吳 瓊，鄭 頌，張來(lái)林，董曉歡，戚 浩

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,鄭州 450001；2.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司長(zhǎng)樂(lè)直屬庫(kù)，福建 長(zhǎng)樂(lè) 350217；3.中央儲(chǔ)備糧廈門(mén)直屬庫(kù)有限公司，福建 廈門(mén) 361026；4.中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司福建分公司，福州 350007）

淺圓倉(cāng)是中轉(zhuǎn)與儲(chǔ)備兼用倉(cāng)型，在我國(guó)30多年的應(yīng)用當(dāng)中，淺圓倉(cāng)因占地面積小、進(jìn)出糧操作快捷、機(jī)械化程度高、儲(chǔ)糧穩(wěn)定性好、節(jié)省人工等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)的青睞[1]，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)中的主流倉(cāng)型，也是現(xiàn)代化糧庫(kù)的重要標(biāo)志。

淺圓倉(cāng)儲(chǔ)糧具有糧堆大、糧層厚的特點(diǎn)，儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)及環(huán)流系統(tǒng)是保證淺圓倉(cāng)儲(chǔ)糧安全的關(guān)鍵技術(shù)和其它儲(chǔ)糧技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過(guò)通風(fēng)道及環(huán)流系統(tǒng)，可以對(duì)糧堆實(shí)施通風(fēng)降溫、補(bǔ)冷均溫、熏蒸殺蟲(chóng)和充氮?dú)庹{(diào)等多種作業(yè)，消除儲(chǔ)糧安全隱患、確保糧食的質(zhì)量與安全。在實(shí)際生產(chǎn)中，不同糧庫(kù)通風(fēng)作業(yè)的通風(fēng)效果與用電量相差極大，且通風(fēng)未達(dá)到預(yù)期效果的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。在淺圓倉(cāng)內(nèi)如何合理進(jìn)行風(fēng)道的設(shè)計(jì)與布置，已成為設(shè)計(jì)與建設(shè)單位亟待解決的難題。

儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)效果的評(píng)價(jià)關(guān)鍵在于風(fēng)機(jī)能否在克服通風(fēng)阻力的同時(shí)仍能保持一定的風(fēng)速帶動(dòng)空氣流動(dòng)，從而達(dá)到快速、節(jié)能和良好通風(fēng)效果的要求。通風(fēng)阻力受風(fēng)機(jī)參數(shù)、糧堆性質(zhì)、空氣在糧堆中的流動(dòng)特點(diǎn)等多種因素共同影響，因此在風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)了解糧堆的氣流規(guī)律以及不同因素間的相互關(guān)系對(duì)設(shè)計(jì)能否滿(mǎn)足生產(chǎn)需求至關(guān)重要。

1 糧堆通風(fēng)中影響各參數(shù)變化的因素[2]

1.1 糧堆通風(fēng)的氣流規(guī)律

在儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)過(guò)程中，通風(fēng)效果與電量消耗受流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。風(fēng)量與風(fēng)速的關(guān)系如下式所示：

式中：Q為糧堆通風(fēng)量，m3/h；F為與氣流方向垂直的糧堆截面積，m2；υ表觀為糧面表觀風(fēng)速，即空氣流出糧面時(shí)的速度，m/s。

由風(fēng)量計(jì)算公式可知，當(dāng)倉(cāng)房建成后，糧堆通風(fēng)的方式也隨之確定，糧堆通風(fēng)橫截面積為一定值，此時(shí)風(fēng)量與風(fēng)速成正比關(guān)系，即風(fēng)量越大、在糧堆內(nèi)的風(fēng)速就越大。

1.2 糧堆通風(fēng)的總阻力

在糧堆通風(fēng)時(shí)，需依靠風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)壓動(dòng)力來(lái)克服氣流穿過(guò)風(fēng)道及糧堆時(shí)產(chǎn)生的阻力。通風(fēng)的總阻力H總主要包括風(fēng)道阻力、穿孔阻力和糧層阻力，由下式計(jì)算：

式中：H總為通風(fēng)系統(tǒng)總阻力（Pa），隨通風(fēng)用途與糧堆高低不同而變，通常平房倉(cāng)不大于1 000 Pa，降溫通風(fēng)的H總由表1選定；H糧層為氣流穿過(guò)整個(gè)糧層時(shí)的阻力，Pa；H穿孔為穿過(guò)風(fēng)道表面篩孔的阻力，Pa；H風(fēng)道為穿過(guò)整個(gè)送風(fēng)道的阻力，Pa。

表1 降溫通風(fēng)的H總表

對(duì)小糧堆和薄糧層進(jìn)行通風(fēng)時(shí)，由于通風(fēng)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，常在工程上對(duì)通風(fēng)總阻力進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，主要計(jì)算H糧層，而忽略阻力值較小的H風(fēng)道、H穿孔。但在大糧堆和厚糧層進(jìn)行大風(fēng)量通風(fēng)時(shí)，糧層阻力、風(fēng)道阻力及穿孔阻力都會(huì)成倍增加，尤其穿孔阻力增加更急劇，從而使通風(fēng)量急劇下降，通風(fēng)預(yù)期效果大打折扣。根據(jù)張來(lái)林等[3]通過(guò)實(shí)驗(yàn)室糧堆通風(fēng)模型試驗(yàn)研究得出的通風(fēng)時(shí)不同地上籠（或地槽）通風(fēng)孔徑、穿孔阻力的變化，穿孔阻力可達(dá)通風(fēng)總壓力1/3以上，因此在大糧堆、厚糧層的通風(fēng)設(shè)計(jì)中不應(yīng)忽視穿孔阻力在通風(fēng)過(guò)程中對(duì)通風(fēng)量、通風(fēng)效果的影響。另外，儲(chǔ)糧通風(fēng)研究中還缺乏氣流通過(guò)篩網(wǎng)的穿孔阻力值的詳細(xì)資料，仍需進(jìn)一步研究，為儲(chǔ)糧通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1.3 糧堆通風(fēng)的糧層阻力

糧層阻力與風(fēng)速的關(guān)系如下式所示：

式中：H糧層為散裝糧堆的糧層阻力，Pa；h為糧層的厚度，m；υ表觀為糧面的表觀風(fēng)速，宜在0.01～0.15 m/s之間，m/s；β壓實(shí)為大糧堆、厚糧層的壓實(shí)系數(shù)，在1.2～1.5之間；a、b為與糧種等因素有關(guān)的阻力系數(shù)，不同糧食阻力系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 不同糧食阻力系數(shù)a、b

由糧層阻力計(jì)算公式可知，通風(fēng)時(shí)的風(fēng)速與糧層阻力成冪指數(shù)關(guān)系，倉(cāng)房堆裝糧食后，糧堆高度為一定值，公式中的系數(shù)a和b由糧種決定，糧堆風(fēng)速是決定糧層通風(fēng)阻力的唯一因素，風(fēng)速越大，阻力則越大。當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，糧堆通風(fēng)形成阻力較小，可使用小功率風(fēng)機(jī)，耗電量較低；當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，糧堆內(nèi)的阻力值以?xún)缰笖?shù)形式增長(zhǎng)，通風(fēng)時(shí)需要的風(fēng)機(jī)功率也逐漸增大，耗電量隨之上升。

1.4 糧堆通風(fēng)中風(fēng)量與風(fēng)壓的轉(zhuǎn)換

機(jī)械通風(fēng)時(shí)，空氣從通風(fēng)機(jī)獲得能量升高壓力，而通風(fēng)機(jī)本身則消耗外部供給能量才能運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給空氣的能量稱(chēng)為通風(fēng)機(jī)的有效功率N有效。由于通風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中軸承內(nèi)部有摩擦損失，空氣在通風(fēng)機(jī)中流動(dòng)也有能量損失，因此，實(shí)際消耗在通風(fēng)機(jī)軸上的功率（軸功率）要大于有效功率，軸功率N軸與有效功率N有效、風(fēng)量及風(fēng)壓間的關(guān)系如下：

式中：N有效為通風(fēng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給空氣的能量，kW；η風(fēng)機(jī)為通風(fēng)機(jī)實(shí)際效率，%；Q為通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量，m3/s；H為通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的全壓，Pa。

由風(fēng)機(jī)功率計(jì)算公式可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)功率一定時(shí)，其輸出的風(fēng)量與風(fēng)壓呈反比關(guān)系，即風(fēng)量與風(fēng)壓會(huì)相互轉(zhuǎn)換；在阻力較大的通風(fēng)場(chǎng)合，需要提高風(fēng)機(jī)風(fēng)壓而減小風(fēng)量，以維持風(fēng)機(jī)正常的工作。

綜上所述，在儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)過(guò)程中，當(dāng)倉(cāng)房和風(fēng)機(jī)確定后，糧堆通風(fēng)面積與風(fēng)機(jī)功率均為定值，通風(fēng)過(guò)程中的風(fēng)量與風(fēng)速成正比關(guān)系、風(fēng)速與風(fēng)壓（即阻力）成冪指數(shù)關(guān)系，而風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量與風(fēng)壓則呈反比關(guān)系，因此當(dāng)通風(fēng)阻力較大時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)為大風(fēng)壓、小風(fēng)量。

2 淺圓倉(cāng)內(nèi)風(fēng)道的布置

2.1 淺圓倉(cāng)風(fēng)道的布置形式

淺圓倉(cāng)內(nèi)沿中軸線(xiàn)方向通常布有3～7個(gè)卸糧口，因此通風(fēng)道大都在中軸線(xiàn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)布置。從1998年以來(lái)淺圓倉(cāng)中使用較多的通風(fēng)風(fēng)道種類(lèi)如圖1所示，兩組通風(fēng)布置形式的有放射形、梳子形和“圭”字形等風(fēng)道，四組通風(fēng)布置形式的有“豐”字形風(fēng)道和環(huán)形風(fēng)道[4]，生產(chǎn)中與風(fēng)道布置數(shù)對(duì)應(yīng)配備的有2臺(tái)或4臺(tái)風(fēng)機(jī)兩種通風(fēng)形式。

圖1 現(xiàn)有淺圓倉(cāng)使用的風(fēng)道形式

2.2 淺圓倉(cāng)不同通風(fēng)形式的比較

根據(jù)不同通風(fēng)道的布置形式，淺圓倉(cāng)儲(chǔ)糧通風(fēng)采用哪種風(fēng)道布置形式的通風(fēng)效果更好？尤其新建淺圓倉(cāng)的堆糧高度達(dá)20～30 m、倉(cāng)容量達(dá)10 000～20000 t，其單倉(cāng)容量遠(yuǎn)大于1998年建設(shè)的淺圓倉(cāng)，對(duì)儲(chǔ)糧通風(fēng)技術(shù)提出了更高要求。設(shè)計(jì)與使用者因擔(dān)心厚糧堆通風(fēng)會(huì)出現(xiàn)穿不透的現(xiàn)象，無(wú)法保證儲(chǔ)糧安全，認(rèn)為超大糧堆的倉(cāng)型需采用多風(fēng)道和多風(fēng)機(jī)的通風(fēng)模式，如四組獨(dú)立風(fēng)道或環(huán)形風(fēng)道的布置形式、使用4臺(tái)風(fēng)機(jī)通風(fēng)，但事實(shí)證明這是一個(gè)認(rèn)知誤區(qū)。

在淺圓倉(cāng)的通風(fēng)面積、堆糧高度和使用的風(fēng)機(jī)型號(hào)等參數(shù)都相同的條件下，從通風(fēng)時(shí)糧層阻力計(jì)算的表3中可看出，使用4臺(tái)風(fēng)機(jī)通風(fēng)產(chǎn)生的單位糧阻是2臺(tái)同類(lèi)風(fēng)機(jī)的2.498倍。使用2臺(tái)風(fēng)機(jī)通風(fēng)，即便是30 m堆糧高度的淺圓倉(cāng)，使用7.5 kW以下功率的風(fēng)機(jī)，糧層阻力不超過(guò)600 Pa；使用功率大于11 kW的風(fēng)機(jī)，其糧層阻力只有風(fēng)壓的1/2～2/3，因而風(fēng)機(jī)風(fēng)量和通風(fēng)效果不會(huì)因阻力值變化受到影響。使用4臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)淺圓倉(cāng)進(jìn)行通風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率大于11 kW時(shí)，糧層阻力接近風(fēng)機(jī)的全壓，且風(fēng)機(jī)功率越大、糧層阻力值越大，甚至超過(guò)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓值；依據(jù)風(fēng)機(jī)功率為定值時(shí)、風(fēng)量與風(fēng)壓轉(zhuǎn)換的流體力學(xué)原理，當(dāng)系統(tǒng)阻力隨厚糧層、高風(fēng)速急劇增大時(shí)，會(huì)促使風(fēng)機(jī)增大風(fēng)壓、降低風(fēng)量的轉(zhuǎn)換，尋求達(dá)到新的平衡點(diǎn)，以維持風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，代價(jià)是通風(fēng)效果顯著下降，從理論上解釋了使用多臺(tái)風(fēng)機(jī)后通風(fēng)效果沒(méi)有顯著增長(zhǎng)的原因。廣東新沙港糧庫(kù)淺圓倉(cāng)使用同類(lèi)型的2臺(tái)風(fēng)機(jī)與4臺(tái)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)比較試驗(yàn)的結(jié)果表明，4臺(tái)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效果并無(wú)顯著提高，但功率消耗卻增大1倍[5]。因此，新沙港糧庫(kù)從2000年使用淺圓倉(cāng)始，糧堆通風(fēng)一直采用2組風(fēng)道、2臺(tái)風(fēng)機(jī)的布置形式。

表3 不同通風(fēng)條件下的糧層阻力計(jì)算表

因此，應(yīng)用效果和計(jì)算結(jié)果均表明淺圓倉(cāng)內(nèi)布置2組風(fēng)道的方案要優(yōu)于4組風(fēng)道，其優(yōu)勢(shì)在于：①在淺圓倉(cāng)的兩側(cè)各建一組環(huán)流系統(tǒng)，整個(gè)設(shè)計(jì)所需的通風(fēng)口、風(fēng)機(jī)、谷冷設(shè)備等數(shù)量比4組風(fēng)道減少一半，降低建造成本；②單位通風(fēng)量少一半，通風(fēng)阻力小，降溫效果與4臺(tái)風(fēng)機(jī)相比無(wú)顯著差異，但耗電量減少一半；③用于氣體均布與糧堆內(nèi)均溫補(bǔ)冷兩種功能的環(huán)流管合并，簡(jiǎn)化環(huán)流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，且在使用谷冷機(jī)降溫或補(bǔ)冷時(shí)，2臺(tái)谷冷機(jī)與環(huán)流管、通風(fēng)口直接對(duì)接，操作快捷，能量損失小，冷卻效果更好。

根據(jù)淺圓倉(cāng)實(shí)際通風(fēng)作業(yè)時(shí)要求出風(fēng)面大、通風(fēng)阻力小、通風(fēng)效果好、施工管理方便、有利于倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)操作等特點(diǎn)，比較現(xiàn)有的風(fēng)道，從中選擇出“圭”字形風(fēng)道（圖1c）較為合適，其優(yōu)點(diǎn)在于：①支風(fēng)道為直長(zhǎng)管道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便；②風(fēng)道出風(fēng)面大、通風(fēng)阻力小，通風(fēng)降溫或冷卻的效果好；③采用倉(cāng)底的橫向通風(fēng)方式可消除倉(cāng)底中央部位的糧食積熱（圖2）[6]；④熏蒸殺蟲(chóng)時(shí)，可在主風(fēng)道內(nèi)實(shí)施風(fēng)道投藥，操作簡(jiǎn)單、補(bǔ)投藥方便。

圖2 采用橫向通風(fēng)方式消除倉(cāng)底中央部位的糧食積熱

3 淺圓倉(cāng)風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 從倉(cāng)門(mén)出糧的落地式淺圓倉(cāng)宜采用地槽風(fēng)道

為方便進(jìn)出糧操作，倉(cāng)內(nèi)無(wú)卸糧口、從倉(cāng)門(mén)出糧的落地式淺圓倉(cāng)，宜采用地槽風(fēng)道，與地上籠風(fēng)道相比，其優(yōu)點(diǎn)為：①地槽風(fēng)道不影響擋糧門(mén)的開(kāi)啟，縮短開(kāi)門(mén)時(shí)間；②地槽風(fēng)道不影響清倉(cāng)設(shè)備在倉(cāng)內(nèi)的出倉(cāng)作業(yè)；③地槽風(fēng)道雖在建倉(cāng)時(shí)投資較大，但有利于機(jī)械化出倉(cāng)操作、減少工人作業(yè)量，節(jié)省作業(yè)成本，隨著招人難、用工貴的矛盾更加突出后，地槽風(fēng)道的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。

3.2 避免采用窄風(fēng)道、小通風(fēng)口方案

在儲(chǔ)糧通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常選取較大單位通風(fēng)量(q值)，這樣設(shè)計(jì)的風(fēng)道出風(fēng)面較大：糧情正常時(shí)可采用小風(fēng)量通風(fēng)，通風(fēng)效果好、糧食失水少、還能達(dá)到節(jié)能目的；糧情異常時(shí)，可大風(fēng)量通風(fēng)，及時(shí)消除隱患，確保糧食安全。若設(shè)計(jì)時(shí)忽略生產(chǎn)中可能出現(xiàn)糧情異常情況，只考慮正常糧情采用小風(fēng)量通風(fēng)的情景，將淺圓倉(cāng)內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成窄風(fēng)道、小通風(fēng)口，在糧情異常時(shí)采用大風(fēng)量通風(fēng)，會(huì)出現(xiàn)通風(fēng)阻力大、時(shí)間長(zhǎng)、效果差的現(xiàn)象，還會(huì)給糧庫(kù)帶來(lái)較大地經(jīng)濟(jì)損失，也違背通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)單位在糧倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與使用方講明此方案的不合理性與存在的弊端。風(fēng)道寬度和通風(fēng)口大小與淺圓倉(cāng)直徑、堆糧高度有關(guān)，在采用2組獨(dú)立風(fēng)道布置時(shí)，建議風(fēng)道寬度≥500 mm，通風(fēng)口≥φ500 mm。

3.3 環(huán)流管布置的位置要靠近通風(fēng)口

在大糧堆、厚糧層的儲(chǔ)糧保管中，風(fēng)道通風(fēng)口與環(huán)流管配合使用，構(gòu)成淺圓倉(cāng)的通風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)作用下，借助于環(huán)流系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)化學(xué)藥劑、高濃度氮?dú)?、谷冷機(jī)冷氣在淺圓倉(cāng)內(nèi)的均勻分布，達(dá)到殺蟲(chóng)、補(bǔ)冷、均溫等目的，從而確保儲(chǔ)糧穩(wěn)定與安全。因此，在設(shè)計(jì)布置環(huán)流管安放位置時(shí)，要注意靠近通風(fēng)口，對(duì)于架空式淺圓倉(cāng)，尤其要注意倉(cāng)內(nèi)的環(huán)流管如何與倉(cāng)外的谷冷機(jī)等設(shè)備對(duì)接（圖3a），為此，在倉(cāng)下圍壁上開(kāi)窗（圖3b），方便倉(cāng)外設(shè)備與通風(fēng)口、環(huán)流管對(duì)接，這是是一種較好的設(shè)計(jì)布置方案。

圖3 淺圓倉(cāng)下圍壁上開(kāi)窗，方便倉(cāng)外設(shè)備與通風(fēng)口、環(huán)流管對(duì)接

另外，在入糧初期，采取開(kāi)啟風(fēng)機(jī)朝風(fēng)道送風(fēng)的作法，可減少在入倉(cāng)、糧食覆蓋風(fēng)道時(shí)雜質(zhì)對(duì)風(fēng)道表面篩孔的堵塞現(xiàn)象，提高作業(yè)時(shí)的通風(fēng)效果。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)糧通風(fēng)機(jī)械的阻力、風(fēng)速等通風(fēng)性能參數(shù)間的關(guān)系進(jìn)行定性分析，討論了儲(chǔ)糧通風(fēng)中風(fēng)速與風(fēng)壓的變化規(guī)律，并比較了不同風(fēng)道形式的通風(fēng)效果，得出淺圓倉(cāng)選用2組獨(dú)立的“圭”字形風(fēng)道布置形式更為合適。如要設(shè)計(jì)出高效的糧倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)，還需要對(duì)各種形式通風(fēng)進(jìn)行定量分析。以后準(zhǔn)備在通風(fēng)性能檢測(cè)裝置上，開(kāi)展對(duì)不同風(fēng)量下穿孔阻力的變化研究，為淺圓倉(cāng)風(fēng)道合理設(shè)計(jì)提供依據(jù)。