氣力輸送專利技術(shù)綜述

丁旭權(quán)

1.前言

氣力輸送系統(tǒng)對(duì)電力、化工、食品處理、鋼鐵、冶金、建筑材料、機(jī)械制造、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)部門的發(fā)展有直接的影響，分析和了解現(xiàn)狀對(duì)其技術(shù)的提升意義重大。

2.氣力輸送概述

2.1氣力輸送的發(fā)展

管道氣力技術(shù)屬氣固兩相流，已有百余年歷史。曾在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，研究和應(yīng)用停留在對(duì)懸浮稀相管道氣力輸送的基礎(chǔ)研究和組成系統(tǒng)的主要裝置部件構(gòu)造改進(jìn)上，以期解決耗能大、物料的破碎、管道等部件的磨損以及管道的堵塞等系統(tǒng)在實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題。20世紀(jì)后期20余年中，低速密相氣力輸送技術(shù)的研究開發(fā)成功使氣力輸送技術(shù)從機(jī)理、應(yīng)用上均有一個(gè)新的質(zhì)的突破。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使以往感到棘手的氣力輸送過程管道中的復(fù)雜流態(tài)可以通過流動(dòng)機(jī)構(gòu)模型的建立用數(shù)值統(tǒng)計(jì)計(jì)算法使研究不斷深化和定量化；同時(shí)，由于制造技術(shù)、材料工程的飛躍發(fā)展、控制技術(shù)和傳感技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步及引用使低速密相氣力輸送技術(shù)在眾多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域成功地應(yīng)用，從而解決了以往物料破碎、管道磨損、高耗能等問題，并提高了系統(tǒng)的可靠性和工程的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 氣力輸送的類型

由于氣力輸送系統(tǒng)適應(yīng)面廣，輸送物的物性相異懸殊，不同的物料必須有不同的特性的裝置來適應(yīng)，故氣力輸送裝置的品種十分繁多、復(fù)雜，代表裝置概括氣力可分為筒式氣力輸送系統(tǒng)、稀相氣力輸送系統(tǒng)、濃相動(dòng)壓氣力輸送系統(tǒng)、濃相靜壓栓流氣力輸送系統(tǒng)4大類。其發(fā)展歷程經(jīng)歷了稀相、半稀相、濃相（也稱密相）幾個(gè)階段，發(fā)展到今天的濃相動(dòng)壓、濃相靜壓栓流輸送技術(shù)。

本文主要以濃相氣力輸送為對(duì)象進(jìn)行專利分析

3.濃相氣力輸送在中國專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)分析

濃相氣力輸送是目前應(yīng)用較多的氣力輸送系統(tǒng)。是我國在“八五”期間組織的氣力輸送技術(shù)和產(chǎn)品的科技攻關(guān)技術(shù)之一。截至2014年底我國與濃相氣力輸送相關(guān)專利申請(qǐng)總量為632件，其年度分布如圖 1所示。從圖中可以看出，在1998年之前我國濃相氣力輸送相關(guān)專利申請(qǐng)較少，而在2007年開始，申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)，體現(xiàn)了濃相氣力輸送技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展逐漸成熟。

圖 4示出了中國申請(qǐng)人的地區(qū)分布情況。從圖中可以看出，北京位居申請(qǐng)量的第一位，申請(qǐng)量為83件，占全國申請(qǐng)總量的19.4%；第二位是江蘇，申請(qǐng)量為43件，占總量的10.1%；第三位是上海，申請(qǐng)量為36件，占總量的8.4%；隨后是南京、浙江、湖南、西安、河北、濟(jì)南和天津，以上是排名前十位的省市。排名前十位的省市的申請(qǐng)量之和占全國申請(qǐng)總量的67.2%，其余申請(qǐng)和地區(qū)的申請(qǐng)總量占全國申請(qǐng)總量的32.8%，而僅前四位的省市的申請(qǐng)量之和已經(jīng)占到了全國申請(qǐng)總量的46.1%，這說明我國各省市申請(qǐng)量差距比較大，主要集中在背景和江浙一帶。這些省市經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，對(duì)科技創(chuàng)新比較重視。

圖 5示出了中國申請(qǐng)人的類型分布情況，從圖中可以看出，中國申請(qǐng)人中單位申請(qǐng)了309件，占總量的49%；高校申請(qǐng)了248件，占總量的39%；個(gè)人申請(qǐng)了40件，僅占6%；研究所申請(qǐng)了35件，僅占6%。通過該圖可以發(fā)現(xiàn)如下特點(diǎn)；國內(nèi)申請(qǐng)人以單位與高校申請(qǐng)為主，說明了國內(nèi)對(duì)于濃相氣力輸送方面，不是僅停留在研發(fā)階段，產(chǎn)業(yè)化程度已比較高。

4.典型技術(shù)分析

（1）氣力卸船設(shè)備

作為設(shè)置在沿海臨江河建造的庫點(diǎn)要配置用于配合清艙或作為主要用于卸船需求的氣力卸船設(shè)備。該設(shè)備對(duì)前者要求卸船能力250～500t/h，對(duì)于內(nèi)河中小機(jī)型為80～150t/h。與該領(lǐng)域相關(guān)的專利申請(qǐng)大多關(guān)于能耗低、效率高、噪音低的氣力卸船機(jī)和多功能、小型、靈巧的氣力轉(zhuǎn)料設(shè)備。

合肥水泥研究設(shè)計(jì)院申請(qǐng)的CN102070026A提供一種負(fù)壓卸船清倉裝置，在無需增加其他輔助設(shè)備的情況下，通過充分利用負(fù)壓氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行清倉工作；以最節(jié)省投資的方式設(shè)計(jì)的該裝置安裝拆卸簡(jiǎn)便，操作輕松簡(jiǎn)單；可以提高清倉效率50%以上，且勞動(dòng)強(qiáng)度較其他清倉方式有大幅度降低。

（2）能源部門

在能源部門中氣力輸送技術(shù)，目前主要用于干式輸灰技術(shù)。在我國現(xiàn)有的干式輸灰設(shè)備中有負(fù)壓、正壓、微正壓、密相紊流正壓內(nèi)旁通管式等，其不少為引進(jìn)設(shè)備。由于煤電部門所用的煤炭種類不同，其產(chǎn)生的灰分物性也不同，因此，該部門的技術(shù)為：長(zhǎng)距離輸灰氣力輸送技術(shù)及其可靠性、耐磨性氣力輸送設(shè)備部件、煤粉氣力噴吹技術(shù)。

杭州華源電力環(huán)境工程有限公司申請(qǐng)的CN2835172Y提供一種流態(tài)化下引式倉式泵輸送裝置，其結(jié)合了上引式出料形式的倉式泵和下出料形式的倉式泵兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)近、中、遠(yuǎn)距離的高濃度輸送，使正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)更適合各種情況的大機(jī)組除灰系統(tǒng)；使用氣化室結(jié)構(gòu)，能使灰氣充分流化混合，出料均勻，又是下出料形式，使系統(tǒng)出力比一般的正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)高；使用可拆卸式雙層套管，便于更換，無需打開倉泵維護(hù)。

（3）建材部門

建材部門中大量的水泥等泥料在世界上一些先進(jìn)工作國家已90%以上的散裝化。然而，在我國散裝率尚不是最高。此外，在大量的水泥廠中其現(xiàn)存的輸送環(huán)節(jié)使用環(huán)衛(wèi)條件差的機(jī)械式輸送設(shè)備，這也有需要用密閉的管道氣力輸送技術(shù)去改造和完善，如流態(tài)化倉泵輸送技術(shù)。

中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院南方機(jī)電技術(shù)研究所申請(qǐng)的CN2355137Y提供一種全自動(dòng)氣壓力旋流輸送泵，以螺旋均化管產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦流，旋流噴射器產(chǎn)生旋流噴射氣流，從而使均化物料輸送到指定位置，廣泛應(yīng)用于電力、建材、冶金、化工及交通等部門。

（4）輕工業(yè)部門

我國的洗滌劑廠家設(shè)計(jì)大量的粉體料，例如洗滌劑原料中常用的存堿、五納和芒硝是3種堆積密度相差很多的物料，化裝品制造業(yè)中也涉及大量的粉料處理，釀酒業(yè)涉及輔料的輸送，而在輕工業(yè)領(lǐng)域，分選、輸送是主要流程之一，因此，氣力輸送技術(shù)的應(yīng)用在該領(lǐng)域也有發(fā)展。

南省侯秋香申請(qǐng)的CN202006164U提供一種物料自動(dòng)分選系統(tǒng)，通過氣力輸送系統(tǒng)中的鼓風(fēng)裝置將氣體經(jīng)單向閥與物料實(shí)現(xiàn)混合，在合適的氣料比下經(jīng)輸送管道輸送至合適位置，實(shí)現(xiàn)分選后的合適物料的最終中轉(zhuǎn)。

（5）化工橡膠業(yè)

炭黑和填充劑、添加劑是橡膠產(chǎn)品部門中涉及量最大的粉料，由于炭黑的特性，一般在輸料管中易粘附和產(chǎn)生堵塞。相應(yīng)專利類型一般為加振式密相氣力輸送裝置或是特殊構(gòu)造型（如內(nèi)、外旁通管型）密相氣力輸送。

湖南省沈斌申請(qǐng)的CN2900436Y提供一種內(nèi)旁通密相輸送管道，在輸灰管道內(nèi)部的上方增設(shè)一根輔助空氣管，即內(nèi)旁通管。當(dāng)灰在輸 灰管內(nèi)受阻而造成區(qū)域堆積或堵塞時(shí)，此處的壓降增大，這時(shí)大部分氣灰混 合物就進(jìn)入內(nèi)旁通管，并在后級(jí)開口處使氣流速度聚增，紊流擾動(dòng)增強(qiáng)，逐 漸吹掃堆積飛灰，使之疏松并直至吹通，從而保障了飛灰在管道內(nèi)呈紊流狀態(tài)下的正常輸送。

5.結(jié)語

目前我國氣力輸送相關(guān)專利技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，相關(guān)專利申請(qǐng)的數(shù)量和申請(qǐng)人的數(shù)量都在不斷上升，特別是在2010年之后，相關(guān)專利呈飛躍式增長(zhǎng)，可見氣力輸送技術(shù)已受多方關(guān)注，行業(yè)發(fā)展十分迅速。但相關(guān)專利申請(qǐng)主要集中在北京和江浙地區(qū)，中西部地區(qū)相對(duì)落后，今后中西部地區(qū)應(yīng)積極加強(qiáng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的合作，增強(qiáng)相關(guān)科研能力，同時(shí)還可以適當(dāng)采取地區(qū)鼓勵(lì)和扶持政策，支持專利技術(shù)的全面發(fā)展。我國氣力輸送相關(guān)專利中PCT專利申請(qǐng)較少，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)申請(qǐng)人將優(yōu)秀的專利技術(shù)進(jìn)行PCT發(fā)明專利申請(qǐng)，以便在世界范圍內(nèi)進(jìn)行專利布局，獲取更多的專利保護(hù)，得到更大的專利利益。