不同物料在气力吸运系统中的压损特性研究

吴建章

河南工业大学粮油食品学院 郑州 450001

摘 要：对塑料粒、小麦和玉米三种不同物料就特定的气力吸运装置进行了接料器压损、弯头压损、卸料器压损和输送物料部分压损H1 的理论计算，然后在该装置上进行了接料器压损、弯头压损、卸料器压损和输送物料部分压损H1 的实验测定。理论压损计算表明，输送量不变、输送风速增大时，接料器压损、弯头压损、卸料器压损以及输送物料压损H1 都是增大的，而输送风速一定、输送量变化时，接料器、卸料器的压损不变化，且各项压损与物料品种没有关系。实验结果表明，不同品种物料，无论改变输送量还是输送风速，所测的各项压损及输送物料压损H1 均变化。且理论计算的输送物料部分压损H1 则高于实测压损，其余各项压损均低于相应的实测压损。

关键词：气力吸运；理论压损；物料

中图分类号：TH232 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）20-0111-05

0 引言

气力输送作为粉粒状物料的一种搬运方式，在粮食行业的应用非常普遍，如面粉厂粉间、配粉间各种在制品、成品面粉的输送中；港口、码头、粮库等原粮卸船、出仓、装车过程中使用的吸粮机等。气力输送主要有气力吸运和气力压运两种基本型式，气力吸运输送型式在粮食行业的应用历史更为久远和成熟。

对于气力吸运，其系统总压损通常由输送物料的管网部分压损H1 和卸过物料之后的尾气净化部分压损H2求和得到。对于输送物料的管网部分压损H1 的计算，尤其系统总压损在10 000 Pa 左右时，多采用苏联杜尔夫曼的半经验半理论公式[1]，该公式压损的计算方法与气力吸运的理论压损计算方法相差甚远，但计算结果在实际工厂的运行是成功的。本文选取三种物料，玉米、小麦和塑料粒，首先采用杜尔夫曼公式进行特定气力吸运实验装置的输送物料部分压损H1 的理论计算，继而在该实验装置上进行输送物料压损的实测实验，探讨不同物料在特定气力吸运输送装置中的理论压损和实测压损的特性。

1 材料与方法

1.1 实验材料、装置与仪器

实验材料为塑料粒，玉米，小麦。气力吸运输送实验装置如图1 所示。实验装置运行时，料仓A 内的物料通过接料器A供入输料管A中并被输送到料仓B 内。通过调整供料调节阀A，可改变输送产量。料仓B 内的物料可通过输料管B 的输送返回到料仓A 内反复进行实验。本实验选取图1 中的输料管A 进行压损测试。输料管A 管径d 为120 mm，输送长度L 为10.89 m，输送高度S 为1.63 m, 弯头曲率半径R 为0.8 m，内旋50型卸料器，卧式三通接料器。

实验仪器包括容重器，电子天平，YYT-2000 倾斜式微压计，BT-2900 动态图像颗粒分析系统，ACS 型电子计数称（感量0.001 kg），毕托管，U 形管，秒表等。

1.2 试验方法

如图1 所示，在输料管A 上打测试孔六个，分别为C1、C2、C3、C4、C5 和C6。

实验装置经过调试和调节，运行稳定后，实验开始。首先进行空载运行，调节阀门F，测试测点C2 的动压HdMax 并计算得出相应的输送风速ua，使得与实验要求的输送风速一致。然后进行重载运行，测试测点C1、C2、C3、C4、C5 和C6 处的全压。计算得出接料器压损H接、水平转垂直弯头的压损H弯、卸料器压损H卸和输送物料部分压损H1。

重载运行时，收集并称量一定接料时间内卸料器B下料桶B 内的物料质量，即可计算出输料管A 的平均输送产量即计算物料量。

式中：Ms 为输料管A 的平均输送产量；Δt 为接料时间；ΔM为接料时间Δt 内料桶B 内收集的物料质量。

图 1 气力吸运实验装置示意图

1.3 试验内容

在图1 所示实验装置上，通过调节气力吸运实验装置中风机进风口连接管道上阀门F 的开启程度改变输料管A 的输送风速，调整料仓A 下的调节阀A 调节输料管A 的输送产量，测试不同输送风速、不同输送产量、不同输送物料品种时，输料管A 的接料器压损H接、水平转垂直弯头压损H弯、卸料器压损H卸和输送物料部分压损H1。

2 不同物料在气力吸运系统中的理论压损计算

2.1 气力吸运系统的理论压损计算

物料在气力吸运系统中的理论压损计算，即输送物料部分压损H1 的计算。

根据图1 所示的实验装置，对于输料管A，其输送物料部分压损H1 的理论计算，包括9 部分内容，即[2,3]H1= H接+ H加+ H摩+ H升+ H 弯1+ H复1+ H弯2+ H复2+ H卸 (7)由参考文献[2]、[3] 可知，气力吸运系统输送物料部分各部分压损的理论计算，只考虑了物料是否原粮、物料的粗细度等性质，基本没有考虑物料的品种不同带来的差异。如都是颗粒物料原粮时，小麦、玉米、塑料粒等不同品种差别的影响。其中，接料器、卸料器的理论压损计算只是纯空气流动的压损，没有考虑不同物料、不同输送物料量的影响等。

为了便于与实验实测结果对照，理论压损计算仅选取接料器压损H接、水平转垂直弯头压损H弯、卸料器压损H卸 和输送物料部分压损H1 等四种压损进行分析比较。

2.2 理论计算分析和讨论

1）不同输送风速对理论压损的影响

选取输送物料量GS=1.8 t/h，不同输送风速时的理论压损特性如图2 所示。

图 2 输送量一定不同输送风速时的理论压损特性由图2 可知，输送产量不变的情况下，随着输送风速的增大，接料器压损、弯头压损、卸料器压损以及输送物料部分的压损H1 都是增大的，各项压损与物料品种没有关系。

2）不同输送量对理论压损的影响

选取输送风速ua=21 m/s，不同输送物料量时的理论压损特性如图3 所示。

图 3 输送风速一定不同物料量的理论压损特性

由图3 可知，在输送风速不变的情况下，随着输送量的增大，接料器压损、卸料器压损均不变化，只有弯头压损、输送物料压损H1 随之增大。由参考文献[2] 可知，接料器压损和卸料器压损的理论计算公式中，均没有输送量参数，仅为纯空气流动的压损，因此，风速不变，这两种压损就不变化。

3 实验结果分析与讨论

3.1 试验材料的物料特性分析

实验物料颗粒的物理特性如表1 所示。

由表1 可知，从千粒重、容重和悬浮速度三方面比较，均是玉米最大，塑料粒最小，小麦居中。从球形度方面，塑料粒最接近球形，玉米其次，小麦球形度最差。

3.2 不同输送风速对气力吸运压损的影响

选取输送量GS=1.8 t/h，改变输送风速，塑料粒、小麦和玉米分别进行气力吸运时的四种压损特性分别见图4、图5 和图6。

图 4 塑料粒气力吸运不同输送风速时的压损

图 5 小麦气力吸运不同输送风速时的压损

由图4 可知，输送风速增大，实测气力吸运的各项压损均随之增大，与理论计算压损结果的变化规律一致，但从数值大小方面看，单项压损即接料器压损H接、弯头压损H弯和卸料器压损H卸 的实测值均高于理论计算值，其中弯头压损实测值达到理论计算值的5~8 倍。而总压损输送物料部分压损H1 的理论计算值则高于实测值，是实测值的1.2~1.5 倍。

图 6 玉米气力吸运不同输送风速时的压损

由图5 和图6 可知，随着输送风速的增加，接料器压损H接、弯头压损H弯、卸料器压损H卸和输送物料部分压损H1 均逐渐增大，二者压损的变化规律一致，但实测值与理论计算值相差较大。尤其弯头的压损实测值，远大于理论值，基本是理论值的7~10 倍。

输送小麦时的接料器压损最接近理论值，但仍大于理论值，输送风速越高，相差越大。卸料器的压损略大于理论值。

在所有实测压损值中，唯有输送物料部分压损H1低于理论值，大约是理论值的0.7~0.9 倍。

3.3 不同输送量对气力吸运压损的影响

选取输送风速ua=21 m/s，改变输送物料量，塑料粒、小麦和玉米分别进行气力吸运输送时的各项压损特性见图7、图8 和图9。

图 7 塑料粒气力吸运不同输送量时的压损特性

图 8 小麦气力吸运不同输送量时的压损特性

图 9 玉米气力吸运不同输送量时的压损特性

由图7 可知，对于塑料粒，在输送风速不变的情况下，随着输送量的增加，接料器、弯头的压损有逐渐增大的趋势，但增大幅度缓慢，而卸料器的压损则呈下降趋势，输送物料部分压损H1 变化不明显。

由图8 可知，对于小麦，在输送风速不变的情况下，随着输送量的增加，接料器、弯头的压损逐渐增大，而卸料器的压损则下降，输送物料压损H1 呈增大趋势但增速平缓。

由图9 可知，对于玉米，在输送风速不变的情况下，随着输送量的增加，接料器、弯头的压损逐渐增大，而卸料器的压损则下降，输送物料压损H1 变化不明显。综合图7、图8 和图9 可知，输送风速不变、增大输送量，接料器、弯头的压损实测值远高于理论值且趋于增大，但增大幅度缓慢，卸料器压损趋于减小，而接料器、卸料器的理论计算值则不变；输送物料部分压损H1 实测值呈增大趋势，但增加平缓，而理论值增加趋势相对陡峭，低输送量时理论值低于实测值、高输送量时远高于实测值。

4 结论

通过特定气力吸运装置对三种不同物料塑料粒、小麦和玉米等的输送物料压损的理论计算和实验测定发现：

1）输送风速不变，输料管的理论压损如接料器压损、卸料器压损则保持不变化，除此之外，理论计算的输送物料部分压损H1 及弯头压损均随输送风速增大或输送量增大而增大。理论计算的输送物料部分压损H1 高于相应的实测值，而其余各项压损均低于实际测定数值。

2）相同条件下，理论压损计算时，不同物料品种的输送物料部分压损H1 及其余各项压损均相同；而实验测定时，不同物料品种的输送物料部分压损H1 及其余各项压损均不相同，表明物料品种对气力吸运的压损是有影响的

3）实验测定结果表明，输送量一定时，输送塑料粒的各项压损最低，而输送小麦、玉米的各项压损基本相同；而输送风速一定时，三种物料的输送物料压损基本接近，由此可知，决定气力吸运系统输送物料压损的主要因素是输送风速。

参考文献

[1] 杜尔夫曼.《粮食加工厂气力输送的计算》[M]. 食品加工综合性机械化输送装卸机械,1964.

[2] 吴建章, 李东森.《通风除尘与气力输送》[M]. 北京：中国轻工业出版社，2009.

[3] 无锡轻工业学院, 武汉粮食工业学院等四院校合编. 通风除尘与气力输送[M]. 北京: 中国财政经济出版社,1984.