氣力輸送機

濾棒氣力輸送機是一種用於香煙過濾嘴棒自動輸送的煙草工業專用設備。它利用帶有沿圓周均勻分佈的縱向容納槽的發射輪，將上游存儲庫分配的過濾嘴棒逐支取出，並利用清潔壓縮空氣通過密封的金屬輸送管道，高速、自動、長距離地輸送到下游過濾嘴接裝設備上的濾棒接收裝置。其核心部件發射輪與密封弧塊之間的密封，是整個設備的關鍵技術之一。

逆時針旋轉的發射輪正下方有與之配合的密封弧塊，密封弧塊可以上下運動，處於工作狀態時上升至最上位置，其內弧面與發射輪外圓柱面配合，使容納槽封閉形成密封腔。密封弧塊底部有一個呈長腰圓形的配氣口，發射輪上每一個容納槽的端面都有一個壓縮空氣噴嘴，並且該噴嘴有一個較窄的配氣槽與發射輪外圓柱面連通。過濾嘴棒堆積在發射輪的上半部分，在重力、摩擦力和容納槽之間葉片的綜合作用下，過濾嘴棒能夠順利的落入容納槽中。發射輪左上方有一個同樣逆時針旋轉的剃料輥，並且其粗糙的圓柱表面線速度高於發射輪表面線速度 V0,其作用是保證每一個容納槽中最多隻能落入一支過濾嘴棒。發射輪後端面下方正中央，有一個近似方形的輸出口與密封的金屬管道相連接。當發射輪旋轉至配氣槽與密封弧塊底部的配氣口重疊時，壓縮空氣立即從噴嘴中噴出，容納槽中的過濾嘴棒在壓縮空氣的推動下，通過方形輸出口進入輸送管道，直至到達下游的濾棒接收裝置。

傳統的濾棒氣力輸送機採用接觸式密封方式，發射輪與密封弧塊之間的配合間隙 ，由於運動的發射輪與靜止的密封弧塊之間存在幹摩擦，也就必然存在零件的磨耗問題。為延長使用壽命，降低運行阻力，通常的做法是發射輪採用耐磨的淬硬鋼製造，而密封弧塊採用低摩擦係數的高分子材料，以犧牲密封弧塊的方式換取發射輪的較長工作壽命。過濾嘴棒在壓縮空氣的推動下高速射出時，也會造成密封弧塊表面的局部磨損形成溝槽。一般條件下，密封弧塊使用半年或者更短的時間就需要更換，造成設備的使用和維護成本偏高。另外，即使採用低摩擦係數的高分子材料來製造密封弧塊，作用在密封弧塊上的夾緊力也不能過大，否則會增大摩擦阻力，加劇磨損，這就需要在夾緊力的大小上作出讓步。由於設備運行時作用在密封弧塊上的壓縮空氣壓力存在脈動，實際情況是密封弧塊也會跟隨壓縮空氣的脈動而上下振動，這一振動有損設備運行的穩定性，阻礙設備工作效率的提高。本文所述的新型結構，將採用非接觸密封方式來解決密封和零件磨耗等一系列問題。

對於濾棒氣力輸送機來説，非接觸密封就是要消除存在相對運動的發射輪與密封弧塊之間因接觸而產生的滑動摩擦，從而達到從根本上解決密封弧塊磨損問題的目的。當間隙 δ>0，壓縮空氣泄漏量 qr 足夠小且能夠滿足工程要求時，就可以視為非接觸密封。將發射輪與密封弧塊之間的厚度為 δ 的圓弧空間區域展開。

平面縫隙流動模型。Y 軸上方的陰影區域表示以線速度 V0 運動的發射輪外圓柱表面，壓力 P1=P, P2=0, 壓差 P=P1-P2=P,Vy 表示壓縮空氣泄漏時的流動方向。由於發射輪和密封弧塊左右對稱，壓縮空氣從中間向左右兩側泄漏的流動方向 Vy 正好相反。根據流體力學中平面縫隙流動的流量公式：qr=B ( PΔδ3 ± V0 ),（式12μl 2中B 為垂直於 Vy 方向的寬度，在此可等效於發射輪的長度，l為沿運動方向的長度，可等效於密封弧塊的弧長，μ 為空氣運動粘度）當 V0 與 Vy 同向時，公式中±取+，相反則取－，在此可以知道公式後半部分的值為 0，即qr=B Pδ3 。受結構和工作條件的12μl限制，設計中只能通過儘量減小 δ 來達到減小 qr 的目的。因為 qr 與 δ 的 3 次方成正比，減小 δ 可以收到顯著的效果。

前支承輪、發射輪、後支承輪同軸佈置，發射輪兩端有伸出軸分別支承在前後支承輪內部的兩個超精密雙列圓柱滾子軸承上，實現發射輪徑向定位。由於該雙列圓柱滾子軸承外圈無擋邊，軸承內圈和滾子組可以相對外圈作一定幅度的軸向位移。發射輪軸向定位由前支承輪一端的伸出軸上一個雙列深溝球軸承提供，並能夠調節發射輪後端面與後支承輪之間的功能間隙大小。發射輪運轉的動力由後支承輪一端的伸出軸輸入。前後兩支承輪的外圓直徑與密封弧塊的內圓弧直徑均為a，發射輪直徑b 略小於a，非接觸密封的配合間隙δ=（a-b）/2。要保證可靠的密封，應儘可能減小配合間隙δ，否則會因為壓縮空氣泄漏量q_r過大而無法實現預期的非接觸密封。在工程應用中，考慮到相關各零件的加工誤差、裝配誤差、雙列圓柱滾子軸承迴轉精度等因素的影響，應使δ 取一個合理的數值。

非接觸密封要求配合間隙δ 數值極小且能夠維持恆定，這就要求發射輪有很高的幾何精度和迴轉精度，因此結構中採用超精密雙列圓柱滾子軸承作為其徑向支承。這種軸承的滾子與內外滾道的接觸為線接觸且滾子數量較多，與點接觸的球軸承相比，能夠提供更高的徑向剛度；而軸承內孔帶有1:12 的錐度，可以通過推動軸承內圈相對錐形軸頸移動來消除徑向遊隙，並且在滾子與內外圈之間產生預緊，其作用是通過增加徑向剛度來提高發射輪的迴轉精度。當軸承外圈滾道直徑d₁小於滾子組外切圓直徑d₂時，預緊便產生了。當密封弧塊在氣缸頂推作用下與前後支承輪緊密配合時，前後支承輪相對發射輪必然會產生微量的位移，這個位移必須小於δ，否則會破壞非接觸密封，具體表現為發射輪與密封弧塊接觸，摩擦會造成驅動電機過載和零件損傷。但軸承預緊量也不能過大，否則會增大軸承旋轉時的阻力和温升，影響軸承使用壽命。可以通過控制軸承內圈相對軸端的距離d₃來調節預緊量的大小。

當濾棒氣力輸送機正常工作時，密封弧塊在氣缸的頂推作用下與前後支承輪緊密貼合，並通過內外圓弧的幾何外形實現自動對中。機器工作時壓縮空氣作用在密封弧塊中央區域，產生向下的推力，因此密封弧塊必須有足夠的鎖緊力來保證可靠的密封。當機器停機或檢修時，密封弧塊需下落到最下方的極限位置。為實現密封弧塊升降運動和可靠的鎖緊，結構中採用了 3 個雙作用氣缸來實現密封塊的驅動。當機器處於待機狀態時，各氣缸的活塞桿都處於縮回狀態，接到 PLC發出的啓動信號後，閥島相應的閥片動作，中間與密封弧塊連接的小直徑氣缸活塞桿首先伸出，而且空氣壓力和流量可調節，以控制密封弧塊上升的力和速度，當密封弧塊接觸前後支承輪時，缸體外面的磁感應式接近開關檢測到活塞上的磁環併發出信號給 PLC，然後兩個並聯連接的大直徑氣缸同時動作，直至將密封弧塊鎖緊；下降動作過程則相反，兩個大直徑氣缸先啓動，當缸體外面的磁感應接近開關都檢測到活塞桿縮回到位之後，小直徑氣缸才開始動作。這樣的好處是，先用僅能克服密封弧塊重力的較小的推力使密封弧塊上升到位，既保證意外情況發生時操作人員的安全，又能最大限度的消除密封弧塊與前後支承輪的碰撞。兩個大直徑氣缸雖然氣路並聯，但由於活塞與缸體內壁的摩擦和粘滯作用，很難保證活塞桿伸縮完全同步，採用上述結構則很巧妙地迴避了要求同步的問題。

實踐證明，採用上述非接觸密封結構的濾棒氣力輸送機運行穩定可靠，壓縮空氣和電能消耗比較低，發射輪組件和密封弧塊實現了與整機同壽命設計，使用維護非常方便，可以為煙草行業用户帶來可觀的經濟效益。 ^[1] 

近十幾年來，移動式小型吸壓混合氣力輸送機( 吸糧機) 在國內得到了發展，並且在糧食流通領域以外的許多行業得到了發展，但在使用過程中也存在一些問題，尤其是氣力輸送機的組合分離器部分，存在功能簡單，應用範圍窄，僅適用於某種特定物料的情況。

1． 1 美國

美國克利斯坦森公司的吸糧機，其組合分離器部分稱為“克氏 AFS 專利氣流濾塵系統”: 該系統將旋流塵谷分離釜與過濾系統合為一體，主要功能是當高速氣流挾帶的穀物與灰塵雜質吸入設備時，灰塵雜質立即被濾塵系統收入除塵箱內，微孔管過濾系統的阻力僅為 1 英寸毫米汞柱，節能效果顯著，使得進入風機的氣流得以淨化，從而大幅度降低灰塵雜質對設備的磨損，延長設備使用壽命，保持設備性能的長期穩定。

1． 2 丹麥吸糧機技術

PAM 公司生產的吸糧機結構簡單 分離器採用重力旋風分離組合形式，除塵系統採用自然風反衝清理方式 結構簡單 性能可靠。

用於輸送物料的氣力輸送機中，有的排氣口、進氣口都能做功，集吸料、出料為一體，為吸壓混合氣力輸送機。它雖然解決了傳統單吸或單壓氣力輸送機物料輸送效率低，氣源不能充分利用的問題，傳統單吸單壓氣力輸送機都還存在着缺點。上述氣力輸送機因為分離器功能單一導致只能分離低濃度物料，必須控制入口氣體較小的含塵濃度。而且所有的氣力輸送機體積大，不便於移動到不同的工作場地實施作業。為了克服現有技術存在的問題，高性能吸壓混合氣力輸送機，它可分離高含塵濃度物料; 使其能適用於更多物料的輸送。高性能吸壓混合氣力輸送機，包括風機、分離器、吸料管、出料管; 吸料管的一端與分離器連接，另一端設有吸料嘴; 出料管的一端與風機的出風口連通，另一端設有出料口; 風機的進風口與分離器之間連通有進風管; 分離器包括一容積式分離器，容積式分離器的上方同軸設置一旋風分離器; 旋風分離器的外筒與容積式分離器的外殼體密封固接為一體，外筒上的進料口連接所述的吸料管; 旋風分離器內筒與外筒之間的環形內腔與容積式分離器的進料口相通; 旋風分離器內筒底部的排氣口連接高效濾袋的進氣口; 高效濾袋位於旋風分離器內筒裏; 旋風分離器的外筒頂部設有可打開的密封頂蓋; 容積式分離器底部的出料口連接具有密封功能的旋轉供料器的進料口，旋轉供料器的出料口與出料管連通; 濾袋的上部安裝有脈衝清灰系統的噴吹閥，該噴吹閥與脈衝控制儀電連接; 風機、旋轉供料器的驅動電機均與主控制操作系統電連接。

該吸壓混合氣力輸送機中，旋風分離器的內筒底部的排氣口上覆設有隔離柵，隔離柵上均勻設有多個通氣口。隔離柵由若干個同心設置的環狀整流板和連接在整流板之間的連桿組成，通氣口為各環狀整流板之間的間隙。

新型高效組合分離器技術，應用於中小型移動式氣力輸送機( 吸糧機) 取得了良好的效果，先後在廣州四會碼頭吸卸玉米、小麥和石灰粉取得了成功，在山東煙台輸送石油焦粉獲得了成功，在山東青島裝卸粉煤灰和水泥完全滿足生產需要，試驗應用表明，該組合分離器技術能夠滿足從顆粒到粉體的多種規格物料的吸卸。效果評價: 分離器集合旋風分離、容積分離、濾袋過濾多種分離過濾技術於一體，從而具有處理和分離高濃度物料的能力，適應多種物料和工況，解決了傳統分離器只能分離低濃度含塵物料的缺點，可分離含塵濃度達50 以上的物料;而且體積小;具有可移動功能，解決了傳統的物料機械輸送方式不能實現的任意工作點工作和空間佈置難題; 尤其適用於顆粒粉體長距離輸送的工況。可用於化工、電力、醫藥、建材、食品等多領域，並能滿足高温和特殊氣體要求。

移動式吸壓混合氣力輸送機是一門綜合的技術，涉及多種技術和設備，組合分離器技術是其中的一個環節，並隨着不同的物料和用户參數的不同而變化，因此研究和掌握物料特性和組合分離器設計計算技術更為關鍵。國際國內有很多成功的產品，各有特點和優勢，其成功的因素就是掌握了特定物料的性質，但應用受限也源於多種物料特性和氣力輸送特性掌握的不夠。因此，要掌握先進的技術並得心應手的應用於實際工程中，還有很長的路要走。 ^[2]