机械设计制造及其自动化-3TH麦芽柔性输送系统设计.docx

仲恺农业工程学院毕 业 设 计3T/H麦芽柔性输送系统设计 姓 名 杨丰魁院（系） 机电工程学院专业班级 机械设计制造及其自动化151班学 号 201520824135指导教师 刘江涛 苏继辉（校外）职 称 讲 师 高级工程师论文答辩日期 2019年 5月24日仲恺农业工程学院教务处制Design of malt flexible transmission systemYang FengkuiCollege of Mechanical and Electrical EngineeringZhongkai University of Agriculture and EngineeringGuangzhou, ChinaSupervisor: Lecturer Liu Jiangtao Senior Engineer Su Jihui 学生承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。除了文中已用特别标志加以标记的引述内容之外，本设计不含有任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文研究做出过重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式标明。若在毕业设计的各项检查、评比中被发现有抄袭、剽窃或其他的违规行为，本人愿按学校有关规定接受处理，并承担相应的法律责任。学生（签名）：年 月 日摘 要气力输送系统就是将颗粒或粉末物料与空气混合，在密闭的管道内在空气流动的作用下从一处输送到另一处的设备。在食品加工厂中，原料的流通环节除了要保证效率，还需要注意保证质量安全，考虑防止受潮、污染等问题。麦芽柔性输送系统能够实现连续输送物料，保证输送效率。系统设备及管道布置灵活，设备简单，结构紧凑，运行稳定，管理维护方便，安全可靠，不但降低了工作人员劳动强度，节省人力，还能减少车间的粉尘飞扬，保证工作环境卫生状况良好。物料在空气中流通还具有通风除尘的作用。关键词：气力输送 麦芽 设计 效率AbstractPneumatic conveying system is a device that mixes particles or powder materials with air and transports them from one place to another under the action of air flow in a closed pipe. In food processing plants, the flow of raw materials in addition to ensuring efficiency, but also need to pay attention to ensure quality and safety, to consider the prevention of moisture, pollution and other issues. Malt flexible conveying system has turn into conveying materials continuously. The conveying efficiency can be guaranteed. Flexible arrangement of system equipment and pipeline, simple equipment, compact structure, stable operation, convenient management and maintenance, safe and reliable, not only reduces the staff labor intensity, saves the manpower, but also can reduce the workshop dust flies in the air, guaranteed the work environment health condition to be good. Material circulation in the air also has the function of ventilation and dust removal.Keywords: Pneumatic conveying; malt; design; efficiency目 录1 前言12 分析设计原始条件12.1 容重及密实质量度22.2 湿度32.3 麦芽的几何性质33 确定输送形式33.1 常见输送装置比较33.2 气力输送方式特点53.3 气力输送形式的确定53.3.1 输送类型选择54 输送装置组成部分74.1 基本构件74.2 系统布置示意图85 工作参数85.1 计算输送量85.2 选定混合比95.3 计算悬浮速度95.4 选定输送气流速度115.5 计算输送空气量Q及输料管直径D116 确定主要部件型号尺寸126.1 接料器126.2 输料管道和弯头136.3 卸料器136.4 闭风器156.5 除尘器166.6 消声器177 系统压损计算187.1 输送物料部分压损H1的计算197.1.1 工艺设备压损（H工）197.1.2 吸嘴压损（H接）197.1.3 加速物料压损（H加）197.1.4 提升压损（H升）207.1.5 摩擦压损（H摩）207.1.6 弯头压损（H弯）217.1.7 恢复压损（H复）217.1.8 卸料器压损（H卸）227.2 尾气处理部分压损237.2.1 连接管道压损237.2.2 除尘器压损237.3 系统的总风量和总压损248 风机选型248.1 风机参数248.2 选择电动机的种类和容量249 设备的安装269.1 连接方式269.2 法兰标准尺寸2710 总结29参 考 文 献31致 谢32II1 前言气力输送系统是一种以空气在压差下流动而携带物料的方式运输物料的机械，该系统可以将散装颗粒或者粉末物料从一处或多处供料点，通过设置的密闭管道输送到卸料点，是一种高度灵活的输送手段。它主要用来输送干的粉末状或颗粒状物料。气力输送系统已经广泛应用于各种工业、粮食行业等领域，对这些行业的发展起到了重要的促进作用。它可以适应水平以及垂直运输，根据厂房结构设计合理的输送路线，结合物料性质，计算相关技术参数，选择合适的部件类型及具体型号，合理布置装配。气力输送系统的组成部分比较简单，各部分之间连接方便，输料管的安装灵活性高，节省空间，运行稳定，管理维护方便，安全可靠，整个系统容易实现自动化和机械化，使得工厂节省人力成本，又提高了效率。物料在输送过程中始终保持在密闭管道内，避免了物料遗漏问题，也不受气候环境的影响，防止干燥物料受潮，还可以防止外界杂物混入，避免污染。与其他输送方式相比，此种输送方式能够保证物料的良好质量，节约了输送成本，提高了输送效率。该系统能够在各种环境下工作，在粮食行业的作用日趋重要，一方面是用于场外的气力装卸搬运，另一方面就是加工厂内输送粮食。气力输送系统作为粉粒状物料的仓储和装运设备值得推广运用。目前，气力输送系统已经成为码头港口和大型粮食加工厂的运输系统中的重要组成部分。要更全面地理解气力输送系统，研究系统各个组成部分的工作原理，发现及改进其不足之处。本课题拟采用吸送式气力输送系统运输麦芽，研究的主要问题在于输送量、浓度比、气流速度、压力损失的计算，输送网路设计计算，输料管径的计算，以及其他部件的设计选型。悬浮稀相输送在实际使用中并不是完美的，这种方式需要的能耗较高，脆性物料较易破碎，对于这些缺点，相关研究部门已找到缓解的办法。该系统的成功设计和最佳运转取决于物料能稳定通过管道的最小输送速度。合理的输送速度在保证不出现粒子沉积的同时能够降低系统压降，减少物料破碎和管道磨损1。2 分析设计原始条件啤酒厂用于酿造啤酒的麦芽一般都是采购于麦芽厂，当然也可以自己生产麦芽，如果是采购的麦芽则对麦芽公司提出一定的质量要求。啤酒厂的生产过程包括原料进厂、车间各生产工序的半成品、产品出厂。无论是采购麦芽还是啤酒厂的麦芽车间自己生产，生产原料都是按批次大量出现的，不能将这么大数量的麦芽一次性加工完，在生产啤酒成品之前都需要先贮存在粮仓，有需要的时候再输送到下一步加工工序上。完成连续生产必须具有连续生产设备，在啤酒厂中麦芽磨碎设备能够保持稳定的工作效率，按照相对恒定的速度加工麦芽，作为原料的麦芽就需要源源不断地输送过去，连续输送机是不可缺少的设备。连续输送设备是沿给定线路连续输送物料的机械，是在生产各工序间输送原料、半成品、成品，使生产过程连续化的各种机械及辅助设备的总称。连续输送机对于连续化生产性很强的啤酒厂生产过程中起着很重要的作用。连续输送机在啤酒厂的作用包括：物料输送，使生产各工序连接起来，配合生产设备形成连续化生产；按照生产要求设计使设备获得稳定的生产速度、生产数量；保证完成应有的工艺效果；完成分级筛选、烘干磨碎等工艺过程。根据生产工艺要求，对于原料麦芽的输送，是要将其从原料贮仓送入生产车间，在麦芽破碎处理工段的料斗上卸料，设计的麦芽柔性输送系统需满足上述工艺要求，输送量要求为3T/H，根据输送条件拟选用吸气式气力输送系统。2.1 容重及密实质量度在气力输送过程中，物料的性质是输送性能的一大影响因素，设计阶段要先对物料的物理性质有充分的了解。通过查阅相关文献及计算，得出麦芽的各种物理性质参数，设计时需要结合麦芽的物理性质进行方案设计，尽量使系统中的各个部件与输送麦芽的需求相符合。按照容重的定义可知，一立方米松散状态下的麦芽，相对应的质量就是麦芽的容重。容重的大小除了跟麦芽的密度有关，还跟粮堆中的空隙率有着密切关系。孔隙率是指单位体积的粮堆内空隙总空间占粮堆总体积的比值，用表示9。当颗粒物料堆积方式不同时，孔隙率在0.25950.4764之间，一般在任意填充时，的实际值约为0.4。密实质量度，是指固体物料在密实状态下单位体积所具有的质量，以符号s'表示。它的单位为公斤/米3。密实质量度、容重与孔隙率有以下关系：s=1-s'式中：s'密实质量度，kg/m3；s容重，kg/m3；孔隙率9。麦芽的容重约为500600kg/m3。因此麦芽的密实质量度约为s'=s÷1-=11501250kg/m3。相关物料的密实质量度与容重列于表1：表1 相关物料密实重度名称密实质量度kg/m3容重kg/m3小麦13001400660830大麦13001350550650麦芽11501250500600麦芽的密实质量度约为s'=s÷1-=11501250kg/m3。2.2 湿度如果用气力输送刚收获的粮食大麦，大麦的湿度过大，输送过程中容易形成团块，或黏附在管道弯头等处，降低输送效率甚至堵塞。所以输送物料的湿度是影响气力输送系统能否稳定运行的重要因素。大麦收获后经过晾晒等工艺过程把湿度控制在15%20%左右，经过麦芽工厂的加工，除了必要的发芽工艺过程，还进一步降低了麦芽的含水量。存储于粮仓的麦芽是干燥后得到的成品，湿度可以控制在规定的范围内。啤酒麦芽在制造阶段可分为浅色麦芽和深色麦芽，这两种麦芽的水分分别为3.54.2%、3.04.0%2。对大部分麦芽来说，含水率要求为3%5%，水分含量较低，质地较脆，容易破碎，硬度不大，可能造成的磨损较轻。2.3 麦芽的几何性质几何性质指的是麦芽的形状和大小。作为柔性输送系统的物料，颗粒的粒径大小和形状等性质也是设计时必须考虑的因素。麦芽呈梭形，大麦的平均粒径范围在3.54.2mm之间。3 确定输送形式3.1 常见输送装置比较麦芽是颗粒状物料，对于其他与麦芽性质相似的粮食物料、工业原料等颗粒状物料，通常采用的输送方式有用于水平移动物料的埋刮板输送机、螺旋输送机、皮带输送，垂直输送的斗式提升机。与这些类型差异较大的有流体输送装置，以气力输送为典型3。物料输送系统中的辅助装置虽然不能完全独立地作为输送物料的机械，但它们是各种连续输送机组成机械化输送系统的重要组成部分。在日常生活中经常能见到的输送机械当属皮带输送机，机场的行李传动带，物流快递的发达与传动带输送设备的关系更是密切。通过简化，可见它通过皮带承载着物料向前运动，皮带在首尾两端旋转的滚筒上实现往复循环。这种输送方式主要用于水平输送，一般倾斜输送时倾角不会太大。可以输送一般的散粒物料，也能输送质量不太大的成件物料。它的主要优点是输送能力大，输送距离长，生产效率高，广泛应用于快递行业；工作平稳，运行噪声小，结构相对简单、便于制造。缺点是输送带易磨损且输送带成本高。如果用带式输送机输送麦芽，在上料卸料的时候会因为麦芽的落差运动扬起粉尘，污染环境。埋刮板输送机，顾名思义，是通过埋刮板来推动物料以实现输送目的。工作过程简化地认为：工作时，物料从进料口进入装置，刮板则埋在物料之中，传递给物料推力，使得物料与刮板链条向前流动，形成连续的料流3。当物料运动到卸料口时自行排出。驱动装置及张紧装置不直接与物料接触，起到间接作用，刮板链条的动力是电动机的动力经驱动装置传递过来的，刮板链条的初张力是张紧装置提供的。短距离的输送可采用埋刮板输送机形式，根据物料性质的区别采用不同类型的机器，类似于麦芽等粮食颗粒可采用普通型输送。埋刮板输送机有以下优点：适用面广，适合于多种物料的输送；输送空间密封性相对较好，不易抛洒泄露；工艺布置灵活，可以多点进料多点卸料；体积小、占地面积小。如果在啤酒生产车间用这种装置输送麦芽，一台埋刮板输送机的工作距离可能无法满足要求的输送距离，那就只能用多台设备连接、共同工作才能完成。这样的方案造成设备成本升高，安装复杂，管理起来也不方便，耐用性、稳定性稍显不足。斗式提升机也是常用连续输送机械的一种，由料斗的垂直提升达到输送的目的。与皮带输送的结构类似，斗式提升机的链条在设备的顶端和底部之间循环运动，不同的是链条上每隔不远就装有料斗。工作时物料落入料斗，装着物料的料斗在链条的提升作用下运动到顶端，料斗转变运动方向时将物料倒出，从卸料管排出机外。斗式提升机只用于垂直输送物料，通常与埋刮板输送机等组合使用，才能输送到既有高度落差又有水平距离之外的卸料点。这种方式设备成本高，维护不方便，如果用来输送麦芽优势不足。螺旋输送机也叫绞龙，起到推动物料作用的机构是螺旋体，它是由螺旋叶片和转动轴组成的。工作时，物料在叶片推动下沿轴向移动，到达卸料口排出物料10。螺旋输送机有水平、垂直和倾斜型，具有设备简单、安装方便、经济、进料卸料方式合理等优点。但是由于螺旋体叶片长期搅拌翻动物料，使得其容易磨损；输送距离比较有限制，长距离输送需要多个设备连接使用，提高运行成本；结构固定，对车间输送线路内障碍物躲避不方便。3.2 气力输送方式特点同以上机械输送设备相比，气力输送装置结构简单、紧凑，构件简便、易于加工，易安装易拆卸、易维修，输送路线的选择比较自由，特别是物料搬运路线的方向有较大或较多改变时，就更显示出气力输送的优势。针对原料的把关，除了要把控麦芽来料的质量，还需考虑麦芽进入啤酒厂后的质量保护。包括麦芽仓储环节、运输环节、加工环节都要避免混入杂物或遭受其他污染，密封环境可以避免污染物混入麦芽。输送过程中需要避免扬尘，悬浮在空中的粉尘达到一定浓度时，一旦遇有火苗、火星、电弧或适当的温度，很有可能引发爆炸，面粉厂爆炸的新闻也偶有出现。扬尘也会破坏加工厂的卫生环境，甚至对啤酒的品质造成影响。气力输送过程是在密闭管道里的，所以就能防止粉尘弥漫在车间内，且吸气式气力输送机能一定程度地吸收过滤空气中的粉尘。流动空气在对麦芽进行输送的同时还起到了除湿降温的作用。其次，管道输送没有残留物料的死角，避免残留物料变质对整体质量造成影响。当然，气力输送也不是完美无缺的，它也有一些缺点。例如能耗较高，物料流动速度较高，容易产生管道磨损和被输送物料的破碎。通过近年来的研究改进，气力参数与破损率的关系及物料在管道内的运动状态的研究反馈到气力装置的设计，降低了成本也提高了经济效益，一定程度上改善了上述缺点。3.3 气力输送形式的确定3.3.1 输送类型选择选定气力输送后，还需结合原始条件参数，如物料特性等选择具体形式。其中基本形式有正压、负压和混合式输送。酿啤酒的原料麦芽，是原料大麦进厂后经过筛选、分级、浸麦、发芽、干燥、除根等制麦工艺后得到的产品，啤酒厂将麦芽成品贮存到若干个筒仓里备用。麦芽的下一道工序为糖化工艺中的原料粉碎，即对麦芽进行机械破碎的过程。这时就需要将麦芽从筒仓输送到粉碎设备的料仓。日本的大米加工厂已采用气力形式输送成品大米，用的是悬浮稀相输送。在此类加工厂中主要采用的也是这种方式。正压输送即为压运式，负压输送为吸运式，如果一个系统中既有正压部分，也有负压部分，那么这个设备属于混合式输送装置。吸运式输送装置要将空气从外界环境吸入系统内，吸气的装置一般是真空泵或离心风机。物料和空气进入的地方为吸嘴，通过吸嘴的作用，物料与空气混合并吸入输料管。吸气设备则安装在系统的最后部分，粮食的输送都是随着空气从外界到风机的管道流通中完成，当风机运转后，从进料管、输料管到卸料器都处于负压状态。麦芽和空气混合形成两相流，在输料管内保持流动，最终被吸到卸料器，在卸料器内把麦芽分离出来，空气流动到净化装置4。该输送方式具有以下优点：（1） 供料简单方便。只要将吸嘴放到物料堆上或将物料导流到管道的进料口处，物料就会自然地被气流被吸入管道中；（2） 输送系统处于负压状态，把产生的粉尘吸入系统内，不影响外界环境；（3） 输送效率较高；（4） 进料点和卸料点设备方便，只要设计合理，可以很方便实现多种输送路线需求。压运式气力输送装置的特点是：风机为输送管道提供正压空气，粮食从入口进入后即处于正压气流中，从接料器、输料管和卸料器都处于正压状态，物料在风机提供的气流作用下沿着管道向前推进4。正压输送适于大容量、长距离输送粮食，但卸料点处粉尘比较大。理想的状态是在风机在系统的最前端向管道内吹气，物料在重力作用下自然落入管道，就能随着风机提供的强大气流向系统末端流去。然而考虑管道内空气压力，就知道现实情况并非如此。风机提供的空气在管道内流动的原理是压力差，系统管道末端与大气相通，风机出口的空气压力大于大气压力，所以能携带物料高速流动。怎么能让物料进入输料管，而压力高的空气不从进料口泄露出去，这就需要更复杂的设备来实现了。正压输送的供料装置比吸运式复杂得多，物料到达目的地时卸料较容易。与负压输送方式相同的是都需要空气净化装置。混合式气力输送的组成结构相对前面两种方式复杂，它的进料口是负压状态，物料可以很轻松地进入；出料口是正压状态，即物料是在内部吹出的空气作用下流出系统的。正因如此，它兼具两者优点。但它的动力消耗较高，结构较复杂，气源设备的工作条件较差，易造成风机叶片和壳体的磨损。综合分析后拟定麦芽的运输采用吸送式气力输送。4 输送装置组成部分4.1 基本构件气力输送装置的形式很多，其结构也不尽相同，但就其基本结构和功能来说，通常由下面几部分组成。（1） 风机 为气力输送系统提供动力的装置，正所谓气力输送，那么它的动力就是气力，要使得空气具有动能，就要让静止的空气具有压力，且流动起来。正压、负压输送系统一般采用不同类型的动力装置。常见的有空气压缩机、罗茨风机、离心通风机等，这些风机都是由驱动电机提供动力的。（2） 供料器物料从外界进入输送系统，必须经过供料器。对不同的输送形式，使用的供料装置工作原理和结构都不同，具体结构形式还需结合实际情况确定，相同点是都装在系统的首段。（3） 输料管输送系统中物料和空气形成的两相流前进的通道，连接在进料点和卸料点之间。管道的长度和方向要结合工厂的建筑条件、输送要求进行设计，合理的管道布置也是很重要的一个环节。除了直管道还有其他管件，例如：三通、弯管、短接管、异形管等。（4） 卸料器卸料器位于输料管的末端，卸料点的上方。它的作用是把输料管中与空气混合着的麦芽分离出来，使得麦芽沉积在卸料器底部，等待下一步排出，而空气从卸料器的出风口流向尾气处理装置。（5） 尾气处理装置通过卸料器的分离功能，绝大部分麦芽已经与空气流分离，这时是否可以将分离后的空气排放到大气呢？答案是不行，因为尽管把麦芽分离出来的，高速流动的空气流还携带着输送过程中产生的粉尘，在排放之前要通过除尘装置，降低空气含尘量才能排放，对于广泛使用的吸送式气力输送机，还可以减少通风机的磨损。（6） 闭风器闭风器是安装在在卸料器和旋风除尘器底部的一种装置。它的作用是把卸料器底部沉积的麦芽排放出去，而又不让空气从排料口进入系统。此时系统内空气压力低于外界大气压，如果没有闭风器，虽然物料可以排出系统，但是空气也会从此处直接进入系统，而不是从首端的吸嘴进入，于是输送系统就失去作用了。所以，闭风器的气密性也对输送系统的性能起到重大影响。4.2 系统布置示意图合理的输送管道网路设计是气力输送系统的设计关键之一，所以在设计时要从多方面考虑，使该网路便于操作，减少提升次数。本课题研究设计的麦芽柔性输送系统效率要求是3T/H，输送水平距离在20-30米之间，垂直落差3-8米，采用单管式网路。由于采用单个通风机、单条输送管道，所以便于操作。根据要求画出系统网路布置草图如下：图1 系统网路布置草图5 工作参数5.1 计算输送量输送量的大小是根据生产能力及工艺流程的要求进行设计计算的，知道输送量才能对系统的规格进行设计计算。根据设计要求可知麦芽输送量为3T/H。即：Gw=3000计算输送量与设计输送量不同，计算输送量需要考虑实际生产中可能会出现的进料不均匀等异常情况，这会影响实际输送效率，所以需要在设计输送量的基础上增加一定的储备量，即：Gw'=Gw式中Gw设计输送量；储备系数；Gw'计算输送量7。储备系数的选择也要结合实际情况，太大太小都不好。选得太大就需要更大的配套设施，实际使用时会浪费动力，甚至引起设备运行不稳定，操作困难且增大掉料风险。粮食工厂中各道工序的储备系数值通常在1.11.2之间，综合考虑选取储备系数为1.1，即：Gw'=1.1Gw=1.1×3000=3300所以麦芽的计算输送量为：Gw'=3300kg/h5.2 选定混合比气力输送系统设计过程中，输送质量浓度比是关键的参数之一，也称之为混合比，指的是输送气体中所含物料的质量浓度，用公式表示为：=GsGa=GsQa式中：Gs物料质量流量（kg/h）；Ga空气质量流量（kg/h）；a输送气流密度（kg/m3）；Q空气流量（m3/h）。混合比大，则输送一定量的物料所需的空气少，整个网络的管道直径、卸料器、除尘器以及风机等设备可以较小，动力消耗小，有利于增大输送能力。但混合比过大，输送压力损失将变大，管道容易堵塞，对风机的要求高。因此，混合比大小选择要综合考虑输送距离、效率、物料性质、经济效益等因素，选择合适的参数6。选择混合比的可靠方法，是在实验基础上确定，没有实验条件也可参考设计手册的推荐值。目前我国中小型面粉厂麦间的气力输送浓度为=24，大型厂=257。对于3t/h麦芽气力输送初步选取=3kg/kg。5.3 计算悬浮速度要知道麦芽能在什么气流速度下输送，首先要知道它的悬浮速度。在设计类似气力设备时，悬浮速度都是很重要的一个原始参数。固体在真空中自由下落的速度由下列公式计算：v=gt式中：g重力加速度（m/s2）；t物体的运动时间（S）。物料颗粒在静止的空气中自由下落时作加速运动，速度到达某一界限时，物料颗粒受力平衡，这时的下落速度数值就是悬浮速度7。风场提供这个垂直向上的气流速度，把这种物料放入该风场，物料就能在其中基本保持稳定在一个水平面上。现有的悬浮速度计算公式是以物料为圆球形状这一条件推导而得到，但实际上绝大多数物料都是不规则形状的，形状不同的物料悬浮速度也不同，所以应先计算出物料颗粒的当量直径ds'。ds'=1.243Ms=1.24×33.25×10-51200=3.72×10-3m式中，M物料颗粒质量，查阅有关资料得知，六棱大麦的千粒重在30-40g之间。经过发芽后重量损失在20%以内，综合计算取M=3.25×10-5kg；s物料密度。由上文已知麦芽密实质量度11501250kg/m3，取s=1200kg/m3麦芽当量圆球的悬浮速度Vf。Vf=5.45ds's-aa=5.45×3.72×10-3×1200-1.21.2=10.5m/sec式中，a标准状况下空气密度，a=1.2kg/m3。麦芽的实际颗粒形状可以看作是椭圆和棱形体的组合体，查阅实验测定计算的物体形状系数及阻力系数表得形状修正系数K3椭=1.06；K3棱=1.76。修正公式如下：Vf'=VfK3=12×11.06+11.76×10.5=9.0m/sec计算得到麦芽的实际悬浮速度：Vf'=9.0m/sec。5.4 选定输送气流速度输送气流速度至少应该能够保证物料在管道中可靠、连续输送。输送风速太大，则动力消耗增大，也会增大物料破碎几率，增大管道摩擦压损；风速太小又容易引起掉料、管道堵塞，影响系统稳定性。所以选择合理的输送风速具有十分重要的意义，应在保证输送工作稳定的前提下选取择低风速。在麦芽的气力输送系统中，有垂直管道、水平管道以及弯头管道等，实际输送风速要比它的悬浮速度大得多。气流速度可根据下式计算加以选择：Va=K4Vf'=2.4×9=21.6(m/sec)式中，K4经验系数。表2 经验系数K4输送物料情况经验系数K4松散物料在垂直管道中1.31.7松散物料在水平管道中1.82.0有弯头的垂直或倾斜管道中2.44.0管路较复杂2.65.0大比重、成团粘结性物料5.010根据文献记载的实测及应用经验，综合比较后初步选取麦芽的气力输送速度为Va=20米/秒。5.5 计算输送空气量Q及输料管直径D通过输送量及输送浓度比，就能由这两个量计算得到所需空气的量。根据选定的输送浓度值，输送空气量Q为：Q=Gw'a式中：Gw'计算输送量（kg/h）；a空气密度（kg/m3），a=1.2kg/m3；Q空气量（m3/h）。Q=Gw'a=33003×1.2=916.7通过计算初步得到理论上的输送空气量为916.7m3/h。已知风量Q和风速Va，输料管的直径D可用以下公式计算：D=0.0188QVa即：D=0.0188×916.720=0.127m，对照标准管径，取D=130mm；式中D输料管内径（m）；Q计算空气流量（m3/h）；Va气体流速，（m/s）。由通风管道单位摩阻系数表可查得速度为20m/s，管径为130mm时，动压为24.28 kg/m2，风量为955m3/h，单位摩擦阻力为3.30 kg/m2/m。则Q=955m3/h，实际输送浓度=G算Q=33001.2×955=2.87。6 确定主要部件型号尺寸6.1 接料器负压和正压输送对接料器的要求差异较大，负压输送系统接料器较简单，对于麦芽等松散程度较高的物料，一般采用吸嘴，可以连续地接料。在该系统中对吸嘴有如下要求：在相同进风量情况下要产量大、阻力小；具有可调节进风量的机构，以达到最合适的输送浓度。吸嘴可以分为固定式和移动式。在本设计中，麦芽是在粮仓下方通过接料器进入输送系统，吸嘴无需移动，所以选用固定式接料器。使用时麦芽在重力作用下落入吸嘴，在吸嘴内与流动空气混合形成两相流。接料器进气端的空气阀可根据真空度自动调节进气量，从而保持较稳定的输送浓度。吸嘴上部的活门可调节物料落入吸嘴的速度。两个装置均能调节混合比。图2 固定式吸嘴结构图6.2 输料管道和弯头两相流的运动在输料管内实现，输料管道相当于气力输送系统的血脉，从常用管路材料选择表可知，可以使用焊接钢管或硬聚氯乙烯管。为了方便观察管道内物料的有无或运动状态，以及发生堵塞时最短时间内找到开始堵塞点，通常使用透明管道，所以选用透明硬聚氯乙烯（PVC）管。表3 常用管路材料的选择流体名称管路材料操作压力/MPa垫圈材料连接方式真空焊接钢管或硬聚氯乙烯管真空橡胶石棉板法兰，焊接排气焊接钢管或硬聚氯乙烯管常压橡胶石棉板法兰，焊接管道长度根据建筑图和设备布置图确定，由设计资料要求可知，输料管道可分为三段，第一段水平输料长度约为3米，垂直输送高度约为5米，第三段为水平输送，距离约为17米。弯头是用来改变输送管道方向的，两相流经过弯头时会受到较大阻力，造成压力损失。为降低弯头阻力带来的影响，应采用小转角和大曲率半径。气力输送系统常用的弯头曲率半径为610倍弯头的管径。综合建筑空间较充足且考虑减小压力损失两方面因素，选择曲率半径R=10D，即R=1300mm。6.3 卸料器粮食加工企业常用的卸料器有容积式卸料器和离心式卸料器。容积式卸料器的原理是两相流进入卸料器后，流速骤然降低，物料失去气流的携带能力后自由沉降，再由卸料口排出。这种卸料器结构简单、性能稳定，但体积较大，占地大、占空间高，比较适于大型吸运式气力输送装置8。离心式卸料器也称旋风卸料器。工作时，两相流切向进入卸料器筒体内部，作自上而下的螺旋运动，物料在离心力作用下被甩向卸料器筒体内壁并在重力和向下气流的作用下向排料口下落。到达锥体底部的气流又转而向上形成内涡旋经排气管排出。这种卸料器具有众多优点，受到相关行业的广大欢迎3。两种卸料器都能达到目的，为了节省空间和能耗，选取离心式卸料器。离心式卸料器的选用依据有处理风量和进口气流速度两个参数。处理风量是选择卸料器型号的主要依据。可根据离心式卸料器参数表选择具体型号。已知本输送系统风量为955m3/h，选取下旋60型卸料器，由技术参数表可知，选择D=375mm时，v1=16m/s，Q1=945m3/h；v2=17m/s，Q2=1006m3/h。所以进口风速：v=16+17-161006-945×955-945=16.16(m/s)阻力：H=72+81-721006-945×955-945=73.48(mmH2O)选用下旋60型卸料器，筒体D=375mm，进口风速16.16m/s，阻力73.48mmH2O3。其结构尺寸如下：图3 下旋60型除尘器6.4 闭风器低压吸气式气力输送系统的卸料器在负压状态下工作，为了使物料能从负压环境中分离出来，且防止从排料口漏入空气，在卸料器的排料口必须安装闭风器。闭风器是卸料器和除尘器正常运行必须配备的装置，闭风器的性能直接影响卸料器或除尘器的性能。闭风器应具备以下特点：气密性好，漏风率低；不卡料，不增碎；产量稳定，排料连续可靠；体积小，高度低。叶轮式闭风器由叶轮和圆柱形的机壳构成，壳体两端用端盖密封，壳体的上部为进料口，下部为出料口。叶轮一般有612个叶片，使机壳内空间分为612个空腔。当叶轮通过传动装置在壳体内旋转时，物料从进料口进入叶轮的空腔内，随着叶轮旋转从下部流出。叶轮式闭风器的特点是能定量排料，而且可以通过调节叶轮的转速调节排料产量，性能稳定，结构紧凑、简单，体积小。压力门式闭风器是依靠堆积一定高度的物料柱，通过物料柱形成的压力控制压力门来完成自动卸料和闭风两项任务。通过调节压力门上重砣的位置来调整闭风器中物料柱的高度，最终使闭风器能够实现连续卸料，同时闭风器中物料柱的高度保持一定。这种方式具有结构简单，制作方便，无需动力等优点，但有时可能会发生性能表现不稳定、不可靠等问题。其结构如下所示：图4 压力门式闭风器结构图综合考虑各种形式的特点，拟采用卸料器与叶轮式闭风器组合、除尘器与压力门式闭风器组合的方式。叶轮式闭风器安装时要考虑进出料位置，尽量合理布置，且必须牢固安装在楼板或机架上。麦芽气力输送的关风器可以采用TGFY、TGFZ系列关风器，分别代表普通型和组合型，组成部分有机壳、叶轮、轴承座、观察窗等3。选用时根据物料处理效率决定。容量有2.8、5、7、9、16、25L等，转速为2060转每分钟。已知麦芽的设计输送量为3T/H，关风器也应该满足这个排料效率。以麦芽容重为500kg/m3计算，每小时3000kg的输送量约为6m3，即6000升，平均每分钟需排料100升。选择2.8L/r容量的关风器在50r/min的转速下工作可排出140升/分钟，所以可以满足输送效率要求。初步决定选用型号为TGFY2.8的关风器，其叶轮直径和长度分别为220、130mm，功率为0.55kW。结构如下：图5 TGFY2.8关风器结构图6.5 除尘器除尘器是气力输送系统必不可少的一个装置，物料在气流中输送产生灰尘，如果直接排放将造成大气污染，破坏生产车间的环境卫生条件。气力输送装置的优点之一是抑制粉尘外扬，这个优点可以主要就是靠除尘器来实现的。现有的除尘器形式多种多样，利用的原理也各有不同。常用的有以下几类：重力惯性式、袋滤式、静电式等。按除尘方式可分为干湿和湿式两大类。粮食加工行业气力输送装置中常用的除尘器有离心式除尘器和滤布式除尘器。离心式除尘器也称旋风除尘器，结构和基本原理与离心式卸料器相同，只不过分离的物料不同。旋风除尘器主要用于粒径大于510微米的粉尘分离，其具有结构简单、占地面积小、设备投资低、安装操作维修方便，压力损失及动力消耗较适中等优点。在本设计中，气力输送系统的物料为麦芽，相比于粮食原料，麦芽是原料进厂后经过筛选、分级、浸麦、发芽、干燥、除根等制麦工艺后得到的产品，在生产工艺中已降低了麦芽中的含尘量。所以麦芽的粉尘浓度已经控制在比较低的标准下了，在麦芽的输送过程中，大部分粉尘为麦芽破碎产生的，且颗粒较大，使用旋风除尘器即可。选用旋风除尘器时尽量选小直径的，净化气体量应与实际需要的处理的气体量尽量接近。为保证除尘效果，除尘器入口风速要保持1423米最为适宜。旋风除尘器在不同进气速度下的处理气量可通过查技术参数表得到。处理气量设计要求与卸料器一样，都是955m3/h，进气口速度为16m/s，选用与卸料器同型号的旋风除尘器即可。普通旋风除尘器虽然结构、原理与卸料器相同，但在使用时对关风器的要求并不完全相同。卸料器下方连接的关风器需要排出的物料数量大，要保持相对稳定的输出速度，排料连续流畅，不卡顿；除尘器收集的通常是粒径非常小的粉尘，在麦芽的气力输送中，收集的大