CN108910539A - 一种带有能量回收功能的节能气力输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有能量回收功能的节能气力输送系统，包括输送管道、安装于输送管道一端的鼓风机、安装于输送管道上并靠近鼓风机的送料罐、安装于输送管道内并位于送料罐和鼓风机之间的空气扰流组件以及电连接于空气扰流组件的能量回收装置；空气扰流组件包括固定连接于输送管道内的压电翅片杆以及连接于压电翅片杆的多个柔性压电翅片；每一柔性压电翅片通过电源线连接于能量回收装置。节能气力输送系统利用输送管道内扰动的空气流驱动柔性压电翅片发生摆动，一方面能够有效的减小空气输送速度和降低气力输送系统的压力损失；另一方面能够通过摆动的柔性压电翅片产生的动能转化为电能，进一步提高了节能气力输送系统的能量利用率。

Description

一种带有能量回收功能的节能气力输送系统
技术领域
本发明涉及气力输送系统，尤其涉及一种带有能量回收功能的节能气力输送系统。
背景技术
气力输送是指在密闭的管道中借用空气动力沿气流方向使固体颗粒悬浮并进行输送，广泛的存在于能源、化工、食品、制药等工业领域。在工业实际生产中，气力输送系统容易发生堵塞，提高输送速度可以有效的防止这种现象的发生，但过高的输送速度容易导致输送管道磨损和输送颗粒品质等级降低的问题，更重要的是造成输送系统的能量损失。
已有的研究表明气力输送系统运行中的能量损耗正比于压力损失与输送速度。为实现高效气力输送系统设计，减小压力损失和降低空气输送速度具有重要的意义。为了降低气力输送系统运行中的能量损耗，对管道内的空气流施加扰动是一种有效的方法。传统的做法在管道内生成螺旋流、射流或者旋涡流，这些做法虽然能够减小输送系统的压力损失和空气输送速度，但是产生的空气扰动需要额外的能量来提供，整体运行中的节能效果并不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带有能量回收功能的节能气力输送系统，利用输送管道内扰动的空气流驱动柔性压电翅片发生摆动，一方面能够有效的减小空气输送速度和降低气力输送系统的压力损失，减少了气力输送系统的能量损耗；另一方面能够通过摆动的柔性压电翅片产生的动能转化为电能，进一步提高了节能气力输送系统的能量利用率。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种带有能量回收功能的节能气力输送系统，包括输送管道、安装于输送管道一端的鼓风机、安装于输送管道上并靠近鼓风机的送料罐、安装于输送管道内并位于送料罐和鼓风机之间的空气扰流组件以及电连接于空气扰流组件的能量回收装置；所述空气扰流组件包括固定连接于输送管道内的压电翅片杆以及连接于压电翅片杆的多个柔性压电翅片；每一所述柔性压电翅片的正、负极引线分别经由压电翅片杆的两端引出并通过电源线连接于所述能量回收装置。
相较于现有技术本发明具有如下有益效果：本发明的节能气力输送系统通过鼓风机为输送管道提供动力源，鼓风机将高速空气送入输送管道内，空气扰流组件的多个柔性压电翅片在输送管道内的高速气流作用下于垂直空气的流动方向上下摆动，实现对空气流的扰动，无须消耗额外的能量，并且扰动后的空气流产生较强的垂向速度；送料罐中的物料颗粒在自身重力作用下滑落至输送管道内，节能气力输送系统通过高速气流的作用实现物料颗粒的输送；柔性压电翅片对垂向的气流速度具有增强作用，使得物料颗粒更容易悬浮和加速，输送管道底部的粒子浓度变小；在同等颗粒输送条件下，能够有效的降低气力输送系统的压力损失和减小空气输送速度，减少了气力输送系统的能量损耗。另外，多个柔性压电翅片采用压电材料制作而成，每一柔性压电翅片电连接于能量回收装置，多个柔性压电翅片将上下摆动产生的动能转化为电能，该电能存储至能量回收装置，能量回收装置给节能气力输送系统提供工作能力，进一步提高了节能气力输送系统的能量利用率，系统整体运行的节能效果明显提升。
优选的，所述输送管道呈水平、倾斜或者弯曲形式的安装结构。
优选的，所述送料罐通过一输料管连通于所述输送管道，所述输料管倾斜安装于输送管道上，输料管的上端偏向于所述鼓风机。
优选的，所述柔性压电翅片可拆卸地连接于所述压电翅片杆。
优选的，多个所述柔性压电翅片的总宽度小于所述输送管道的内径。
优选的，任意相邻的所述两个柔性压电翅片之间的间距与柔性压电翅片的宽度之比为1∶1.5-1：3。
优选的，所述柔性压电翅片的数量为四个。
进一步的，所述能量回收装置包括放大整流电路和能量存储装置。
优选的，每一所述柔性压电翅片的长度大于三倍的输送管道内径的长度。
优选的，所述柔性压电翅片采用的压电材料为聚偏氟乙烯PVDF高分子膜。
附图说明
图1为本发明一种带有能量回收功能的节能气力输送系统的示意图。
图2为本发明中空气扰流组件连接于能量回收装置的示意图；
图3为柔性压电翅片未发生摆动时的结构示意图；图3中：翅片长度-L、翅片宽度-d2、相邻翅片间距-d1以及翅片总宽度-d。
图4为在同等颗粒输送条件下，有、无安装柔性压电翅片的气力输送系统的压力损失示意图；
图5为安装柔性压电翅片前、后系统的粒子浓度分布图；
图6为柔性压电翅片产生的功率密度与变化的输送空气速度的关系示意图。
图中：1-输送管道、2-鼓风机、3-送料罐、4-空气扰流组件、41-压电翅片杆、42-柔性压电翅片、5-能量回收装置、6-节流阀、7-输料管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明，而非对本发明的保护范围限制。需要理解的是在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参阅图1至图3，本实施例中的一种带有能量回收功能的节能气力输送系统，包括输送管道1、安装于输送管道1一端的鼓风机2、安装于输送管道1上并靠近鼓风机2的送料罐3、安装于输送管道1内并位于送料罐3和鼓风机2之间的空气扰流组件4以及电连接于空气扰流组件4的能量回收装置5。空气扰流组件4包括固定连接于输送管道1内的压电翅片杆41以及连接于压电翅片杆41的多个柔性压电翅片42。每一柔性压电翅片42的正、负极引线分别经由压电翅片杆41的两端引出并通过电源线连接于能量回收装置5。本发明的节能气力输送系统利用输送管道1内扰动的空气流驱动柔性压电翅片42发生摆动，一方面能够有效的减小空气输送速度和降低气力输送系统的压力损失，减少了气力输送系统的能量损耗；另一方面能够通过摆动的柔性压电翅片42产生的动能转化为电能，进一步提高了节能气力输送系统的能量利用率。
本实施例中，输送管道1呈水平形式的安装结构。当然在其他实施方式中，输送管道1亦可以呈倾斜或者弯曲形式的安装结构，使得输送管道1可以适应不同的使用场景，提高了利用率。本实施例中鼓风机2安装于输送管道1的左端，其风口对应于输送管道1的入风口，其风向自输送管道1的左端吹向输送管道1的右端。输送管道1的入风口处设有节流阀6，以根据输送环境调节鼓风量。节能气力输送系统通过鼓风机2为输送管道1提供动力源，鼓风机2将高速空气送入输送管道1内。
本实施例中，送料罐3位于输送管道1的上侧，送料罐3通过一输料管7连通于输送管道1。输料管7倾斜安装于输送管道1上，输料管7的上端偏向于鼓风机2。送料罐3中的物料颗粒在自身重力作用下沿输料管7滑落至输送管道1内，在扰动后空气流的带动下沿着输送管道1流动。倾斜设置的输料管7具有导向作用，物料颗粒自左上方向右下方滑落至输送管道1内，输料管7的导向方向对应于输送管道1内的风向。
参阅图3，本实施例中，空气扰流组件4安装于输料管7的上风侧。空气扰流组件4的压电翅片杆41固定安装于输送管道1的内壁。多个柔性压电翅片42均采用粘结的方式连接于压电翅片杆41，柔性压电翅片42可拆卸地连接于压电翅片杆41，方便于安装及维护。
本实施例中，每一柔性压电翅片42的长度为L、宽度为d2，相邻翅片的间距为d1以及多个翅片的总宽度为d。多个柔性压电翅片42的总宽度d小于输送管道1的内径，可以保证多个柔性压电翅片42在输送管道1内的顺利摆动。任意相邻的两个柔性压电翅片42之间的间距d1与柔性压电翅片42的宽度d2之比为1∶1.5-1：3，提高了柔性压电翅片42在扰动空气流的作用下产生的上下摆动的摆动幅度。柔性压电翅片42的数量根据上述参数关系决定，本实施例中，柔性压电翅片42的数量为四个。每一柔性压电翅片42的表面上沿其长度方向均匀分布有若干流线型凸条，增加流线型凸条，对空气流动速度具有增强作用，使得颗粒更容易悬浮和加速。
空气扰流组件4的多个柔性压电翅片42在输送管道1内的高速气流作用下于垂直空气的流动方向上下摆动，实现对空气流的扰动，无须消耗额外的能量，并且扰动后的空气流产生较强的垂向速度；送料罐3中的物料颗粒在自身重力作用下滑落至输送管道1内，节能气力输送系统通过高速气流的作用实现物料颗粒的输送；柔性压电翅片42对垂向的气流速度具有增强作用，使得物料颗粒更容易悬浮和加速，输送管道1底部的粒子浓度变小；在同等颗粒输送条件下，能够有效的降低气力输送系统的压力损失和减小空气输送速度，减少了气力输送系统的能量损耗。
比较例一，参阅图4，图4为在同等颗粒输送条件下，有、无安装柔性压电翅片42的气力输送系统的压力损失示意图。从图4中可以看出压力损失随着输送速度的增加先减小然后增大，在输送速度达到13.5m/s时，安装有柔性压电翅片42的气力输送系统压力损失低于未安装柔性压电翅片42的气力输送系统，而且最小压力损失对应的空气输送速度也较小，这表明了安装柔性压电翅片42的气力输送系统可以采用更小的输送速度来实现物料颗粒的输送，同时该气力输送系统有着更小的压力损失。
比较例二，参阅图5，图5为安装柔性压电翅片42前、后系统的粒子浓度分布图。从图5中可以看出在粒子浓度随着管道高度的增加而降低，在管道底部附近安装柔性压电翅片42的系统粒子浓度要低于未安装柔性压电翅片42的系统，而在管道中上部，安装柔性压电翅片42的系统粒子浓度要高于未安装柔性翅片的系统。这表明柔性压电翅片42使得颗粒更容易悬浮和加速，在同等颗粒输送条件下，能够有效的降低系统的压力损失。
本实施例中，柔性压电翅片42采用压电材料制作而成，压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。本实施例中的柔性压电翅片42采用的压电材料为聚偏氟乙烯PVDF高分子膜。即为一种压电薄膜，压电薄膜在扰动空气流的作用下产生的上下摆动使得压电薄膜的上、下电极表面之间产生一个电信号(电荷或电压)，实现将柔性压电翅片42上下摆动的动能转化为电能。本实施例中，每一柔性压电翅片42的长度大于三倍的输送管道1内径的长度，可以达到较佳的扰动效果，以收集更多的电能。当然在其他实施方式中，柔性压电翅片42亦可以采用其他密度较小并在外界微小作用下能发生变形并产生电能的压电材料制作而成。
参阅图6，图6为柔性压电翅片42产生的功率密度与变化的输送空气速度的关系示意图。从图6中可以看出柔性压电翅片42的发电能力随空气输送速度的增加而增大，在最小压力损失处其输出的电能密度为0.18w/cm2。这表明本发明所提出的气力输送系统在减小压力损失和空气输送速度的同时还具备发电能力，并可以实现电能的存储。
本实施例中，每一柔性压电翅片42经由压电翅片杆41电连接于能量回收装置5，每一柔性压电翅片42的正、负极引线分别经由压电翅片杆41的两端引出并通过电源线连接于能量回收装置5。柔性压电翅片42产生的电能通过电源线存储在能量回收装置5中。能量回收装置5包括放大整流电路和能量存储装置，实现电能的存储。
本发明中的多个柔性压电翅片42采用压电材料制作而成，每一柔性压电翅片42电连接于能量回收装置5，多个柔性压电翅片42将上下摆动产生的动能转化为电能，该电能存储至能量回收装置5，能量回收装置5给节能气力输送系统提供工作能力，进一步提高了节能气力输送系统的能量利用率，系统整体运行的节能效果明显提升。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种带有能量回收功能的节能气力输送系统，其特征在于：包括输送管道、安装于输送管道一端的鼓风机、安装于输送管道上并靠近鼓风机的送料罐、安装于输送管道内并位于送料罐和鼓风机之间的空气扰流组件以及电连接于空气扰流组件的能量回收装置；
所述空气扰流组件包括固定连接于输送管道内的压电翅片杆以及连接于压电翅片杆的多个柔性压电翅片；
每一所述柔性压电翅片的正、负极引线分别经由压电翅片杆的两端引出并通过电源线连接于所述能量回收装置。
2.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述输送管道呈水平、倾斜或者弯曲形式的安装结构。
3.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述送料罐通过一输料管连通于所述输送管道，所述输料管倾斜安装于输送管道上，输料管的上端偏向于所述鼓风机。
4.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述柔性压电翅片可拆卸地连接于所述压电翅片杆。
5.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：多个所述柔性压电翅片的总宽度小于所述输送管道的内径。
6.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：任意相邻的所述两个柔性压电翅片之间的间距与柔性压电翅片的宽度之比为1∶1.5-1：3。
7.根据权利要求1所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述柔性压电翅片的数量为四个。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述能量回收装置包括放大整流电路和能量存储装置。
9.根据权利要求8所述的节能气力输送系统，其特征在于：每一所述柔性压电翅片的长度大于三倍的输送管道内径的长度。
10.根据权利要求8所述的节能气力输送系统，其特征在于：所述柔性压电翅片采用的压电材料为聚偏氟乙烯PVDF高分子膜。
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