設(shè)備管理_物料輸送過程與設(shè)備

第三章 物料輸送過程與設(shè)備在生物加工工業(yè)中，存在著大量固體和流體物料的輸送問題，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，需要采用各種各樣的輸送設(shè)備來完成物料的輸送任務(wù)。在生物加工工廠的生產(chǎn)線中，輸送設(shè)備按生產(chǎn)工藝的要求將物料從一個(gè)工作單元傳送到另一個(gè)工作單元，有時(shí)在傳送過程中對(duì)物料進(jìn)行工藝操作。按所輸送的物料可分為固體物料的輸送和流體物料的輸送。輸送固體物料采用各種類型的輸送機(jī)和氣力輸送裝置；輸送流體物料則采用各種形式的泵和空氣壓縮機(jī)。第一節(jié) 液體輸送設(shè)備在生產(chǎn)過程中，由于工藝上的要求，常需要把液體從一個(gè)設(shè)備通過管道輸送到另一個(gè)設(shè)備中去，這就需要裝置液體輸送機(jī)械。被輸送的液體，性質(zhì)各異，有的粘稠，有的稀薄，有的有揮發(fā)性，有的對(duì)金屬有腐蝕性。而且在輸送過程中，根據(jù)工藝條件要求，各種液體的壓頭與流量又都各不相同，因此生產(chǎn)上就需要采用各種不同結(jié)構(gòu)、不同材質(zhì)的液體輸送機(jī)械。液體輸送機(jī)械中，主要是各種類型的泵。根據(jù)其作用原理，大致可分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵等類型。一、離 心 泵（一）離心泵裝置及其結(jié)構(gòu)離心泵是應(yīng)用最廣泛的一種液體輸送機(jī)械。圖3-1為離心泵裝置簡圖。它由泵、吸入系統(tǒng)和排出系統(tǒng)三部分組成。吸入系統(tǒng)有吸入貯槽、吸入管、底閥、濾網(wǎng)。排出系統(tǒng)有排出貯槽、排出管、逆止閥、調(diào)節(jié)閥等。吸入系統(tǒng)中的底閥為逆止閥，其作用是防止泵內(nèi)的液體由吸入管倒流入吸入貯槽。濾網(wǎng)的作用是防止吸入貯槽內(nèi)雜物進(jìn)入吸入管和泵內(nèi)，以免造成堵塞。排出系統(tǒng)的逆止閥是用來防止泵停轉(zhuǎn)時(shí)排出貯槽和排出管內(nèi)的液體倒灌入泵內(nèi)，以免造成事故。調(diào)節(jié)閥是用來調(diào)節(jié)泵的流量。（二）工作原理離心泵在開動(dòng)之前要先灌滿所輸送的液體。開動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向葉輪外周，壓力增高；并以很高的速度流入泵殼，在殼內(nèi)減速，使大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，然后從排出口進(jìn)入排出管路。與此同時(shí)，由于葉輪內(nèi)液體被拋出，葉輪中心形成真空。泵的吸入管路一端與葉輪中心處相通，另一端則浸沒在輸送的液體內(nèi)，在液面壓力（或大氣壓）和泵內(nèi)壓力（負(fù)壓）的壓差作用下，液體便經(jīng)吸入管路進(jìn)入泵內(nèi)，填補(bǔ)了被排出液體的位置。這樣，葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中，一面不斷吸入液體，一面又不斷給吸入的液體以一定能量并送入排出管。（三）離心泵的主要性能參數(shù)表示離心泵工作性能的參數(shù)叫泵的性能參數(shù)，包括：流量、壓頭(揚(yáng)程)、效率、轉(zhuǎn)速、功率、氣蝕余量（吸上真空度）等。主要性能參數(shù)有壓頭、流量、效率等。1壓頭H單位質(zhì)量液體流過泵后能量的增值稱為壓頭，一般以符號(hào)H表示，單位為m。如圖3-2所示，H的計(jì)算可根據(jù)b、c兩截面間的柏努利方程： （3-1）由于兩截面間的管長很短，其阻力損失通?？梢院雎?，兩截面間的動(dòng)壓頭之差也可以忽略，于是上式可簡化為： （3-2）2流量流量又稱排量或揚(yáng)水量，是指泵在單位時(shí)間內(nèi)由泵的排液口排出的液體量，通常以體積流量來表示，單位習(xí)慣上用m3/h表示。理論流量是指單位時(shí)間內(nèi)流入離心泵作功部件里的液體體積容量。由于泵在工作時(shí)不免有內(nèi)部和外部泄漏，因此，泵的理論流量與流量之間有如下關(guān)系：，m3/h （3-3）式中 單位時(shí)間內(nèi)泵的泄漏量；它既包括所有不經(jīng)過排液管而漏到泵體外部泄漏，也包括從泵作功部件出來后仍漏回泵吸液處的內(nèi)部泄漏，m3/s3軸功率、有效功率和效率根據(jù)泵的壓頭H和流量Q算出的功率是泵所輸出的有效功率，以Ne表示： （3-4）而實(shí)際測得的軸功率N要大于有效功率Ne，這是因?yàn)楸幂S輸入的功率有一部分要被消耗。泵的效率就是反映泵的軸功率的利用程度，用來表示。一般小型水泵的效率為5070%，大型泵效率可達(dá)90%。而油泵、耐腐蝕泵的效率比水泵低，雜質(zhì)泵的效率更低。離心泵的軸功率可直接利用效率計(jì)算： （3-5）式中 泵的軸功率，；泵的壓頭，；泵的流量，m3/h；液體密度，kg/m3；效率。（四）離心泵特征曲線離心泵的主要性能參數(shù)壓頭H，軸功率N和效率與流量Q之間是有一定聯(lián)系并有內(nèi)部規(guī)律的。通常把表示泵的主要性能參數(shù)間的內(nèi)部規(guī)律的曲線稱為離心泵的特征曲線，由泵的生產(chǎn)部門提出，以便于設(shè)計(jì)、使用部門選擇和操作時(shí)參考。圖3-3為某一型號(hào)的離心泵的特征曲線圖，它由以下曲線組成：（1）H-Q曲線，表示壓頭與流量的關(guān)系； （2）N-Q曲線，表示軸功率與流量的關(guān)系；（3）-Q曲線，表示效率與流量的關(guān)系。各種型號(hào)的離心泵各有其特征曲線，形狀基本上相似，其共同點(diǎn)為：（1）壓頭隨流量的改變而改變的規(guī)律，流量增大，壓頭下降，這是離心泵的一個(gè)重要特征；（2）功率隨流量的增大而上升，故離心泵在啟動(dòng)前應(yīng)關(guān)閉出口閥，使流量為零而功率最小，以減小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，避免電動(dòng)機(jī)因負(fù)荷大而受損；（3）效率開始隨流量的增大而上升，達(dá)到一最大值后隨流量的增大而下降。而泵在與最大效率對(duì)應(yīng)的流量和壓頭下工作最為經(jīng)濟(jì)，所以在選擇離心泵時(shí)，應(yīng)使泵在最大效率點(diǎn)附近操作。（五）離心泵的氣蝕現(xiàn)象離心泵能吸上液體是由于在泵的葉輪進(jìn)口形成了低壓，如果提高泵的安裝高度，將導(dǎo)致泵內(nèi)壓力降低，當(dāng)壓力降至被輸送液體的飽和蒸汽壓時(shí)，將發(fā)生沸騰，所生成的氣泡在隨液體從泵入口向外周流動(dòng)中，又因壓力迅速加大而急劇冷凝。使液體以很大速度從周圍沖向氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高，瞬時(shí)壓力很大的沖擊，這種現(xiàn)象就稱為氣蝕現(xiàn)象。發(fā)生氣蝕現(xiàn)象時(shí)，會(huì)發(fā)出噪音，使泵體震動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可使泵根本無法工作，而且使泵的壽命大大降低。為了防止氣蝕現(xiàn)象，就要求泵的安裝高度不超過某一定值，使泵入口處e的壓力Pe應(yīng)高于液體的飽和蒸汽壓Pv，即氣蝕余量大于泵剛好發(fā)生氣蝕時(shí)的最小氣蝕余量。如圖3-4所示。 （3-6） （3-7）式中 泵入口壓力，Pa；泵入口管的液體流速，m/s；液體的飽和蒸汽壓，Pa；液體的密度，kg/m3。其中 是剛達(dá)氣蝕時(shí)泵入口處的最小壓頭。（六）離心泵的吸入高度吸入高度是指離心泵吸入口離液面所允許的最大距離。若在液面與吸入口之間列出伯努利方程式，則： （3-8）式中 大氣壓，Pa；泵入口壓力，Pa；泵入口管的液體流速，m/s；管道壓力損失，m。由于和均受一定條件限制，故吸入高度亦受到一定限制，特別是受液體溫度的限制。一般離心泵的吸入高度可參考表3-1所列的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表3-1 各種水溫下的吸入高度溫度，10203040506065吸入高度，m6543210（七）離心泵的選擇選擇離心泵時(shí)，可根據(jù)所輸送液體的性質(zhì)及操作條件確定所用的類型，再根據(jù)所要求的流量與壓頭確定泵的型號(hào)。可查閱泵產(chǎn)品的目錄或樣本，其中列有離心泵的特性曲線或性能表，按流量和壓頭與所要求相適應(yīng)的原則，從中可確定泵的型號(hào)。若生產(chǎn)中流量Q有變動(dòng)，則以最大流量為準(zhǔn)，壓頭應(yīng)以輸送系統(tǒng)在最大流量下的壓頭為準(zhǔn)。若是沒有一個(gè)型號(hào)的H和Q與所要求相符，則在附近型號(hào)中選用H和Q都稍大的一個(gè)。若是有幾個(gè)型號(hào)都滿足要求，則除了考慮H和Q比較接近所需的數(shù)值之外，還應(yīng)考慮那個(gè)型號(hào)的效率在該條件下比較大。為了保證操作條件得到滿足并具有一定的潛力，所選的泵可稍大一些，但若選得過大，其在遠(yuǎn)離最高效率點(diǎn)工作，在設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)兩方面都會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。如圖3-5為各種BA型離心泵（即懸臂式離心泵）系列特征曲線圖，圖中的扇形表示該泵的高效率區(qū)。根據(jù)系統(tǒng)所需的揚(yáng)程與流量就可以很方便地在圖上選得合適的離心泵型號(hào)。圖3-5 各種BA型離心泵系列特性曲線二、往復(fù)泵往復(fù)泵屬于容積泵，其結(jié)構(gòu)如圖3-6所示?；钊?內(nèi)有活塞2，通過活塞桿3與傳動(dòng)機(jī)械相連接。當(dāng)活塞桿3由于外力作用向右移動(dòng)時(shí)，泵缸內(nèi)密閉的工作室容積變大，壓力降低，吸入池的液體在大氣壓的作用下，頂開吸入閥4進(jìn)入泵缸，這時(shí)排出閥5因受排出管中液體的壓力而關(guān)閉。當(dāng)活塞移到最右端時(shí)，工作室的容積為最大，吸入的液體量也最大。此后活塞便開始向左移動(dòng)，使泵缸內(nèi)密閉工作室容積變小，壓力升高，排出閥5被頂開，吸入閥4自動(dòng)關(guān)閉，將缸內(nèi)液體排出泵外。當(dāng)活塞移到最左端時(shí)，排液完畢，完成一個(gè)工作循環(huán)。然后，活塞重復(fù)上述循環(huán)過程，液體不斷被吸入和排出。由于這種泵的活塞往復(fù)一次，只吸入和排出液體各一次，所以稱為單動(dòng)泵，單動(dòng)泵的排液是間斷的，在吸液的時(shí)候是不能排液的。其流量曲線見圖3-7。 如圖3-8所示是雙動(dòng)泵，這種泵的活塞左右兩側(cè)都裝有閥室，在每個(gè)工作循環(huán)中，吸液和排液各兩次，并且在整個(gè)循環(huán)中吸液和排液可同時(shí)進(jìn)行，從而使液體的輸送連續(xù)性。其特征曲線如圖3-9所示。如前所述，往復(fù)泵的流量是波動(dòng)的，一般我們所說的往復(fù)泵流量是指其平均流量，其理論流量Q為：對(duì)于單動(dòng)泵： ，m3/min （3-9）對(duì)于雙動(dòng)泵： ，m3/min （3-10）式中 Q理論流量，m3/min；活塞的截面積，m2；活塞直徑，m；活塞沖程，m；每分鐘活塞往復(fù)的次數(shù)；活塞柱的截面積，m2。從以上兩式可以看出，往復(fù)泵的流量由活塞截面積、活塞沖程及活塞往復(fù)次數(shù)所決定，而與系統(tǒng)所需壓頭無關(guān)，即流量與壓頭無關(guān)，這是往復(fù)泵的一大特點(diǎn)。要調(diào)節(jié)往復(fù)泵的流量，可采用改變往復(fù)次數(shù)或改變沖程或采用支路調(diào)節(jié)的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)被輸送的液體為腐蝕性液體或是含固體顆粒的懸浮液時(shí)，為了不使活塞受到損傷，可采用隔膜泵，如圖3-10所示。隔膜泵采用一彈性薄膜將活動(dòng)柱與被輸送的液體隔開。薄膜一般用耐腐蝕的橡皮制成，隔膜一側(cè)接觸液體的部分，均為耐腐蝕材料制成。隔膜的另一側(cè)，則充滿水或油。當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，隔膜交替地向兩邊彎曲，使腐蝕性液體在隔膜一側(cè)輪流地被吸入和壓出。圖3-10 隔膜泵往復(fù)泵的效率一般都在70以上，最高可超過90，它適用于所需壓頭較高的液體輸送，也適用于輸送粘度較大的液體，但往復(fù)泵不適用于輸送腐蝕性的液體和有固體顆粒的懸浮液。三、其他類型的泵除了上述的離心泵、往復(fù)泵外，尚有其它類型的泵，它們均各有特點(diǎn)，在生物加工生產(chǎn)的某些場合使用。（一）旋渦泵旋渦泵的結(jié)構(gòu)和作用原理與離心泵相類似，它的主要部分為泵殼3和葉輪1，葉輪上有許多徑向的葉片2，葉片間有凹槽，吸入口6和壓出口7由隔板5隔開，如圖3-11所示。當(dāng)葉輪以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，葉片凹槽內(nèi)的液體以很高的速度甩向流道4，由于流道截面較寬，液體流速減慢，一部分動(dòng)能就轉(zhuǎn)變成為靜壓能而被壓入管道。旋渦泵在開動(dòng)前，也應(yīng)先灌滿工作液體，它的流量與壓頭之間的關(guān)系也和離心泵相類似。但旋渦泵的調(diào)節(jié)應(yīng)采取支路調(diào)節(jié)方法，而且在開動(dòng)時(shí)出口閥不能關(guān)閉。旋渦泵的特點(diǎn)為流量小而壓頭高，泵體結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，但效率較低，一般要低于40。（二）齒輪泵齒輪泵是旋轉(zhuǎn)泵（轉(zhuǎn)子泵）的一種，也要用支路調(diào)節(jié)流量。齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-12所示。主要構(gòu)件為泵殼和一對(duì)相互吻合的齒輪。其中一個(gè)為主動(dòng)輪，另一個(gè)為被動(dòng)輪。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在進(jìn)口處形成低壓而吸入液體，液體在兩齒輪的齒隙中隨齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而前進(jìn)并在出口處形成高壓而排出。齒輪泵的特點(diǎn)為流量較小，但壓頭較高。在生產(chǎn)上常用來輸送粘稠性液體和作為板框壓濾機(jī)的加料泵。圖3-12 齒輪泵示意圖（三）螺桿泵螺桿泵也稱螺條泵，是轉(zhuǎn)子泵的一種。主要結(jié)構(gòu)為泵殼和一個(gè)螺桿（或幾個(gè)螺桿）組成，在泵殼內(nèi)有橡皮螺腔。當(dāng)螺桿在螺腔中旋轉(zhuǎn)作復(fù)雜的行星運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體就在螺桿與螺腔的間隙中呈螺旋狀前進(jìn)，同時(shí)增高了靜壓頭，最后從排出口擠出。圖3-13為螺桿泵結(jié)構(gòu)圖。第二節(jié) 氣體輸送設(shè)備氣體輸送機(jī)械與液體輸送機(jī)械大體相同。但氣體具有可壓縮性，因此在氣體輸送過程中，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)發(fā)生變化，其體積和溫度也將隨之發(fā)生變化因此氣體的輸送涉及到熱力學(xué)性質(zhì)。但一般工程計(jì)算中，除了高壓氣體壓縮機(jī)外，均按一般流體輸送問題處理。在生物加工生產(chǎn)中，常用的氣體輸送設(shè)備為低壓空氣壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。一、空氣壓縮機(jī)生物加工生產(chǎn)（特別是抗生素生產(chǎn)）中要求提供23kg/cm2(表壓)的壓縮空氣供發(fā)酵罐通氣之用，故常用渦輪空壓機(jī)或經(jīng)過改裝的往復(fù)式空壓機(jī)作為空壓站的主要設(shè)備。氣體的輸送和壓縮過程中，常以“壓縮比”來表示氣體的壓縮強(qiáng)度，若與分別作為空壓機(jī)中進(jìn)口與出口時(shí)的氣體絕對(duì)壓強(qiáng)，則其壓縮比為。我國常用的往復(fù)式低壓空壓機(jī)的壓縮比一般為3，而二級(jí)空壓機(jī)的排氣壓力通常為8kg/cm2(表壓)。（一）渦輪式空壓機(jī)渦輪式空壓機(jī)一般由電動(dòng)機(jī)通過增速裝置直接帶動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，將空氣吸入并使之獲得較高的離心力，甩向葉輪外圓周，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，由壓出管排出。從結(jié)構(gòu)上看，渦輪式空壓機(jī)猶如一臺(tái)多級(jí)串聯(lián)的離心壓縮機(jī)，如圖3-14所示，通常都在10級(jí)以下。渦輪空壓機(jī)的特點(diǎn)為供氣量大，出口壓強(qiáng)穩(wěn)定，輸出的壓縮空氣不含油霧。與往復(fù)式空壓機(jī)相比，功率消耗較小，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小，但其技術(shù)管理要求較高。用于抗生素發(fā)酵的是低壓渦輪空壓機(jī)，其出口壓強(qiáng)為2.55.5kg/cm2 (表壓)，容量一般都大于100m3/min，每分鐘壓縮1m3空氣時(shí)，配備的電機(jī)功率約為3.55kW。國產(chǎn)的渦輪空壓機(jī)的型號(hào)有DA型和SA型，符號(hào)“D”表示單吸，而“S”代表雙吸，“A”則表示渦輪壓氣機(jī)，其后的數(shù)字分別代表供氣量與出口壓強(qiáng)以及設(shè)計(jì)序號(hào)。如DA350-41，即為單吸渦輪空壓機(jī)，供氣量為350m3/min（公稱），出口壓強(qiáng)為4kg/cm2（絕對(duì)壓），此機(jī)系第一次設(shè)計(jì)產(chǎn)品。圖3-14 多級(jí)離心壓縮機(jī)（一）往復(fù)式空壓機(jī)往復(fù)式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理類似于往復(fù)泵，但因操作時(shí)氣體受壓發(fā)熱，故在氣缸外需有冷卻裝置。冷卻裝置有水冷和風(fēng)冷之分，一般需連續(xù)供氣的場合，都選水冷式空壓機(jī)。往復(fù)式空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是容量范圍廣，價(jià)格比較低廉，操作與維修比較方便；其缺點(diǎn)是出口流量不穩(wěn)定，而且壓出氣體中夾帶油霧，給后道工序空氣除菌帶來一些困難。往復(fù)式空壓機(jī)按其氣缸的排列不同，可分為V型、W型、L型等；按其排氣壓強(qiáng)分，可分為高壓（80100大氣壓）、中壓（1080大氣壓）與低壓（低于10大氣壓）三類。國內(nèi)目前生產(chǎn)的低壓往復(fù)式空壓機(jī)大多為雙缸二級(jí)壓縮，在抗生素生產(chǎn)中使用L型空壓機(jī)較為普遍。如4L-20/8型號(hào)的空壓機(jī)，就表示兩個(gè)氣缸呈L型排列，額定排氣量為20m3/min，排氣壓強(qiáng)為8kg/cm2（表壓），L前面的數(shù)字“4”表示該系列空壓機(jī)的序號(hào)。由于二級(jí)空壓機(jī)的出口壓強(qiáng)為8kg/cm（表壓），對(duì)抗生素發(fā)酵來講，這個(gè)壓強(qiáng)過高了。為此，一些抗生素工廠常將二級(jí)空壓機(jī)進(jìn)行改裝，把原來兩個(gè)串聯(lián)的氣缸改為并聯(lián)氣缸，即同時(shí)吸氣與排氣，這樣空氣排氣壓強(qiáng)可降到2kg/cm2左右，而空壓機(jī)的排氣量可增加3040。有些空壓機(jī)制造廠為了適應(yīng)發(fā)酵工業(yè)的需要，制成了具有兩個(gè)低壓缸并聯(lián)的壓縮機(jī)，排氣壓強(qiáng)為2.5kg/cm2（表壓）左右，而排氣量比原型號(hào)差不多要增加一倍，如4L-40/2.5（4L-20/8的改進(jìn)型號(hào)）。為了解決往復(fù)式空壓機(jī)的出口空氣中含有油霧的缺點(diǎn)，目前有些工廠采用含有二硫化鉬的氟塑料制成的活塞環(huán)，代替空壓機(jī)中原來的金屬環(huán)作無油潤滑，使用效果甚好，即有利于以后的空氣凈化，又節(jié)約了潤滑油。但由于氟塑料的彈性不及金屬活塞環(huán)，故氣缸中氣體的泄漏量增加，改裝后的空壓機(jī)排氣量一般要減少10左右。空氣壓縮機(jī)所需消耗理論功率可用下式表示： （3-11）式中 理論功率，kgm/min，16210kgm/min；、分別為壓縮前后的空氣壓強(qiáng)，kg/cm2；空壓機(jī)的吸氣量，m3/min；空氣多變指數(shù)，=1.251.30。實(shí)際功率消耗值為，效率一般為0.60.7，同時(shí)在配備電機(jī)時(shí)，一般還需增加515的安全因素。二、離心通風(fēng)機(jī)（一）離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)按出口壓力的不同，離心通風(fēng)機(jī)可分為低壓（1kPa以下）、中壓（13kPa）、高壓（315kPa）三種。離心通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和單級(jí)離心泵有相似之處，由機(jī)殼、葉輪、軸等部件組成。如圖3-15所示。它的機(jī)殼也是蝸殼形，殼內(nèi)氣體通道和出口的載面通常為矩形，它直接與矩形截面的氣體管道連接。通風(fēng)機(jī)葉輪上葉片數(shù)目比較多，葉片比較短。葉片有平直、后彎、前彎幾種如圖3-16所示。由于通風(fēng)機(jī)的送氣量比較大，用前彎葉片有利于減小葉輪及風(fēng)機(jī)的直徑。（二）離心通風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)離心通風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)包括風(fēng)壓、風(fēng)量、功率和效率等。1風(fēng)壓離心泵的靜壓頭是泵出口與進(jìn)口之間的靜壓頭之差，當(dāng)風(fēng)機(jī)直接從大氣抽入空氣時(shí)，泵進(jìn)口的靜壓頭可以看作為零，即泵出口的靜壓頭就是泵的靜壓頭。加上泵出口的動(dòng)壓頭，兩者之和就是離心泵的總壓頭，即 （3-12）式中 總壓頭，m；靜壓頭，m；動(dòng)壓頭，m；泵出口壓力，Pa；出口氣體流速，m/s。由于壓頭的單位為m，代表對(duì)單位重量流體所提供的機(jī)械能。而風(fēng)機(jī)提供的機(jī)械能一般都以對(duì)單位體積的氣體為準(zhǔn)，即單位為Pa，將風(fēng)機(jī)總壓頭乘以g，得到風(fēng)壓的表達(dá)式：，Pa （3-13）2風(fēng)量風(fēng)量Q就是氣體通過泵進(jìn)口的體積流率，單位為m3/h，氣體的體積由進(jìn)口狀況決定。3功率與效率離心通風(fēng)機(jī)軸功率的計(jì)算公式為： （3-14）式中 軸功率，kW；實(shí)際風(fēng)量，m3/h；風(fēng)壓，Pa；全壓效率，一般約為7090。（三）離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線圖3-17系離心通風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速下風(fēng)壓、軸功率、全壓效率與風(fēng)量的關(guān)系，此外還有靜壓、靜壓效率與風(fēng)量兩條關(guān)系曲線。需要注意的是，風(fēng)機(jī)性能曲線中的風(fēng)量、靜壓頭、風(fēng)壓及全壓效率與靜壓效率均按氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)作出的。如風(fēng)機(jī)吸入的氣體狀態(tài)不同，性能曲線的形狀將有所變化。其相應(yīng)各參數(shù)應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)，便于比較和應(yīng)用。（四）離心通風(fēng)機(jī)的選用選用離心通風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)類型，然后再根據(jù)所要求的風(fēng)量與全壓，從產(chǎn)品樣本或規(guī)格目錄中的特性曲線或性能表格中查得適宜的類型和機(jī)號(hào)。國產(chǎn)離心通風(fēng)機(jī)，常用的有4-73（4-72）型，9-19型和9-26型。例如9-19NO14。機(jī)號(hào)中的數(shù)字代表葉輪直徑mm數(shù)的1/100。其他符號(hào)說明詳見產(chǎn)品樣本。三、離心鼓風(fēng)機(jī)排氣壓力為（0.13105Pa）的風(fēng)機(jī)，稱為鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)也是用來壓縮和輸送氣體的機(jī)器，同通風(fēng)機(jī)、泵一樣，屬于通用機(jī)械。離心鼓風(fēng)機(jī)的外形與離心泵相像，如圖3-18所示。鼓風(fēng)機(jī)的外殼直徑與寬度之比較大，葉輪上葉片的數(shù)目較多，所以能適應(yīng)更大的風(fēng)量。轉(zhuǎn)速亦較高，所以離心鼓風(fēng)機(jī)能達(dá)到較大的風(fēng)壓，鼓風(fēng)機(jī)中還有一個(gè)固定的導(dǎo)輪，而這個(gè)在離心泵中不一定有。單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)的出口表壓多在30kPa以內(nèi)，多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)則可達(dá)到0.3Mpa。第三節(jié) 固體輸送設(shè)備在生物加工工業(yè)中，在很多情況下，使用的原料為生物質(zhì)固體原料，要在各生產(chǎn)工序、車間之間輸送這些原料，都要依賴各種不同的固體輸送設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。近年來，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約原材料和縮短生產(chǎn)周期，除了采用新型的工藝設(shè)備和實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化外，還要求生產(chǎn)過程按連續(xù)流水作業(yè)進(jìn)行，組成生產(chǎn)自動(dòng)線。即所加工的物品在一組設(shè)備上完成某一工序加工后，再由連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械將其輸送至另一組設(shè)備上進(jìn)行下一工序的加工，甚至有時(shí)直接就在連續(xù)運(yùn)輸機(jī)上進(jìn)行各種加工。這就使連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在工業(yè)生產(chǎn)中輸送機(jī)械還有勞動(dòng)保護(hù)的重要意義。例如酒精廠的原料粉碎工段采用機(jī)械輸送代替人工搬運(yùn)，改善了勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。后來又用氣力輸送代替機(jī)械輸送，減少了粉塵，進(jìn)一步改善了勞動(dòng)條件，保護(hù)了工人的身體健康。所以，隨著新型機(jī)械的不斷出現(xiàn)，使我們進(jìn)行綠色清潔的工業(yè)生產(chǎn)成為一大趨勢。在工業(yè)生產(chǎn)中，輸送系統(tǒng)的選擇關(guān)系到工廠的總體布置和結(jié)構(gòu)形式，而輸送系統(tǒng)的合理選擇又決定于生產(chǎn)工藝過程。所以在考慮生產(chǎn)工藝過程時(shí)，應(yīng)當(dāng)把工作機(jī)構(gòu)和輸送系統(tǒng)設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來。在目前生物化工工業(yè)生產(chǎn)中，輸送方式有兩種：一種是機(jī)械輸送，利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)輸送物料；另一種是氣力輸送，借助風(fēng)力輸送物料。這兩種方式各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)地形、輸送距離、輸送高度、原材料形狀和性質(zhì)、輸送量、輸送要求以及操作人員的勞動(dòng)條件來考慮。連續(xù)機(jī)械輸送設(shè)備種類繁多，目前用于輸送固體原料的主要有以下幾種：（1）帶式輸送機(jī)；（2）斗式提升機(jī)；（3）刮板輸送機(jī)；（4）螺旋輸送機(jī)。下面就這幾個(gè)主要機(jī)械輸送設(shè)備進(jìn)行介紹。一、帶式輸送機(jī)（一）帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用帶式輸送機(jī)是連續(xù)輸送機(jī)中效率最高，使用最普遍的一種機(jī)型。它廣泛地應(yīng)用于食品、釀酒等生物加工行業(yè)。它可用來輸送散粒物品（谷物、濕粉、麩曲、麥芽等），塊狀物品（薯類、酒餅、煤等）。按結(jié)構(gòu)不同帶式輸送機(jī)可分為固定式、運(yùn)動(dòng)式、搬移式三類；按用途不同，可分為一般的和特殊的。工廠以采用固定式的帶式輸送機(jī)為多。帶式輸送機(jī)的主要構(gòu)件包括：輸送帶、鼓輪、張緊裝置、支架和托輥等。有的還附有加料和中途卸載設(shè)備。帶式輸送機(jī)的示意圖如圖3-19。在帶式輸送機(jī)中，輸送帶既是承載構(gòu)件，又是牽引構(gòu)件，主要有橡膠帶、塑料帶、鋼帶等幾種，一般采用多層的橡膠帶。它們都是聯(lián)成環(huán)形，套在兩個(gè)鼓輪上。普通橡膠帶上膠層厚度在36mm之間，下膠層是輸送帶和支撐托輥接觸的一面，其厚度一般較薄，為1.5mm。卸料端的鼓輪由電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，稱主動(dòng)輪，借摩擦力帶動(dòng)輸送帶，另一端的鼓輪則稱從動(dòng)輪。鼓輪可以鑄造，也可以焊制成鼓形的空心輪，表面稍微凸起，使帶運(yùn)行時(shí)能對(duì)準(zhǔn)中心。為了增加主動(dòng)輪和帶的摩擦，在鼓輪表面包以橡膠、皮革或木條。鼓輪的寬度應(yīng)比帶寬100200mm。鼓輪直徑根據(jù)橡膠帶的層數(shù)確定。由于環(huán)形帶長又重，若只由兩端鼓輪支承而中間懸空，則帶必然下垂，所以必須在帶的下面裝置若干個(gè)托輥把帶托起來，不使其下垂。托輥多用鋼管，長度比帶寬100200mm，兩端管口有蓋板，板中鑲以軸承。環(huán)形帶回空部分，由于已經(jīng)卸載，托輥個(gè)數(shù)可以減少。此外還有張緊裝置使輸送帶有一定的張緊力，以利正常運(yùn)行。（二）生產(chǎn)能力和功率消耗的計(jì)算1輸送量的計(jì)算帶式輸送機(jī)的輸送量Q由下式?jīng)Q定：，t/h （3-15）式中 帶上單位長度的負(fù)荷，kg/m；帶的運(yùn)行速度，m/s；2功率計(jì)算帶式輸送機(jī)功率可由下式計(jì)算 （3-16）式中 帶式輸送機(jī)功率，kW；提升高度，m，上升為正，下降為負(fù)；系數(shù)，表3-2所示；輸送機(jī)長度，m；輸送能力，t/h；輸送帶速度，m/s；起動(dòng)附加系數(shù)，1.31.8；系數(shù)，表3-3示。表3-2 帶式輸送機(jī)軸承的K值帶寬(mm)K值軸承40050060075090011001300滾動(dòng)軸承21262938506274滑動(dòng)軸承313843567592110表3-3 帶式輸送機(jī)A值輸送機(jī)長(m)151530304545A1.21.11.051二、斗式提升機(jī)（一）斗式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用斗式提升機(jī)是將物料連續(xù)地由低的地方提升到高的地方的運(yùn)輸機(jī)械 ，廣泛地應(yīng)用于生物加工工業(yè)。所輸送的物料為粉末狀、顆粒狀和塊狀的，如大麥、大米、谷物、薯粉、瓜干等。斗式提升機(jī)構(gòu)造如圖3-20所示。主要由傳動(dòng)的滾輪、張緊的滾輪、環(huán)形牽引帶或鏈、斗子、機(jī)殼和裝、卸料裝置等幾種部分組成。它是一個(gè)長的支架，上下兩端各安一個(gè)滾輪，上端的是起動(dòng)滾輪，連傳動(dòng)設(shè)備，下端的是張緊滾輪，提升機(jī)的帶或鏈則圍繞在兩個(gè)滾輪上，提升機(jī)的帶上每隔一定的距離就裝有斗子。物料放在斗式提升機(jī)的底座內(nèi)，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)帶隨之而被帶動(dòng)，斗子經(jīng)過底座時(shí)將物料舀起，斗子漸漸提升到上部，當(dāng)斗子轉(zhuǎn)過上端的滾輪時(shí)物料便倒入出料槽內(nèi)流出。傳動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)速及直徑的選擇很重要。若選擇不當(dāng)，物料很可能由于離心力的作用將物料超過卸料槽而拋到很遠(yuǎn)的地方；或者未到卸料槽口即被拋落于提升機(jī)上段的機(jī)殼內(nèi)。傳動(dòng)滾輪的直徑與速度的關(guān)系：，m/s （3-17）式中 滾輪直徑，m；滾輪線速度，m/s。一般運(yùn)碎料時(shí)，u不超過1.2（m/s）；運(yùn)小塊物料，u不超過0.9（m/s）;運(yùn)大塊而堅(jiān)硬物料，取0.3（m/s）。主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的直徑相同，一般為300mm500mm。盛斗有深斗和淺斗兩種。深斗的特征是前方邊緣傾斜65，淺斗45。深斗和淺斗的選擇取決于物料的性質(zhì)和裝卸的方式。輸送干燥容且易流動(dòng)的粒狀和塊狀物料常用深斗；潮濕和流動(dòng)性不良的物料，由于淺斗前緣傾斜角小能更好地卸料，故一般采用淺斗。斗式提升機(jī)的裝料方法分掏取式和喂入式兩種，如圖3-21所示。掏取式裝料是從提升機(jī)下部的加料口處，將物料加進(jìn)底部機(jī)殼里，由運(yùn)動(dòng)著的料斗掏取提升。這種方法適用于磨損性小的松散物料，料斗的速度可較高，可與離心式或重力式卸料法相配合。喂入式裝料就是把物料直接加入到運(yùn)動(dòng)著的料斗中，料斗宜低速運(yùn)行，適用于大塊和磨損性大的物料，可與導(dǎo)槽式卸料法相配合。斗式提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是橫斷面上的外形尺寸小，有可能將物料提升到很高的地方（可達(dá)3050m），生產(chǎn)能力的范圍也很大（50160m3/h）；缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大。（二）生產(chǎn)能力和消耗功率的計(jì)算1生產(chǎn)能力計(jì)算斗式提升機(jī)的生產(chǎn)能力由下式計(jì)算：，kg/h （3-18）式中 料斗容積，m3；料斗間距，m；運(yùn)行速度，m/s；物料堆積密度，kg/m3；料斗的充填系數(shù)，粉狀及細(xì)粒干燥物料=0.750.95，谷物=0.700.90。2功率計(jì)算斗式提升機(jī)的功率可由下式估算：，kW （3-19）式中 生產(chǎn)能力，t/h；提升高度，m；總效率，0.30.8。三、螺旋輸送機(jī)（一）螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，它是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的螺旋和料槽以及傳動(dòng)裝置構(gòu)成。如圖3-22。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋把物料沿著料槽推動(dòng)。物料由于重力和對(duì)槽壁的摩擦力作用，在運(yùn)動(dòng)中不隨螺旋旋轉(zhuǎn)，而是以滑動(dòng)形式沿料槽移動(dòng)。螺旋是由轉(zhuǎn)軸與裝在軸上的葉片所構(gòu)成。根據(jù)葉片的形狀可分為四種：實(shí)體式、帶式、成型式和葉片式。在這些螺旋中，實(shí)體式是常見的，構(gòu)造簡單，效率也高，對(duì)谷物和松散的物料較為適宜。粘滯性物料宜采用帶式，可壓縮及隨動(dòng)的物料宜用葉片式或成型式。螺旋的軸用圓鋼或鋼管制成。為減輕螺旋的重量，以鋼管為好，一般可用直徑為50100mm的厚壁鋼管。螺旋大都用厚48mm的薄鋼板沖壓成型，然后互相焊接或鉚接，并用焊接方法固定在軸上。螺旋的直徑普遍為150、200、300、400、500和600mm。螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)一般為5080r/min。螺旋的螺距有兩種：實(shí)體螺旋的螺距等于直徑的0.8倍；帶式螺旋的螺距等于直徑。螺旋與料槽之間要保持一定間隙，一般采取較物料直徑大515毫米。間隙小，則阻力大；間隙大，則運(yùn)輸效率低。料槽多用36mm厚的鋼板制成，槽底為半圓形，槽頂有平蓋。為了搬運(yùn)、安裝和修理的方便，多用數(shù)節(jié)聯(lián)成，每節(jié)長約3m。各節(jié)連接處和料槽邊焊有角鋼，這樣便于安裝又增加剛性。料槽兩端的槽端板，可用鑄鐵制成，同時(shí)也是軸承的支座。螺旋輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、外形小，便于進(jìn)行密封及中間卸料，特別適用于輸送有毒和塵狀物料。它的缺點(diǎn)是能量消耗大，槽壁與螺旋的磨損大，對(duì)物料有所研磨。常用于短距離的水平輸送，也可用于傾斜角不大（傾角小于20）的輸送。生物加工工廠常用它來輸送粉狀及小塊物料，如麩曲、薯粉、麥芽等，還可用于固體發(fā)酵中的培養(yǎng)基混合等。（二）生產(chǎn)能力和消耗功率的計(jì)算螺旋輸送機(jī)的生產(chǎn)能力可由下式近似計(jì)算：，t/h （3-20）式中 生產(chǎn)能力，t/h；螺旋的直徑，m；螺距，m；螺旋每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；物料的密度，t/m3；槽的裝滿系數(shù) =0.1250.4，麥皮、米糠=0.25，糧粒=0.33。傾斜系數(shù) 0時(shí)c=0.9，10時(shí)c=0.8，15時(shí)c=0.77，20時(shí)c=0.65。螺旋輸送機(jī)的功率消耗可由下式解決：軸=，kW （3-21）電機(jī)=1.2軸/，kW （3-22）式中 生產(chǎn)能力，t/h；輸送機(jī)的長度，m；輸送高度，m；（水平輸送，=0）；阻力系數(shù)，粉料取1.8，谷物取1.4；傳動(dòng)效率，=0.60.8。四、刮板輸送機(jī)（一）刮板輸送機(jī)的基本原理如圖3-23所示，刮板輸送機(jī)在作水平輸送時(shí)，被輸送的物料受到刮板鏈條在運(yùn)動(dòng)方向的壓力和自身重量的作用，在物料之間產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力；這種物料之間的內(nèi)摩擦力，保證了物料堆形成穩(wěn)定狀態(tài)，不至于在輸送過程中發(fā)生翻滾現(xiàn)象。同時(shí)，這種內(nèi)摩擦力足以克服物料在料槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)料槽對(duì)物料的外摩擦阻力，使物料成為連續(xù)整體的料流而被輸送。（二）刮板輸送機(jī)的主要構(gòu)件1刮板鏈條：均用45（調(diào)質(zhì)）鋼或45Mn2(調(diào)質(zhì))鋼制成，其鏈條種類有簡單的片式鏈、襯套片式鏈、襯套片式滾柱鏈、塊環(huán)鏈等。刮板的型式有T、U1、V1、O、O4型等。根據(jù)機(jī)組形式（水平的、傾斜的和垂直的）和被輸送物料的性質(zhì)與長度而定。一般而言，對(duì)于粉質(zhì)多塵的物料不宜采用襯套片式鏈和襯套片式滾柱鏈；對(duì)于易引起浮鏈的物料輸送時(shí)，則應(yīng)優(yōu)先采用襯套片式鏈和襯套片式滾柱鏈。對(duì)于水平輸送，可采用T、U1型刮板；對(duì)于傾斜與垂直輸送時(shí)，根據(jù)物料散落性不同而可選用V1、O、O4型刮板，物料散落性愈好，愈應(yīng)選擇外形包圍系數(shù)大的刮板型式。圖3-24為用于水平輸送的三種刮板鏈條。至于傾斜輸送與垂直輸送，僅在刮板形式上改為V1、O、O4型。選用定型鏈條時(shí)，應(yīng)根據(jù)輸送機(jī)鏈條的最大張力Smax和下式的要求而決定：，kg （3-23）式中 Smax刮板輸送機(jī)鏈條的最大張力，kg；鏈條的使用系數(shù)，主要由物性、鏈條長度和速度決定；鏈條的許用應(yīng)力，kg，如表3-4所示。表3-4 鏈條許應(yīng)力P鏈條名稱塊環(huán)鏈滾柱鏈雙板鏈鏈條代號(hào)DLGLBL節(jié)距，毫米材料（調(diào)質(zhì)）許用載荷P（公斤）1004545Mn2150017002200*2500*150017001254545Mn2230026002900*3300*230026001604545Mn2310035004400*5500*310035002004545Mn2290023300244002*50002*注：*者僅用于GSZ型；*者僅用于GSS40型2鏈輪：在一般情況下，驅(qū)動(dòng)鏈輪采用較多的齒數(shù)（8-10個(gè)），以降低鏈條運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷；緊裝置的鏈輪采用較少的齒數(shù)（7-8個(gè)），以降低機(jī)體重量。下表3-5可作為設(shè)計(jì)參考的系列化刮板輸送機(jī)的鏈輪直徑。表3-5 鏈輪的參考直徑D型號(hào)頭輪尾輪有載分支導(dǎo)向輪（光輪）無載分支導(dǎo)向輪GSS和GSQ16258.6923020324.0129025412.8637032514.76450GSS40514.76450GSZ16353.2132052028020440.1832060030025511.334106403603其他構(gòu)件簡單的講，刮板輸送機(jī)的其他部件包括刮板輸送機(jī)的機(jī)尾、機(jī)頭、上部回轉(zhuǎn)段、加料段、水平段和垂直段等部件，這里不再詳細(xì)敘述。（三）生產(chǎn)能力和輸送機(jī)的功率的計(jì)算1刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力可按下式計(jì)算：，T/h （3-24）式中 設(shè)備生產(chǎn)能力，T/h，必須大于或等于設(shè)計(jì)所要求的最大生產(chǎn)率Q；料槽寬度，m；料槽高度，m，即指垂直段的機(jī)殼高度；刮板鏈條運(yùn)行速度，m/s，一般為0.10.5m/s；被輸送物料的容重，T/m；輸送機(jī)的輸送效率，一般為0.70.9之間。2刮板輸送機(jī)的功率計(jì)算刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪的圓周力為：，kg （3-25）刮板輸送機(jī)所需配備的電動(dòng)機(jī)功率為：，kW （3-26）式中 刮板輸送機(jī)需配備的電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率，kW；電動(dòng)機(jī)貯備系數(shù)K11.11.3；和刮板輸送機(jī)的刮板鏈條繞入與繞出驅(qū)動(dòng)鏈輪之點(diǎn)的張力，kg；刮板鏈條的地運(yùn)行速度，m/s；傳動(dòng)效率，；式中 減速器傳動(dòng)效率，可取0.920.94；開式鏈傳動(dòng)，可取0.850.90；如果為三角帶傳動(dòng)，可取0.95；鏈條繞過鏈輪時(shí)的運(yùn)行阻力，=（0.030.08）（+），kg。五、氣力輸送設(shè)備氣力輸送是利用氣流在密閉管道中輸送固體物料的一種輸送方法，也就是利用具有一定壓力和一定速度的氣流，來輸送固體物料的一種輸送裝置，氣力輸送又稱為風(fēng)力輸送。氣力輸送發(fā)明于19世紀(jì)后半葉。1883年，在俄國彼得堡出現(xiàn)了第一臺(tái)用來卸船倉散裝糧食的氣力吸糧機(jī)。1893年英國也出現(xiàn)了固定式吸糧機(jī)。后來世界各港口廣泛采用氣力輸送裝置來運(yùn)送糧食。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1925年1926年間荷蘭的鹿特丹港的海運(yùn)糧食中，將近90%是用氣力吸糧機(jī)，即吸送式氣力輸送裝置來完成輸送的，如圖3-25所示。近些年來，氣力輸送發(fā)展很快，在生物加工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，生物加工工廠利用氣力輸送瓜干、大米等固體物料都收到良好的效果。隨著輸送距離的增長，又發(fā)展了壓送式氣力輸送裝置，如圖3-26所示。氣力輸送與其他機(jī)械輸送相比，具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)：(1)系統(tǒng)密閉，可以避免粉塵和有害氣體對(duì)環(huán)境的污染；(2)在輸送過程中，可同時(shí)進(jìn)行對(duì)輸送物料的加熱、冷卻、混合、粉碎、干燥和分級(jí)除塵等操作；(3)設(shè)備簡單，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)化，改善了勞動(dòng)條件；(4)占地面積小，可以根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)，比較隨意地布置氣力輸送管道。當(dāng)然，氣力輸送也有不足的地方：一般來講其所需的動(dòng)力較大，風(fēng)機(jī)噪音大，一般要求物料的顆粒尺寸限制在30mm以下，對(duì)管路和物料的磨損較大，不適于輸送粘性和易帶靜電而有爆炸性的物料。對(duì)于輸送量少而且是間歇性操作的，亦不宜采用氣力輸送。（一）懸浮式氣力輸送的基本原理1垂直管中顆粒物料氣流輸送的流體力學(xué)條件顆粒在垂直管內(nèi)受到氣流的影響，有三種力作用到顆粒上：（1） 顆粒（粒子）本身的重力W；（2） 顆粒受到的浮力Fa；（3） 顆粒（粒子）與氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的阻力Fs。這三個(gè)力中，W、Fa是恒定不變的，是由粒子決定的。只有阻力Fs是隨氣流而變化的。當(dāng)氣流發(fā)生變化時(shí)，粒子將有三種狀態(tài)，如圖3-27所示。 （1）粒子向下加速運(yùn)動(dòng)：阻力方向向上，當(dāng)WFa+Fs時(shí)，即粒子的重力大于粒子的浮力和阻力之和時(shí)，粒子向下運(yùn)動(dòng)，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增大，空氣對(duì)顆粒的阻力也隨之增大，最終達(dá)到W=Fa+Fs；（2）粒子相對(duì)靜止（或勻速直線下落）：當(dāng)W=Fa+Fs時(shí)，即粒子的重力等于粒子所受的浮力和阻力之和時(shí)，粒子處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)的氣流速度為一特殊值，是使該粒子靜止懸浮的一臨界速度，這一臨界速度便是該粒子的懸浮速度。顯然，這一速度，是指氣流所具有的速度，方向是向上的。根據(jù)物理學(xué)理論，當(dāng)W=Fa+Fs時(shí)，即三力平衡時(shí)，粒子也可以以不變的速度在氣流中勻速降落，此時(shí)稱粒子自由沉降，粒子所具有的下降速度稱為粒子（顆粒）的沉降速度。顯然粒子的沉降速度的方向是向下的，其數(shù)值與懸浮速度相等，方向相反。（3）粒子向上加速運(yùn)動(dòng)：此時(shí)粒子所受阻力方向向下，粒子的重力與阻力之和小于浮力，即W+FsFa，粒子不再靜止懸浮，而是向上作加速運(yùn)動(dòng)。這說明此時(shí)的氣流速度大于粒子的懸浮速度，氣流速度迫使粒子向上運(yùn)動(dòng)。這就是懸浮流氣力輸送原理，此時(shí)的氣流速度即為可輸送該物料的氣流速度。所以，在垂直管道中，氣流速度大于顆粒的懸浮速度，這就是垂直管中顆粒物料氣流輸送的流體力學(xué)條件。2顆粒在水平管中的懸浮顆粒在水平管中的懸浮一般可認(rèn)為是下列幾種力作用的結(jié)果，如圖3-28所示。（1）氣流為湍流時(shí)在垂直方向上的分速度所產(chǎn)生的力。（2）從流體力學(xué)方面得知，沿管截面的氣速分布呈拋物線形，即管中心氣速最大，越靠近管壁氣速越低，由于這個(gè)速度差而引起的靜壓所產(chǎn)生的作用力。（3）在管中心線下側(cè)的顆粒，由于自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使顆粒上方的氣流局部加速，顆粒下方的氣流局部減速，即在顆粒上下方之間有一個(gè)氣流速度差，相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)差，該壓強(qiáng)差形成的作用力方向自管底指向中心。這種作用也稱麥格紐斯效應(yīng)（Magnus effect）。（4）由于顆粒與顆粒碰撞或顆粒與管壁碰撞而產(chǎn)生的垂直方向的反作用力。（5）顆粒與顆粒碰撞或顆粒與管壁碰撞而產(chǎn)生的垂直方向的反作用力。3顆粒在輸料管中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)氣流輸送中，顆粒在管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與輸送氣流速度有直接的關(guān)系。在垂直管中，氣流速度達(dá)到粒子的自由沉降速度時(shí)，顆粒在氣流中呈變化狀態(tài)，自由懸浮在氣流中；氣流速度超過懸浮速度時(shí)，進(jìn)行氣流輸送，顆?；旧鲜蔷鶆蚍植加跉饬髦械?。在水平管道中，當(dāng)氣流速度很大時(shí)，顆粒全部懸浮，均勻分布于氣流中，呈現(xiàn)所謂的懸浮流狀態(tài)（Streamflow）；當(dāng)氣流速度降低時(shí)，一部分顆粒沉積到管底下部，但沒有降落到管壁上整個(gè)管的截面上出現(xiàn)上部顆粒稀薄，下部顆粒密集的所謂兩相流動(dòng)狀態(tài)（Two-Phase Conveying）；這種狀態(tài)為懸浮輸送的極限狀態(tài)。當(dāng)氣速進(jìn)一步降低時(shí)，將有顆粒從氣流中分離出來沉于管底部，形成“小砂丘”向前推移，產(chǎn)生所謂團(tuán)塊流（Slug Flow）。由上述分析看出，要想得到完全懸浮發(fā)氣流輸送，必須有足夠的氣流速度，以保證氣流輸送的正常進(jìn)行。但是，過大的氣速也是沒有必要的，因?yàn)檫@將造成很大的輸送阻力和較大的磨損。（二）氣力輸送系統(tǒng)的組成設(shè)備1進(jìn)料裝置（1）吸嘴吸送式氣力輸送裝置通常采用吸嘴作為供料器。吸嘴有多種不同形式，主要有單筒形、雙筒形、固定形三種。單筒形吸嘴輸料管口就是單筒形吸嘴，它可以做成直口、喇叭口、斜口和扁口等多種形式，如圖3-29所示。由于結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多。其缺點(diǎn)是當(dāng)管口外側(cè)被大量物料堆積封堵時(shí)，空氣不能進(jìn)入管道而使操作中斷。 雙筒形吸嘴如圖3-30所示，它由一個(gè)與輸料管相通的內(nèi)筒和一個(gè)可上下移動(dòng)的外筒組成。內(nèi)筒用來吸取物料，其直徑與輸料管直徑相同。外筒與內(nèi)筒間的環(huán)隙是二次空氣通道。外筒可上下調(diào)節(jié)，以獲得最佳操作位置。環(huán)隙面積與吸入口面積之比a的最佳值為：。內(nèi)外筒口的高度差S一般在S=0附近為宜，a取較小值時(shí)，S=+0.5de左右為好。吸嘴長度一般不超過900mm。 固定形吸嘴這種吸嘴如圖3-31所示，物料通過料斗被吸至輸料管中，由滑板調(diào)節(jié)進(jìn)料量。空氣進(jìn)口應(yīng)裝有鐵絲網(wǎng)，防止異物吸入。（2）旋轉(zhuǎn)加料器旋轉(zhuǎn)加料器廣泛應(yīng)用在中、低壓的壓送式氣力裝置中，或在吸送式氣力裝置中作卸料用。它具有一定的氣密性，適用于輸送流動(dòng)性好，磨磋性小的粉狀、小塊狀的干燥物料。旋轉(zhuǎn)加料器結(jié)構(gòu)如圖3-32所示，它主要由圓柱形的殼體及殼體內(nèi)的葉輪組成。葉輪由六至八片葉片組成，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速與排料量成正比，當(dāng)達(dá)到最大排料量后，如繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，排料量反而降低。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速太快時(shí)，物料不能充分落入格腔里，已落入的又可能被甩出來。通常圓周速度在