正壓氣力輸送投飼機的結構原理與開發(fā)

邵玉才 吳長龍

氣力輸送又稱氣流輸送。它利用氣流的能量，在密閉管道內沿氣流方向輸送顆粒狀物料，是流態(tài)化技術的一種具體應用。氣力輸送按工作原理可分為負壓氣力輸送與正壓氣力輸送兩種形式。負壓氣力輸送是將大氣與物料一起吸入管道內，用低氣壓力的氣流進行輸送，因而又稱為真空吸送；正壓氣力輸送是用高于大氣壓力的壓縮空氣推動物料進行輸送。

1 氣力輸送裝備設計的重要參數(shù)及計算

氣力輸送裝備參數(shù)設計是否合理，直接影響到產品的功能性、經濟性、可靠性及適用性。在氣力輸送裝備設計時一般需考慮以下幾個重要參數(shù)：

1.1 物料輸送量

物料輸送量根據公式（1）計算：

式中：G算——計算的物料輸送量，kg/h；

G設——設計的物料輸送量，kg/h；

a ——設計系數(shù)（考慮到可能引起流量變化的因素而附加的儲備系數(shù)，可通過查表獲得）。

1.2 料氣混合比

料氣混合比是物料氣力輸送裝置的一個非常重要的參數(shù)?；旌媳仍酱?，越有利于增大輸送能力?；旌媳雀鶕剑?）計算：

式中：M——料氣混合比；

G氣——單位時間通過輸送管的空氣質量，kg/h。

從式（2）可見，M值和空氣質量成反比，M值越大，所需空氣越少，能耗越少。M值一般取2～4。

1.3 輸送風速

在可靠運轉條件下，氣力輸送裝置具有最經濟的工作性能時允許的最小氣流速度，就是輸送風速。正壓輸送的氣流速度一般在20 m/s左右。

1.4 風量

風量由物料的輸送率、混合比確定，根據公式（3）計算：

式中：Q ——風量，m3/h；

γ——空氣質量密度，標準氣壓下γ=1.2 kg/m3；

1.5 管道直徑

根據物料輸送所需的風量和輸送速度來確定管道的直徑。管道的直徑根據公式（4）計算：

式中：D ——管道直徑，m；

π——圓周率；

V——輸送風速，m/s。

1.6 輸送壓力

輸送氣體的壓力必須大于物料在輸送管中移動時各項壓降的總和（包括水平管中的壓降、垂直管中的壓降、輸送彎管中的壓降）。計算公式如下：

式中：△P ——物料在輸送管中移動時各項壓降的總和，Pa；

△P1——水平管中的壓降，Pa；

△P2——垂直管中的壓降，Pa；

△P3——輸送彎管中的壓降，Pa。

式中：λ11——氣體摩擦系數(shù)；

λ12——附加摩擦系數(shù)(根據試驗確定)；

L——水平輸送管長度，m；

D1——水平輸送管直徑，m；

ρ——氣體的平均質量密度，kg/m3。

式中：H ——垂直管的高度，m；

D2——垂直輸送管直徑，m；

g ——重力加速度，m/s2；

V1——物料的垂直移動速度，m/s。

式中：L"——彎管曲率弧長，m；

D3——彎管直徑，m；

N——附加比例系數(shù)（可通過實驗求得）。

氣力輸送裝備的設計計算是一個復雜的過程，若要設計精確，不僅需要復雜的計算，而且需要大量的試驗進行驗證得出數(shù)據（部分數(shù)據可以查閱相關標準或借鑒成熟的設計產品）。

2 正壓氣力輸送投飼機的結構原理

2.1 正壓氣力輸送投飼機結構

正壓氣力輸送投飼機包含控制系統(tǒng)、料倉、風機、關風機、下料電機、拋料電機、風鼓、拋料頭、浮體等裝置。圖1為機具結構示意圖。

2.2 各裝置功能

風機產生高壓氣流，利用氣流的能量，在密閉管道內沿氣流方向輸送飼料至拋料頭；關風機起到控制下料量及管道與料倉之間的密封作用；拋料頭上的出料管長短相間，從而保證其拋料區(qū)域內的飼料密度均勻；控制系統(tǒng)可實現(xiàn)投料時間、投料間隔時間、工作時間、開機時間、投喂時間的自動化控制功能。

圖 1 正壓氣力輸送投飼機結構示意圖

3 正壓氣力輸送投飼機關鍵設計

該裝備關鍵設計包括：風機的選型，管道長度、直徑的確定，關風機的設計，風鼓設計，拋料頭設計等。

3.1 風機選型及管道長度、直徑的確定

通過計算建立氣流氣壓、管徑和飼料輸送的數(shù)學模型，確定風機功率和管道管徑長度。

3.2 關風機及喉管的設計

要確定關風機葉輪大小、葉片數(shù)量及葉輪轉速等參數(shù)。

3.3 關風機的設計

根據關風機轉速要求設計下料電機的減速機及匹配（根據減速比情況宜采用蝸輪蝸桿減速機）。

3.4 拋料頭的設計

需保證拋料區(qū)域及拋料均勻性。

3.5 電機功率的匹配（含下料電機、拋料電機、風機電機）

需滿足下料量、輸送距離、拋撒范圍等技術要求。

3.6 機械設計必須考慮磨損

一是介質速度。它是影響沖蝕磨損率的最大因素。二是沖擊角。沖擊角度主要影響粒子沖擊靶材時動能的切向和法向分量，以及在沖擊過程中的能量消耗。物料輸送沖擊角是指入射粒子軌跡與靶材表面之間的夾角。對于沖擊粒子來說，動能切向分量產生切削，而法向分量則影響粒子壓入靶材表面的深度，兩者共同決定著磨損量。

為此，在結構設計和編制工藝流程時，應結合具體情況和實際條件，盡量采用先進工藝和成熟技術。既要保證能完成預期的輸送和投餌任務，又要合理地決定所采用的設備種類和系統(tǒng)結構，還要綜合考慮輸送物料的性質對設備性能的影響，以及運行管理的難度和費用等。

4 主要競品的對比分析

4.1 參數(shù)對比（詳見表1）

表 1 主要競品的參數(shù)對比

4.2 競爭力分析

（1）輸送距離。氣力輸送投餌裝備相比于普通投飼機可以長距離輸送飼料，輸送距離可以達到數(shù)百米以上，一般適用于面積在2 hm2以上的漁塘或水庫。通過遠距離輸送可以使喂料范圍向池塘中間延伸，避免普通投飼機需搭建較長料臺的麻煩。

（2）安裝位置。氣力輸送投餌裝備的料倉和拋料裝置是通過管道分開連接的，風送投飼機的料倉可以放在飼料庫房內或放在岸邊的任意位置。而普通投飼機是一個整體，必須安裝在固定的料臺上。

（3）投飼范圍。氣力輸送投餌裝備拋料盤的投飼范圍為直徑50 m的圓面積，大范圍的投喂面積可以容納更多的魚類同時食用，避免喂養(yǎng)區(qū)域出現(xiàn)缺氧問題。而傳統(tǒng)投飼機的投喂區(qū)域為圓心角為90～110°、半徑為20～30 m的扇型面積。

（4）投飼量。在相同功率的情況下，正壓氣力輸送投飼機輸送距離是負壓風送投飼機的3倍以上，投飼量是負壓風送投飼機的1.6倍以上。在飼料的破損率、噪音等方面正壓氣力輸送投餌機都遠遠優(yōu)于負壓風送投飼機。

（5）投飼方式。相對于負壓風送投飼機，正壓氣力輸送投餌機更容易實現(xiàn)從一處向多處分散輸送，即風機及關風機是一個，拋料頭可以是一個或者是多個。

5 應用前景

正壓氣力輸送投飼機的開發(fā)應用對池塘投飼裝備發(fā)展而言具有重要意義。它不僅具有飼料輸送量大、輸送距離遠、拋撒面積大等特點，可滿足大塘口、高密度養(yǎng)殖的需要，還具有從一點向多點供料的分散輸送功能，適用于網箱及小塘口養(yǎng)殖。作為養(yǎng)殖工廠化、設施化、高效化的核心投飼技術，正壓氣力輸送技術研發(fā)與應用有利于推進水產養(yǎng)殖現(xiàn)代化，促使水產養(yǎng)殖朝著養(yǎng)殖工業(yè)化方向發(fā)展。