1783_气流输送系统的设计
1783_气流输送系统的设计,气流,输送,系统,设计
Manuf 智力 J 备有工艺(2005):551-559 25.10.1007 / s00170-003-1843-3Masoodb阿巴斯悬 Shayanae 卡拉调查设计和制造机械输送系统,有食品加工。2003 年 3 月 29 日收到:2003 年 6 月 21 日/接受:6 月 23 日/发表在线:2004 年,斯普林格出版社伦敦有限2004 年摘要:本文章介绍了开发方法和技术进行将降低成本和时间的设计、制造和装配的机械输送系统的研究的结果,应用于食品和食品饮料行业。改进后的方法来设计和生产的自动调节式气力输送的组件是基于新的材料、零件、成本、使用规则的设计制造和面向装配的设计。结果在一个测试输送系统验证的好处通过采用改进的技术。整体材料成本和传统的方法相比降低了 19%,整体装配成本相比,降低了 20%。关键字:装配.DFADFM.设计,机械输送。1 介绍输送系统应用于食品和饮料行业高度自动化的定制结构组成的一个大型零件的数量和用来携带产品,如食物纸箱装, 喝的瓶子和罐子在快速生产和组装线。大部分的处理和包装的食品和饮料-在纸箱、持续经营再保险瓶或罐等。在一个被控制 quired 移动速度, 对充填或者装配墨粉寿命结束 -成为。他们的操作需要高效、可靠的我-传送带运输 ,操作时,范围从高架地板-类型的安装类型的连锁店 ,或者带式输送机滚筒驱动系统。近年来,极大的压力来自客户低成本但高效的机械输送系统使得制造商重新检查他们的当前的设计和组装等看看另一种方法和手段来制造更多经济、可靠的输送带,为他们的客户带来方便,目前,悬 Masood(u)bae Shayan 阿巴斯卡拉工业研究所一本史文朋,一本史文朋理工大学,墨尔本, 澳大利亚 3122 山楂,电子邮件:smasoodswin.edu.au:改进后的新零件大多数物料搬运设备,硬件和软件两个方面, 都是高度专业化,呆板的和昂贵的配置、安装维持1。输送带,被固定在以他们的位置和根据他们的同步输送带速度,任何转换的输送系统非常困难和前期陷入沉思。在今天的从根本上改变工业市场,有一个需要执行一种新的制造策略,一个新的系统经营理念, 并提出了一种新的系统控制软件和硬-陶瓷的发展理念 ,可应用于设计的新一代的开放、灵活物料搬运系统2。何鸿燊和 Ranky3模型,提出了一种新的模块化可重构二维和三维的输送系统,包括一个开放的稀土- 可配置的软件体系结构的基础上,CIM-OSA(打开系统架构)模型。指出研究地区输送系统的改进、完善和提高,用于饮料-焦化是非常有限的。大部分的发表的研究论文是指挥用于改善输送系统的操作和交互的系统非常复杂的软件和硬件。本文提出一种研究调查,实践证明,使用当前技术标志、制造和装配型链式的地板上驱动机械输送设备,以减少制造这样的运输机的时间和成本。应用了并行工程的设计和实施的基本原则面向装配的设计制造和4、5,几个关键研究了输送机零部件都是为他们的功能、材料适宜性、强度准则、成本和简化了安装的整体输送系统。这个关键零部件进行了改性用新的形状和几何位置重新设计,以及一些新材料。改进后的设计方法和功能验证了新型平零件上测试了一种新测试,系统设计、制造和组装过程中使用。设计制造和装配 DFMA)近年来,研究在该地区的可制造性设计和装配已成为非常有用,因为他们正在考虑提高工业设施和生产。然而,没有足够的工作完成后, 在该地区输送机的设计 ,特别是相关的组件是使得越来越多的图纸数据与重组。输送过程的设计基于传统的方法。大量的文章发表,investi -DFMA 封闭的相关问题,并将其应用于各种 methodolo -要达成目标 ,使经济、高效和成本证明有效的对这些公司正在调查之中。主要的分类知识就可以影响 DFMA -问题的一般准则为(1) 、(2) 特定公司的最佳(3)进行 resource-specific 过程和或约束。一般指通常适用rules-of-thumb 指南, 到制造领域的设计师应该注意。下面的列表整理了 DFM 指南6。设计最小数目的部分开发一种模块化设计最小化部分变化多功能设计部件multiuse设计零件为便于设计部分的 0.9%的制造避免单独紧固件灵活性:最大化设计为便于装配处理:设计 最小化处理的简报评估的装配方法消除调整避免灵活的组件: 他们很难对付使用零件已知的能力偏执允许的最高部分使用已知的和证明 零售商和供应商在 derated使用零件析出大量的价值观与没有边际最小化组件强调标准化使用尽可能简单的操作使用已知的能力 操作启动和干预措施。 最小化承接的工程更改 批量生产这些设计指导方针应该被认为是“最优的建议 ”。他们通常会导致高质量、低-成本,地设计。偶尔的妥协必须被做,当然。在这些情况下,如果一个指导方针 ,走过去了对市场营销或性能要求 ,下一个最好的选择应选择7。它是指特定公司的最佳实践的内部设计公司开发的条例,通常是在很长一段时间,和设计师是沿袭。这些设计规则是确定的公司等导致质量得以改善吗通过识别和效率的总体关系特定的过程和设计决策。公司使用这样的培训指导方针的一部分给设计师的产品需要大量的手工装配或-维护。值得注意的是 ,大部分的方法论擅长任选一种被快速和容易的开始,或者是被更正式的。例如, 指导方针,布斯罗伊德 Dewhurst8,在 DFA 被视为定量和系统的。而 DFM 指导方针,这仅仅是法则经验丰富的专业人员,是源自于一些定性和不那么正式的9。3传统的输送系统的设计输送系统的设计和制造是一个非常复杂和费时的过程。像每个输送系统一个定做的产品,每个项目不同于其他的项目在规模、产品和布局。该系统设计是基于客户需求, 产品的规格要求。该系统布局必须适合在空间所提供的公司。这个过程的设计规划系统-输送机瞬变电磁法(tem)涉及修改以及可能要花上数天到数月不等或某些情况下十年。一个以最低的成本和最大。最有可能的客户适用性得到认可。图 1 显示一个图解的布局对一典型输送机系统安装在生产线用于标签塑料瓶。输送机系统的不同地区特殊的技术鉴定的名字,一般运用于类似的工业应用。美国证券交易委员会(sec) 的“singlizer”-使产品的声誉形成一条车道从多个车道。“经济放缓的速度表 “降低产品一旦它的出口 ,labeller 填料等。美国证券交易委员会(sec)的“ 大规模流动”-兴是用来跟上高速过程,例如 ,填料,labeller 等。“ 转会表” 的方向发展, 促进转移- 流动。这些不同的目的是输送机部分因此为了控制产品,通过不同的处理流程。一个典型的机械输送系统用于食品应用包括了两百机械根据大小电器部件的系统。一些常见的但又极为重要的组件,可能是标准和积累了家族的输送系统。侧架、间隔臂的酒吧,最后板、覆盖板、内弯板、外板、弯曲的轨道和井(开车,尾巴和奴隶)。大小和数量的变化来表明自己的这些部分的长度的自动调节式气力输送的对应部分的内容和数量的轨迹-ing 的宽度和类型的链所要求的。存在的问题及在当前的设计缺陷、制造和装配机械输送设备多样化、包括:在设计对部分高成本的一些组件长时间参与总装 /维修使用非标零件图 14部分的改进为了识别领域的材料、降低成本劳动的成本分析的主要输送部件进行了研究估计成本的百分比各部分的关系所有这类零件的总成本。这个分析的目的是为了识别关键零部件,主要负责在-压痕的成本,从而探讨输送方式对于降低成本的部分。表 1 显示了一个 50-section 输送机的成本分析系统-瞬变电磁法(tem)。通过分析可知,有 12 个零件组成的 15 达 79%总材料成本的输送系统,在那里的进一步研究的重点改进设计, 降低成本是可能的。从这些,七个部分 ,分别鉴定为关键的部位 (显示的星号符号在表 1)构成最大数量的成分-达 71%的数量,并包括在整体上的资料成本。在这些人之中,三种成分(腿套,侧架和支持渠道)被发现占总数的 50%输送机材料成本。详细分析了每一种 12 考虑到零件的原则进行并行 en -工程、设计制造和面向装配的设计,和研制了一种新的改进设计,每宗10 。德-改进设计的尾巴的一些选定的主要部件5.腿套附件的重新设计在一个输送系统,腿是安装在侧架保持整个输送系统在了地板上。现有的设计工作的自动调节式气力输送的腿,但是花费也很昂贵的制造、他们有稳定的问题,并会造成延误发货。延迟通常是造成这些部分不到位从超过- 供应商准时。最关键的规格要求为输送机是: 带式输送机 强度负荷稳定性简化了安装安逸的灵活性(调整高)。图 2 显示的所有部件的使用现有的设计输送机的腿。指定的密码是零件编号表 2 中所描述的,体现了一种 的一个故障成本。完整的劳动时间要求组装系统性的腿。现有的腿设置由塑料腿括号内的命令来自海外,不锈钢管, 腿切成指定的尺寸,腿管子塑料的调整 ,是哪一种管夹到腿是在底部 ,如图 2。凸耳 ,切成大小、钻孔、焊接而成广场到腿管螺栓角度拉条和背衬板,以支持腿支架螺栓。#各部分的表 2 意味着这个号码在每个部分元件的数量和质量是特殊的。腿各部分的设计。公司利用这个设计为许多年,但一个常见的投诉。据报导,客户是不稳定的脚。从最初的调查, 就变得很明显就是不锈钢管的声誉之间和塑料腿支架(部分在图 1 和第 3 部分。 2)没有刚性足够了。连接这些零件是唯一一个 6 毫米螺栓。有时,当输送系统正载着满载荷、观察发现产品输送机的腿是不稳定的,并引起了机械震动。其中最主要的原因是由于一个单一的螺栓连接两端的凸耳在第三部分和部分的输送机可靠性具有重要物质和要求。为了满足顾客的期望立即改正。考虑到存在的问题输送机腿德标志和客户的喜好,一个新设计的输送机腿被发展。一般的强度和稳定性腿被认为是主要的标准。在新的设计方案的观点,但其他的考虑简单的计, 海外部分的安逸装配环节的调试。图 3 显示,新设计的输送机的腿总成 ,和表 3给出了描述和造价的每一部分。图 3 显示,新设计仅由五个主要的各部位为输送机的腿比八种主要的部件旧的设计。在旧的设计、塑料腿支架,腿塑料调节和腿管子管是最贵的项目成本核算的 72%的腿总成。表 1。输送机关键零部件,基于部件成本分析产品说明 腿设置侧架支持渠道弯曲轨迹Rt.滚子轴尾轴间隔条支持穿带支持一端穿条数量6880400813939135 40013239材料应用塑料腿+ SS 管2 5.m m SS C信道 SS塑料20 直径的 S 轴35 直径不锈钢50X50X6 SS4010 毫米塑料塑料花费(%) 20.22 16.07 15.00 14.36 6.70 6.27 5.43 5.36 3.01 1.88 改进的可能是的是的是的没有是的没有是的是的是的是的终板盖板弯板转矩臂支架槽盖弯板内总关键零部件398189782 5.m m / SS1 6.m m S / S2 5.m m / SS6 毫米的飞船空间站板不锈钢 2 5.m m / SS1.57 1.29 1.21 0.97 0.66 100.00没有是的是的是的是的是的表 2。成本分析对老腿设计组装部分描述。1 塑料腿支架5 腿管子塑料调整6 凸4 角度拉条7 背衬板2 腿管3 螺栓8 总装配成本(焊接)图 2图 3表 3。成本分析对新设计的腿总成 (部分描述)1 不锈钢角(50503 毫米 )3 腿塑料调整4 交叉 brassing5 螺栓2 背衬板结果,那些部分都已经被一种不锈钢角的影响并提出了一种新的塑料腿调整降低生产成本的腿 assem -bly 由接近 50%。因此零件的总数量的腿从 19 日已减少到 15 和总成本为每回合的设置减少了 55 美元的新设计。新输送机腿设计、测试时, 被发现更为安全、稳定的比旧的设计。消除零件号 1 个月和 5 从老式输送机设计作出了新的设计更加稳定和刚性的。此外,宽度, 钉在十字架上支撑也有提高,而不是两个螺栓的山一个在旧的设计。这样就提供了整个输送机腿的设置额外的力量。6 侧架的重塑边框架是首要支持输送系统提供体力输送机及几乎所有的零件安装在它。侧架的预计也会有一个刚性的力量来提供必要的支持给所有的荷载进行了输送机。它也可适应所有相关的输送机组件的装配。关键的考虑的一面框架设计是:侧架的大小(深度)强度的材料易于装配易于制造图 4 显示了侧架尺寸和参数。侧架的使用,在现有的设计深度尺寸 (尺寸 H 在图 4)调查时, 发现之间的距离间隔的酒吧,轴(孔尺寸和回报 G 和 F,如图 4)降低的时候,就像有了一些不必要的两个人之间的距离。更为重要的一点, 定义之前先检查一下设计参数,以确保带来另外两份关系更加密切, 返回链不会赶上间隔条而输送机在运行。该模型的新球队的框架设计画在计算机辅助设计(CAD),以确保所有的规格是声音部分是放置在位置和检查的间隙很适合。通过这一原则的可制造性设计的新球队的框架设计是对称的,以便它适用于所有类型侧架的。这个变化将减小尺寸的一边所有通径的框架显著链。表 4 显示的维度上的比较旧的设计和新设计的侧架为同一链类型。图 4表 4。新的和旧的侧架尺寸参数它指出整体规模(深度 )的输送机有什么期望减少 241 mm 199 毫米(尺寸 H),节约了 42 毫米不锈钢在每侧架马努-factured 。因此,从一个不锈钢薄板毫米,1500 3000 股老设计参数只允许六 3 米长的侧架但随着新的设计参数,现在它是可能的生产 7 侧架 3 米长从同样的表大小。用于的资料数量也是再保险侧架认为为更深入的研究。据估计,约 55%总成本的输送系统都花在材料。目前的资料用于侧架是 2.5 毫米厚污点-304 钢的等级食物少。目前,还有其他的材料市场上可以买到的厚度, 可以选择作为一个选项。为此,一位挠度分析进行了预测 ,如果有任何其他类型的资料西装能够取代现有的资料,这样它才不会没有通过它的强度标准。分析 6.1 挠度侧架图 5 给出了确定的实验系统实践新球队的框架下,在 X,Y 方向不同加载条件。随着新的设计参数的一组侧架的生产调查挠度等 1 6.m 米厚的不锈钢侧架。一段侧架螺栓与间隔条和回归测试-轴是组装做这个实验。获得的结果挠度运用可变荷载侧架的一个区段通过一个液压。显示在图 5,挠度表放置在垂直(Y)和横向 (X)轴来测量吗任何阅读上观察到的侧架。应用的负荷是通过对侧架的液压机向下方向。侧架的支持上从同样的位置那里的腿是安装在侧架。8 的轨迹输送机路段观察任何异常在大负载。负载的应用于实验输送机部分在估算和高于实际负荷欺诈-在真正输送机系统条件应用。输送设备的通常用来携带下的荷载一公吨,每米工业应用于食品和饮料行业。掣普珥-应用大量的轮廓点是估计偏转对侧架在高负载下。数字 6 和 7 取得成果的通过实验对输送机的四个进程和部分六轨,分别。从获得的结果,观察 2 KN 下挠度值的荷载作用下,几乎是在 2 毫米图 5图 6 图 7类型的部分。在一定情况下,1.6 毫米不锈钢侧架的设计,可以一种可能的选择在现有的输送机侧架的设计。据预计,有更大的部分, 对输送带挠度的侧架的意志呆在允许范围内,也就是说,5 毫米。主要的是为什么这个试验是确保侧架裂纹不扣在高负载下。因此没有对于任何证据屈曲发生的各种类型的部分使用。但预计也,经验教训的基础上工程师和调查研究,在当前完整的总成后, 输送设备想像的力量,这将进一步额外减少可靠性偏斜对侧架。例如, 挠度,对于每一套测量实验的意义。与安装在侧架腿,部队将行为相反的方向,将极大推动侧架里面。完整的观察可见特发性肺纤维化-保护的这个假设当一个完整可以得出结论输送机是内制造和测试试验的基础上的新设计参数。所有的实验结果,得到了令人满意的结果 ,它是骗人的 -那 1.6 毫米不锈钢 304 侧架品位是专为输送带,对于食物和饮料行业指定的指导方针下负载。制造的成本节约这个地区有显著的自预计 80%的材料的用量在一个输送系统是不锈钢做的。6.2 侧架成本分析物料检讨和挠度的分析表明了现有 2.5 毫米不锈钢薄板设计是一个在身边的时候我是谁框架的食品和饮料输送机应用。alysis 也显示,1.6 毫米厚的不锈钢薄板即可作为一种替代性材料为侧架,这将履行令人满意。表 5 显示一个比较成本的旧的,新设计的侧架, 哪个表明,节约每侧架在新设计是 37 亿美元(例如: 一个储蓄的 50.1%)。除此之外,节约成本,减少侧架从尺寸 241 mm 199 mm 也将允许生产一个额外侧架的 30001500 毫米不锈钢。在图纸上。新设计的改善是开展了好几个其他关键的部位,如支持渠道,还滚子轴上 ,穿条间隔的酒吧,支持和支持,一端穿带导致更多的成本和劳动的储蓄和缓解肌肉吉诺比利-成和组装等。例如,新的设计的支持总成 (包括支持渠道穿带和一端穿条)要求降低若干进程,减少磨损的纸条厚度、使用一个新的 M 截面通道和规定使用不同种类的链给人们提供了一种节约成本的 33.7%实验结果表明,改进的设计。这种新设计的辊轴的回报-用一种节约成本和减少 50% 44.5%的劳动力时间。这种新设计间隔酒吧提供费用估计从节省 25%的旧的设计。7 一个在测试设计实施的输送系统设计改进的实施零件和部件进行设计,图灵测试和组装的一个较为完整的输送系统。这新的和改进的测试和验证输送机当时性能与实际产品(塑胶瓶 )。分析了成本 还进行了比较 sis 是整体成本的储蓄,在这个测试输送机与所涉及的费用与一个相同的输送机基于陈旧的设计7。新的考试输送机是一种类型(图 8),共有三个不同的部分的总长度 5 米。部分 six-track C1 是一段截面 C2 输送机,加入是一个 six-track 弯曲 90输送机。这是连接到输送机补体C3,它是一段 eight-track 输送机的部分, 称为杂合-国家的两种不同类型的枷锁,标签和力量。测试输送含有共有 26主要部分。图 9 所示的是用于测试的测试输送机在合作产品开发流程公司。性能和效率的新测试方法的输送机和它的重要的新零件进行了光滑、无噪音的表演-通过观察极佳的产品开发流程的空的塑胶喝瓶输送链条。所有的器官和输送系统发现良好的静动态性能充分展示功能。一个完整的成本分析在测试输送机进行了研究为了衡量不同新与旧的设计也在组装评价缓解和减少劳动expendi -真正的。部件数量,所用的原材料、生产成本进行了计算和百分比等各个部分的存款每一部分和整体系统进行测定。 图 8图 98 结果和讨论最关键的面积来查看是否考虑是新的支持通道的设置和滴盘中加入已经执行用较少的劳动消耗。注意的是,也已经向确保劳动者已经工作有效地工作。纽约时报用于组装的输送系统是在意料之中的对取决于心情的工人和其他外部前沿空中管制官-工具。但是努力达到尽可能密切的时间制造的输送设备。一项研究揭示了证明成本分析的事实:生产成本节约40%或更多达到了八改良设计部分节约成本实现了 26%,34%在其他三个部分组成。在高成本部分 ,最大的储蓄为实现轴侧架 ,还辊,腿集和支持穿条纹的。的总费用降低了 19%的输送机。整体劳动力成本在装配的输送机降低了 20%。研究表明,该储蓄完成主要输送机的零件 ,达到或超过设计不是设计专业。其中最主要的变化,这些变化输送机系统的影响是设计的修订侧架的设计参数,这也会影响到这些变化在其他地方, 都是同盟。其次,发展支持新的 M 剖面的通道随著标准磨损条添加到巨大的成就在新的输送机的设计。完成从全新的设计减少了劳动也做出了重大影响成本和流水线上提高了产品设计和制造。同时也注意到,它是由 categorising 间隔棒不同数量的轨迹 im -证明了选拔程序的设计。新输送机制度已成为更经济且有效的成本和需求使用额外的增强材料被淘汰出局。9 结论在设计和制造机械输送系统-等方面,有相当不足的研究工作的输送机设计优化,特别是缺乏应用技术来设计改进在这样的系统。在为了提高成本和订货至交货的时间在输送系统瞬变电磁法(tem) 、一个完整的故障分析 ,这也是一种试输送机等久了进行评估的高消费地区于输送机马努-成。分析运用原则的支持可制造性设计,为提高面向装配的设计在不牺牲的功能设计和运行的系统。一种新的式输送机设计提出了一种基于所有建议的修改的自动调节式气力输送的组件。该建议验证了输送系统以及在考试的时候所采用的合作公司。结果证明见 sub -cessful 与整体的储蓄 ,在成本和 19%下降 20%总劳动成本。研究结果显示,应用 DFMA 的规则, 设计和组装的费用的一个情结像机械输送系统为食品加工即可戏剧性的减少。参考1. 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Disser- tation, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia 南昌航空大学科技学院学士论文1气流输送系统 1 绪 论1.1 气流输送的概况气流输送(又称气力输送) ,即利用气流的能量,在密闭管道内沿气流方向输送颗粒状物料,是流态化技术的一种具体应用。气流输送装置的结构简单,操作方便,可作水平的、垂直的或倾斜方向的输送,在输送过程中还可同时进行物料的加热、冷却、输送和气流分级等物理操作或某些化学操作。与机械输送相比,此法能量消耗较大,颗粒易受破损,设备也易受磨蚀。含水量多、有粘附性或在高速运动时易产生静电的物料,不宜于进行气流输送。当人们从自然风力吹石卷尘和日常生活中见的吮吸现象得到启示后,就设想到利用气流在管道中运送物料。基于这个想法,早在1810年英国Medhurst就提出了利用管道将邮件作气流输送的方案。因此,气流输送技术乃始于成件物品的筒式输送。数十年后气流输送才开始用来卸送谷物,棉花等散状物料,出现了第一台浮船式气流卸船设备以及固定式的吸粮机设备。这些气流卸船设备问世之后曾经在欧洲各国,特别是在当时的粮食输入大国,如英国,荷兰,德国等获得了应用和普及。气流输送具有防尘效果好;便于实现机械化、自动化,可减轻劳动强度,节省人力;在输送过程中,可以同时进行多种工艺操作,如混合、粉碎、分选、输送、冷却;防止物料受潮、污染或混入杂物等优点,因而在铸造、冶金、化工、建材、粮食加工等部门都得到应用。近年来,气流输送技术在以往低压气流输送和高压输送技术的基础上进一步开拓应用。例如,将粉料喷吹送入高温熔化的液态金属中;利用港口吸卸谷物的吸粮机原理将气流输送技术用语高温熔渣的吸出清理;对以往难以输送物料的输送技术;磨损性大的物料的输送技术以及塑料成形体中物件的输送技术等。我国从 1985 年就在港口对气流输送技术进行研究实验并应用于卸船,其他各行业也开发了多种形式气流输送装备在生产上获得了应用。如建立了风送系统的面粉厂,气流输送烟丝,铸造车间型砂气流输送技术也逐渐发展起来。 南昌航空大学科技学院学士论文2除此之外,我国其他行业中气流输送的发展也很快,铸造车间中的型砂,新砂,旧砂,煤粉和粘土粉等造型材料均已实现了气流输送,特别是近年来新一代低风速高混合比气流输送装置的开发和成功应用使我国的气流输送技术水品有很大的提高。 我国早已成立中国机械工程学会物料搬运专业分会,并设立了管道物料输送技术专业委员会。在各行业和地方还成立了粮食、铸造行业的气流输送等专业学组,这一切均将促进气流输送技术在我国的应用和进一步发展。 1.2 气流输送的分类 根据颗粒在输送管道中的密集程度,气流输送分为:稀相输送。固体含量低于100kg/m3或固气比(固体输送量与相应气体用量的质量流率比)为0.125的输送过程,操作气速较高(约1830ms) 。密相输送。固体含量高于100kg/m3或固气比大于25的输送过程。操作气速较低,用较高的气压压送。间歇充气罐式密相输送。是将颗粒分批加入压力罐,然后通气吹松,待罐内达一定压力后,打开放料阀,将颗粒物料吹入输送管中输送。脉冲式输送是将一股压缩空气通入下罐,将物料吹松;另一股频率为2040min-1脉冲压缩空气流吹入输料管入口,在管道内形成交替排列的小段料柱和小段气柱,借空气压力推动前进。密相输送的输送能力大,可压送较长距离,物料破损和设备磨损较小,能耗也较省。1.3 气流输送系统的主要设备和部件 吸送气流输送系统一般由受料器(如喉管、吸嘴、发送器等)、输送管、风管、分离器(常用的有容积式和旋风式两种)、锁气器(常用的有翻板式和回转式两种,既可作为喂料器,又可作为卸料器)、除尘器和风机(如离心式风机、罗茨鼓风机、水环真空泵、空压机等)等设备和部件组成。受料器的作用是进人物料,造成合适的料气比,使物料启动、加速。分离器的作用是将物料与空气分离,并对物料进行分选。锁气器的作用是均匀供料或卸料,同时阻止空气漏入。风机的作用是为系统提供动力。真空吸送系统常用高压离心风机或水环真空泵;而压送系统则需用罗茨鼓风机或空压机。 南昌航空大学科技学院学士论文31.4 气流输送系统的类型和特点 气流输送系统根据工作压力不同,可以分为吸送式和压送式两大类。吸送式根据系统的真空度,可分为低真空(真空度小于 98kPa)和高真空(真空度为4060kPa)两种。压送式根据系统作用压力,可分为高压压力为(17)10 5Pa和低压(压力在 0510 5Pa 以下)两种。此外还有在系统中既有吸送又有压送的混合系统、封闭循环系统(空气作闭路循环,物料可全部回收)和脉冲负压气流输送系统。由于气流输送系统的类型相当多,所以在设计时选用哪种方式是十分重要的,它关系到功能的实现和生产的安全等等。择定气流输送方式的一般程序步骤如下图:设计参数输送物料特性负压气流输送是否最优?负压气流输送是否可能?对其他输送方式的探讨分析装置基本组成装置草图各种气流输送方式比较是否是确切的气流输送方式确定的气流输送方式细部设计图 1.1 择定气流输送的流程示意图 南昌航空大学科技学院学士论文41.5 负压气流输送的发展概况 负压气流输送就是通过降低输送室的压力以降低湿分的沸点,达到在低温下输送的目的。工业输送器按其加热方式可分为传导式和对流式两大类。回顾工业输送器的发展,又可分为几个阶段,五十年代以前,主要是以传导式(例如箱式烘箱、真空输送箱)为主。从手工装卸料发展到半机械化、机械化和连续式输送。五十年代以后,输送技术的开发为满足工业输送的处理量大、高效、连续化、自动化的要求,重点进行了对流式输送器的研究和开发。到七十年代初,对流式输送器已取代传导式输送器的主导地位。但随着工业的发展,在节能、环保、洁净等方面,对输送器提出新的要求,而这些又是对流式输送器一时难以解决的要求,因而传导式又得到新的发展。从七十年代到八十年代初,各种新型的传导式输送器(例如多层带式负压气流输送器、双锥回转输送器、叶片式、振动式输送器等)取代对流式输送器逐渐增多。当然为适应对节能、环保、洁净的要求,对流式也在设法加以改进,例如将传导式加热面与流化输送器结合起来等等。负压气流输送器属于传导式输送,即将冷凝器、真空泵与传导式输送器配套,形成负压气流输送装置。由于负压气流输送具有输送温度低、输送速率大、节能、设备密闭防污染等特点,因而传导式输送器大部分可设计成负压气流输送装置。负压气流输送在生物制品、药品、饮品以及热敏性物料、氧敏性物料、溶剂回收待输送中起到独特作用。负压气流输送器的分类随着工业技术的不断发展,大多数采用密闭和接近密闭型的常压输送设备都被设计成负压气流输送设备。种类繁多,结构各异。其分类方法也不相同。按操作方式分,则可分为间歇式和连续式;按输送过程中物料的状态分,则可分为静止型、翻动型、搅动型和振动型;按输送机理分,可分为蒸发型和升华型。由于负压气流输送设备能用较低的温度得到较高的输送速率,能在低温下输送热敏性物料,也可以输送氧敏性物料。或有燃烧危险的物料,适用于输送含有溶剂或有毒气体的物料。溶剂回收容易,能将物料输送成很低的水分,并可用于低含水率物料的进一步输送,使负压气流输送技术得到很大发展。因而成为目前输送设备中主要类型之一。 南昌航空大学科技学院学士论文51.6 选本课题的依据和意义近年来,随着生产发展和生产过程日趋自动化,对节约能源和环境保护的要求越来越高,气流输送技术凭借自身的技术特点得到了迅速发展和应用。在不断地探索和创新过程中,气流输送的对象从早期的谷物,面粉迅速扩展到水泥,砂料,化工原料,煤粉等物料。应用的范围遍及粮食,港口,化工,冶金,电力,铸造,食品,医药等领域。气流输送方式从原始到如今完善,合理,初步解决了气流输送能耗高,管道磨损及物料破碎等问题,提高了气流输送技术的可靠性和经济性。气流输送装置新技术,新设备,新材料,新工艺的广乏推广,以及自身技的不断完善和提高,自动控制新技术的应用,系统参数的优化,装置结构的合理设计,使气流输送技术作为现代物流的一个重要环节,将会发挥应用的作用。本课题就是基于负压气流输送技术的可靠性和经济性,同时可以保护环境的思想,设计一套合理的气流输送系统来解决实际的生产问题。从负压气流输送系统原理和应用实践经验均表明它具有一系列的优点:输送效率较高,设备结构简单,维护管理方便,易于实现自动化以及有利于保护环境等。特别是用于工厂车间内部输送时,可以将输送过程和生产输送过程相结合,这样有利于简化工艺过程和设备。为此,可以大大的提高劳动生产率和降低生产成本。概括起来, 负压气流输送系统主要有以下的优点:1. 物料输送时间只需 1 秒钟左右,被输送物料的温度不超过 50,故输送速度快,物料品质好。2. 整套装置处于负压状态工作,作业环境清洁,无污染。3. 系统密闭,粉尘飞扬逸出少,环境卫生条件好。4. 整机容量和蒸汽用量均低于其它输送设备,为节能型产品。5. 结构简单,操作使用方便,占地面积小,投资省。6. 在输送过程中可以实现多种工艺操作,如混合、粉碎、分级、冷却、除尘和其他化学反应。7. 输送后可以进行由数点集中送往一处或由一处分散送往数点的远距离操作。8. 对于化学性能不稳定的物料,可以采用惰性气体输送。 然而,与其他输送形式相比,其缺点是设备投资费高,由于输送风速高,易产生管道磨损和被输送物料的破碎。当然,上述不足之处在低输送风速、高混合比输送的情况下可以得到显著地改善。此外,被输送物料的颗粒尺寸也受到一定的限制, 南昌航空大学科技学院学士论文6一般,当颗粒尺寸超过 30mm 或粘结性,吸湿性强的物料其输送较困难。就是因为存在以上优缺点,所以在设计中,正确的选择确定其气流输送形式和管道布置等是十分重要的。 负压气流输送系统在各个行业都得到了广泛的应用,而吸送式气流输送最早被人类所利用。负压输送系统,这种系统是依靠风机的抽力,使整个系统在负压下工作。系统的真空度较低,一般为 68kPa。负压输送系统具有设备比较简单,使用和维修简便,吸料点处无粉尘飞扬,管道和设备不严密处不会冒尘等优点。 由于负压输送系统有上述各种优点,现在被人类广泛使用。本书就是想设计出一套适合设计原始条件原始资料的负压气流输送系统,以达到要求,解决实际的生产问题。通过对原始材料的分析,采用了吸送式气流输送。2 吸送式气流输送 2.1 类型吸送式气流输送装置用低于大气压力的空气作为输送介质,它是靠气源机械的吸气作用,在管系中形成一定的真空度,利用具有必要速度的运动空气,将物料从某地通过管道输送并输送到一定距离的目的地的一种悬浮式气流输送装置。由于它主要依靠管道内的真空度进行输送和输送,因此,按真空度分有高真空负压输送系统装置和低真空负压输送系统装置。通常把真空度高于 7.8 的装置称为高真空吸akp送负压输送系统装置,低于此真空度值的装置称为低真空吸送负压输送系统装置。吸送式负压输送系统装置按结构形式分为移动式和固定式两类。移动式装置又可以分为轨道式和无轨道式(轮胎式)两种,港口卸船有气吸负压输送系统装置还有浮式负压输送系统装置。移动式负压输送系统装置按驱动方式又可以分为自行式和非自行式(拖带)两种。自行式装置按使用的动力装置类型又分为电动的和内燃机驱动的。按吸料点数分,吸送式负压输送系统装置有单点吸料和多点吸料两种。多点吸料的每个吸送系统通常可以由 2-4 点同时进行,它要求各个吸料口的吸料量必须相 南昌航空大学科技学院学士论文7对稳定,也可以各点轮流吸料,即部分吸口吸料,其余吸口暂时关闭,交替作业。这种类型多用于厂内输送吸送或卸船机清舱阶段的输送吸送。按输送量分,吸送式负压输送系统装置有大型的和小型的。小型的装置的生产率通常为每小时数百公斤至十吨;大型装置的生产率可由 100 至每小时数百吨。/th目前港口吸料输送机单管输送系统可以达到 650 。/th按气源动力装置分有电动的和内燃机驱动两类。电动机驱动的用得比较广泛,而内燃机驱动的多用于小型流动式负压输送系统装置和浮游式负压输送系统装置。2.2 系统组成 吸送式负压输送系统送系统由以下几个主要部分组成,其工作顺序如下图:物料 供料装置 干燥管 分离装置 净化装置 气热源机械排至大气卸料器物 料卸灰阀灰图 2.1 吸送式负压输送系统主要组成部分根据用途要求不同,某些装置结构形式及其组成可能会有差别,但不管任何吸送式负压输送系统都应该有上术主要部分组成。2.3 技术特点2.3.1 适应条件吸送式负压输送系统装置使用于输送流动性较好的粉粒状物料。它可由一点或多点向某一处输送集料,作业范围广。由于它采用管道输送,移动灵活方便,而且输送输送线路可以任意选取,所以很适宜于场地狭窄的地方输送物料。例如,用于卸车,卸船和清舱作业等。若安装在厂房受限制的场合,不但极为方便,而且可以使设备配置易于达到合理化。 南昌航空大学科技学院学士论文8由于吸送式负压输送系统在输送过程中,输送气体在沿程不会逸入大气,所以也适宜在厂房内输送有毒的或易污染环境的粉粒状物料,尤其适宜用于供料点要求避免扬起灰尘的场合。吸送式负压输送系统装置可以连续输送供料和连续输送输送。输送气体在输送物料之后才经气源机械排入大气,因此,物料不易混入杂质,这一特点适宜于输送食品、药物等要求保持卫生的物料。吸送式负压输送系统装置能适应各种不同船型的船舱输送卸栽。2.3.2 优点吸送式负压输送系统装置在气流输送技术中是一种较早发展起来的输送方式,目前在世界上使用仍然十分广泛,这是因为它除了具有上术广泛的适应条件外,还具有许多突出的特点:1. 平均生产率较高,能自行输送集料,所需操作人员少,而且能大大降低劳动强度。2. 构造简单紧凑,安装方便,重量轻,造价低,且能减小安装场地负载。3. 操作灵活简单,使用方便,管理维修费低。4. 运动部件少,工作可靠,易实现自动化。5. 输送粮食类物料时,输送过程能同时进行输送。6. 露天作业时,不受气候和周围环境条件的影响和限制。用于港口卸船输送时,还具有以下独特优点:a. 能彻底输送并清舱。b. 不受潮汐和水位变化的影响。c. 由于吸粮管可以接上扰性管,即使遇到风浪发生船舶摇摆时,也不会碰坏舱底板和吸料管,这个优点对于内河小型木驳船尤为突出。d. 输送过程舱内不会扬起灰尘,可以大大改善工作环境。e. 物料在出舱输送过程处于密封状态,无散落无赖哦或混入杂物被污染之忧虑。f. 能均匀卸载,可以防止船舶受浮力不均的影响。g. 输料管内能保持清洁,容易实现一机多用,即输送一种物料之后,接着用以输送其他物料。2.3.3 缺点和限制 南昌航空大学科技学院学士论文9吸送式负压输送系统装置也存在一些缺点和限制。最引人注目的缺点之一是单位能耗比机械式输送高,其能耗系数通常在 0.021-0.038 范围。 /kWhtmA其次,真空度与输送卸料距离有一定限制。卸料距离越长,装置所需要真空度越高。随着真空度增高,气体密度逐渐减小,气体输送物料的能力也将减弱。因此,实用真空度通常不宜高于 6 ,否则,输送能力显著降低,且管道也容易发生堵塞。akp此外,输送物料的块度不能过大,粘度不能太高,通常块度尺寸应小于 1/2 管径。吸送式负压输送系统装置虽存在能耗高的缺点,但由于其他费用低,因而其总成本通常低于其他输送方式。3 系统的设计计算3.1 设计的原始条件1输送物料:淀粉;2处理量:0.5 吨/小时;3淀粉初含水率:40%;4淀粉终含水率:14%;5系统动力:40KW;6单位蒸汽消耗量:2.0kg 汽/kg 水。3.2 设计程序在了解条件和对原始材料进行整理和分析后,结合实际情况和具体要求,通过计算和已掌握的实践经验,用综合的整体的观点进行各项可行性论证,然后进行具体项目的设计和计算。设计计算的顺序大致如下:1.根据输送要求,分析物料物理特性,确定输送条件及输送工艺流程等。2.拟定负压气流输送装置形式。是采用直管式还是脉冲式系统;套管式还是旋风式。3.选定输送管管路的布置及主要部件的结构形式,绘制系统布置方案图并标明 南昌航空大学科技学院学士论文10主要尺寸。4.确定输送系统的计算生产率。5.确定机电等有关配套件类型。确定装置个主要部件的结构形式、参数及其尺寸、材料及其要求。6.确定合理的气流速度。7.根据分析或实践经验初步选定混合比。8.确定所需计算风量。9.计算输料管内径。10.计算整个输送系统的压力损失。11.计算气源机械所需功率。12.由产品目录选择合适的风机及其配套的电动机。如果计算结果不合适,应该调整混合比及风量、管径等有关参数的值,按上述程序重新计算。3.3 计算方法吸送式负压输送系统由于被输送物料的物理特性同输送系统结构特点及其参数之间的关系比较复杂,即使是同品类物料,往往仅变更一二个参数(比如输送空气速度、混合比、粒度、管径) ,就会引起输送特性的很大变化。因此,直至目前,试图用纯公式来进行输送系统的计算,不是不可能,就是存在很大的误差,因此常常不能获得满意的结果。所以,目前解决实际设计问题,最主要的途径还是依靠试验和一实践经验为基础,并用经验公式或半经验公式来计算。3.3.1 主要参数的确定(1) 输送量的确定:根据要求知其输送量为 0.5 吨/时(2) 混合比的选取:混合比是指在单位时间内输送的物料质量与同一时间内通过该管道的空气质量之比,用 m 表示。吸送式负压输送系统装置混合比的选取主要取决于管系条件(输送管长度、管内壁粗糙状况、弯管数量及管道布置方式等) 、物料物理特性及气源机械的性能(真空度、风量等)因数。m 值越大,有利于提高装置的输送能力。对悬浮输送方式来说,在规定生产条件下,如选定的 m 值大,则所需风量小,因而可用管径较小的管道和容量较小的分离,除尘设备,且单位能耗也低。但若 m 值过大,则管路压力损失增大,要求采用真空度较高的气源机械,且输 南昌航空大学科技学院学士论文11送管道容易发生堵塞。反之,如选取的 m 值小,则所需风量大,不仅管径和分离、除尘等设备的尺寸都要增大,且由于功率主要消耗在输送大量空气而使装置单位能耗增高。然而选用小的 m 值,却可以采用真空度较小的风机。由此看来,影响 m 值的因数很多,其值的范围也较大,很难用公式简单计算求得。在设计计算时应尽可能参考各种实例、凭借已有经验或试验数据来确定。一般低真空吸送式负压输送系统装置,中小型麦厂间 m=24,大型厂麦间 m=46。本次选取混合比 m=4。(3)计算空气流量的确定:根据选顶的输送混合比 m=4,所需风量 Q 应为:(3-1)saGQ式中: -风量( / ) Q3mh-空气比重,取 =1.2aa/kg3m-输送量sG/kg-混合比。其值由经验得,一般情况下,中小型厂麦间混合比 =2-4,大 型厂麦间的混合比 =4-6。在此选择 =4。所以按设计内容要求的风量为:= =2083.3( / ) (3-2)saGQ104.23mh在决定气源机械的风量 时,应该加上管道系统的漏气量,其中,叶轮式卸料in器的漏气量通常约占总风量的 10%15%,除尘器约占 3%其他关系约占 2%,视装置结构类型一般总漏气量占系统总风量的 12%20%之间。(4)输送气流速度:设计吸送式气流输送系统时,能否正确确定物料的合理输送气流速度,是关系到装置工作的可靠性和经济性的极其重要的一环。这也是决定着输送装置工作性能优劣的关键。通常每种物料都存在一个保证颗粒群呈悬浮状态进行正常输送的最低风速,称为安全输送空气速度或经济速度。如选取的输送风速比安全风速高得多,则装置虽然能安全地输送物料,但系统产生的压力损失太高,功率消耗增大,并且还会加剧管系(如弯管及与其连接的水平底管壁等)的磨擦,硬气脆性物料的破碎,这对于破损质量有严格要求的某些物料如种子,粮谷和某些原材料等是不可许的。反之,如选取的气流输送速度低于安全速度,则容易形成脉动流,此时压力损失也会急剧增高,而且管道极易发生堵塞,尤其是湿度较大的和有一定粘性的粉粒状物料,很容易在弯管和供料装置附近、水平管或倾斜管道底沉淀粘结,以致造成装置不能正常运转。由此看来,为了使装置能够可靠而经济 南昌航空大学科技学院学士论文12地进行输送,必须依据安全速度来选定合理输送气流速度。安全速度与物料颗粒的粒度、重度、形状及表面状态、管道布置及其结构特点、混合比、悬浮速度等诸多因素有关,很难予以准确计算,一般靠试验和实践经验确定。由于各种物料安全速度的试验数据不多,目前在实际设计时,常常是借助物料的悬浮速度来确定其合理的输送气流速度。按理物料 在铅垂管内只要有稍高于其悬浮速度的气流速度便可以进行气流输送。但物料在实际输送过程,由于颗粒之间颗粒与管壁之间发生碰撞摩擦、粘着以及物料颗粒绕流弯管时的动能损失,加之顾及到水平管的物料气流输送较之铅垂管输送易发生沉淀而造成堵塞,要求水平管比铅垂管有更高的输送速度,因此,各种物料的合理输送速度一般要求比悬浮速度高若干倍。而且,确定的合理输送速度还必须保证装置能长期正常输送物料。因此,应该考虑以下诸多因素可能的影响:1.鼓风机工作性能的变化。2.管系漏气。3.输送物料品种及某类物料物理特性的可能变化。4.气流输送系统要求具有一定的输送能力储备。5.气象条件的变化。综合以上各项影响因素,同时考虑到装置输料管的输送距离、弯管数量等特点,选取的合理输送速度必须高于安全速度。对粒度均匀的松散物料,一般取其悬浮速度的 1.5-2.5 倍作为合理的输送速度即能保证横财输送。对于粒度分布非均匀的物料,例如统煤,若按其最大或最小颗粒的悬浮速度来确定合理输送速度,都会得出输送速度偏高或偏低之弊。实践表明,输送粒度不均匀的物料时,由于细颗粒的输送速度比大颗粒的输送速度大,在输送过程中小颗粒群力图绕过大颗粒并促拥着大颗粒物料前进,使粒度不同的物料都能进行正常输送。因而在实际上采用比按粒度分布比例占最多的最大颗粒群测得的悬浮速度大 1 倍的气流速度作为该物种的合理输送速度,基本上能保证正常输送。按已有的实践经验数据得知诸多物种的输送速度如下表。 (杨伦,谢一华主编的气流输送工程的第 155 页表 4-3)表 3.1 各种输送物料的主要物理特性与常用的输送速度物料名称 平均粒度/mm真空度/ 堆密度/ 悬浮速度/ 输送气流速 南昌航空大学科技学院学士论文133tmA3tA1msA度 1sA稻谷 3.58 1.02 0.55 7.5 16-25小麦 4-4.5 1.27-1.49 0.65-0.81 9.8-11 18-30大麦 3.5-4.2 1.23-1.30 0.6-0.7 9.0-10.5 15-25玉米 5-10.9 1.22 0.708 11-12.5 18-30花生 21*12 1.02 0.62-0.64 12-14 16砂糖 0.51-1.5 1.58 0.72-0.88 8.7-12 25豌豆 6*5.5 1.26-1.38 0.75-0.8 15-17.5 20麦芽 0.5 8.1 20水泥 - 3.2 1.1 0.223 9-25根据上表的实践经验数据,我此次选用的输送气流速度为 20m/s。(5)被输送物料的运动速度:在气流输送中,被输送物料颗粒的运动速度比气流速度慢,两者存在速度差。气流绕过颗粒运行的速度差产生阻力,这便是促使颗粒运动的空气动力,也就是说,使颗粒运动的能量是通过速度差从气流向物料颗粒转移的。因此,输送管内物料颗粒的运动速度是计算两相流压力损失的基础。由于两相流测试技术复杂,目前仍难以提供完备而准确的物料运动速度的数据。因此,在吸送式输送系统的实际计算中,仍采用一些近似的求解发。对铅垂输料管,物料颗粒达到稳定运动的速度 (m/s)可以近似地取为sv(3-3)saov=20-10=10(m/s) 式中: 气流速度(m/s)av物料悬浮速度(m/s)o(取 =10 m/s)ov处于铅垂加速段的物料颗粒速度 可根据参数及 有的 值由图 4-20 查出s1m/aov值,(李克永,主编化工机械手册图 4-20)根据已知的 值,即可算出/sav值。参数可按下式求算: 南昌航空大学科技学院学士论文14= =1.177 (3-120hmgv69.8104)式中:g- 重力加速度,g= 9.81 m/s h- 铅垂输料管高度(m)对水平输料管,物料颗粒到达稳定运动时的速度 (m/s)一般可近似的按下式sv取为:= =15(m/s) (3-(0.785)savv0.7a5)对于粒度和密度较大的颗粒其值应取较小值,反之应取较大值。在此取 0.7sav(6) 输料管的内径:输料管起始段内径可按下式确定:= =191(mm) (3-0.18aQDv2083.16) 式中:Q-计算风量-输送空气速度av3.3.2管系压力损失的计算 为了确定输送装置有关部件的合理参数并估计气源机械所需的容量和功率,必须计算吸送系统管系的压力损失。管系总压力损失包括纯空气流动产生的压力损失 和两相流中存在物料引起的附加压力损失pA apA。 即s 南昌航空大学科技学院学士论文15(3-7)asp以下分别讨论各项压力损失的组成及其计算方法。(1) 纯气流产生的压力损失。1.直管沿程的摩擦压力损失。对于低真空吸送系统,由于真空度变化不大,气体沿管路运动时其密度变化很小,故可把空气重度视为常数,因此,按等容过程计算沿程摩擦压力损失产生的误差在工程上处于容许范围。纯空气沿圆形截面管道流动产生的摩擦压力损失通常按下式计算:(3-2aafvLpD8)纯气流摩擦阻力系数 a与管内流动状态及管到特性有关,其值主要取决于雷诺数 Re 和管壁表面粗糙度 K。吸送式装置的吸管多数呈紊流流动状态。如果被输送物料有一定磨削性,而且吸送装置频繁使用,则输料管的 a也可以按光滑管考虑。其值一般可按下面的方法计算:(3-140.36aeR85(310)e9)(3-aevD10)在温度为 20 摄氏度,相对湿度为 50%。运动粘度 时,521.0/ms=520.19eR552.3则:=0.01650.2.3164()a所以在水平管道中,纯空气压力损失为: 南昌航空大学科技学院学士论文16= =603.14(Pa)2aafvLpD230.16.9同理,在铅垂管道内纯空气的压力损失为:2aafvLp=2600.1.9= 23()ap2) 局部压力损失。在吸送式气流输送装置的输料管或风管中,常常需要设置弯管,渐缩或渐扩过渡管,排气管,集风管,三通管等管件。空气在流经这些部件时,由于运动速度或方向改变,因而需计算其局部压力损失。吸送式气流输送装置局部压力损失通常用管道中流体动压力的单位倍数来表示,可由下式计算:= (3-11)2afovp20.317()ap式中: -为气流的局部阻力系数。 =0.3aa(2)双相流运动产生的压力损失1.直管沿程的摩擦压力损失 。它由两相流运动时空气与管壁之间和空气mp与颗粒之间发生的摩擦、颗粒与颗粒之间及颗粒与管壁之间碰撞摩擦而产生的压力损失。这部分压力损失可按下式计算:= (3-2(1)amvlpkD(1)afmkp12) 南昌航空大学科技学院学士论文17对水平段,上式中的 K 值为 0.08,即该段的 p m 为:= =796.14(Pa) 2(1)amvlpkD(140.8)63.14对铅垂管段,式中的 K 为 0.06。所以此段的 p m为:= =2(1)amvlpk(140.8)2.63149.58()apK 值可以由表 4-5 中查得。 (杨伦,谢一华主编的气流输送工程第 162 页) 。上式中,有一项沿程阻力的附加系数 K,它是主要由实验确定的经验值,它包含着许多迄今还未被彻底弄清的因素,对于物理特性不同的物料,它的值是不同的。即使是同类无聊,在不同输送条件下其值也是不同的。由于 K 值同许多因素存在着复杂的关系,对它的物理本质还不是很清楚,对它的评价也存在多种观点。因此,要获得具体条件下的 K 值,只有通过大量的实验。根据已有实验资料的初步分析,可以认为 K 值存在如下趋向:a. K 值随着输料管直径的增大而几乎成线性增长。这是因为随着管径的增大,气流输送的能力有所下降,表现为物料在管道截面上分布不均匀,导致物料和水平管底管壁摩擦增强,粒子之间的摩擦也会由于它们浓度增加而最多。b.水平管的 K 值高于铅垂管的 K 值。C. K 值随物料粒径的增大而上升,而且与颗粒形状和密度也有关。d.随着输送气流速度的增大,K 值减小。2.加速压力损失 p ac 。使物料颗粒在气流中加速到稳定运动状态所产生的压力损失称为加速压力损失。如果物料颗粒从静止状态开始启动加速,则产生的压力损失称为启动压力损失。这种压力损失主要发生在供料装置和弯管后面,加速压力损失一般可用下式计算: 南昌航空大学科技学院学士论文18(3-2aacvpmg13) 式中: a-加速压损系数加速压损系数 由实验求得,它与物料的种类和性质,空气流速,混合比等因a素有关,一般可由下式估算:(3-12()saav14)式中: -加速区的物料初速度( m/s)2sv-物料处于稳定状态时速度(m/s) 。对铅垂管情况可由下式求得:10sav=20-10 =10(m/s) -物料悬浮速度, =10(m/s)0v0v对水平管情况可由下式求得:(0.785)savv对于粒度和密度大的颗粒其 应该取其较小值,反之应取较大值。在此取其值s为: =0.75 =15(m/s)sva弯管后加速区的物料初速度与弯管的结构参数、布置方式及物料特性,两相流运动状态等因素有关,一般可以这样估算:由铅垂向水平方向过渡的 90 度弯管,弯 南昌航空大学科技学院学士论文19管出口的颗粒速度(也即弯管后加速区初速度)比弯管进口处的颗粒速度约减小1/3 到 1/5 之间(其中大的数值适合较重的和较大的颗粒,小的数值适合较小的和较轻的粉粒物料) 。由水平向铅垂方向过渡的 90 度弯管,出口处颗粒速度比进口处的颗粒速度约减小 1/2 到 1/2.5。对小麦颗粒通过 90 度弯管时,在弯管出口处的颗粒速度 ,由铅垂向水平方向过渡的弯管,可根据弯管出口处的输送气流速度 2sv和弯管曲率半径 R 由图 4-22 查得。 (杨伦,谢一华主编的气流输送工程第av163 页)查得 =8.3(m/s)2sv由水平向铅垂方向过渡的弯管,其 则可根据弯管出口处的气流速度 和弯管2sv av曲率半径 R 由图 4-23 查得。 (杨伦,谢一华主编的气流输送工程第 163 页)查得 =7(m/s)2sv1所以小麦在通过由铅垂向水平方向过渡的 90 度弯管时的加速压力损失系数= =0.67 12()saav158.3()02即小麦在通过由铅垂向水平方向过渡的 90 度弯管时的加速压力损失= =643.2(P a)2aacvpmg21.700.64982小麦在通过由水平向铅垂方向过渡的 90 度弯管时的加速压损系数= =0.312()saav107()2即小麦在通过由水平向铅垂方向过渡的 90 度弯管时的加速压损为:= =288(P a)2aacvpmg21.700.3498物料在供料装置附近由零初速度起动产生的压力损失可以按下式计算求得: 南昌航空大学科技学院学士论文20= =719.88 (Pa) 2(1)amvpg2.70(14.5)98式中: -系数,它与被输送物料的物理特性及气流速度有关,通常 =0.5- 0.8。取 =0.5-物料稳定运动时的速度(m/s) sv3.弯管的压力损失 。当两相流通过弯管时,由于运动方向改变产生离jbpA心力的作用,引起涡流及物料颗粒对弯管外壁的撞击、颗粒沿弯管外壁滑行或弹跳运动,因而产生弯管压力损失。弯管压力损失的大小取决于许多因素,主要有:弯管的转弯角度及曲率半径、管径、管壁表面状态、相邻管段的特性、弯管的布置形式、输送气流速度、被输送物料特性及混合比等。两相流运动引起的弯管压力损失 可以按下式计算:jbpA(3-15)2(1)ajbbvmk式中: -气流通过弯管的局部阻力系数。 可以由表 5-19 查得。 (杨伦,谢一b华主编的气流输送工程第 189 页) 。=0.38 b-弯管局部阻力的附加压力损失系数,其值见下表。 (杨伦,谢一华主编k的气流输送工程第 111 页)表 3.3 弯管局部阻力的附加压损系数弯管空间方位/(度) bk铅垂向下转向水平 90 1.0铅垂向上转向水平 90 1.6水平转向水平 90 1.5水平转向铅垂向上 90 2.2水平转向铅垂向上 90(粉料) 0.7 南昌航空大学科技学院学士论文21根据上表可知,小麦在通过水平转向铅垂向上的 90 度弯管时的 =2.2。所以小麦在bk通过此弯管处的局部 损失为:= =893.76(Pa) 2(1)ajbbvpmk20(14.)381.同样,小麦在通过铅垂向上转向水平的 90 度弯管时的 =1.6,所以小麦在通过bk该弯管时的局部压力损失为:= =674.88(Pa) 2(1)ajbbvpmk20(14.6)381.4.提升物料的压力损失 。在铅垂管道内输送两相流时,还必须包括克服LpA物料自重而引起的压力损失,即提升物料到一定高度 h 所需的位能,称为提升压力损失,由下公式计算得:(3-sLavpmh16)当铅垂管高度 h 大于 10m 时, 可以按下式求算:sv0sa当 h 小于 10m 时,可以由下式求算 值,再根据 值由图 4-20 查得 值。1m0/av/sav(杨伦,谢一化主编气流输送工程第 159 页图 4-20)根据已知的 值,即可算出a值 。sv= =1.177 120hgv269.810经查得, =0.46,所以,提升物料的压力损失为:/sav= =129.94sLapmhv41.760.4()ap 南昌航空大学科技学院学士论文225.输送系统各部件压力损失 。它主要包括供料装置,分离器,除尘器,cpA风管,消声器以及各种异型管件的压力损失,根据选用不同结构形式的部件由其相应的公式计算。a、离心分离器的压力损失:离心分离器的压力损失可以由下式计算而得:(3-2avpg17)式中: -局部阻力系数,通过实测求得, =14.6-分离器进口风速 。 =v(/)msv1(/)s-进口空气密度, ( )a3kg所以离心分离器的压力损失 为:pA= =1082avpg21.4698()ap6.吸送系统的总压力损失 pas= =3630.41snmajbLcpp()ap气源机械的真空度 ,根据吸送系统总的压力损失,再考虑增加 10%20%的B余量,即 。为了保证能有足够的风压,这里取 ,即(1.02)B 1.20Bp气源机械的真空度 为:p1.0Bp4356.9()ap(3)气源机械的选择:由以上的计算结果,即可根据吸送系统所需的风量 和inQ风压(真空度) ,由产品目录选取合适型号的气源机械,并根据所需功率 N 选定p配套电动机。 南昌航空大学科技学院学士论文23根据上述分析和计算结果,选择 LSR-WD 型风机。它的主要性能如下:表 3.4LSR-WD 转速 P 升压 进口风量 轴功率200mm 1450 9.8 akp43.1 3/min11.5kW配电机型号为:Y160-4L 轴功率为 15KW。4 主要部件的设计气流输送装置一般又下列部件所组成:供料装置,管道和管件,分离器,除尘器,卸料(卸灰)器及气源机械等。这些部件结构性能的合理选择、配置和正确计算,对气流输送装置运行的经济性和可靠性有很大影响。4.1 管道和管件根据用途的不同,气流输送装置所用管道可以分为两大类:输料管和风管。输料管主要用以输送物料,按照输送工艺要求及特点,一般由直向输料管和转向输料管组成。风管是用以输送纯空或输送空气含尘浓度小于 10%的气体管道。在气流输送系统中,通常还要根据工艺要求需要,配置一定数量和种类的管件,如回转装置及俯仰装置、换向阀、管接等。对输料管的基本要求是:有足够的强度和刚度,较好的气密性和耐磨性,内壁面光滑,可拆管段要幼教好的同轴性,以及能够快速安装、便于清理堵塞等。4.1.1 输料管输料管一般都采用圆形截面管,它可以使气流在整个截面上均匀分布,这对于物料的稳定输送是一个重要条件,其阻力较其他管形小,并且有制造简单,维修方便等优点。在输送磨蚀性较大的物料时,可以采用陶瓷内衬复合钢管。在输送不许混入铁锈的高级食品或石油化工中的粉粒状物料时,可以采用不锈钢管。在本次管道中采用普通的钢管。根据前面的分析计算,所采用的管道大致如下形: 南昌航空大学科技学院学士论文244.1.2 风管各种气流输送系统中都需要用风管来输送含尘气流或者洁净空气流,风管通常可用钢板卷焊而成。风管的直径根据通过该风管的气流性质和风速计算,当输送含尘气流时, 图 4.1 风管示意图应按照粉尘不发生沉淀和压力损失尽可能少的原则来选择空气速度 ,一般可以在12-18m/s 范围选取。4.1.3 管道的连接为了安装、维修方便,或者材料加工工艺及操作上的需要,输料管及风管往往要由若干管段组成。它们之间的连接,有焊接和法兰连接两种形式。在选择和设计各种形式的接头时,一般应该考虑:结构简单,强度好,使用耐久,气密性高,能保证被连接部份同心度,拆卸方便,快捷,能避免输料管在使用时发生弯折,漏气,压力增大,物料在接借口处破损。4.1.4 输料管路的布置和选择管路的布置原则 气流输送装置与其他机械式输送装置相比,其优点之一是输送管路可以任意选定。但是如果选取经济合理的最优管线,应很好的考虑许多问题。一般来说,管路的布置须主义以下几点:一、要结合车间整体规划及长远发展来选择管路,充分考虑整个生产设备和输送系统配置的合理性。二、要便于管道安装、检修和维护。三、输料管在满足要求的前提下,应尽可能的短。a),尽量减少弯头数,弯管是引起物料破碎和输送不稳定甚至堵塞的主因之一,所以弯管数量尽可能的少用,尤其是尽量少用水平到铅垂向上过渡的弯管。严禁两个弯管挨近连接,以免物料颗粒在第一个弯管中减速后还来不及加速又进入下一个弯管,这样会造成输送速度进一步减慢,压力损失增大并出现脉动。特别是当输送速度还不足是很容易发生堵塞。b),水平管不宜过长,否则宁可采用水平管适当分段加接铅垂管的组合配管。因为物料在长水平管中输送时,如果气流过慢,则会逐步出现沉积现象,为确保输送 南昌航空大学科技学院学士论文25状态稳定,所需要的气流速度要求比短水平胳输送时大,如在中间装以弯管或铅垂管,则能对刚开始沉积下来的物料产生搅拌,反而会使输送容易。4.2 供料装置4.2.1 类型及其选择供料装置是吸送式气流输送装置用以吸取物料的机构,是吸送系统的主要部件之一。它的结构虽然简单,然而对系统的输送能力和工作效果有着很大的影响。因此,根据不同的物料特性和工作特点,正确设计和选取供料装置形式是十分重要的。根据工作特点和用途不同,供料装置有各种各样不同的结构形式。在这次的小麦输送中,使用的是水平接料器。它的结构如下: 图 4.2 水平接料器它包括短管 1、落料弯管 2 和隔板 3。物料从落料口沿弯管顺着气流方向落下,与由短管右方吸入的空气混合成两相流,进入输料管被输送,隔板把短管分隔成上下两部分,它可避免进料过多而引起的堵塞。为减小压力损失,落料管应该做成混合流运动方向倾斜成圆弧过渡。倾角应大于物料的自然堆积角,一般可以取其倾斜角为 454.3 物料分离器 南昌航空大学科技学院学士论文264.3.1 类型及其选择分离器是用来将被输送物料从气固两相流中分离出来的装置。分离器和除尘器在本质上是可以说小、属于同一类设备,不同的是分离器主要用来分离输送的物料,而除尘器则主要是气流输送系统中用来回收粉尘或净化输送气体,以保护气源机械和减少环境污染。按作用原理和结构特点,分离器有容积式,离心式,惯性式和组合式等几种。类型的选用通常取决于物料颗粒度和空气流量。对分离器的要求是:分离效率高,应保证被输送物料的绝大部分或全部都能从两相流中分离出来;性能稳定,即当输送条件稍有变化时,也要具有稳定的分离能力;结构简单,体积紧凑,重量轻;压力损失小;容易磨损的部位能拆卸更换,检修方便。另外要有一定的透明部分,以便观察内容状态。吸送式 系统的分离器内的压力低于大气压力,漏气会大大降低分离效率,因而需要有气密性较好的卸料器与之匹配,得使物料排卸过程中的漏气量减至最小。4.3.2 离心式分离器离心式分离器也称为旋风分离器,它是利用旋转的气固两相流所生产的离心力,将物料从气流中分离出来的一种设备,由于它结构简单,投资少,占地面积小,操作维修方便,且分离效果高,压力损失较小等优点,所以在本次系统中选用的分离器为离心式分离器。其结构如左所示:图 4.3 离心式分离器1、 工作原理:旋风分离器的结构如上图。当气固两相流由切向入口进入分离器后,沿外壁自上而下做旋转运动,这股从上而下旋转的气流称为外旋涡。外 南昌航空大学科技学院学士论文27旋涡到达锥体底部后,转而向上,沿轴心向上旋转,最后从排出管排出。这股从下而上的气流称为内旋涡。向下的外旋涡和向上的内旋涡旋转的方向是相同的。气流作旋转 运动时,固体颗粒在离心力的作用下向外壁移动,到达外壁的固体颗粒在向下旋转气流的推动和重力的共同作用下沿锥体壁面下落,进入排料口排出。离心分离器压力损失:(4-2avpg1)式中: -局部阻力系数,通过实测求得, =14.6-分离器进口风速 。 =v(/)msv1(/)s-进口空气密度, ( )a3kg所以离心分离器的压力损失 为:pA= =10 2avpg21.4698()a分离效率:旋风分离器的效率通常采用的是总分离效率 和分级效率 两种。i(4-501exp.693()i cd2)分级效率和总分离的关系(4-1nid3)2、 影响离心分离器性能因素 南昌航空大学科技学院学士论文28(1) 进口风速:分级粒径是随着进口速度的增加而减小,即除尘率越高。但是进口风速不宜过大,速度过高易使气流在分离器内的运动紊流度增大,反而会降低分离效率。(2) 筒体直径 D 和排出管直径 。pd(3) 旋风分离器筒体和锥度的高度。(4) 分离器下部的严密性:排料口越严密,漏气率越低,分离效果越好。当漏气率为 5%时,分离效果可由 90%降到 50%;漏气率达 15%时,效率下降更加剧烈。(5) 物料的物理特性:它对分离效果也有较大影响。物料密度与颗粒越大则离心力越大,分离效率越高;反之则分离效率越低。4.4 除尘器在气流输送系统的物料分离器后常装设专门的除尘设备来清除气流中的灰尘,以减少环境污染和保护气源机械,并可回收一些有经济价值的粉末。除尘器的种类很多,选择除尘设备一般应该考虑下列因素:1、需净化气体的物理化学性质。2、气体中所带粉尘的物理性质。3、对净化后气体的允许含尘浓度和粉尘处理的要求等。4、安装地点的具体情况和供、排水与电源情况以及安装和管理水平等。除尘设备的好坏,应该根据其除尘效率、阻力、漏风率、设备造价等灯捻多方因素来评定。当粉尘为单一粒级时,除尘器的除尘效率可以由下式计算: 或 (4-210%G120%4)式中: 、 -分别为进入除尘器的和除尘器捕集下来的粉尘质量流量( ) ;12 /gh、 -分别为除尘器进出口粉尘浓度( ) 3/gm当粉尘由 多种粒级组成时,则除尘率可以由下式计算:(4-12Nn5) 南昌航空大学科技学院学士论文29式中: 、 、 -粉尘各种粒级的净化效率12n、 、 -粉尘各种粒级占总粉尘量的质量分数( %)当除尘器有漏气时,其除尘效率为120%Q、 -除尘器进出口风量( )1Q2 3/mh离心式除尘器结构简单、体积小、除尘效率比沉降室和惯性除尘器高,所以在此的除尘器选择它。离心式除尘器的工作原理和结构与前述的离心式分离器相同。4.5 卸料器在气流输送装置中,常利用卸料(卸灰)器来排卸物料和灰尘,并在排卸过程中阻止外界空气进入起立输送系统。目前,卸料卸灰器主要有叶轮式和阀门式等数种。 4.5.1 叶轮式卸料器 1、 基本特点:叶轮式卸料器是气流输送系统中最常见的一种排料设备,它在中低压压送系统中则被用着供料器。在粉体工艺过程中,它的应用很广泛,除可以用来供料和卸料外,还可以用来计量和配料。叶轮式卸料器结构简单、工作可靠、体积较小、制造方便。它由带格室的旋转叶轮和固定的壳体两部分组成,适用于排卸流动性较好、磨削性较小的粉粒状和小块状物料。当叶轮由传动机构驱动在壳体内旋转时,从上部分离器(或料斗)落下的粉粒状物料便由进料口进入叶轮格室,并随着叶轮的转动而送到卸料口排出。在整个工作过程中,这种卸料器基本上能连续定量地供料和卸料。由于叶轮和壳体间的配合比较紧密,具有一定程度的气密性,它在卸料过程的同时又能起减少漏气的作用, 南昌航空大学科技学院学士论文30因此,在气流输送系统中,也称它为锁气器、闭锁器等。2、结构形式:根据排卸物料特性和用途不同,叶轮式卸料器有不同的结构形式。按传动轴的布置方式,可分为卧轴卸料器和竖轴卸料器两类。前者广泛用于粉体工程和气流输送系统,后者只是用于从料仓内排出细粒物料进行配料,制造和管理费用均较卧轴式为高。卧轴卸料器的结构如下: 在设计和选择卸料器时,考虑到系统的生产率有可能大于设计技术生产率,为保证能连续安全工作,卸料器的通过能力及卸料能力应该比气流输送系统的设计生产率大 0.51.0 倍。卸料器叶轮的有效长度,可以取为叶轮直径的 1.01.5 倍,对于流动性较好的粒状物料,宜采用格室较深的叶轮,对于流动性较差的粉状物料和饲料,因其卸空较困难,故一般采用格室较浅的叶轮。叶片和壳体内壁的初始间隙应在 0.100.20mm。卸料器既可以铸造,也可以焊接。从维修方便又能保证有足够强度及减轻重量等因素考虑,往往叶轮采用钢板焊制,壳体用耐磨铸铁铸造。不论任何情况,选用叶片的材料
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