粉粒物料运输车吹卸性能的分析

普通的粉粒物料车都是利用空压机作为气压源，给整个系统提供源源不断的压缩空气，通过气体流过流化床时产生的流化效果带出粉粒物料，是一种典型的利用流体力学进行工作的机械系统。  
　　现以单桥圆柱罐粉粒物料车为例，利用流体力学原理对其工作系统的以下关键部位(如图1、图2所示)进行分析。 



　　1 空压机出口 
　　空压机的排气量一般是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体流量换算到第一级进口状态，即大气压力为0.1MPa，温度为20℃，所以空压机出口处的实际排量远远小于铭牌上标注的额定排气量。根据户。P0V0/T0=P1V1/T1、V0=v0t、V1=v1t，粉粒物料车在开始卸料时的表压为0.2MPa，空压机出口气体温度为200℃左右，在不考虑其他外界因素的情况下，可假设：P1为空压机出口气压，0.3MPa；T1为空压机出口温度，200℃；V1为单位时间内空压机出口排出的气体容积；P0为空压机进口气压，0.1 MPa；V0为单位时间内空压机吸人的气体容积；T0为空压机进气口温度，20℃；v0为换算到进口处的额定进气流量，6.0m3/min；v1为空压机出口处的实际气体流量；t为时间。由上述三式可以推算出单位时间内空压机出口处的气体流量v1： 

　　实际空压机的气体排量远小于铭牌标注参数，它与出口压力和进气口温度成反比，与进气口压力和出气口温度成正比。 
　　要降低进气口温度可采取的措施：在整体布置时，进气空滤器远离底盘排气管，减少排气管对空压机进气的加热效应；空压机滤清器远离进气管路，减少进气管对空压机进气的加热效应，从而在空压机运转的全过程中始终保持较低的进气温度。提高空压机出口处的温度主要是通过提升空压机自身的抗高温性能来得到的。但是排气温度过高，又会造成空压机过热，降低进气单位，增加功率消耗，使润滑油粘度降低，轻质馏分挥发，出现积碳等现象。空压机过热还会引起活塞在汽缸里咬死，所以对排气温度应限制。 
　　排气终点的最高限制压力只能起到在气室中储备空气的作用，对排气量的增加起反作用。而且增高最终压力还需要提高整个加工工艺，增加系统设计难度。因此压力一般只设定为绝压0.3MPa。 
　　2 进气管与罐体连接处 
　　由于气体的质量流量与排气口处相同，所以二个相同的进口处的质量流量和等于空压机出口的气体质量流量。不考虑气体在管道中的能量损失，则P2V2/T2= P1V1/T1依然成立，由于气体在管路流动时，管路有散热效应，所以进气管与罐体连接处的温度T2＜空压机出口温度T1，体积流量v2＜v1。 
　　如能降低进气管道内的散热效应，减小进气管道与空压机排气口之间的温度差AT，即可提高二个部位的气体流量，所以采用隔热性能好的管路，有利于减小温度差，有利于提高气体体积流量，增加气体流速。 
　　3 气室内部 
　　在罐体内的气室中，压缩气体因与罐体内表面接触，气体温度进一步下降，在压力保持不变的情况下，进人气室的体积流量将进一步减小。由于流过一定截面上的压缩气体的流动速度与体积流量和截面有关，所以气体的流动速度也下降。如提高压缩气体温度，可采用辅助加热方式，提高气室内温度，不仅可提高空压机供气温度，还能缩短压缩气体到达标准工况所需时间，并利用已压缩气体膨胀所产生的气流分速度提高流化效果，达到多重目的。 
　　4 多孔板表面 
　　在粉粒物料车卸料前的充气过程中，气室内已经充有大量压缩气体，所以在实际的卸料开始阶段，是由气室内的压缩气体膨胀产生的气流速度与空压机产生的气流速度共同组成。卸料开始时，卸料管、气室和上部装料仓的压力可假定为绝对气压0.3MPa，因此由气室内气体膨胀所产生的气流速度可忽略。 
　　在公式P1V1/T1＝P4V4/T4、V4＝v4t=v布表A布表t、V1＝v1t中：P1为空压机出口气压，0.3 MPa；T1为空压机出口温度，200℃；V1为单位时间内空压机出口排出的气体容积；P4为多孔板表面气压，0.3 MPa；V4为单位时间内流过多孔板表面的气体容积；T4为多孔板表面温度，100℃；v4为多孔板表面气体流量；v1为空压机出口处的实际气体流量，3.229m3/min；v布表为透气布表面气流速度；A布表为透气布面积，4.2m2；t为时间。据此可算出： 

　　在此气流速度下，粉粒可实现流化状态，并且速度增高，流化效果越好。因此速度V布表与透气布的表面积成反比，与空压机出气口处的实际气体流量成正比。当结构一定后，透气布面积不会发生变化，只有通过透气布表面的气体速度会变化，速度越高，流化效果越好。 
　　5 吸灰喇叭口处 
　　由于气体流量在喇叭口处有积聚，且喇叭口处截面尺寸大于出灰管截面尺寸，若不考虑别的情况，v喇叭口＝v1/(tA喇叭口)。当喇叭口截面直径在0.1～0.2m之间变化时，A喇叭口在0.00785～0.03l4m2范围内，而v喇叭口≈1.7～6.85m/s。 
　　气体流速为8～15m/s时，粉粒体在管道中的流动状态属于密相动压气力输送状态。气体流速小于8m/s大于0.2m/s时，粉粒体在管道中的流动状态属于密相静压气力输送状态。所以喇叭口处的粉粒处在密相静压气力输送状态，粉粒以大混合比状态密集地、连续不断地充满管内，形成料柱。如果喇叭口截面尺寸变小，则气体速度增大，从而使粉粒进入密相动压气力输送状态，此时粉粒体在管内已不是均匀分布，而呈密集状态，但粉粒运动并没有被堵塞，因而仍然是靠空气的动能来输送，此时的混合比为10～60μ之间，远比密相静压气力输送时的30～300μ的值小的多。大混合比时的密相静压气力输送，虽然流动状态呈脉动团状流，但由于同样气流量中粉粒所占比重比较大，所以粉粒实际的输送质量速度比密相动压状态的输送量大，因此喇叭口截面尺寸设计应合理，使粉粒体的输送状态恰好处于大输送量的密相静压气力输送状态。 
　　6 出灰管中 
　　流态中的粉粒体从喇叭口进入后，由于存在管道摩擦及管道弯曲和位势能的增加，粉粒体的流动速度将下降。如果物料移动速度小于0.2m/s，粉粒在出灰管中将很容易停留，此时必须导人外接气，以增大粉粒的移动速度。因此在出灰管中安装可产生环形气流的二次吹风有助于减小粉粒体与出灰管之间的摩擦力，增大粉粒的移动速度，提高卸灰速度。卸料将结束，罐体内气压较低时，必须关闭二次吹风系统，以增加通过流化床的气体流量。在此过程中，二次吹风系统气流与粉粒体混合的均匀程度将决定二次吹风的效果，必须通过合理的设计二次吹风管才能得到。如果二次吹风管设计的不合理，则助吹的气流产生的湍流就有可能产生反作用，增大粉粒的流动阻力。 
　　因此从流体力学的角度考虑，在整个系统中必须综合考虑空压机选型、进气温度、进气管路、气室内保温、多孔板表面设计、吸灰喇叭口截面设计与安装高度、二次吹风系统等关键设计，以提高卸料速度。