气动输送系统设计计算

1、气动输送系统设计计算气力输送是借助空气或气体在管道内流动来输送干燥的散 状固体粒子或颗粒物料的输送方法， 在水产养殖生产中应用气力 输送与投放饵料将是实现水产养殖生产的设施化、 自动化的重要 措施。我们依据气力输送技术原理结合我所淡水试验站的实际情 况，采用稀相低压正压气力输送基本形式进行了 “单道多工位气 力输送饵料投喂机系统”设计，实现养鱼饵料单管道输送作业与 远程输送。1 环境条件与输送要求试验地点安排在本所淡水试验站养殖池塘， 池塘为 3 排每排 有 2 口共计 6口池塘，每口池塘面积约为 3.6 亩，试验区 6 口池 塘合计面积为 21.6 亩。气力输送输料管道合计直线距离 144

2、米， 有一处转弯，整个管线基本为水平布置。本系统通过一条管道向 6 口池塘输送饲料，具体是在每口池 塘选定饵料投喂点设置饵料储存与投放设施， 输料管道通过饵料 投喂点时串接三通分料阀，当需要向某投喂点输送饵料时将分料 阀置于分料位置即可向该投喂点输送饵料。因为使用了 “干管直 通滑块式阀芯分料阀 ”进行分料，串接的分料阀在直通状态时相 当于直通管道，不存在变径和转向以及空间的变化问题。饵料的最大输送量是确定气力输送能力的基础数据， 池塘养 殖生产规模决定了饵料的需求数量， 由于在不同生产时期投饵率 不同，因此应该按照饵料需求量最大量作为输送能力依据。 池塘 成鱼养殖生产水平每亩鱼产量在 100

3、0kg 左右，按照日投饲率 3% 计算， 6 口池塘 21.6 亩每日投放饵料数量合计为 648kg 。若每日 投饵 3 次，每次投饵量为 216kg 。使用的成鱼养殖颗粒饵料， 粒径为 5.5mm ，比重为 378kg/m3 。2 气力输送的设计计算基本参数输送类型。根据水产养殖饵料的性质特点以及饵料输送作 业实际要求， 适宜采用低压稀相压运输送方式。 气力压运方式具 有由一处向多处供料、去向灵活、适用于长距离输送等特点。输料管道。 输料管道是用来输送饵料的通道， 在本系统中 分为 3段连接，第 1段是连接在供料器与工料主干管的， 这一段 选用内经 55mm 的塑料硬管，过渡部分采用内经 6

4、3mm 塑料软 管。第 2 段为供料主干管与各分料阀之间连接， 选用内经为 47mm 的塑料硬管。 第 3段是由分料阀分料管与投饵机卸料器之间的连 接，选用内经 50mm 塑料软管连接。供料装置。 为了做到饵料的正常定量输送减小饵料的破碎 率，我们采用了串联式 2 级供料的形式， 在第一级装置先控制饵 料的供应量， 使其保证在合理的流量范围。 第二级应用叶片旋转 式关风器实现气体隔离。 在关风器工作时， 控制第一级的供料量，不能将饵料填满关风器的进料口， 防止叶片旋转碾压剪切而破碎。风机的选用。经实际测试在运行压力为 14kPa时风机的风量为 75m3/h 。在选择风机时，其风量除了应满足公式

5、计算的输 送风量外，还应考虑输送系统的漏风量，一般应增加1020%的裕量。输送能力估算。 为了充分发挥出气力输送的优势， 在较短 的时间内完成对各目标投料点位的饵料输送， 规定每个目标点位 输料时间不超过 8min ，因此，可以算得设备输送能力应为 432kg/h 。输送能力计算2.2.1 参数选择与计算方法选定输送浓度卩=GS/Ga式中：GS物料的质量流量，kg/h ； Ga气体的质量流 量， kg/h ；低压稀相输送系统的输送浓度一般选择 15 的较低 的范围比较合适。输送的气流速度 V 气（ m/s ）。气流速度 V 气可按下面经验公式估算：式中：V气空气流速，m/s ; al颗粒系数；

6、pm物料密度， kg/m3 ; （3物料特性系数；L输送管的当量长度 m，当L小于100m 时可忽略不计。在已知空气流量Q、管道内经D的情况下求空气流速 V气，也可由公式 D=经变换得出：V气=4Q/ n D2式中：V气空气流速，m/s ; Q空气体积流量，m3/h ; D管 道内经， m。现已知Q、D,通过上式算出管道内空气的流速V气，可对估算结果进行验算。悬浮速度 Vf（m/s）。 物料的悬浮速度为： Vf=5.33式中： Vf 悬浮流速， m/s； dmax 最大的物料颗粒直径， m ; ps物料密度，kg/m3，对选定的颗粒饵料 p s=378kg/m3; pa 空气的密度， kg/m

7、3 。进料口速度 V1（m/s）。 空气进入管道时的初速度可按下式计算：V1=k1Vf=5.33k1式中：V1进料口速度，（m/s）; k1经验系数。末端速度 V2（m/s）。空气出输送管道的末速度可按下式计算：V2=0.000354 （ 1000G/ p s+Q） /D2式中：V2末端速度，m/s ; G输料量t/h ; Q空气流量，m3/h ;D 管道内经， m。平均流速 Vm （ m/s ）。管道内平均流速为： Vm= （V1+V2 ）/2参数计算与核定管道当量长度L=L平+k1L斜+ k2L垂+nR弯（m ）。按试验管道设置方案， 代入公式计算出当量长度 L=334.1 m 。用已知参

8、数验算 V气（m/s）o主管道内经 D2=0.047m，V气2=12.01m/s ;过渡管道内经D1=0.063m， V 气 1=6.687m/s。悬浮速度估算 Vf（m/s）o已知参数， 最大的物料颗粒直径 dmax=0.0055m ，物料密度p s=378kg/m3，空气的密度 p a=1.2kg/m3，代入公式计算出Vf=7.016m/m 。进料口速度 V1 （m/s）,当选k1=1.2时，V仁8.42m/s。末端速度 V2 （m/s ） ，当输料量 G=0.5t/h ，空气流量Q=75m3/h，物料密度 p s=378kg/m3，管道内经 D=0.05m 时，V2=10.81m/s 。

9、管道内平均流速， Vm=8.91m/s 。压力损失与物料流量 在输送管中两相流的压力损失， 主要有下列几部分： 空气和物料在水平输料管中的压力损失; 空 气和物料在垂直输料管中的压力损失; 物料加速时引起的压力损 失;弯头等管件处的压力损失;压缩机、接管等设备引起的压力 损失;料气分离等设备的压力损失。在水平输料管中压力损失计算。 在本系统中输送管线主要以水平管与转弯管道为主， 因此将 全部管线换算成当量长度用水平输料管压力损失经验公式计算。 经验公式如下： P 平=AP 沿（1+yK）式中：AP平气体和物料在水平直管运动中的压力损失，Pa; P沿纯气体沿水平直管运动的压力损失，Pa； 混合比

10、。K 由试验验确定的阻力系数，与气流速度、物料颗粒形状大 小、物理性质及管径等有关。可按下式估算：式中：D管道内经，m;?准经验系数，？准=V气/Vf=1.579。AP沿是纯空气沿等截面水平直管运动时的压力损失，采用中低压气力输送即压缩空气压力低于100kPa。由于管道内压力损失较小， 气体密度在工作过程中的变化可以认为是常数， 沿程 阻力可按下式计算：式中： P1 管道始端的空气压力， Pa； P2 管道终端端的空气 压力，Pa； p气管道中气体密度，kg/m3 ; D管道内径，m ；入气 体在直管段中摩擦阻力系数。入=0.3164/Re0.25式中： Re 雷诺数。物料起动的压力损失 4卩

11、起（Pa）。在供料处物料进人输送系统， 为了使物料起动， 从零到达稳 定速度，必须消耗一定的气流能量，即产生一定的压力损失。压 送式，起动压力损失按下式计算：式中：BO起动阻力系数；p气进气口气体密度；V气进气口 气体速度代入，由此 AP起可由下式表示： P起=39.7由上式可以看出，物料起动的压力损失 AP起与物料浓度 卩 成正比。以下分别以 222中在不同当量长度下计算出的浓度 卩 值代入上式，分别计算出与其对应的 AP起值。总压力损失 P。在本输送系统的管道中总压力损失 AP总等于AP起与AP平 之和，由于AP起相对AP平的数值很小，因此可以认为 AP平近 似为管道总压力损失， 以此为依

12、据选择鼓风机设备。 为了保证系 统安全运行，在具体选择鼓风机时可选定适当的安全系数。表1为在气源压力 P=14kPa情况下，当量长度与压损及输 料能力计算结果。改变压力参数估算输送能力 以上物料输送能力的计算 均以鼓风机工作压力 P=14kPa为基本条件，由于气源压力是影 响物料输送能力的重要因素， 因此进行不同压力下输送能力的估 算，对合理设计整个气力输送系统是非常必要的。图1 是 P=14kPa 17kPa, 20kPa条件下，当量长度 L与混合比 卩的对 应关系。3 结果分析3.1 气流速度 在风机工作时，实测空气流量 Q 的条件下， 计算出输料主管气流速度： V 气 2=12.01m/

13、s ；供料器出口连接管 道气流速度： V 气 1=6.687m/s 。利用经验公式估算主管气流速 度：V 气=11.08m/s ;悬浮速度 Vf=7.016m/s ;进料 口速度 V1=8.42m/s ;末端速度 V2=10.81m/s ;平均速度 Vm=8.91m/s。在主输料管道中的 V 气值均大于各项估算值， 可以证实物料 输送会正常运行。 供料器出口连接管道管道直径较大， 实际流速V气1=6.687m/s低于估算的悬浮速度估算Vf=7.016m/s。在实际运行中如果加大供料量就会发现， 在供料器出口管道连接的内 经扩张处有输送物料滞留积存情况。 据需观察当物料堆积到一定 程度时， 堆积的物料又会被吹扫干净， 若长时间运行这种现象会 反复出现。3.2输送能力分析 显而易见，当气源压力AP过低时进行长 距离输送效率会大幅下降，提高AP会使输送能力增强。由以上分析可以看到在 AP为17kPa时，输送能力是 AP为14kPa时的 1.78倍，在 AP为20kPa时，输送能力是 AP为14kPa时的2.27 倍。在本试验系统中最长输送距离均在 200m 之内， 因此在鼓风 机工