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从1986年开始,河南天隆输送装备有限公司集中技术力量,致力于气垫带式输送机的应用研究,取得了显著的成果。1988年产品通过省级技术鉴定,1990年获得省级新产品开发奖,1995年获得国家级新产品证书。现在,本公司已形成气垫带式输送机系列化生产规模。带宽系列:B500、B650、B800、B1000、B1200、B1400、B1800、B2000、B2200、B2400;速度系列(m/s):0.8,1.0,1.25,1.6,2.0,2.5,3.15,4.0,4.5,5.0,6.0,长度可按实际需要订货。输送机布置型式完全执行《TD75型固定式带式输送机设计选用手册》和《DTⅡ型固定式带式输送机设计选用手册》的标准和规范。 第一代气垫带式输送机的使用,虽然基本能满足生产要求,但仍存在一些不足之处。针对第一代气垫带式输送机存在的气垫均匀稳定性差、沿程阻力损失大、节能效果不显著或根本不节能、重载起动困难或根本不能重载起动、漏风较严重、气垫形成不良等问题,公司组织技术骨干成立攻关小组,在气垫形成机理、设计理论、设计方法、结构型式、风源匹配、节流孔布置等方面进行了深层次的研究,并取得了重大突破。1993年研制成功了组合式气箱新型结构的气垫带式输送机, 1994年5月获国家专利(专利号93240784.6),并以专利技术为依据,研制成功了第二代气垫带式输送机—DD新型气垫带式输送机,经用户使用证明,效果甚佳。1995年获国家级新产品证书(证书号5611851630213),1996年国家科委成果办发文推荐在全国大力推广应用[详见(96)国科成办第151号]。 第二代气垫带式输送机的主要创新技术有如下几个方面: (1)设计理论的创新——以先进的水波纹气流流向理论取代了有较大局限性的扇形气流流向理论,气流的动静压转化更为科学合理,大大提高了气垫的均匀稳定性。 第一代气垫带式输送机采用的扇形气流流向理论,只考虑了气流横向和纵向的两种速度,并以此为依据得出扇形气垫层。试验得出,从盘槽节流孔中喷出的气体,速度高,第一阻力是胶带的垂直阻档,高速喷出的气流受到胶带垂直阻档,必然向四周扩散,形成以节流孔为风源中心的花瓣形气波。根据流体力学原理,盘槽与胶带之间的空气膜很薄,可近似地视为平行圆板间隙径向层流。由于节流孔孔径很小,只有2~6mm。当具有一定压力的空气从节流孔高速喷出时,气体分子具有很大的动能,加上气体分子的多向异速性,自由运动十分活跃。受到胶带垂直阻档后,必然向周围迅速扩散。与此同时,还将受到相邻节流孔高速喷出气流扩展气波的影响,恰似下雨时的雨点落在水面上,迅速形成水波纹向四周扩散,水波纹气波相互重迭,形成稳定的气垫层,称之为水波纹气流流向理论。当胶带不运行时,水波纹气波是以圆形为主体;胶带运行时,水波纹气波将沿胶带运行方向形成椭圆形;如图1、图2所示
图1 静态水波纹气垫 (见文章最终) 图2 动态水波纹气垫(见文章最终)
只要排距an和孔距en、孔径φn计算准确合理,三者之间相辅相成的数理逻辑处理妥当,风量和风压匹配与胶带及其物料形成的压力相适应,就一定能形成均匀稳定的气垫层,顺利完成额定输送量的连续输送。 水波纹气流流向理论,较为全面地考虑了气垫形成的诸多因素对气垫层的影响,客观、科学地反映了气垫形成机理和气垫输送机的运行工况,为耗气量、风量、风压、气垫厚度等设计参数的选定提供了新的理论基础,为节流孔布置型式提供了新的方法,为全面解决第一代气垫输送机存在的问题提供了切实有效的技术措施,为第二气垫带式输送机的研制成功提供了可靠的技术保证。 (2)节流孔布置的创新——以五点式节流孔布置法取代了一代产品的平行布置法,提高了气垫层的承载能力和超载能力,拓宽了气垫输送机的应用范围。 盘槽上节流孔布置方式对气垫带式输送机的技术性能影响极大。第一代气垫带式输送机基于扇形气流流向理论,采用节流孔平行布置法(图3),其致命的弱点是气垫均匀稳定性较差,从而导致节流孔堵塞,胶带与盘槽有局部摩擦,节能效果不明显,重载启动困难或根本不能进行重载启动。尤其是输送量大于800t/h时,磨损严重,难以满足输送要求。针对这些问题,经过两年多的试验研究,总结了一套新型的节流孔布置法——五点式节流孔布置法(图4)。从图中可以看出,这种布孔方式的排数是奇数,以盘槽纵向方向的中心线为对称中心线,全对称布置,孔径以对称中心向两侧逐步减小,适应了物料压力和胶带弯曲压力的对称变化规律。同时,以水波纹气流流向理论为依据,在两行排距(2an)和一倍孔距(en)的方形面积内,在矩形或正方形的四个角上钻孔,并还在对角线的交点上钻孔,形成规律性极强的五点式节流孔布置,使从节流孔喷射出的气流有规律的重叠成均匀的气垫层。试验得知,静态和动态下的气垫厚度变化不大,均匀稳定性良好,并且动态好于静态,验证了五点式节流孔布置法的科学合理性。正因为这一布孔方式适应了气垫输送的运行工况,从而确保了气垫的均匀稳定性,运行平稳可靠,有较强的超载能力,可轻易的直接进行重载启动。 (3)设计方法的创新——以二次槽角设计法取代了一次槽角设计法,气箱结构为科学合理。 file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg第一代气垫带式输送机采用一次槽角设计法,气箱断面形状不合理,装料断面偏小,耗气量偏高。尤其是盘槽与气箱侧板斜面不能紧密贴合,焊接应力大,焊接变形往往达不到精度要求,气箱成型精度低,致使气垫的均匀稳定性差(第一代产品可听见气流的啪啪声,就是气垫均匀稳定性差的突出表现)。第二代气垫带式输送机采用了二次槽角设计法,解决了第一代气垫带式输送机(目前国内外生产的气垫带式输送机,均系一代产品或一代改进型,都是采用一次槽角设计法,唯有我公司生产的产品是第二代气垫带式输送机)无法解决的胶带擦边现象,从而可延长胶带的使用寿命2~3倍。同时,气箱断面形状适应了流体的运行工况,科学合理,装料断面大,提高了输送能力,提高了运行的平稳性和可靠性,从而进一步提高了气垫带式输送机的技术性能和使用效果。(图片见文章最终) (4)气箱结构的创新——以组合式气箱取代了整体式气箱,以科学合理的气箱断面取代了矩形断面,大大减少了气箱内的气旋涡流,提高了稳压效果。 气箱结构型式和气箱断面形状,对气垫均匀稳定性、沿程阻力损失指标、耗气量等主要参数有重要影响。一代产品只考虑制作工艺简便,而对其功能和设计参数的研究不够深入,致使气箱断面形状和气箱结构不合理。第二代气垫带式输送机对气箱结构和气箱断面形状,进行了重大创新。盘槽与气箱体是组合式的,既可采用可拆式联接,也可采用焊缝固接,满足不同环境的使用要求;气箱与气箱之间的拼接采用了内法兰连接,其间不仅设置密封垫,而且施加新型硅橡胶密封胶。气箱拼接采用插板连接时,采取了与一代产品完全不同的连接方式,即采用插板迷宫式连接,同样以硅橡胶密封胶进行密封。不仅密封性能好,解决了气箱拼接漏气问题,而且还能吸收因温差而产生的线性伸缩量,消除了环境温差大所产生的气箱扭曲和起拱现象。气箱断面形状,采用了有利于气体流动,减少气旋涡流和沿程阻力损失的折线与圆弧相组合的气箱断面形状,不仅稳压效果好,沿程阻力损失小,而且气旋涡流少,结构刚性强,抗扭抗弯性能好,制造、组装都较方便。实践证明:二代产品的新型气箱结构,比旧式气箱减10~15 %的断面尺寸,耗气量降低15~20%,稳压效果提高20~25%。 (5)风源装置的创新——风源匹配是确保气垫均匀稳定性的关键技术之一。第一代气垫带式输送机的风源装置没有相应的分风分流装置,常常产生气流干扰和气旋涡流,沿程阻力损失较大。同时,风源匹配的计算公式不够完善,再加上选用9-26、4-68、CQ型等一般离心风机,其性能参数难以与气垫带式输送机的使用工况相匹配,不是风压偏高、风量偏小;就是风压偏低、风量偏大,致使气垫均匀稳定性较差,运行效果不良。我公司研制成功的新型分风分流装置,既可定量分风分流,又可按需调压。特别是研制成功了科学匹配风量风压的数学模型——依据物料的性质、粒度、输送量、输送速度、工作环境等因素,建立了成熟的数学模型,能较为准确的匹配风量和风压。加上我公司研制成功了与气垫带式输送机特性匹配良好的5-48、5-50、7-36、6-41、6-27等新型风机,从而大大提高了气垫带式输送机的技术性能。 (6)清料装置的创新——第一代气垫带式输送机使用时间稍长,往往不可避免地会产生气垫层中夹料问题,增加了盘槽和胶带的磨损,影响了气垫的均匀稳定性。有时甚至使部分节流孔堵塞,影响正常运行(英国西蒙公司的产品在大连港的使用中也出现了气垫层夹料的问题)。为了解决这一问题,我们首先增设了护板,防止了细碎物料从外部进入气垫层中。其次,采用新型清扫器或将弹簧清扫器与重锤式刮板清扫器配对使用,或多增设几组空段清扫器,提高清扫效果,防止细碎物料被运行的胶带带入气垫层中。 正是有了上述技术创新成果,第二代气垫带式输送机在技术性能、气垫均匀稳定性、节能效果、运行的平稳可靠性、设备使用寿命、综合经济效益等方面,比托辊带式输送机和第一代气垫带式输送机有了大幅度提高,经专家组鉴定确认,该国家级新产品居国内领先水平,其技术性能可与国际先进水平媲美,沿程阻力损失指标超过国外先进水平。
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