螺旋輸送機的選型要素

劉建方，許 杰，張 寒

（北京航天石化技術裝備工程公司，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備。螺旋是一個螺紋被放大、類似螺釘的零件，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，電機驅動鉆頭旋轉，電機每轉一圈，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到螺旋，以便驅動螺旋旋轉。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，其次通過旋轉的螺旋，最后從出料端排出。根據不同的用途，螺旋輸送機可以水平、垂直或傾斜安裝。螺旋輸送機結構簡單，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輸送機。小型輸送機主要用于輸送水泥和非流動介質，大型輸送機主要用作農用收割機。

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品，設計簡單易用，主要用于工藝生產。在一些水平輸送機設計中，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，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，螺旋輸送機是一個成本和效益都不錯的選擇，僅次于傳統的帶式輸送機。螺旋輸送機也非常適合輸送物料的混合物。根據不同的環境，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，所以必須提出更嚴格的產品設計要求，提高輸送效率。傾斜角應盡可能小，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用于水泥攪拌機、飼料分配、糖和肉類加工生產中。

4 無軸螺旋輸送機

無軸螺旋輸送機（見圖3）對傳統螺旋輸送機的螺旋作了改進設計，無軸螺旋允許介質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，擴大了可輸送介質的范圍。理論上，此種設備是不可能堵塞的，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，同時不需要內部傳統軸承設計。此種設備經常應用于食品、化工、廢水、采礦和其他重要工業中。

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計，以調節給料流量，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用領域是化工、食品以及采礦作業。

圖4 垂直螺旋輸送機

6 螺旋輸送機設計問題及建議

多數廠家在螺旋輸送機的選型和設計方面存在問題，造成輸送設備在使用過程中堵塞、快速磨損和設備效率低下等問題。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計生產出高效的螺旋輸送機，這是導致螺旋輸送機最終不能滿足使用需求的根本原因。《螺旋輸送機》（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。為了購買合適的螺旋輸送機，購買者需要提供一些準確的輸送要求和物性數據，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、腐蝕性、顆粒大小、形狀等數據以及輸送量是否恒定。

在設計螺旋輸送機之前，設計人員需要掌握物料的一些性質，這些物性參數將決定物料在輸送機中的傳輸效率，給設計人員提供輸送機內部結構和材料的選擇依據。物性參數包括物料黏性、顆粒大小、物料腐蝕性、物料是否在輸送過程中存在粘結和硬化、燃燒性、爆炸性、是否產生靜電、物料流動性。可以使用簡單的方法測試流動性，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，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，才能保證生產出的輸送機能夠高效可靠地輸送物料。

通過用戶提供的質量輸送量，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速。最大輸送量通常與每個螺旋的直徑有關，也受螺距的類型、尺寸以及被運輸的物料性質影響。

物料顆粒直徑決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。有些物料有相當硬的部件，但在輸送時就會粉碎。了解這一點有助于設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。多數用戶需要的輸送量是質量輸送量，設計人員需要的是體積輸送量，所以設計人員需要把質量輸送量轉化為體積輸送量，因此準確的密度對確定螺旋輸送機的輸送量至關重要，否則，到現場后可能出現設備輸送能力不足的問題。

設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。用戶提供的數據越準確，設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據，對螺旋輸送機的設計也很重要。

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流閥、料斗型式、蓋板形式、絕緣要求、采用有軸還是無軸設計、是否需要加熱或冷卻夾套等，這些問題在設計之前都需要考慮，以便能設計一個運行良好的螺旋輸送機。

7 結語

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計是一項極其復雜的工作，需要用戶和設計生產單位深入溝通、多輪協調，才能使專業設計人員盡可能詳細、深入地了解用戶的需求和物料性質，最終為用戶提供滿意的輸送機產品。