■ 胡寶林

〔北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京100052〕

軋花廠籽棉、皮棉輸送、通風(fēng)除塵等主要采用氣力輸送，通風(fēng)管道主要由薄鐵皮手工制作，因軋花生產(chǎn)線的復(fù)雜性，管道上有各種規(guī)格的彎頭。彎頭是管道產(chǎn)生局部阻力的主要原因，其阻力系數(shù)與彎頭的轉(zhuǎn)彎角度、轉(zhuǎn)彎方向、曲率半徑、彎頭節(jié)數(shù)等有關(guān)，輸送物料時還會產(chǎn)生附加阻力。如果制作不合理，會明顯增加阻力、增加能耗，甚至造成管道堵塞。制作彎頭所用的板材及厚度、磨損程度也與輸送物料的物理性質(zhì)、輸送風(fēng)速等有關(guān)，如果選擇不合理，則會加快彎頭磨損，甚至不到一個生產(chǎn)軋季結(jié)束就會被磨漏。雖然彎頭只是氣力輸送系統(tǒng)中的一個管件，但是其性能的好壞對整個管網(wǎng)都有很大的影響。本文依據(jù)通風(fēng)除塵與氣力輸送原理結(jié)合軋花廠機采棉生產(chǎn)線實際情況，對彎頭制作技術(shù)要點進行梳理與分析，供設(shè)備安裝及管道制作人員參考。

一、彎頭的阻力計算

彎頭的阻力等于阻力系數(shù)與管道動壓的乘積，阻力系數(shù)的大小與彎頭轉(zhuǎn)彎角度、曲率半徑和管道直徑之比值有關(guān)。特別要注意帶料輸送時，除了按純空氣輸送計算彎頭阻力外，還要計算彎頭的阻力附加系數(shù)，附加系數(shù)與彎頭的空間轉(zhuǎn)向有關(guān)，同樣規(guī)格的彎頭不同的空間轉(zhuǎn)向則系數(shù)差異較大。例如，水平轉(zhuǎn)向垂直向上的彎頭附加系數(shù)為2.2，而垂直向下轉(zhuǎn)向水平的彎頭附加系數(shù)為1.0。詳見表1。

（一）阻力系數(shù)

確定彎頭的阻力系數(shù)有兩種方法，一是查表法，二是公式計算法，兩者差異很小。查表法有一定的局限性，因為表中所列的都是一些常用的規(guī)格通過實驗取得的，而公式法可以計算任意規(guī)格的阻力系數(shù)，方便快捷。表2為常用規(guī)格彎頭阻力系數(shù)表，表3為相同規(guī)格彎頭用公式法計算的結(jié)果列表，兩者可以進行對照。

表1 彎頭局部阻力附加系數(shù)

公式法計算方法如下：

式中：

α—彎曲角，°；

R—曲率半徑，mm；

D—管道直徑，mm。

表2 實驗所得的常用彎頭阻力系數(shù)表

表3 公式法所得的常用彎頭阻力系數(shù)表

（二）阻力計算

1.輸送純空氣的彎頭阻力計算公式。

式中：

Hj—局部阻力，Pa；

ξ—局部阻力系數(shù)，查表或計算；

Hd—動壓，Pa；

ρ—空氣密度，1.205 kg/m3（20℃）；

ν—空氣流速，m/s。

2.輸送物料時的附加阻力系數(shù)。

式中：

Kw—彎頭局部阻力的附加系數(shù)；

μ—料氣混合比。

3.輸送物料時的阻力計算。

二、彎頭參數(shù)的確定

（一）彎頭的轉(zhuǎn)彎角度

彎頭的轉(zhuǎn)彎角度也稱彎曲角度，常用角度為30°、45°、60°、90°、120°等，角度越小，阻力系數(shù)越??；角度越大，阻力系數(shù)越大。例如，90°彎頭的阻力系數(shù)是60°彎頭1.3倍，是30°彎頭的2.2倍。

（二）彎頭的節(jié)數(shù)

因為軋花廠管道及彎頭一般都用白鐵皮制作，所以彎頭由多節(jié)構(gòu)成，顯然節(jié)數(shù)越多，彎頭弧線越圓滑，阻力系數(shù)越?。还?jié)數(shù)越少阻力系數(shù)越大。較少的4節(jié)，較多的10節(jié)，例如，4節(jié)彎頭的阻力系數(shù)是10節(jié)彎頭的1.2倍。為了便于氣流轉(zhuǎn)向減少阻力，要求彎頭兩端為半節(jié)，角度為中間節(jié)的1/2，而且要求中間節(jié)最窄處寬度尺寸不低于50 mm。以90°七節(jié)彎頭為例，要有五個中節(jié)（中間的）各15°，兩個端節(jié)（兩端的）各7.5°。其它角度的彎頭也要參照此法確定中節(jié)和端節(jié)。詳見表4。

表4 多節(jié)彎頭阻力系數(shù)表

（三）彎曲程度

彎頭的彎曲程度由曲率半徑大小來決定，曲率半徑是指從彎頭圓心到彎頭管道中心線的旋轉(zhuǎn)弧半徑，一般先確定曲率半徑是管道直徑的n倍，再根據(jù)n=R/D計算曲率半徑。曲率半徑越大彎頭阻力越小，曲率半徑越小彎頭阻力越大，例如，一個曲率半徑R=3D的90°彎頭，其阻力相當于6.5 m長等管徑直管道的沿程阻力，如果R=D，則其阻力相當于12 m長等管徑直管道的沿程阻力?？梢?，在條件允許的情況下應(yīng)盡量加大曲率半徑。具體倍數(shù)還要根據(jù)管徑大小、輸送物料情況、空間位置等確定，一般可取R=1D～10D倍。外吸籽棉管道混合比大、風(fēng)速高、重雜多，建議選擇R=4D～6D。

（四）彎頭的壁厚

輸送物料的管道彎頭很容易磨損，特別是密度較大的顆粒狀物料，其中含有高密度石子、泥沙等重雜的物料，在高速氣流帶動下沖擊到管壁，會促使管壁快速磨損，圖1、圖2就是軋花廠已磨損的管道彎頭。顯然，首先被磨漏的都是管道彎頭的外壁。

外壁易磨損的原因主要與氣流在彎頭中的運動軌跡有關(guān)。物料或雜質(zhì)密度遠遠大于空氣，物料或雜質(zhì)受自身慣性的影響很難急速轉(zhuǎn)彎，容易沖撞到彎頭外側(cè)的管壁上再折射下來，反而不易接觸到彎頭的內(nèi)壁，所以在彎頭外側(cè)有部分物料和雜質(zhì)會形成渦流，在彎頭內(nèi)側(cè)有部分氣流形成渦流，兩者都在消耗輸送的能量，這就是局部阻力，如圖3。

圖1

圖2

圖3

輸送純空氣或皮棉、短絨時彎頭可用1 mm左右的薄鐵皮制作，而輸送籽棉、棉籽或不孕籽棉等雜質(zhì)時應(yīng)使用3 mm左右的鐵板制作彎頭，必要時可以選擇耐磨性更好的不銹鋼薄板。

（五）彎頭的繪圖與加工

制作彎頭的關(guān)鍵在于畫出精準的平面展開圖。傳統(tǒng)的做法主要是憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)和算法手工操作，對于較薄的鐵皮，在鐵板上直接劃線或按預(yù)先制作的樣板劃線剪裁，手工打制或機械壓合；對于較厚的鐵板，選擇與管道等直徑的直管按角度劃線切割后再焊接成型。隨著計算機技術(shù)的普及和數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，應(yīng)使用鈑金展開軟件通過計算機自動繪圖，快速精準，其特點是繪制展開圖時不用任何復(fù)雜的計算也不用手工劃線，用激光切割機自動下料。總之，應(yīng)用鈑金展開軟件設(shè)計制作，還可以快速繪制各種復(fù)雜的異形構(gòu)件展開圖。圖4、圖5、圖6為應(yīng)用鈑金展開軟件繪制的管道十節(jié)彎頭構(gòu)件圖和中節(jié)、端節(jié)展開圖。

圖4 等徑任意角度多節(jié)彎頭

圖5 等徑任意角度多節(jié)彎頭/端節(jié)

圖6 等徑任意角度多節(jié)彎頭/中間節(jié)