气动输送系统模块设计计算

  饵料的最大输送量是确定气力输送能力的基础数据，池塘养殖生产规模决定了饵料的需求数量，由于在不同生产时期投饵率不同，因此应该按照饵料需求量最大量作为输送能力依据。池塘成鱼养殖生产水平每亩鱼产量在1000kg左右，按照日投饲率3%计算，6口池塘21.6亩每日投放饵料数量合计为648kg。若每日投饵3次，每次投饵量为216kg。

  3.1气流速度在风机工作时，实测空气流量Q的条件下，计算出输料主管气流速度：V气2=12.01m/s；供料器出口连接管道气流速度：V气1=6.687m/s。利用经验公式估算主管气流速度：V气=11.08m/s；悬浮速度Vf=7.016m/s；进料口速度V1=8.42m/s；末端速度V2=10.81m/s；平均速度Vm=8.91m/s。

  在供料处物料进人输送系统，为了使物料起动，从零到达稳定速度，必须消耗一定的气流能量，即产生一定的压力损失。压送式，起动压力损失按下式计算：

  式中：β0起动阻力系数；ρ气进气口气体密度；V气进气口气体速度代入，由此ΔP起可由下式表示：

  ①输送类型。根据水产养殖饵料的性质特点以及饵料输送作业实际要求，适宜采用低压稀相压运输送方式。气力压运方式具有由一处向多处供料、去向灵活、适用于长距离输送等特点。

  ②输料管道。输料管道是用来输送饵料的通道，在本系统中分为3段连接，第1段是连接在供料器与工料主干管的，这一段选用内经55mm的塑料硬管，过渡部分采用内经63mm塑料软管。第2段为供料主干管与各分料阀之间连接，选用内经为47mm的塑料硬管。第3段是由分料阀分料管与投饵机卸料器之间的连接，选用内经50mm塑料软管连接。

  ΔP沿是纯空气沿等截面水平直管运动时的压力损失，采用中低压气力输送即压缩空气压力小于100kPa。由于管道内压力损失较小，气体密度在工作过程中的变化可以认为是常数，沿程阻力可按下式计算：

  式中：P1管道始端的空气压力，Pa；P2管道终端端的空气压力，Pa；ρ气管道中气体密度，kg/m3；D管道内径，m；λ气体在直管段中摩擦阻力系数。

  试验地点安排在本所淡水试验站养殖池塘，池塘为3排每排有2口共计6口池塘，每口池塘面积约为3.6亩，试验区6口池塘合计面积为21.6亩。气力输送输料管道合计直线米，有一处转弯，整个管线基本为水平布置。

  本系统通过一条管道向6口池塘输送饲料，具体是在每口池塘选定饵料投喂点设置饵料储存与投放设施，输料管道通过饵料投喂点时串接三通分料阀，当需要向某投喂点输送饵料时将分料阀置于分料位置即可向该投喂点输送饵料。因为使用了“干管直通滑块式阀芯分料阀”进行分料，串接的分料阀在直通状态时相当于直通管道，不存在变径和转向以及空间的变化问题。

  3.2输送能力分析显而易见，当气源压力ΔP过低时进行长距离输送效率会一下子就下降，提高ΔP会使输送能力增强。由以上分析能够正常的看到在ΔP为17kPa时，输送能力是ΔP为14kPa时的1.78倍，在ΔP为20kPa时，输送能力是ΔP为14kPa时的2.27倍。在本试验系统中最长输送距离均在200m之内，因此在鼓风机工作所承受的压力ΔP=14kPa的条件下，物料输送量满足生产要求。

  ③供料装置。为做到饵料的正常定量输送减小饵料的破碎率，我们采用了串联式2级供料的形式，在第一级装置先控制饵料的供应量，使其保证在合理的流量范围。第二级应用叶片旋转式关风器实现气体隔离。在关风器工作时，控制第一级的供料量，不能将饵料填满关风器的进料口，防止叶片旋转碾压剪切而破碎。

  ④风机的选用。经实际测试在运行压力为14kPa时风机的风量为75m3/h。在选择风机时，其风量除了应满足公式计算的输送风量外，还应考虑输送系统的漏风量，一般应增加10～20%的裕量。

  在主输料管道中的V气值均大于各项估算值，可以证实物料输送会正常运行。供料器出口连接管道管道直径较大，实际流速V气1=6.687m/s低于估算的悬浮速度估算Vf=7.016m/s。在实际运行中如果加大供料量就会发现，在供料器出口管道连接的内经扩张处有输送物料滞留积存情况。据需观察当物料堆积到某些特定的程度时，堆积的物料又会被吹扫干净，若长时间运行这种现象会反复出现。

  2.2.3压力损失与物料流量在输送管中两相流的压力损失，主要有下列几部分：空气和物料在水平输料管中的压力损失；空气和物料在垂直输料管中的压力损失；物料加速时引起的压力损失；弯头等管件处的压力损失；压缩机、接管等设备引起的压力损失；料气分离等设备的压力损失。

  在选用气源机械时要最大限度地考虑管线布局，最好能够降低管道的转弯、变径，努力将管道的当量长度L将为最小，以减小管道内压降。要根据最后核算的管道当量长度，选取比较合适工作所承受的压力的气源机械设备。

  输料管道直径D也是影响气力输送状态的重要参数，以上分析均在输料管道直径不变的条件下进行的，若有条件对不同管径情况下工作状况做分析，会更有利于系统的优化设计。

  式中：V气空气流速，m/s；α1颗粒系数；ρm物料密度，kg/m3；β物料特性系数；L输送管的当量长度m，当L小于100m时可忽略不计。

  由上式能够准确的看出，物料起动的压力损失ΔP起与物料浓度μ成正比。以下分别以2.2.2中在不同当量长度下计算出的浓度μ值代入上式，分别计算出与其对应的ΔP起值。

  在本输送系统的管道中总压力损失ΔP总等于ΔP起与ΔP平之和，由于ΔP起相对ΔP平的数值很小，因此能认为ΔP平近似为管道总压力损失，以此为依据选择鼓风机设备。为了能够更好的保证系统安全运作，在具体选择鼓风机时可选定适当的安全系数。

  ⑤输送能力估算。为了充分的发挥出气力输送的优势，在较短的时间内完成对各目标投料点位的饵料输送，规定每个目标点位输料时间不超过8min，因此，可以算得设备输送能力应为432kg/h。

  式中：GS——物料的质量流量，kg/h；Ga——气体的质量流量，kg/h；低压稀相输送系统的输送浓度一般选择1～5的较低的范围比较合适。

  在本系统中输送管线主要以水平管与转弯管道为主，因此将全部管线换算成当量长度用水平输料管压力损失经验公式计算。经验公式如下：

  式中：ΔP平气体和物料在水平直管运动中的压力损失，Pa；ΔP沿纯气体沿水平直管运动的压力损失，Pa；μ混合比。

  K由试验验确定的阻力系数，与气流速度、物料颗粒形状大小、物理性质及管径等有关。可按下式估算：

  表1为在气源压力ΔP=14kPa情况下，当量长度与压损及输料能力计算结果。

  2.3改变压力参数估算输送能力以上物料输送能力的计算均以鼓风机工作所承受的压力ΔP=14kPa为门槛，由于气源压力是影响物料输送能力的主要的因素，因此进行不同压力下输送能力的估算，对合理设计整个气力输送系统是非常必要的。图1是ΔP=14kPa，17kPa，20kPa条件下，当量长度L与混合比μ的对应关系。

  式中：V2末端速度，m/s；G输料量t/h；Q空气流量，m3/h；D管道内经，m。

  式中：Vf悬浮流速，m/s；dmax最大的物料颗粒直径，m；ρs物料密度，kg/m3，对选定的颗粒饵料ρs=378kg/m3；ρa空气的密度，kg/m3。

  气力输送是借助空气或气体在管道内流动来输送干燥的散状固体粒子或颗粒物料的输送方法，在水产养殖生产中应用气力输送与投放饵料将是实现水产养殖生产的设施化、自动化的重要措施。我们依据气力输送技术原理结合我所淡水试验站的真实的情况，采用稀相低压正压气力输送基本形式进行了“单道多工位气力输送饵料投喂机系统”设计，实现养鱼饵料单管道输送作业与远程输送。