第2代气垫带式输送机的研制

添加人：admin 发布时间：2015/10/17 11:31:46 来源：中国破碎机网

　　第2代气垫带式输送机的研制张琦1文灿湘2（U可南省电力勘测设计院，河南郑州4500072河南天隆输送装备有限公司，河南新乡453000）状、节流孔布置方式、风源匹配、供风装置等方面进行了创新型改进，推出了第2代气垫带式输送机解决了第1代产品使用中产生的问题，为气垫带式输送机在电力行业输煤系统的应用提供了。
　　1气垫带式输送机概述气垫带式输送机是20世纪80年代发展起来的新型的连续输送设备，主要用于散体物料（砂、石、煤、铁砂、水泥、粘土等）的运输，也可用于成件（如袋装水泥、粮食等）物品的输送。气垫带式输送机的工作原理是：来自鼓风机的压力空气进入气箱，经过气箱面板上的气孔进入面板与输送带（连同物料）之间。在正确选择气垫参数条件下，该处可形成气垫，托起输送带和物料。当输送带以一定速度运动时，在气箱面板与输送带下表面之间便形成气体摩擦，使拖动输送带的阻力大为降低，拖动功率大为减少，节能效果显著。与托辊式带式输送机相比，节能约20%.其次，因阻力小且气垫沿输送方向是连续的，输送带运行稳定而不颠簸，所以输送角度和速度可大为提局，进而可提高运输效率。当有跑偏现象出现时，由于气垫压力自调节作用，可将输送带跑偏量限制在很小范围内，一般跑偏量只为托棍式带式输送机的1/2由于托辊数量减少90%左右，维修工作量及相应费用约减少60%.早在20世纪80年代末、90年代初，气垫带式输送机在电力行业输煤系统中曾出现过使用热潮。以气垫代替托辊支承、以流体摩擦代固体滚动摩擦的工作原理，得到了设计院和用户的肯定。但在运行过程中，由于各电厂的原料物理性能不一，使用方法欠妥，加上第1代气垫带式输送机在产品质量、密封性能、风量风压匹配、气箱结构和节流孔布置方式、气垫理论等方面都存在一定的局限性，致使有些电厂将气垫输送机拆除，又返回到使用托辊输送机，如河南的郑州热电厂、濮阳热电厂等，严重影响了气垫带式输送机在电力行业的推广应用。
　　实际上，第1代气垫带式输送机在输煤系统中也有使用成功的先例。早在1986年8月，由煤炭部矿山机械厂制造的1台（B=1mmL=97mQ=475Vh）气垫带式输送机在北京矿务局王平村煤矿投产运行，至今使用良好，最大输送量Q=629th据测试数据验证：气垫形成良好，运行阻力比托辊输送机小2~3倍，胶带和盘槽无明显磨损痕迹，运行平稳可靠，能带负荷启动；盘槽上的气孔（也称节流孔有堵塞现象；间断给煤（给煤量波动范围达30%池未影响正常运行。只要下料对中，胶带就不跑偏、不撒料，运行效果良好。
　　另据了解，自1991年以来，气垫带式输送机在江苏的盐城电厂、谏壁电厂、徐州电厂、淮阴电厂、盐城电厂、洪泽电厂等地也有使用实例，运行效果尚可。体现了气垫带式输送机节能性、安全性、经济性和综合社会效益几方面的优势。
　　近来，针对第1代气垫带式输送机使用中出现的气孔堵塞、气垫层夹料、密封不良、输送机纵向方向气垫压力不均匀、输送量大于800Vh寸运行效果不稳定等问题的解决，出现了在设计理论、设计方法、气箱结构、风源匹配等方面均有突破的第2代气垫带式输送机，并在河南焦作万方铝业、商电铝业、山东岚山港（Q=1200Vh）日照港（Q=1200Vh）南山港（Q=1200Vh）湛江港（t下全气垫）等地应用成功。
　　2第1代气垫带式输送机存在的主要问题21扇形气流流向理论的局限性第1代气垫带式输送机的设计理论是扇形气流流向理论。这一理论不能客观反映气垫的形成机理，有较大的局限性，从而导致了第1代气垫机产品设计的不合理性。扇形气流流向理论（如所示）当一定压力的空气从盘槽上的气孔他称节流孔）贲出后，必然会选择最短的路径流动，即沿输送带的横向方向进入大气。如果驱动装置启动运行，输送带正常运行，在气体离开节流孔的瞬间，靠近输送带的空气因摩擦作用被具有运行速度V的输送带带动，将沿着与V有一定夹角的速度曲线1一3方向流动；而靠近盘槽底的空气按最短的路径1一2方向溢出，形成如所示的扇形气垫层。如果气箱压力很高，从节流孔中排出的气流速度V较高，在与带速V合成后的速度曲线方向同V的夹角较大，达到45°或更大。试验结果表明，V/V值越大，从节流孔流出后的气体形成A123的重叠部分（中阴影重叠部分）将越小，气体沿横向方向快速进扇形气流流向理论示意中A145部分）按此理论，当胶带不运行，即V―0V/V※则不能形成气垫。但反复测试的数据表明，气垫输送机在停止运行（即驱动电机不启动）只开风机供风，胶带不运行的静态状况时，气垫仍然较均匀，其均匀稳定程度与胶带运行时的动态状况下差异甚微。由此可见，由于扇形气流流向理论只考虑了横向和纵向2种速度的影响，而忽略了气体从节流孔高速喷出受到胶带垂直方面的阻力影响，以及被阻挡后的气流迅速向四周扩散的气体分布规律。试验表明，这恰恰是气流的主要流向。显然，扇形气流流向理论存在严重的局限性。以这一理论为依据，确定的设计参数、节流孔布置形式以及风机的流量和压力均不能与气垫输送机的运行工况相匹配，导致气垫均匀稳定性差、运行效果不稳定、节能效果不好，难以进行重载启动，当输送量Q>800Vh时，胶带与盘槽磨损严重，运行效果不良，难以达到大输送量、连续输送的要求。
　　次槽角设计法的不合理性槽角是确定盘槽形状、装料断面大小、气箱结构形式的重要参数。所谓槽角，就是构筑输送带为槽形的几何角。托辊输送机的槽角是指侧辊与水平辊的夹角；气垫输送机的槽角则是圆弧形盘槽边缘的切线角。确定了槽角，也就确定了盘槽的圆弧半径、盘槽的中心角、盘槽的形状和气箱的断面尺寸。
　　第1代气垫输送机采用的是一次槽角设计法。该设计法通常会导致盘槽边缘不能与气箱侧板的斜面紧密贴合，密封效果不好、焊接变形大、漏气较严重，影响了气垫压力的稳定性和气垫层的均匀性；风机功率消耗大，节能效果较差；更为严重的是，由于盘槽边缘的翘曲，气垫的厚度是中间厚两侧薄，胶带擦边现象严重，直接影响了气垫输送机的运行效果以及盘槽和胶带的使用寿命。
　　23气箱内容易产生气旋涡流，沿程阻力损失大气箱断面形状对气垫均匀稳定性影响极大。第入捕4这时局部地方c遍很薄6不能形垫图blishi1代气垫输送机的气箱断面多为矩形（如所示）气箱底部为圆弧形的则是第1代改进型（如所示）盘槽为圆弧形，但盘槽与气箱侧板焊接时焊缝A对盘槽变形有较大影响，密封性不好、有漏气现象。值得注意的是，矩形断面气箱内容易产生气旋涡流，沿程阻力损失大，气箱压力沿气箱纵向方向波动较大，致使气垫输送机纵向的气垫均匀稳定性较差。离风机供风口较近的气箱段，气箱压力偏高，容易产生飘带；而远离风机供风口的气箱段气箱压力偏低，不能形成均匀、稳定的气垫层，甚至难以形成气垫，产生输送带与盘槽发生磨损的现象，运行状态不良，难以达到设计输送量。当输送量Q>800t树，问题更多，不能满足输送要求。第1代改进型的气箱断面虽然比矩形断面的运行效果稍好一些，但仍然产生上述问题，气箱内的气旋涡流较严重，难以达到1000th的输送能力。第1代气垫输送机的气箱断面形状没有遵循气体流动规律，忽视了气箱断面和结构形式的主要功能是稳压，是为节流孔提供均匀稳定的气源压力而又尽量不产生气旋涡流，以增强气垫的均匀稳定性。为此，必须要对气箱断面的高度、稳压区面积、气箱形状、气箱压力等因素进行科学的分析和优化组合才能优选到最优断面，确保气垫的均匀稳定性。第1代产品只是着眼于从加工制作简便入手来确定气箱断面形状和尺寸，从而产生了气垫均匀稳定性不良等问题。
　　24风源匹配不合理、风机不配套风源匹配包含1套硬件设施和1套软件，第1代产品在这2方面都存在问题。众所周知，气垫带式输送机的关键技术就是如何尽最大可能提供均匀稳定的气垫层。换句话说，就是要根据不同的使用环境、不同的工艺要求、不同的工艺条件，提供适应所要求达到的输送量，即必须根据不同的带宽、带速、输送量，不同的物料容重、粒度、装料断面形状，不同的作业环境、装载条件、给料状况，优化好风量和风压的匹配。为此，没有成熟的数学模型和计算软件，难以科学匹配好所需风量和风压。第1代产品的设计只能以设计手册中提供的设计公式进行静态设计（目前气垫输送机设计手册中提供的计算公式是以扇形气流流向理论为依据的）存在一些局响了计算的准确性和可靠性。因此，第1代产品往往产生风量和风压匹配不合理的问题，不是风压偏高、流量偏低（第1代产品运行中出现的胶带振动声就是例证）就是风压偏低、流量偏大，达不到输送量。有时候，计算出的风量和风压较为合理，而又没有相应型号的风机相匹配，也就是硬件设施不完善，满足不了设计要求，只能采用一般离心风机，如4*68C等，其性能参数难以与气垫输送机的运行工况相匹配，致使气垫层的厚度变化适应不了输送工况，运行效果不良。
　　25气箱结构不合理，气垫均匀稳定性较差气箱结构的合理与否，直接影响到气垫的均匀稳定性；而气垫的均匀稳定性又是气垫输送机成功与否的关键所在。第1代产品的气箱结构型式不尽合理，体现在以下3个方面：（1汽箱断面为矩形，易产生气旋涡流，沿程阻力损失大；（2汽箱与气箱之间的连接采用外法兰和简易插板连接，结合不紧密，甚至有缝隙，漏气严重；（汽箱体与上盘槽之间的连接，采用一般密封胶与间断焊相结合的方式，虽然减少了焊接变形，但因盘槽与气箱侧板贴合不紧，采用的又是一般密封胶，密封性能不好，时间稍长漏气较多。输送物料的载体是气垫，气箱漏气较多，造成气箱压力波动较大，沿气箱纵向不均匀、不稳定，导致气垫压力和气垫厚度纵向变化较大，气垫均匀稳定性较差，气垫输送机的技术性能不稳定，有时甚至发生气孔堵塞现象。
　　26供风装置太简单，压力损失大供风装置不能简单的视为气垫输送机的风源设施，因为它不仅要提供风源，更为重要的是必须提供与气垫输送机运行工况相匹配的风量和风压，并能在很短时间内充满气箱形成所需要的气箱压力，而不产生气旋涡流，沿程阻力损失小，确保全程的气箱压力基本一致，以便输送机全程形成均匀稳定的气垫层。第1代气垫带式输送机的供风装置较为简单，有的就是用1根管子直接插入气箱，单面进风，振动大，气箱内的气旋涡流较严重，沿程阻力损失大。后来，改进为对称进风，虽然减小了气箱的振动，但高速空气吹入气箱内，而气箱的断面尺寸有限，高速吹入的气体分子具有较大的动能，气体分子碰撞剧烈，造成动静压转化损失较大，纵向压力降很大的状况。由此可见，由于第1代产品设计中对气箱内气体的流动规律研究不够深入，对供风装置在限性而计算公中的1些系数取值范围太宽Mbsh供风过程中的几次动静压转化缺少/有效的试验研究，采用了简单的供风方式，影响了气垫输送机的技术性能和使用效果。
　　综上所述，气垫带式输送机在使用中出现的一系列问题，有的是操作不规范引起的，有的是产品质量较低导致的，有的是对气垫形成机理、气流的分布规律缺乏深层次研究而产生的。
　　3第2代气垫带式输送机的创新技术随着第1代气垫带式输送机使用中出现的问题的解决，出现了在设计理论、设计方法、气箱结构、气垫形成机理、风源匹配等方面均有突破的第2代气垫带式输送机，其主要创新技术和技术特性如下。
　　31设计理论的创新以先进的水波纹气流流向理论取代了有较大局限性的扇形气流流向理论，气体的动静压转化更为科学合理，大大提高了气垫的均匀稳定性。试验得出，从盘槽节流孔中喷出的气体速度很高，第1阻力是高速喷出的气流受到胶带垂直阻档，必然向四周扩散，形成以节流孔为风源中心的花瓣形气波。根据流体力学原理，盘槽与胶带之间的空气膜很薄，可近似地视为平行圆板间隙径向层流。由于节流孔孔径很小（只有2 ~6当具有一定压力的空气从节流孔高速喷出时，气体分子具有很大的动能，加上气体分子的多向异速性，自由运动十分活跃。气体受到胶带垂直阻挡后，必然向周围迅速扩散，恰似下雨时的雨点落在水面上，迅速形成水波纹向四周扩散，连绵不断；同时，受相邻节流孔高速喷出气流扩展气波的影响，水波纹气波相互重迭，形成稳定的气垫层，因此，称之为水波纹气流流向理论。当胶带不运行时，水波纹气波是以圆形为主体；胶带运行时，水波纹气波将沿胶带运行方向形成椭圆形，如所示。
　　静态水波纹气垫只要排距a和孔距e孔径计算准确合理，3者之间数理逻辑处理妥当，风量和风压匹配科学，气动态水波纹气垫形成的压力相适应，就一定能形成均匀稳定的气垫层，顺利完成额定输送量的连续输送。
　　水波纹气流流向理论较为全面地考虑了气垫形成的诸多因素对气垫层的影响，客观、科学地反映了气垫形成机理和气垫输送机的运行工况，为耗气量、风量、风压、气垫厚度等设计参数的选定提供了新的理论基础，为节流孔布置型式提供了新的方法，为全面解决第1代气垫输送机存在的问题提供了切实有效的技术措施，为第2代气垫带式输送机的研制成功提供了可靠的技术保证。
　　32节流孔布置的创新以五点式节流孔布置法取代了第1代产品的平行布置法，提高了气垫层的承载能力和超载能力，拓宽了气垫输送机的应用范围。
　　盘槽上节流孔布置方式对气垫带式输送机的技术性能影响极大。第1代气垫带式输送机基于扇形气流向理论，采用节流孔平行布置法（如所示），其致命的弱点是气垫均匀稳定性较差，从而导致节流孔堵塞，胶带与盘槽有局部摩擦，节能效果不明显，重载启动困难或根本不能进行重载启动。尤其是输送量大于800th时磨损严重，难以满足输送要求。针对这些问题，经过2年多的试验研究，总结了一套新型的节流孔布置法一五点式节流孔布置法（如所示）。
　　节流孔平行布置从可以看出，这种布孔方式的排数是奇数，以盘槽纵向方向的中心线为对称中心线、全对称布置，孔径以对称中心向两边逐步减小，适应了物料压力和胶带弯曲压力的对称变化规律。同时，以水波纹气流流向理论为依据，在2行排距（2）和1倍箱内的气本压力和气垫愚力能与胶带（及其物料趾孔距的方形面积内在矩形或正方形的4个角五点式节流孔布置上钻孔，并还在对角线的交点上钻孔，形成规律性极强的五点式节流孔布置方式，使从节流孔喷射出的气流有规律的重叠成均匀的气垫层。试验得知，静态和动态下的气垫厚度变化不大，均匀稳定性好，并且动态好于静态，验证了五点式节流孔布置法的科学合理性。这一布孔方式适应了气垫输送的运行工况，确保了气垫的均匀稳定性，运行平稳可靠，有较强的超载能力，可轻易地直接进行重载启动。
　　33设计方法的创新以二次槽角设计法取代了第1代产品的一次槽角设计法，气箱结构更为科学合理，克服了胶带擦边现象。
　　槽角是确定气垫输送机装料断面的重要参数，也是影响运行工况的主要因素之一。第1代产品采用一次槽角设计法，将盘槽形定格为全圆弧形，胶带擦边现象较严重。作者对国内各行业中使用的100条气垫输送机的调查发现，第1代气垫输送机都存在擦边和漏气现象，有的较为严重，盘槽两侧边都摩擦得十分光亮的，甚至还有磨穿盘槽的例证。这说明一次槽角设计法不尽合理。其致命弱点是全圆弧形盘槽引起了擦边，导致了盘槽与气箱侧板的斜面不能紧密贴合，焊接变形大，密封不严而漏气。为此，第2代气垫带式输送机首次采用了二次槽角设计法（如所示）以第1槽角确定盘槽半径及装料断面结构形式，以第2槽角确定盘槽结构形式，使其由1段圆弧和2段与圆弧相切的直线段组成平滑过渡的复合式盘槽。
　　从可以看出，采用二次槽角设计法，盘槽两侧边比一次槽角设计法产生的翘起高度降低了2~5mm从结构上保证了胶带不会再擦边，如果风量风压匹配恰当，则可完全消除胶带擦边现象。
　　以组合式气箱取代了整体式气箱，以科学合理的气箱断面取代了矩形断面，大大减少了气箱内的气旋涡流，提高了稳压效果。
　　气箱结构形式和气箱断面形状对气垫均匀稳定性、沿程阻力损失指标、耗气量等主要参数有重要影和设计参数的研究不够深入，致使气箱断面形状和气箱结构不合理。如第1代产品的气箱拼装采用插板连接，接合面往往有缝隙，漏气严重；气箱断面形状多为矩形或双弧面改进型，从、可以看出，这种断面形状不仅容易产生气旋涡流、沿程阻力损失大，而且在设计中没有考滤在盘槽上有气孔的宽度上应有较高的气箱净空，形成较大空间的特性，不能提供足够的气体，形成稳定的气箱压力，致使气垫均匀稳定性较差。
　　针对上述问题，第2代气垫带式输送机的气箱结构和气箱断面形状进行了全面创新。盘槽与气箱体是组合式的，既可采用可拆式联接，也可采用焊缝固接，满足不同环境的使用要求；气箱与气箱之间采用了内法兰联接，其间不仅设置密封垫，而且选用美国乐泰公司的新型硅橡胶密封胶。气箱拼接采用插板密宫式连接，同样以硅橡胶密封胶进行密封。不仅密封性能好，解决了气箱拼接漏气问题，而且还能吸收因温差而产生的线性伸缩量，消除了环境温差大所产生的气箱扭曲和起拱现象。气箱断面形状采用了有利于气体流动、减少气旋涡流和沿程阻力损失的特殊形状。气相断面是经过优化和模拟试验过的组合式断面，不仅稳压效果好、沿程阻力损失小，而且气旋涡流少，结构刚性强，抗扭抗弯性能好，制造、组装都较方便。实践证明，第2代产品的新型气箱结构比旧式气箱减小10%~15%的断面尺寸，耗气量降低15% ~20%，稳压效果提高20%~25%.34风源装置的创新首次采用分风分流装置和研制成功与气垫输送机运行工况相匹配的新型风机，大大提高了气垫输送机的技术性能。
　　风源装置是气垫带式输送机的关键技术它包含2个方面：与气垫输送机运行工况相适应的新型响。第4考虑制M厉对其功能》风机和J型供风风装匹配模型和软件。第1代产品正是缺少这2项技术或者这2项技术不完善，从而在使用过程中出现了一些问题。
　　对供风装置进行创新，采用对称供风方式，增设了稳压气箱和分风分流装置，气体从风机口流出，首先送入稳压气箱，使高速气流稳定下来，形成较为稳定的气压，再从稳压气箱的两侧，左、右风管对称送入气箱，再通过气箱内新增的分风分流装置疏导和分流，迅速充满气箱，形成稳定的气箱压力。
　　这套新型装置不仅减少了气箱内的气流干涉和气旋涡流，减少了沿程阻力损失，而且促进了气体在气箱内形成较为规律的流动，提高了气体动静压转化的效率，降低了风量损耗，节能效果比第1代产品提高采用与气垫带式输送机运行工况相适应的气垫机专用风机，取代普通离心风机，克服了第1代产品风量偏小、风压偏高或风量偏大、风压偏低等问题。
　　35清料装置的创新采用新型清料装置和有效的技术措施，消除了气垫层夹料和节流孔堵塞的问题，提高了运行的安全可靠性。
　　第1代气垫带式输送机常常出现气垫层夹料和气孔堵塞的问题。随着使用时间的增长，细碎物料和尘埃进入气垫层中，造成气孔堵塞和磨损盘槽等不良后果。气垫层夹料是由4方面原因造成的：细碎物料从输送机两侧进入气垫层；物料有粘性，粘接在胶带上，而清扫器的清扫效果又较差，从而由胶带带入了气垫层；下料段密封不严，有撒料现象，物料撒在回空段的胶带上，并粘附于胶带，加上空段清扫器的清扫效果不好，由胶带带入了气垫层中；岗位工常常用水冲洗输送机，有一定压力的水将细碎物料冲入了气垫层中。
　　解决气垫层夹料的方法如下：（1）在输送机两侧增设护板，避免细碎物料从上部进入气垫层；同时，工人冲洗输送机时，能将细碎物料档在外面，难以进入气垫层中。
　　清扫好输送机后，再开空车运行15 ~20mn便可将气垫层中的夹料由胶带带出，从而自动清除了气垫层中的夹料。
　　针对物料的物理特征和物料粘带的情况，采用不同的清扫器提高清扫效果。如将P型、H型合金铝清扫器配套使用；选用合金铝清扫器和弹簧清扫器，或与重锤刮板式清扫器组合使用；设置2~3副空段清扫器，或采用清扫效果更好的新型清扫器等措施，都可取得很好的效果。
　　对下料漏斗和密封装置进行创新，如采用2次卸载的靴形料斗和双重密封型导料槽以及增长导料槽长度等措施，防止撒料现象。
　　（5：新增漏料和储料装置，可从根本上解决气垫层夹料问题。其具体做法是，在离下料处8~10m的距离内设置漏料储料装置。这一装置装在气箱内，气垫层中的夹料其粒度较小，在气层压力作用下会自动汇入漏料储料装置中，从根本上消除了气垫层中的夹料，也就消除了气孔堵塞现象。
　　4结束语气垫带式输送机是较新型的连续输送设备，与常规托辊式带式输送机相比，因其所特有的承载、输送机理应能体现出其节能性、安全性、经济性和综合社会效益等几方面的优势。理论研究的深入以及制造能力的提高已使其在越来越多的行业中应用。
　　（编辑：刘芳）张琦（1962―）男，河南郑州人，河南省电力勘测设计院高级工程师，从事火电厂运煤系统设计方面的研究。
　　文灿湘（1941一），男，湖南宜章人，河南天隆输送装备有限公司总工程师，高级工程师，从事带式输送机设计及研究方面的工作。
　　对标管理的4种类型内部对标。其优点是分享的信息量大，内部知识能立即运用，但同时易造成封闭、忽视其他公司信息的可能性。
　　竞争性对标。与竞争对手对标能够看到对标的结果，但竞争对手一般不愿透露最佳案例的信息。
　　行业或功能对标。很容易找到愿意分享信息的对标对象但部分公司拒绝太多这样的信息交换。
　　与不相关的公司就某个工作程序对标，即类属或程序对标。相比而言，这种方法实施最困难。