劉建方，許 杰，張 寒

（北京航天石化技術(shù)裝備工程公司，北京 100176）

1 螺旋輸送機概述

螺旋輸送機是一種典型的具有螺旋形狀的輸送設(shè)備。螺旋是一個螺紋被放大、類似螺釘?shù)牧慵?，可能存在中心，也可能不存在中心。螺旋輸送機和電鉆有很多相似點，電機驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)，電機每轉(zhuǎn)一圈，鉆頭就移動一個螺距。螺旋輸送機的螺旋與電機連接后，螺旋兩端一般由軸承支撐，電機的扭矩通過耦合連接后傳輸?shù)铰菪员泸?qū)動螺旋旋轉(zhuǎn)。螺旋周圍使用一個管狀或U形槽作為輸送限制面，形成料槽[1]。粉狀、顆粒狀甚至不流動的物料沿著槽面被推動后前移。在料槽上面可以加蓋，也可以不加蓋，加蓋后可以使物料的輸送過程更清潔和更封閉。物料首先通過螺旋輸送機的入口，其次通過旋轉(zhuǎn)的螺旋，最后從出料端排出。根據(jù)不同的用途，螺旋輸送機可以水平、垂直或傾斜安裝。螺旋輸送機結(jié)構(gòu)簡單，用途廣泛。除了輸送片狀、粉狀、顆粒狀、條狀物料，還可以用作灌裝系統(tǒng)輸送機。小型輸送機主要用于輸送水泥和非流動介質(zhì)，大型輸送機主要用作農(nóng)用收割機。

2 水平螺旋輸送機

水平螺旋輸送機是螺旋輸送機中使用最廣泛的產(chǎn)品，設(shè)計簡單易用，主要用于工藝生產(chǎn)。在一些水平輸送機設(shè)計中，為了滿足使用需求，同時加入其他類型的輸送特征。水平螺旋輸送機可以在15%～45%的填充率下輸送物料。填充率指在給定輸送量條件下物料占據(jù)的槽空間與槽的全部空間的百分比。對于黏性大、不易流動的物料，采用較低的填充率；對于密度較小、自由流動性能好的介質(zhì)，可以采用較高的填充率。圖1為典型的水平螺旋輸送機配置，電機位于出料端，使用此種布局能夠減少螺旋的疲勞和磨損。對于能夠自由流動和非流動介質(zhì)，螺旋輸送機是一個成本和效益都不錯的選擇，僅次于傳統(tǒng)的帶式輸送機。螺旋輸送機也非常適合輸送物料的混合物。根據(jù)不同的環(huán)境，料槽可以開放、部分開放，也可以完全封閉。

圖1 水平螺旋輸送機

3 傾斜螺旋輸送機

傾斜螺旋輸送機的功能與大多數(shù)輸送機相同，但是在0°～45°之間傾斜布置（見圖2）。然而，傾斜螺旋輸送機的物料輸送過程大不相同，因為傾斜布置會降低輸送效率和通過螺旋的物料量，需要更寬的扭矩來推動物料通過輸送機，所以必須提出更嚴(yán)格的產(chǎn)品設(shè)計要求，提高輸送效率。傾斜角應(yīng)盡可能小，以最大限度地提高效率，并減小所需額外動力。

圖2 傾斜螺旋輸送機

小于10°的傾斜角對效率的影響最小，可以通過加快旋轉(zhuǎn)速度來補償輸送效率下降。10°～20°的傾斜角會使螺旋效率降低10%～40%，需要顯著提升功率來補償，從而降低效率。角度超過20°，效率降低30%～90%。效率主要取決于角度，角度增大，螺旋效率就會降低，功率需求顯著增加。傾斜10°或更大的角度，會使整個螺旋處在變截面填充率條件下輸送，即部分物料會在輸送過程中回落到輸送機的下端，在最低點達到100%填充率。傾斜螺旋輸送機通常應(yīng)用于水泥攪拌機、飼料分配、糖和肉類加工生產(chǎn)中。

4 無軸螺旋輸送機

無軸螺旋輸送機（見圖3）對傳統(tǒng)螺旋輸送機的螺旋作了改進設(shè)計，無軸螺旋允許介質(zhì)流動通過螺旋中心以及周圍，看起來是一個小改變，但在使用中產(chǎn)生了巨大的差異，因為它提高了螺旋輸送機的效率、靈活性，擴大了可輸送介質(zhì)的范圍。理論上，此種設(shè)備是不可能堵塞的，可以輸送通常不能由螺旋輸送機處理的物料，如濕度大或非流動的產(chǎn)品。輸送效率比其他輸送機高，甚至高過傳送帶，同時不需要內(nèi)部傳統(tǒng)軸承設(shè)計。此種設(shè)備經(jīng)常應(yīng)用于食品、化工、廢水、采礦和其他重要工業(yè)中。

圖3 無軸螺旋輸送機

5 垂直螺旋輸送機

垂直螺旋輸送機（見圖4）能夠輸送大量散裝產(chǎn)品，包括傾角大于45°的所有螺旋輸送機，主要用于干燥或者半干燥的物料，而且占用的空間很小。輸送機的進料方在很大程度上取決于輸送的物料，輕的材料不能單獨使用重力料斗，因此使用螺旋葉片吹動物料，提供物料流動動力。因此，垂直螺旋輸送機（見圖4）通常搭配這種葉片設(shè)計，以調(diào)節(jié)給料流量，確保物料均勻進入輸送機。同時保持垂直螺旋恒速運行，提高效率，降低功耗。垂直螺旋輸送機最常見的應(yīng)用領(lǐng)域是化工、食品以及采礦作業(yè)。

圖4 垂直螺旋輸送機

6 螺旋輸送機設(shè)計問題及建議

多數(shù)廠家在螺旋輸送機的選型和設(shè)計方面存在問題，造成輸送設(shè)備在使用過程中堵塞、快速磨損和設(shè)備效率低下等問題。很多制造廠家對螺旋輸送機中物料的流動性和細節(jié)缺乏基本的了解，認為物料運動過程很簡單，不需要豐富的理論知識就能設(shè)計生產(chǎn)出高效的螺旋輸送機，這是導(dǎo)致螺旋輸送機最終不能滿足使用需求的根本原因?！堵菪斔蜋C》（JB/T 7679——2008）對螺旋輸送機的制造進行了詳細的介紹，但是缺乏選型指導(dǎo)。為了購買合適的螺旋輸送機，購買者需要提供一些準(zhǔn)確的輸送要求和物性數(shù)據(jù)，包括物料小時輸送量、提升高度、輸送距離、物料名稱、密度、粘結(jié)、腐蝕性、顆粒大小、形狀等數(shù)據(jù)以及輸送量是否恒定。

在設(shè)計螺旋輸送機之前，設(shè)計人員需要掌握物料的一些性質(zhì)，這些物性參數(shù)將決定物料在輸送機中的傳輸效率，給設(shè)計人員提供輸送機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的選擇依據(jù)。物性參數(shù)包括物料黏性、顆粒大小、物料腐蝕性、物料是否在輸送過程中存在粘結(jié)和硬化、燃燒性、爆炸性、是否產(chǎn)生靜電、物料流動性?？梢允褂煤唵蔚姆椒y試流動性，把物料放在不銹鋼板上，然后嘗試推動物料前進，通過判斷物料是否容易運行、是否存在粘結(jié)，初步測試物料的流動性和黏性。只有基本掌握這些物性參數(shù)，才能保證生產(chǎn)出的輸送機能夠高效可靠地輸送物料。

通過用戶提供的質(zhì)量輸送量，計算出每小時需要的體積輸送量，采用輸送機選擇推薦的填充率，選擇正確的螺旋直徑，并確定輸送機額定轉(zhuǎn)速。最大輸送量通常與每個螺旋的直徑有關(guān)，也受螺距的類型、尺寸以及被運輸?shù)奈锪闲再|(zhì)影響。

物料顆粒直徑?jīng)Q定了螺旋輸送機的直徑，因為物料顆粒必須能夠通過葉片與料槽，較大的顆粒需要較大的螺旋輸送機直徑，較小的顆粒可以采用直徑較小的螺旋輸送機[2]。顆粒大小是由被輸送物料中最大的塊或片的最大尺寸決定的。測量粒度時，找到最大的塊或者片，測量最大輪廓尺寸。如果顆粒的形狀不規(guī)則（比如一邊比另一邊大），測量時選擇兩個中較大的。

物料的特性也必須考慮。有些物料有硬塊，在輸送時不會破碎。有些物料有相當(dāng)硬的部件，但在輸送時就會粉碎。了解這一點有助于設(shè)計人員更好地確定螺旋的尺寸。

輸送物料的密度主要用來確定螺旋輸送機的輸送能力。螺旋輸送機的輸送量以m3/h的體積量計算。多數(shù)用戶需要的輸送量是質(zhì)量輸送量，設(shè)計人員需要的是體積輸送量，所以設(shè)計人員需要把質(zhì)量輸送量轉(zhuǎn)化為體積輸送量，因此準(zhǔn)確的密度對確定螺旋輸送機的輸送量至關(guān)重要，否則，到現(xiàn)場后可能出現(xiàn)設(shè)備輸送能力不足的問題。

設(shè)計人員還需要知道物料的移動距離，以確定螺旋的長度和形式。用戶提供的數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，設(shè)備的安裝步驟越簡單。

螺旋輸送機如何給料和排料、在什么高度進料、進料料斗的大小和高度、排出溜槽的大小和形式等數(shù)據(jù)，對螺旋輸送機的設(shè)計也很重要。

除上述因素外，還有一些其他因素，包括螺旋輸送機的排料位置、物料出口是否需要安裝溜槽或者導(dǎo)流閥、料斗型式、蓋板形式、絕緣要求、采用有軸還是無軸設(shè)計、是否需要加熱或冷卻夾套等，這些問題在設(shè)計之前都需要考慮，以便能設(shè)計一個運行良好的螺旋輸送機。

7 結(jié)語

盡管詳細介紹了螺旋輸送機的類型和選型要素，但是螺旋輸送機的選型和設(shè)計是一項極其復(fù)雜的工作，需要用戶和設(shè)計生產(chǎn)單位深入溝通、多輪協(xié)調(diào)，才能使專業(yè)設(shè)計人員盡可能詳細、深入地了解用戶的需求和物料性質(zhì)，最終為用戶提供滿意的輸送機產(chǎn)品。