粉狀物料結(jié)拱因素及破拱方法

李維強

（上海海豐米業(yè)有限公司，江蘇 大豐 224153）

清糠倉內(nèi)的物料在出料過程中， 有時會在出料口上方形成“料拱”， 即“結(jié)拱”或“架橋”。 料拱的形成是由于粉料之間的相互粘結(jié)或大塊物料在出料時偶然連結(jié)所致。料拱是特別有害的因素，它不但破壞了料倉工作的可靠性， 導(dǎo)致物料流動的中斷， 而且在破拱時物料塌下的瞬間還會對倉壁產(chǎn)生很大的壓力，從而影響物料卸出，破壞散裝機裝卸的連續(xù)性。

1 粉狀物料結(jié)拱因素

料倉中物料結(jié)拱有三個方面的因素： 一是料倉設(shè)計不合理，不適應(yīng)物料本身的性質(zhì)；二是料倉安裝位置所限，不適應(yīng)物料性質(zhì)；三是物料的存儲時間過長，在自重作用下固結(jié)，自行鎖死。

1.1 料倉設(shè)計不合理

一般料倉上部結(jié)構(gòu)為方形或圓形，下部呈錐形（圓錐或者是變截面）。由于物料在自身重力、含水量、粒度分布、粘性、休止角和與倉壁之間的摩擦系數(shù)等性質(zhì)的綜合影響下需要的錐面角度（半頂角）小于料倉設(shè)計的錐體角度（半頂角），以及料倉出口過小，從而導(dǎo)致了料倉中物料的結(jié)拱?？梢哉f這種結(jié)拱是設(shè)計失誤所致。

1.2 料倉安裝位置所限

料倉作為整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的一種設(shè)備， 其設(shè)計需要匹配整個生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計要求和運行經(jīng)濟性等指標(biāo)，料倉的安裝空間不會無限大，料倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計（半頂角、料斗大小和料斗形狀等）就會受到一定的限制， 從而在某種程度上增加了料倉結(jié)拱幾率。

1.3 物料的存儲時間過長

由于物料存在“自壓實”現(xiàn)象，物料的存儲時間過長，沒有及時清空，導(dǎo)致物料之間接觸更緊密，流動性變差，嚴(yán)重時甚至?xí)纬伞鞍褰Y(jié)”自行鎖死。

2 物料的流動形式

物料的流動形式是料倉的流動性的外在體現(xiàn)。整體流和中心流作為這兩種流動形式分別代表了料倉的不同流動性。整體流是指物料整體往下移動，均勻的排隊流出卸料口，沒有任何死區(qū)。這是比較理想的料倉流動形式。 中心流是指物料靠近料倉壁基本上形成死區(qū)不參與流動， 只是料倉中間部位的物料往出料口方向移動，流出料倉，形成中心流，也有的將中心流稱之為“鼠洞”流，這種流動形式，降低了料倉的實際應(yīng)用效果，生產(chǎn)效率低下。整體流是工藝實現(xiàn)過程中最理想的流動狀態(tài)。預(yù)防結(jié)拱，就需要采取一定措施使物料成整體流動狀態(tài)。

3 預(yù)防結(jié)拱

預(yù)防結(jié)拱需從三方面入手， 一是合理設(shè)計料倉的結(jié)構(gòu)形式，二是選取合適的料倉材料，三是采取合適的料倉加工工藝。

3.1 結(jié)構(gòu)形式

目前常見的料倉外形結(jié)構(gòu)有圓筒、方形和矩形，在卸料截面積相同條件下， 形狀不同的料倉結(jié)構(gòu)卸料能力也不同，因為方形倉在交接處容易形成死角，而圓形倉無此弊病，并且圓形倉利于物料卸出，故圓形倉比方形倉和矩形倉結(jié)構(gòu)圓滑，死角較少，在同樣的面積下，圓形倉的流通性要好。料斗處盡量選用雙曲線形式。針對物料的特性和現(xiàn)場安裝空間。盡量加大出料口尺寸和選取合適的半頂角。 大型料倉要采用“減壓錐”，或采用多出口等措施，使物料順暢流出。 對易于固結(jié)的物料，在出料口上方設(shè)置擋板，使物料從擋板四周流向出料口， 這樣減輕了出料口處的物料壓力，減小了固結(jié)傾向，因此不易結(jié)拱。

3.2 材質(zhì)

物料與倉壁的摩擦系數(shù)是影響物料流通性的眾多因素之一，所以在保證料倉強度的要求、物料對料倉材質(zhì)要求和參考經(jīng)濟性指標(biāo)下， 盡量選用摩擦系數(shù)較小的材質(zhì)。 改變料倉內(nèi)壁的材料可以有效預(yù)防結(jié)拱，料倉的內(nèi)壁表面材料越光滑，物料與料倉的摩擦力就會越小， 阻力也就越小， 物料就會越容易流動，從而一定程度上抑制結(jié)拱，因此，只要在滿足強度的前提下， 采用不銹鋼材質(zhì)能降低倉內(nèi)表面的摩擦系數(shù)，進(jìn)而解決堵塞問題，降低物料與料倉內(nèi)壁表面之間的滑動阻力，從而起到防拱作用。

3.3 科學(xué)的料倉加工工藝

在滿足設(shè)計工藝和加工工藝要求的前提下，料斗的傾角盡量大，出料口尺寸也可以適當(dāng)增大，另外料斗出口的形狀最好設(shè)計為長方形， 因為長方形的出口比圓形出口不容易結(jié)拱，或者從某個角度出發(fā)，改進(jìn)卸料裝置，這些都可以有效防止結(jié)拱，采用一定的結(jié)構(gòu)形式，使物料出口處處于一定的負(fù)壓，從而使物料在自重的作用下順暢流出。

對于一些儲料容量比較大的料倉， 通常在料斗的中下部位置加改流體， 其作用就是改善料斗內(nèi)物料的流動形態(tài)， 減輕物料在流出時對料倉出口的壓力，改流體可以是水平的擋板、垂直的擋板或傾斜的擋板， 水平的擋板在長時間使用時上方會形成一個物料堆，容易變質(zhì)結(jié)塊。 為了防止這種情況發(fā)生，將擋板結(jié)構(gòu)做成一個圓錐形，這就是常說的減壓錐。減壓錐下部會形成一個環(huán)形空間， 可以減少物料的壓力， 垂直和傾斜的擋板可以消除部分物料間的橫向壓力，物料被分成幾股料流分別流出，減小了它們間的摩擦力和剪切力，從而減少了結(jié)拱的可能性，使出口物料形態(tài)比較松散，有利于流出。

4 破拱方法

盡管在設(shè)計中采取了一定預(yù)防結(jié)拱措施， 但生產(chǎn)過程中還是會出現(xiàn)一定的結(jié)拱現(xiàn)象。 這就需要采用一定的破拱方案，使物料順暢流動。

破拱的原理是消除或削弱料拱線垂直面上的壓應(yīng)力，減小物料之間，物料與倉壁之間的摩擦力。 常用的破拱方法有： 人工破拱、 機械振動法及其他措施。用機械的方式使料倉及倉內(nèi)物料振動，可以有效地防止結(jié)拱。

4.1 人工破拱

當(dāng)遇到起拱情況時，最傳統(tǒng)，最原始的破拱辦法是靠人工實現(xiàn)。 一般情況下在料倉卸料口的斜壁上預(yù)留若干個孔，一旦料倉起拱，即用工具插入倉內(nèi)靠人工捅動，使物料拱卸落。 該方法簡單方便靈活，費用低，但破拱效果差，而且人工疏通費時費力，勞動強度大，效率低，易污染環(huán)境，不能實現(xiàn)自動破拱，并且在疏通物料后，可能會有大量的物料下沖，易產(chǎn)生泄漏、粉塵污染等，存在很大的安全問題。 人工破拱在一些小型工廠或試驗臺等非自動化系統(tǒng)中還有出現(xiàn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，機械自動化程度的提高，各種新的破拱方法和破拱裝置應(yīng)運而生。

4.2 機械破拱

在料倉中加入攪拌設(shè)施，使物料動起來。有垂直式和水平式。

垂直式是指將帶葉片的豎直軸放入倉中， 在電動機的作用下，葉片攪動著物料運動。水平式是指將帶攪拌器的水平軸放入倉中，在電動機的作用下，葉片攪動著物料運動。優(yōu)點是自動攪拌，使物料形成流動狀態(tài)，缺點是消耗一定能源，有一定盲區(qū)。

4.3 振動破拱

機械振動破拱法有兩種基本形式， 即振動倉壁和直接振動倉內(nèi)的物料。 將振動器安裝在料倉錐體部分的倉壁上，對倉壁進(jìn)行振動，達(dá)到防拱破拱及清倉的目的。常用的振動器類型有氣動式、電磁式和偏心旋轉(zhuǎn)式三種。 氣動活塞振動器是用錘頭振打倉壁的外表面。電磁振動器與其類似，兩者均垂直于倉壁產(chǎn)生振動。偏心旋轉(zhuǎn)振動器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，它是將高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生的慣性力傳遞給倉壁使之產(chǎn)生振動。 與其他類型振動器相比，其振幅小、頻率高。

另一種破拱的方法是直接振動倉內(nèi)物料。 這種設(shè)備叫做“倉底振動卸料器”。 振動卸料器不但能夠通過振動防拱破拱， 而且在一定范圍內(nèi)可以通過改變工作參數(shù)來調(diào)節(jié)物料卸出量。 其振動頻率一般在25～50 Hz 之間。 需要注意的是，采用機械振動法破拱出倉時， 振動器最好與料倉閘門或給料機連鎖起來，使振動器只在閘門打開時才工作。如果振動器在閘門關(guān)閉時工作， 料倉下部的物料可能會因受振而變得更加密實，出倉更加困難。

5 結(jié)論

對于料倉的使用來說, 防止“結(jié)拱”是主要的、積極的；而破拱是消極的，是防“結(jié)拱”無效時所采取的必要補救措施。 如果我們能在倉型和卸料孔設(shè)計上，較好按防結(jié)拱要求去做，就能最大限度地防止或減少“結(jié)拱”現(xiàn)象?！敖Y(jié)拱” 現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是極其復(fù)雜的，諸如物料含水率、物料的粒度、物料貯存時間、物料表面形狀、物料密實度、物料的內(nèi)、外摩擦系數(shù)、料倉的材質(zhì)等，均會對物料“結(jié)拱”產(chǎn)生影響。本文僅對“結(jié)拱”及破拱措施初步探討。 由于料倉結(jié)拱的問題比較突出，很多廠家都設(shè)計了一些破拱方案，甚至申請了專利。但是各有優(yōu)缺點，目前各個方案都有自己的適用場合和不利場所。 破拱仍需業(yè)內(nèi)同行針對不同的物料和適用場合進(jìn)行探索。