thesis,the purpose and meaning of the research are explained.The characteristic and classify of pneumatic conveying is summarized briefly;the main parameter about pneumatic conveying design is narrated briefly.Feeders that are important structures in the pneumatic conveying system are classed based on the mechanism of pneumatic conveying;introduce the characteristics and suitable place of all kinds of feeders particularly and come up with the structure researched this thesis-venturi feeder.The operational principle of venturi feeder is discussed,first finish the formula derivation of the nozzle;second research and analysis the other important structures of venturi feeder;design the optimal venturi feeder according to the case;flow field and in气力输送系统文丘里供料器的研究static pressure field of venturi feeder are simulated with numerical simulant software.Numerical simulating has been done to the designing optimal venturi nozzle,the simulating has confirmed theoretical analysis and calculation of venturi feeder.At last,the summing-up of the thesis is presented,the prospect of pneumatic conveying especially venturi feeder for the future is put forward.KEY WORDS：pneumatic conveying feeder venturi feeder venturi nozzle numerical simulatingIV青岛科技大学研究生学位论文目录符号说明.V1绪论.1L1课题研究背景.11.2文丘里供料器的国内外发展.1L3课题研究内容、目的、意义以及研究方法.31.3.1 课题研究内容.31.3.2 课题研究目的及意义.313.3课 题研究的方法与思路.42气力输送系统综述.52.1 气力输送系统简介.52.2 气力输送的特点.52.2.1 气力输送的优点.6222气力输送的缺点.62.3 气力输送分类.72.3.1 开放式输送系统.72.3.2 封闭式输送系统.92.4 气力输送设计主要参数.102.4.1 物料特性.102.4.2 料气比.122.4.3 输送气速.122.4.4 输送管道参数及管道布置.132.4.5 输送管道压力损失.132.5 气力输送供料装置.152.5.1 吸嘴.172.5.2 容积式供料器.192.5.3 旋转叶片式供料器.212.531旋转式供料器的类型.212.53.2旋转式供料器的特点.22气力输送系统文丘里供料器的研究253.3旋转式供料器的供料量.232.5.4螺旋式供料器.23255文丘里供料器.252.5.5.1 文丘里供料器的结构和工作原理.252.5.5.2 文丘里供料器的特点.26255.3文丘 里供料器的结构优化.283气力输送文丘里供料器的理论分析.313.1 喷嘴的研究.313.1.1 喷嘴理论研究.313.1.2 喷嘴临界流理论.343.2 文丘里供料器设计理论.363.2.1 文丘里供料器的喷射系数.363.2.2 气固两相比容.373.2.3 对影响文丘里供料器性能的几个参数分析.373.3 文丘里供料器的尺寸设计.403.3.1 文丘里供料器喷嘴的设计及计算.40332文丘里供料器混合室的设计及计算.413.3.3 文丘里供料器扩散室的设计及计算.423.3.4 文丘里供料器喉嘴距的设计.43335文丘里供料器结构的调节.454气力输送文丘里供料器的设计实例.474.1 设计要求.474.2 工作原理及过程.474.3 管道输送参数计算.474.3.1 输送参数的计算.484.3.2 管道出口阻力计算.484.4 结构设计参数计算.494.4.1 性能计算.494.4.2 结构尺寸计算.495对文丘里供料器的数值模拟.5411青岛科技大学研究生学位论文5.1 FLUENT 介绍.545.1.1 FLUENT 软件组成.545.1.2 FLUENT求解问题的步骤.555.13 FLUENT 模型简介.555.2对 喷嘴的数值模拟.575.2.1物 理模型的建立和网格的划分.575.2.2边 界条件.58523模拟结果与分析.585.3对 文丘里供料器的数值模拟.6053.1 数值方程的建立.6153.1.1 气相控制方程.615.3.1.2颗粒运动方程.615.3.2物理模型建立及网格划分.6153.3数值方法.63534边界条件.635.3.5模拟结果与分析.635.3.6不同结构参数化的数值模拟.675.4本章小结.72总结与展望.73参考文献.74致谢.77攻读硕士学位期间发表的学术论文目录.78in气力输送系统文丘里供料器的研究青岛科技大学研究生学位论文符号说明符号符号代表意义单位总的引射系数无量纲凡按固体计的引射系数，即料气比无量纲人按气体计的引射系数无量纲G输送用气体质量流量kgs-G被输送物料质量流量，即输送能力kgs%被吸入气体的质量流量kgWd输送管道内径mmQ气力输送标准状况下（ANR）所用气量一 3 mV气力输送管道末端气流速度m-sl4输送管道当量长度mm4输送管道水平段长度mmL输送管道竖直段长度mmL喷嘴出口与混合室入口截面之间的长度mm4自由流束的长度mm4混合室入口段长度mmk竖直输送管道当量长度系数无量纲8输送弯管当量长度系数无量纲0输送弯管角度degn输送弯管数量无量纲AP管道压力损失PaV气力输送系统文丘里供料器的研究空管压损PaA壁面摩擦系数无量纲Cp比热容Jlkg-KY气体常数无量纲M马赫数无量纲a当地音速m-sm.最佳面积比无量纲4文丘里管喉部面积mm2/文丘里管进气口面积mm24文丘里管混合室面积mm14文丘里管喉部直径mmdp文丘里管进气口直径mmd、文丘里混合室直径mm4文丘里扩散室直径mmPp喷嘴进口压力PaPt喷嘴喉部压力Pa匕喷嘴喉部临界压力PaPh喷嘴出口处压力Pa%喷嘴临界膨胀比无量纲流体临界相对密度无量纲A标况下大气压力PaVI青岛科技大学研究生学位论文输送管道背压PapP文丘里管进口气体密度kgm-3Ps被输送物料密度kg/Pt文丘里管喉管处气体的密度kgmVP文丘里管进口气体比容/kg匕被输送物料比容mkg0引射气体的比容/kg%引射介质的比容m3 1kg匕混合流体的比容m3 kg%混合流体中压缩气体的比容/kgm流经文丘里管的气体质量流量kg，,T绝对温度KR气体常数KJKmol-K%气力输送真实气速m-s%文丘里管进口处的气流速度m-s6文丘里管喉部气流速度ms7%.文丘里喉部临界气流速度m-slA喷嘴的长度mm4混合室长度mmLd扩散室长度mmPes空气在输送管道内的平均密度kg*VII气力输送系统文丘里供料器的研究%物料在输送管道内的平均速度Pd$气固混合物密度kgm-Ps被输送物料的堆积密度kg/VIII青岛科技大学研究生学位论文1绪论1.1 课题研究背景随着现代工农业的迅速发展，市场竞争日益激烈，人们对日常用品的质量要 求不断提高，而气力输送属于生产过程机械，由于其独特的特点被广泛的运用到 炭黑、面粉、化工颗粒原料、化肥、粮食、茶叶、棉花等行业中。其中，在距离 较近的运输中，像一些颗粒或粉粒状的物料，采用气力输送来运输是最佳选择，这样以来，一方面自动化程度增高，从而降低了工作人员的劳动强度，也提高了 工作人员的人身安全，另一方面也避免了在输送中造成物料外泄产生的空气污 染，尤其是一些有毒物料。因而与其它输送相对而言，气力输送易于实现集中控 制及自动化、生产效率高、输送安全、降低人员成本，另外其管道布置灵活，可 以充分利用工厂房间的空间布置安装，从而实现输送与工艺相结合等优点山，因 此气力输送具有广阔的应用前景。文丘里供料器是气力输送系统中最简单的供料装置，因其结构紧凑，占据较 少空间、价格相对较便宜、固体物料输送的速度较高，连续性好等优点被广泛的 应用到各种输送系统中。但关于气固喷射器的理论研究一直处于相对滞后状态，原因在于气固两相流固有的复杂性，国内外很多研究者对文丘里供料器进行过研 究，孙国刚等人先后研究气固喷射器的设计参数与性能，熊源泉等人对加压 气固喷射器的各项特性进行了一定的研究。现有研究极大地推动气固喷射器的应用，但现阶段人们对气固喷射器复杂的 气固流动特性的认识有待提高，尤其对气固喷射器的结构设计和参数优化的研究 缺乏系统的理论数据，因此对此进行深入研究具有重要的意义。本课题正是依据 气固两相流流体力学和流体动力学理论结合前辈们所论述的对气固喷射器的试 验研究，对适合于气力输送系统中的文丘里供料器作了细致而详尽的研究，系统 归纳推导了简单实用的工程设计方法，为文丘里供料器的结构设计和参数优化提 供了有效依据。同时，通过FLUENT软件对其进行数值模拟验证了理论。1.2 文丘里供料器的国内外发展文丘里管在工业中的应用已有150多年的历史。早在1820年，Stephenson 就将文丘里管应用于蒸汽动车的烟囱上来增大烟气的排放量，在1852年 Thompson用文丘里管作为真空泵来输送水。而在1928年Dencker将文丘里管用 气力输送系统文丘里供料器的研究于输送散装物料的气力输送系统，首先在农业上用于输送干草和秸秆等，开辟了 气力输送的新领域。19世纪末，GZeumen和M.Runkin奠定了喷射器理论的基础旧刀。二人基于 混合的流体应用动量方程研究的理论成果，广泛地被引用在后来的著作中，并且 被实验验证了。但这个理论不能完全解决文丘里管的计算问题，像文丘里纵向尺 寸根据该理论是不可能得到解决的。而B.H.冈恰洛夫提出应在详细研究文丘里管 所发生的的流体动力学现象的基础上建立文丘里管理论。193L1940年期间，在全苏热工研究所里，别尔曼和他的同事们创作了一些 比较完善的文丘里管的结构，最后总结出了计算文丘里管轴向尺寸的方法，并推 导出文丘里管工作的特性曲线方程式。1944-1948年期间，中央流体力学研究所和苏联科学院在C.A.赫里斯基阿诺 维奇网的领导下完成了关于研究和分析文丘里管的计算方法的著作，大大促进了 文丘里管理论的发展。在完善文丘里管的计算方面，在文丘里管的接收室中流动 过程的物理解释方面，在整理计算文丘里管合理的轴向尺寸的工程关系式方面，自由流束理论起很重要的作用。在阿勃拉莫维奇的著作中，最全面最系统地介绍 了该理论。在很长一段时期内，文丘里管理论多半是作为研究和详细分析一定用途文丘 里管的计算方法而得到发展的。但伴随着计算机技术的进步，又出现了各种模拟 文丘里管内部流场的技术如有限元分析、FLUENT等。其中Keenan和Neumann 开创了文丘里管理论分析的先河，他们建立了一维的能量、质量守恒方程来预测 文丘里管的性能。在Keenan和N eumann的研究基础上，许多国外学者也都做 了深入的研究。在我国现阶段，文丘里管主要应用在文丘里式制冷系统和供热系统中。1996 年，张于峰对使用文丘里式制冷系统进行了研究助。常州市锅炉与压力容器检验 所的王小林川对文丘里管在供热系统中的应用进行了研究，南京工业大学的徐海 涛和山东工业大学的刘爱萍分别通过计算和模拟的方法分析了文丘里在变化 的工况下的性能。武汉水利电力大学的陆宏圻教授对射流泵进行了深入研究，在 他带领下，陆东宏【等发表的新型可调脱碳喷射器的开发及应用已经成功应 用于多家化工企业，并取得了显著的节能效果。南京工业大学的张少维】、鞍山 钢铁学院的邢桂菊、李文忠等人也研究了文丘里的喷嘴形状对其性能的影响。纵观文丘里管的发展过程，可以看出它是以试验为基础，在试验中积累了大 量的数据，并以此为基础形成假设理论，再用试验校准、修改假设理论。然而令 人遗憾的是，到目前为止各种理论都有一定的局限性，并且相互之间还有矛盾。较为普遍的被人们所接受的Keenan等人所创立的定压混合理论，其前提假设条青岛科技大学研究生学位论文件为:（1）工作流体和吸入流体在进入文丘里管之前处于静止状态；（2）文丘里管内流体的流动是一维流动；（3）在文丘里管内部，两流体混合时保持相同的压力且不变的直到混合过 程结束；（4）文丘里管出口的流体同样处于静止状态；（5）除了经过激波外，流体的流动是无摩擦和等病流动的。可以看出这假设条件有很大的局限性，事实上，在1993年Kuen-TzongLuUJ已 经证明上述第一个假设是不合适的，在某些情况下可以带来很大的误差。13课题研究内容、目的、意义以及研究方法1.3.1课题研究内容（1）对不同形式的气力输送系统进行了归纳，对气力输送中各种供料装置 进行总结；（2）论述文丘里供料器的工作原理，并对其主要结构喷嘴进行了研究；（3）对文丘里供料器进行理论研究，并对文丘里管尺寸进行最优参数化设 计及相关计算，同时提出了可调式文丘里供料器的必要性和重要性；（4）对文丘里管进行了模拟分析，模拟了其工作状态下的速度、静压力的 分布场；（5）通过模拟验证了设计的可调式文丘里供料器最优参数化结构的准确性。1.3.2课题研究目的及意义随着工业的不断发展和市场竞争的激烈，人们对日常用品的质量要求不断提 高，而气力输送属于生产过程机械，与产品的生产成本息息相关，因此设计出最 优的气力输送系统显得尤其关键。供料器是决定整个气力输送系统性能的主要因素，而文丘里供料器是气力输 送系统中最简单的供料装置，而目前用于输送的文丘里供料器结构大多数靠经验 而来，其结构并非最优化，并且没有根据不同输送参数进行相关系统理论分析。而本课题通过对文丘里供料器进行了相关理论分析和研究，设计出适合输送的最 优结构的文丘里供料器，而与此同时，固定结构的文丘里供料器的设计是建立在 一个固定的工作状态下完成的，一经加工成后就不能改变，即文丘里供料器只有 在设定的工作状态下才能达到最大效率。而实际运行时，工作参数并不是一成不 变的，如果工作参数偏离设计参数时，供料器的效率将下降，甚至有可能不能工 3气力输送系统文丘里供料器的研究作。因此为了使文丘里供料器能够在更广泛的工作条件下工作，人们在探讨如何 使供料器具有更宽更好的调节性能，适应更广泛的工作条件。本课题尝试设计一 种可调式文丘里供料器，根据输送参数设计最优结构的文丘里供料器。这就是本 课题研究的目的，同时也是本课题研究的意义。13.3课题研究的方法与思路研究气力输送的机理是研究气力输送的基础，本课题首先对传统文丘里供料 器的各个结构进行理论分析，在此基础上根据不同的输送参数进行相关研究，最 终设计出适合不同输送能力的最优结构尺寸的可调式文丘里供料器。再者，由于气力输送是一门试验性较强的学科，只从理论上分析，并不能完 全解决具体问题，因此，本课题在理论分析的基础之上，对研究课题进行了模拟 研究，来验证理论计算的准确性。综上所述，本课题的研究方法为：理论基础一理论研究一实例设计一有限元 模拟f理论总结；具体研究思路为：对文丘里供料器理论基础进行研究一以理论 为基础设计出文丘里供料器的最优结构一通过有限元流场分析验证设计的准确 性。4青岛科技大学研究生学位论文2气力输送系统综述2.1 气力输送系统简介气力输送是利用压缩空气的能量来进行散料连续输送的一门输送技术，由于 其所固有的效率高、成本低、公害小等优点，气力输送在散料输送行业中应用越 来越广泛，在某些行业大有取代其它散料输送方式的趋势。一般情况下气力输送 装置都是由气源装置、供料装置、输送管路、物料收集装置以及料气分离装置五 大部分组成。图21为正压气力输送装置简图。各基本部分的不同构成及不同的 组合结构，构成不同类型的气力输送系统。因此，气力输送系统的应用范围非常 广泛。a 2-1正压气力输送装直简图1解包装五2-发送装置3-消音器4-罗茨风机5-旋转阀6喷嘴7输送管8压 力开关9-二位分配器10 除尘器11 料位计12-储辘13风机Fig 2-1 Sketch of positive pressure pneumatic conveying device!-unloading station 2-blow tank 3-muffle 4-Roots blower 5-rotary valve 6-nozzle 7-conveying pipeline 8-pressure switch 9-diverter valves 10-dust collector 11-level sensor 2-silo 13-blower2.2 气力输送的特点气力输送是利用正压或负压气体作为动力，在管道中输送粉料状固体物料的 一种技术。从气力输送的发展状况、应用范围和装置图可以得出气力输送较其它 气力输送系统文丘里供料器的研究输送有鲜明的特点。2.2.1 气力输送的优点从气力输送的输送机理和应用实践均表明它具有一系列的优点：易于实现自 动化，设备构造简单，输送效率高以及有利于坏境保护等。概括起来，气力输送相比于其他输送方式具有如下的优点：(1)能够避免物料受潮、污损或混入其他杂物，可以保证输送物料的质量;(2)可充分利用空间。输送管道能灵活地布置，从而使工厂设备工艺配置 合理；(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系统很容易实现自动控制，由一个中 心控制台实施远程操作；(4)恰当的气力输送系统应该是干净的，该系统不仅可以防止灰尘、粉尘 的外扬，而且可以消除对环境的污染，利于工作人员的身体健康；(5)可以实现由一处分散送往多处或由数点送往一处的物料输送；(6)运动零部件少，设备简单，投入成本较低；(7)实现散料输送，效率高，降低装卸运输费用和包装费用的支出；(8)对于一些易于爆炸的物料，可以选择用惰性气体进行输送，以确保输 送安全；(9)在输送过程中可以实现多种工艺操作，如混合、粉碎、分级、干燥、冷却、除尘和其他化学反应。,2.2.2气力输送的缺点任何一种科学技术在具备其各种优点的同时，总是会相应的存在一些缺点，气力输送也不例外，除了具有以上优点以外，还有以下缺点：(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，由 于风速高，易产生管道磨损和被输送物料的破碎；(2)被输送物料的种类选择有限。气力输送系统大多数用于输送干燥、无 磨琢性、有时还需要能自由流动的物料；而对于粘结性、吸湿性强的物料其输送 较困难；(3)被输送物料的输送距离有限。据文献照介绍，对一套粉煤灰输送系统 的试验中，其输送距离最长也就3500加左右，而这已是最长的粉煤灰输送线路了；而对于一些粘结性物料则更短，例如炭黑，其最长输送距离在400加左右。6青岛科技大学研究生学位论文2.3 气力输送分类气力输送有多种分类方法，图2-2大体上表示出了常用的气力输送类型口刀。图22常用气力输送类型Fig 2-2 Common types of conventional pneumatic conveying system2.3.1 开放式输送系统对于坏境控制要求不是很严格的情况下，开放式系统经常被使用。对于工业 实际生产中输送的粉料、颗粒状物料，大都是与空气不发生反应的，因此大部分 采用空气作为输送介质，这样就不需要循环利用空气，可以将经过滤的空气直接 排入大气中，这种情况下常采用该系统。(1)正压压送式气力输送正压输送系统是所有气力输送系统中最常用的，常分为低压式气力输送系统 和高压式气力输送系统。低压式气力输送系统的气源压力常低于0.1 超过 0.1尸a的一般为高压式气力输送。但无论是低压式还是高压式，其气源设备均 设在系统的前端，系统工作时，风机或压缩机将具有一定压力的压缩空气通入供 料装置中，然后与被输送的粉粒料混合进入输送管道中并输送到指定的储料罐 内，空气经除尘装置后排放到大气中。图23为典型的压送式气力输送系统。图23典型的正压输送系统Fig 2-3 Typical positive pressure conveying system7气力输送系统文丘里供料器的研究正压压送式气力输送的供料方式有多种：如发送罐、旋转叶片式，文丘里式、螺旋泵式等，根据被输送物料的物性和气源压力选择恰当的供料装置。正压压送式气力输送系统具有以下特点：适合于大容量，长距离输送；分离器和除尘器的构造比较简单；通过使用转向阀，可以实现物料从一处向数处的分散输送，如图23；因为系统内是正压，物料易于从排料口卸出；由于带粉尘气体不通过风机内部，对风机磨损少，使用寿命长。（2）吸送式气力输送系统吸送式气力输送又称为负压输送，常采用罗茨风机或真空泵作为气源设备，取料装置部件多为吸嘴，喉管及诱导式接料器等，典型的工艺布置如图24所示。由图可知，与正压式系统正好相反，该气源设备装在系统的末端，负压式系统正 是利用安装在输送系统终点的气源设备抽吸系统内的空气，以致于在输送管中形 成低于大气压的负压气流，这样物料便同大气一起从吸点吸嘴或料罐经过混合被 吸入进管道，并随气流输送到终点储罐，而输送气体则通过分离器、除尘器过滤 后通过风机排放到大气中。dustbin图2典型的负压输送系统Fig 2-4 Typical negative pressure conveying system吸送式气力输送具有以下特点：适用于从低处、深处取料点以及由几处向一处集中输送的场合；由于是吸送，风机中如有油分或水分不会混入物料，这对食品类物料的 输送很有益；由于输料管系统内压力低于大气压，所以即使产生间隙物料也不会外泄;8青岛科技大学研究生学位论文 供料器的结构远比压送式的简单，但对卸料器、除尘器的严密性要求高,因此上述两设备构造较复杂；易于取料，适用于要求取料不发尘的场合；吸送式气力输送的主要缺点是由于输送压差小，一般真空度不宜超过-50kPa,故输送距离不宜过长，因此负压式气力输送仅适用于短距离稀相输送。（3）混合式气力输送系统所谓的混合式系统是由吸送式和压送式两部分组成，因此混合式系统结合了 吸送式和压送式系统各自的优点，可较好地满足复杂输送工艺的要求，且输送量 大，输送距离也较长。图25所示为典型的双级混合系统。图2-5典型的双级混合输送系统Fig 2-5 Typical dual vacuum and positive system由图25可知，双级混合输送利用中间仓把负压和正压系统分开，负压部分 负责把物料从多个喂料仓中吸走，而正压部分负责把物料送入多个卸料仓。而为 了能够分别选择最佳的真空泵和空压机，该系统把负压和正压系统所需要的气源 分成两个独立的供气装置。由于存在两个独立系统，故整个系统需要2台料气分 离器。2.3.2封闭式输送系统当要求输送系统完全保持无污染；有污染或爆炸可能而用惰性气体输送物 料；被输送物料有毒或有放射性的情况下需要采用封闭式输送系统。典型的封闭 式输送系统如下图26所示。9气力输送系统文丘里供料器的研究back_up filterair filter PPeline bin图2-6典型的闭路气力榆送系统Fig 2-6 Typical closed loop pneumatic conveying system由图26可知，封闭气力输送系统一般采用鼓风机作为气源机械，供料装置 采用旋转叶片供料器或采用吹扫式旋转供料器，物料经输送管道移动到卸料点，在卸料点装有高效旋风分离器，经旋风分离器净化后的气体由管道反回到透平鼓 风机，而在净化气体返回管道中安装一个备份分离器，由于鼓风机很容易被灰尘 损坏，因此当主要过滤器失效时该备份分离器可以临时起到防护作用，保证粉尘 不会进入鼓风机，从而延长了系统的寿命。鼓风机的位置设在旋风分离卸料及物 料进口以外便于维修的地方。2.4 气力输送设计主要参数2.4.1 物料特性在设计气力输送系统前，必须对物料的物性进行分析，以确保选择合适的输 送系统。而与气力输送关系较为紧密地物料物性主要有：颗粒的真实密度、堆积 密度、颗粒直径分布、颗粒硬度和摩擦性、吸湿性、PH值和腐蚀性、休止角、粘结性、流动性以及是否有毒等。而不同的物性对气力输送的影响也不同，表2/网 列出了物料的一些物性与气力输送的关系：表21不同物料性质与气力输送设备选择的关系Tab 2-1 The relationship between different bulk properties with conveying equipments10青岛科技大学研究生学位论文物料物性对气力输送的影响物料物性对气力输送的影响休止角、崩溃角决定料仓和料斗的结构 类型吸湿14决定除尘器的类型；对输送 空气的干燥性要求堆积密度、振实密 度决定输送气量和输送压 力充气堆积密 度决定供料器的容积大小流动性决定输送系统的类型（单管或双管）;料仓的结构类型粘结性决定输送系统的类型（单管 或双管）；是否采用干燥设 备；料仓的结构类型粒径分布决定除尘器的类型；输 送方式磨琢性决定输送系统的类型；输送 管道的材料腐蚀性决定输送管道的材料；是否采用干燥设备毒性决定除尘器的类型；料仓的 排气系统由表21可知，物料的物性不同，其对应的输送系统的类型也不同，根据物 料的物性选择正确的输送系统，是保证输送平稳的前提。图2-7为Geldart）散 料分类法，目前大多数气力输送系统都依此法来选择的。此方法是以物料的平均 粒径大小和粒子密度为基础对物料的种类进行了划分，说明了不同的物料应采用 不同的输送方式。20 50 100 500 1000 5000Mean particle size（5）图2.7Geldart散料分类法Fig 2-7 Geldart*s means of classification to bulkA类物料：粒径较小，密度较低，高持气性，低透气性，易于流态化。适合 于滑床式的流态化密相输送。该类物料主要的主要构成部分为：面粉、粉煤灰、水泥以及大多数炭黑等。B类物料：粒径较大，低持气性，高透气性，多数情况下此种物料适于稀相 输送，只有极少种物料能够栓流输送。该类物料的主要组成部分为：聚乙烯粉、li气力输送系统文丘里供料器的研究砂糖等。c类物料：粒径较小、密度较低，由于具有很高的内部粘聚力因而难于流态 化，此种物料多采用密相输送，前提是物料能够顺利进入管道，对于非常细的颗 粒，容易覆盖在管道壁上，因此输送时必须特别注意。属于该类的物料重晶石、石灰石等。D类物料：颗粒较大，密度较高，低透气性，适于密相栓流输送，但流化时 耗气量较大，流化质量要求较高。属于这类物料的主要有：塑料粒、颗粒较大的 粉煤灰以及当量直径在1 mm的砂。2.4.2 料气比料气比即气力输送系统中气体所含输送物料的质量浓度，是指输送物料的质 量流量与所耗气体的质量流量之比，用表示。人平 n a(2-12)(2)管道压损计算管道压损一般采用下列经验公式计算:AP=A(1+必 s)(2-13)式中：K由试验确定的阻力系数，与气流速度、物料颗粒形状大小、物 理性质及管径等有关。具体值如下表表2-2所示：气力输送过程中的压力损失的计算是非常重要的，计算出压损后就可以确定 管道中的某一点的压力以及速度，而速度是气力输送过程中的又一个重要参数。压力损失计算的准确与否直接影响气力输送系统设计的合理性、气源动力机械选 型的正确性以及储气罐设计的恰当性等。14青岛科技大学研究生学位论文表22阻力系数KTab 2-2 Resistance coefficient A物料类型气流速度加/SK细粒状25350.5T.0粉状（低真空）16-250.5W.7粉状（高真空）20-300.345粉状220.5-1.5纤维状15-18162.02.5 气力输送供料装置由上述可知，所有的气力输送系统，无论是正压式还是负压式，输送方式为 连续输送还是分批输送，都需要供料装置进行供料，下图2-8为气力输送系统基 本构造。Material inClean air inMaterial outClean air out图28气力输送系统基本构造Fig 2-8 Basic elements of pneumatic conveying system由图28可知，供料装置是气力输送系统中必不可少的一部分，它是将粉、粒料送入输送管道并使其与气流混合的必要设备，特别是在正压输送系统，选定 的供料装置是否恰当，是决定整个气力输送装置性能是否良好的主要因素。各类 供料器对系统压力均有最适宜的使用范围（见图29所示）。4 压同文丘工大 3婚叶片口NZV777ES2S0 0.1 0.2 0.3 0 4 0.S 0 6图29常用供料器的操作压力适用范围Fig 2-9 Operating pressure suitable scope of usual feeders15气力输送系统文丘里供料器的研究其中，负压吸嘴仅适用于负压输送系统；旋转叶片式供料器和双翻板阀可用 于正压和负压系统，但通常局限在较低压差范围内，一般不超过0.1M外；螺旋 式供料器适用于正压系统，其工作压力范围也较大；仓式泵常用于正压输送系统，其工作压力范围最广，低压高压都适用。但是，供料器的选用除工作压力外还由 压力降、空气泄漏量和流量控制等多种因素来决定(1)压力降一般来说，发送罐和螺旋泵的压力降为20W左右；文丘里供料器的压力降 近似等于输送管道背压；旋转叶片式供料器和双翻板阀供料器的压力降很低，在 设计时可忽略不计。(2)空气泄漏量其中，负压吸嘴显然不存在空气泄漏；而发送罐和文丘里供料器由于其结 构特点也不存在空气泄漏；而旋转式供料器和螺旋式供料器存在空气泄漏，一般 泄露量将达到总气量的15320%,而且阀门规格越大，泄漏量越大。因此，在使 用这两种供料器时要特别注意空气泄漏。(3)物料流量控制一般来说，为了保证物料输送平稳须保持物料供料量恒定，此时常选螺旋泵 和锁气型旋转叶片供料器，该两种供料器可通过转速来保证物料流量稳定；发送 罐在卸料时需要通过调节蹩压压力和流化气流量来实现物料量的控制，而文丘里 供料器需要与其他的控制装置组合起来才能保持物料供应量稳定，如图2-10所 示，其中(a)为带式，(b)为螺旋式，(c)为振动式。图2-10三种适合文丘里供料器的机械供应装五Fig 2-10 Three mechanical feed control devices fbr venturi feeder:(a)belt feeder(b)screw fe