〔北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京100052〕

一、行業(yè)現(xiàn)狀

籽棉氣力輸送系統(tǒng)是指外吸籽棉或內(nèi)吸籽棉管道、卸料器、風(fēng)機(jī)、除塵器等。目前，由于種種原因，有些管道直徑、輸送風(fēng)速、籽棉輸送量、風(fēng)機(jī)選型等缺乏科學(xué)計(jì)算和測試，存在能源浪費(fèi)現(xiàn)象，因此，筆者以籽棉氣力輸送管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)為主線，從喂花口到旋風(fēng)除塵器，逐步進(jìn)行計(jì)算分析，供大家參考。

二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）籽棉輸送量

根據(jù)不同規(guī)格的軋花機(jī)組每小時皮棉產(chǎn)量或每小時成包皮棉數(shù)量、籽棉衣分率等可計(jì)算出應(yīng)滿足軋花生產(chǎn)的籽棉輸送量。例如5臺128片鋸齒軋花機(jī)組，按片時產(chǎn)量9.5 kg、臺時產(chǎn)量1 216 kg、籽棉衣分率38%計(jì)算，皮棉總產(chǎn)量6 080 kg/h，折籽棉16 t/h，即每小時生產(chǎn)皮棉27包。從實(shí)際情況看，平均衣分率在39%～40%，這里按38%計(jì)算更有保證。所以每班11小時生產(chǎn)皮棉297包是基本符合實(shí)際的。軋花機(jī)臺時產(chǎn)量是管道設(shè)計(jì)的主要計(jì)算依據(jù)，事實(shí)上軋花機(jī)的產(chǎn)量一般都控制在中等或略偏上水平，所以沒必要按軋花機(jī)的最高產(chǎn)量設(shè)計(jì)。

（二）混合比（μ）

混合比也稱輸送濃度、質(zhì)量濃度，是單位時間內(nèi)所輸送的物料量與空氣量的比值。籽棉氣力輸送屬吸運(yùn)式稀相輸送，混合比μ=0.5～10，具體數(shù)值根據(jù)所輸送物料的物理特性決定，據(jù)棉花加工教科書等資料介紹，籽棉氣力輸送的混合比μ=0.6～0.8。這里要注意，阻力系數(shù)與混合比有關(guān)，計(jì)算阻力系數(shù)時是先按純空氣計(jì)算的，算帶料阻力系數(shù)時必須再乘以個系數(shù)（1+Kmμ）或（1+KWμ），而且相同的彎頭轉(zhuǎn)彎輸送方向不同其阻力系數(shù)也是不同的。5-29系列高壓離心風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)就是全壓高，在風(fēng)機(jī)全壓允許的前提下可以適當(dāng)提高混合比，提高輸送能力降低能源消耗。所以可取0.8。

（三）輸送風(fēng)量（Q）

式中：

G—籽棉輸送量；ρ—空氣密度，1.2 m3/kg；μ—混合比，0.8；a—儲備系數(shù)。

因?yàn)樽衙掭斔土渴前窜埢C(jī)中高產(chǎn)量計(jì)算的，所以儲備系數(shù)不宜過大，一般可按1.05～1.1，本例選擇1.05。將上述數(shù)據(jù)帶入公式得，

目前軋花生產(chǎn)線一般都按兩條外吸棉管道模式配置，單管籽棉輸送量為總量的二分之一，所以按8 000 kg計(jì)算。在選擇風(fēng)機(jī)流量時會考慮到管道漏風(fēng)等問題，所以此處也可不加儲備系數(shù)。

（四）輸送風(fēng)速（v）

1.懸浮速度與輸送速度。

據(jù)20世紀(jì)80年代初《棉花加工》資料介紹，籽棉的懸浮速度為9.5 m/s～12.5 m/s，輸送速度為懸浮速度的1.9倍～2倍，籽棉輸送速度應(yīng)為18 m/s～24 m/s，由于當(dāng)初測試時都是手摘棉，而目前都是機(jī)采棉，回潮率、含雜率、衣分率等都變化較大，大量的現(xiàn)場測試證明，機(jī)采籽棉輸送速度應(yīng)在24 m/s～26 m/s比較經(jīng)濟(jì)適用，建議按24 m/s設(shè)計(jì)。

2.風(fēng)速與阻力的關(guān)系。

在軋花機(jī)產(chǎn)量、喂棉速度一定的情況下，單純的加大風(fēng)量、提高風(fēng)速會浪費(fèi)更多的電能或在軋花前形成溢流棉，做無用功，不利于生產(chǎn)線順暢運(yùn)行。根據(jù)流體力學(xué)原理，紊流狀態(tài)下，阻力損失與風(fēng)速的平方成正比，例如同樣一臺重雜分離器，如果正常風(fēng)速（24 m/s）下運(yùn)行其局部阻力小于300 Pa，但風(fēng)速提高到40 m/s時，其局部阻力將增加到800 Pa以上；如果本文例舉的籽棉輸送管道風(fēng)速從24 m/s提高到30 m/s，則管道總阻力將增加1 923 Pa，電機(jī)電流會顯著增大，也就是說，管道系統(tǒng)的壓損大小與輸送風(fēng)速直接相關(guān)。據(jù)測試有的籽棉輸送管道風(fēng)速達(dá)40 m/s以上，這是很不理性的，如果是因?yàn)榕渲玫娘L(fēng)量太大了，應(yīng)擴(kuò)大管道直徑，降低流速，從而減小壓損。因此，在排除風(fēng)機(jī)自身問題的情況下，如果籽棉輸送有問題應(yīng)重點(diǎn)查找管道問題、漏風(fēng)問題和混合比等問題，不應(yīng)盲目加大風(fēng)機(jī)型號或轉(zhuǎn)速。

3.漏風(fēng)問題。

筆者曾經(jīng)測試過某軋花廠，用75 kW電動機(jī)帶大風(fēng)機(jī)，結(jié)果遠(yuǎn)端的棉花還是吸力不足，軋花生產(chǎn)供不應(yīng)求。經(jīng)測試才發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量19 000 m3/h，而最遠(yuǎn)端僅剩7 600 m3/h，漏風(fēng)率60%?？梢?，采用大號風(fēng)機(jī)、大規(guī)格電動機(jī)來彌補(bǔ)管道漏風(fēng)的缺陷是不可行的，因?yàn)轱L(fēng)壓越大漏風(fēng)量也越大。

（五）管道直徑（D）

（六）風(fēng)機(jī)選型

風(fēng)機(jī)的兩個關(guān)鍵參數(shù)就是全壓和流量，全壓必須大于管道的所有壓損之和，流量必須考慮到管道、卸料器等難以避免的漏風(fēng)因素，都應(yīng)預(yù)留一些余量。

1.風(fēng)機(jī)全壓。

輸送管道、排塵管道的壓損由兩部分組成，一是沿程阻力，即直管道產(chǎn)生的摩擦阻力；二是局部阻力，即彎頭、三通、變徑管、卸料器、旋風(fēng)除塵器、重雜分離器等流體質(zhì)點(diǎn)劇烈變形或震動所產(chǎn)生的阻力。詳見圖1的工藝流程示意圖。

這些阻力系數(shù)和阻力都可以按有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算（過程略）。例如，經(jīng)計(jì)算管道沿程阻力2 930 Pa，局部阻力2 010 Pa，總壓損4 940 Pa，所選風(fēng)機(jī)全壓應(yīng)大于等于管道總壓損的1.15倍～1.2倍，按1.2倍計(jì)算，即風(fēng)機(jī)全壓不應(yīng)低于5 928 Pa。

2.風(fēng)機(jī)流量。

受管道連接法蘭盤制作精度、、密封材料、安裝精度等影響，管道接頭、管道與設(shè)備對接方式等難免有漏風(fēng)情況，為了使輸送管道風(fēng)量保持在設(shè)計(jì)風(fēng)量，要求全程總漏風(fēng)率不大于20%。因此風(fēng)機(jī)流量應(yīng)大于等于管道流量的1.25倍～1.3倍，按1.3倍計(jì)算，即風(fēng)機(jī)流量不低于11 375（m3/h）。

3.風(fēng)機(jī)功率。

圖1 外吸籽棉氣力輸送工藝流程示意圖

風(fēng)機(jī)的功率消耗與流量和全壓的乘積成正比，與風(fēng)機(jī)內(nèi)效率和機(jī)械傳動效率成反比。即可用公式計(jì)算也可查風(fēng)機(jī)手冊。計(jì)算公式為，式中η1為風(fēng)機(jī)內(nèi)效率，80%左右，η2為機(jī)械傳動效率，三角帶傳動0.95。

三、結(jié)論

通過對籽棉氣力輸送技術(shù)要點(diǎn)的研究，更加清楚的看到了生產(chǎn)實(shí)際中管道漏風(fēng)和能源浪費(fèi)問題比較嚴(yán)重，切忌盲目追求大號風(fēng)機(jī)、大功率電機(jī)、提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、提高輸送風(fēng)速，更不能人云亦云，經(jīng)驗(yàn)固然重要，科學(xué)理論必不可少。管道的設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)的選型必須根據(jù)軋花機(jī)組的最佳產(chǎn)量謹(jǐn)慎計(jì)算，即優(yōu)質(zhì)高效原則?？傊?，節(jié)能高效是根本，理論聯(lián)系實(shí)際是硬道理。