旋渦氣泵在散裝水泥中轉站的應用

袁錫康 鄭春專

（杭州奧拓機電股份有限公司，浙江 杭州 311107）

1 概述

旋渦氣泵，又稱旋渦風泵、旋渦風機、漩渦風機、旋流風機、渦旋風機、渦流風機等，相關標準有輕工行業標準《水族箱用及類似用途旋渦式氣泵》（QB/T 4690-2014）和浙江制造團體標準《水族箱用及類似用途旋渦式氣泵》（T/ZZB 0115-2016 ）、《工業用及類似用途旋渦式氣泵》（T/ZZB 0137-2016）等。

旋渦氣泵是70年代國外發展起來的，用空氣作為工作介質進行增壓的裝置，國外稱為再生式鼓風機或反饋式鼓風機。因其本身裝有葉輪，且工作時依靠離心力和旋渦雙重作用原理，并不斷通過技術升級，先后發展成單段、雙段、三段葉輪的高壓風機，特別適合高壓縮比、低流量的場合使用，既可用來抽吸氣體，又可用于壓送氣體。雖然我國的研發起步較晚，但進入21世紀以來發展較快，制造企業眾多，已在農業、石油、化工、印刷、食品、服裝、醫藥衛生、環保等行業得到廣泛應用，可部分替代空氣壓縮機、羅茨風機、離心風機。

2 工作原理

當氣體從吸入口進入泵腔后，隨著葉輪的高速回轉，葉輪葉片槽道內的氣體在離心力作用下，向葉輪外緣的環形流道內流動，沖擊泵殼轉而向內流動，在其后葉片的根部處重新返回葉輪，然后再以同樣的方式循環。因氣體在葉片槽道內和環形流道內的圓周速度不同，故所受的離心力也不同。葉片槽道內的氣體在離心力的作用下甩向環形流道時其動能部分地轉化為壓力能，故環形流道內氣體的壓力能高于葉片槽道內的壓力能；這樣，氣體在葉片槽道與環形流道之間將產生強烈的環流，即縱向旋渦；借離心力增壓的氣體又因葉片兩側的壓力不同，其壓差將引起葉片槽道與側流道之間的環流，即徑向旋渦；其中，縱向旋渦的作用是主要的，在縱向旋渦的作用下，氣體從吸入口進至排出口的整個過程中，多次進入葉輪并從葉輪中甩出，即類似于氣體在多級離心式風機中流動，而氣體每流入葉輪并被甩出一次，就獲得一次能量。當氣體從葉輪流至環形流道時，即與環形流道中運動的氣體相混合，由于兩股不同速度的氣流在混合過程中產生動量交換，使流道中的氣體能量得到增加。這種環流作用與葉輪旋轉作用的合成，使氣體均勻地加速，并以螺旋線的形式流出；氣體從吸入口流到排出口需經多個葉片，即氣體循環多次地被吸入和甩出；氣體每經葉片甩出一次就獲得一次能量，經多次甩出相當于經多次壓縮，排出泵殼時已獲得較高的能量。由于單個葉輪可實現多級壓縮，因此，旋渦氣泵與離心式或軸流式風機相比，在葉輪外緣線速度相同的情況下風壓要高得多，故國外稱旋渦氣泵為高壓鼓風機。

3 產品組成、參數與特點

3.1 產品組成

旋渦氣泵由機身、機蓋、葉輪和電機組成。葉輪是一個外緣帶有數十片葉片的圓盤，與機身、機蓋組成同心流道。葉輪與機身、機蓋之間的間隙僅為 0.07～0.10mm。

3.2 產品參數

目前，常規產品的技術參數如下：

功率：0.2～30kW。

電壓：單相115/230V、三相220/380/415/660/720V。

頻率：50/60Hz。

最大排氣壓力：104kPa。

最大吸氣真空度：-74kPa。

最大流量：56m3/min。

噪聲：53～84dB。

防護等級：IP55。

3.3 產品特點

（1）具備吹、吸雙重功能，一機兩用。

（2）少油或無油運轉，輸出的空氣潔凈度高。

（3）輸出壓力高，比離心風機高12～17倍。

（4）對安裝基礎的要求低，甚至可以不用固定腳座，安裝方便、費用低。

（5）噪聲低，大功率機型尤其顯著，有特殊場合需要的可升級至靜音機型。

（6）機械磨損小，幾乎免維護使用，易損件僅為軸承，一般3～5年內無易損件。

（7）操作維護簡單。

（8）結構簡單、體積小、重量輕。

（9）耗能低、運行平穩。

（10）價格低廉。

4 選型與注意事項

4.1 選型

根據設計計算所需流量和壓力（正壓或負壓），查閱壓力-流量曲線，找到能同時滿足壓力和流量對應的工作點以上的工作曲線，或直接查閱技術參數表，確定型號規格。

4.2 注意事項

（1）大功率的旋渦氣泵底座需加裝橡膠減振墊。

（2）必要時，可在進風管或出風管上加裝消聲器降噪。

（3）進、出風管與旋渦氣泵之間應采用彈性軟接頭連接，以隔斷振動傳播。

（4）當環境溫度或進氣溫度較高時，應選用高溫機型并注意通風散熱。

5 旋渦氣泵在散裝水泥中轉站的應用

旋渦氣泵以其優異的性能和良好的性價比，在廣泛應用于各行業的同時，也逐漸被散裝水泥中轉站行業認識和接受。

5.1 在負壓氣力卸船機上的應用

對于散裝水泥中轉站，特別是小型河港站，以往選用負壓氣力卸船機的較多，旋渦氣泵在系統中替代羅茨真空泵起著重要作用。在該系統中，旋渦氣泵采用吸氣功能，最大吸氣真空度為-74kPa，足以適應各種內河船型和碼頭，將散裝水泥從船艙抽吸上岸。

5.2 在流化床上的應用

在散裝水泥中轉站的各類流化床中，旋渦氣泵是必不可少的。

（1）在輸送機之間的轉運點設置流化過渡小倉或流化集料坑，采用旋渦氣泵供氣，可有效穩定料流、減少取料阻力。

（2）在料倉底部設置流化床，采用旋渦氣泵供氣，可增強散裝水泥的流動性，增強其出力，提高料倉的卸空率。

（3）在庫壁設置破拱助流流化床，采用旋渦氣泵供氣，可有效防止堵料、拱料現象。

（4）在大型儲存庫上，為防止庫側發放散裝水泥而造成庫內水泥偏載，采取斜槽與開式充氣槽組合應用方式從儲存庫芯部取料的措施，采用旋渦氣泵供氣，出力穩定可靠。

（5）設置傾角過小的卸料溜子，在其底部加裝開式充氣槽，采用旋渦氣泵供氣，可有效消除堵料現象。

（6）在料倉出料口部位，物料含水率對排料性能較敏感，增設開式充氣槽，采用旋渦氣泵供氣，使出料口暢流無堵。

5.3 在庫底和庫側卸料中的應用

在庫底和庫側卸料環節中，采用旋渦氣泵對卸料裝置供氣，可使散裝水泥充分流態化，便于穩定料流并任意調節卸料流量。

5.4 在斜槽輸送系統中的應用

在斜槽輸送系統中，可替代羅茨風機和離心風機供風，特別適用于短小斜槽，可達到意想不到的效果。

（1）對于短小斜槽的供風，以前沒有合適的離心風機可供選擇，只能選用小型羅茨風機，但噪聲大、價格高。因此，相繼開發了XQⅠ№4.8A、XQⅠ№5.4A、XQⅡ№4.7A型高壓離心通風機，使用效果很好，但價格較高。改用旋渦氣泵，壓力、流量范圍正好適合，使用后的效果優于小型羅茨風機和XQⅠ、XQⅡ系列離心風機，且供氣裝置造價更低。

（2）大型斜槽的彎槽、多路槽，采用旋渦氣泵單獨供氣，能穩定出料，消除堵料現象。

（3）斜槽清渣器，采用旋渦氣泵單獨供氣，能有效分離小鋼球、小鋼段、石塊等雜物，有利于主斜槽的正常運行。

5.5 在工業清掃器和中央吸塵系統中的應用

（1）在工業清掃器中的應用。目前，工業清掃器已廣泛應用于材料制造行業，其真空動力即源自旋渦氣泵。散裝水泥中轉站配置工業清掃器，對生產線上環境要求較高的中控室、變電房等場所進行吸塵清掃已較為普遍，對防止粉塵二次污染起到了很好的作用。

（2）在中央吸塵系統中的應用。中央吸塵系統又稱中央除塵系統，由吸塵主機、吸塵管道、清掃終端的吸塵插口和吸塵組件組成。吸塵主機置于生產線上易于排灰之處，通過懸掛在梁底或墻上的吸塵管道網與各清掃終端相連。清潔工作時，將一根帶清掃手柄和吸嘴的長軟管插入吸塵口，操作清掃手柄，即可將灰塵、檢修產生的物料、雜物等通過密封真空管道吸到吸塵主機中，再將其自動排入生產線回用。只要吸塵主機能產生足夠真空度、布點和管網匹配合理，整個散裝水泥中轉站的任何點位和任意時點均可以全部或局部清潔，操作簡單、方便，避免粉塵二次污染和噪聲污染，確保了良好的生產環境。

吸塵主機的真空動力源一般采用旋渦氣泵。

5.6 在氣力輸送上的應用

旋渦氣泵對正壓輸送與負壓輸送均適用。

（1）旋渦氣泵對倉泵和噴射泵形式的正壓輸送均有良好的適用性。

（2）負壓輸送是依附旋渦氣泵運行所產生的真空度，來達到輸送粉粒物料的目的。上述的負壓氣力卸船機和中央吸塵系統也是負壓輸送的應用形式。這種輸送方式可以杜絕粉塵環境污染，改善工作環境。

5.7 在散裝機上的應用

（1）作為料位計核心部件使用。散裝機的料位計型式很多，但目前最可靠、性價比最高的是差壓式料位計，其核心部件之一就是旋渦氣泵，另一核心部件是壓力微動開關。其工作原理是：啟動裝車按鈕后，旋渦氣泵同時啟動，產生高壓氣體，氣體通過軟管流經壓力微動開關后，再通過軟管排入散裝水泥運輸車罐體內；當罐體料位升高至軟管管口后，由于氣體排放受阻，管內壓力逐漸升高至設定值后，壓力微動開關從常開切換至閉合，此時發出警報并自動停止裝車。

（2）作為鼓風機使用。不論是庫底散裝機，還是庫側散裝機，物料均需在庫底或庫側出料口進行流態化。另外，一般供料斜槽都比較短，但需要出力大。因此，兩者都需要供氣壓力相對較高和流量相對較小的供氣裝置，而旋渦氣泵正好符合這一要求。

5.8 在收塵器中的應用

對于高度受限的除塵器集灰斗，采用船型灰斗+開式充氣槽匯料+斜槽輸送方式，可有效降低設備高度，而采用旋渦氣泵供氣，則能在較小供氣流量的前提下，及時卸灰。即使除塵器故障停機在船型灰斗積滿灰的情況下，旋渦氣泵良好的高壓性能也能將積灰逐步清空。

6 結語

簡言之，大流量、大壓力選用羅茨風機，特大流量、小壓力選用離心風機，而中小流量、中高壓力選用旋渦氣泵更具優勢。在散裝水泥中轉站行業中，旋渦氣泵正完美地彌補羅茨風機、離心風機在使用性能上的不足，其應用將越來越廣泛，并將發揮越來越重要的作用。