CN111689235A - 一种气流携带式粉状物料输送装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气流携带式粉状物料输送装置，包括：排料组件、输送组件以及振动组件，所述排料组件安装在输送组件顶端，且所述排料组件与输送组件匹配安装，所述振动组件安装在输送组件底端，且所述振动组件与输送组件匹配安装。本发明采用振动电机工作时产生的激振力使粉状物料呈流动状态，物料依靠自身重力经流动路径汇集成束，均匀下落，通入气体将下落过程中的粉状物料携带至本装置的出料管，通过改变携带气体的流量来实现物料的定量输送，本发明特别适用于生物质、煤粉的热解和燃烧实验，也适用于颗粒流动规律的相关研究。

Description

一种气流携带式粉状物料输送装置及方法

技术领域

本发明涉及物料的热解及燃烧、颗粒流动的研究领域，具体为一种气流携带式粉状物料输送装置。

背景技术

热解反应器是研究生物质热解过程的重要装置，常用的热解反应器主要由：固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器等。此外，科研单位自主设计的下降管式反应器、层流炉也是研究固体燃料在快速加热条件下热解特性的重要装置。由于快速热解反应器的物料加热速率和热效率较髙，这对热解反应器的物料供给系统设计提出更高的要求。例如，要求进入反应器的生物质物料的颗粒粒径要小、物料量要少，同时需要连续、稳定的将物料输送到热解反应区。滴管炉作为研究单颗粒燃烧的常用设备，对物料的稳定供给也有同样需求。此外，在开展颗粒流动的冷态研究时，物料的均匀、稳定供给对相关实验的顺利开展具有重要意义。例如，应用PIV技术研究颗粒的流动问题时，就需要这样的物料供给装置。研究表明，生物质粉的结构疏松、堆积密度小，纤维含量多、纤维细长、相互之间的粘连会使得物料供给装置在加料过程中极易出现棚料和缠绕现象。生物质粉状物料的这些固有特性，使得当前一些物料供给装置无法持续、稳定的将生物质粉输送到反应区，制约了生物质热解技术的相关研究。

现有技术有以下不足：传统的物料流通设备整体使用效果不佳，且整体物料流通效果较差，无法全面的将物料进行输送工作，且传统的物料流设备无法根据实际使用需求对物流的流通效率进行改变，整体适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气流携带式粉状物料输送装置，以解决传统的物料流通设备整体使用效果不佳，且整体物料流通效果较差，无法均匀送料的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气流携带式粉状物料输送装置，包括：安装在底座上的排料组件、输送组件以及振动组件，所述排料组件安装在输送组件顶端，且所述排料组件与输送组件匹配安装，所述振动组件安装在输送组件底端，且所述振动组件与输送组件匹配安装；

所述输送组件包括风室、出料管以及进气管，所述风室安装在底座上表面一侧，所述排料组件的内腔与风室连通，所述出料管开设在风室其中一侧壁上，所述进气管安装在风室与出料管相邻的另一侧壁上，所述进气管的头端连接气体压缩机。

本发明进一步优选地技术方案为，所述振动组件包括振动电机，所述振动电机通过支架安装在底座远离输送组件的另一侧上表面。

作为优选地，所述底座放置在安装面上，底座整体为长方形结构，且所述底座整体采用木制材质制成；

所述底座上层排列有拉伸弹簧，且若干组所述拉伸弹簧在底座内部均匀分布。

优选地，所述排料组件包括第一料仓和第二料仓，所述第一料仓安装在第二料仓上方，所述第一料仓底端安装有第一排料管，第二料仓底端安装有第二排料管，所述第二料仓通过安装在风室上，且所述第一料仓底端安装有定位板，且所述定位板通过螺栓与第二料仓紧固连接；所述第一排料管伸入第二料仓，连通第一料仓和第二料仓，所述第二排料管伸入风室，连通第二料仓和风室。

优选地，所述第一料仓和第二料仓均采用有机玻璃圆管制作，所述第一料仓整体呈漏斗形状，所述第二料仓整体呈扇形结构。

本发明利用所述气流携带式粉状物料输送装置进行物料输送的方法，包括如下步骤：

(1)将干燥后的粉状物料加入到排料组件；

(2)开启振动组件，使排料组件中粉状物料呈振动状态，依靠物料自身的重力作用下落到风室，振动电机的转速用符号r表示，它的大小通过电机的输入电压U来调整；

(3)启动输送组件，气流通过进气管进入风室，气体流量由流量计控制，用符号q表示；开启流量计阀门，气流在风室携带物料经出料管壁入口位置进入出料管；收集出料管流出的物料，记录收集物料的时间t，并用高精度电子天平测量收集到的物料质量m，得到装置的送料速率；

(4)在不改变气体流量和振动电机转速的条件下，依次重复10次步骤(1)-步骤(3)，并记录这10次的数据，取平均值作为携带气体流量为q，输入电压为U时的送料速率μ；

(5)调整携带气体流量，再次计算该粉状物料输送装置的送料速率，建立携带气体流量和送料速率间的函数关系μ＝f(q)，根据该函数关系调节输送组件的携带气体流量，进行粉状物料输送。

本发明提供了一种气流携带式粉状物料输送装置，具备以下有益效果：

(1)本发明的气流携带式粉状物料输送装置，包括排料组件、输送组件以及振动组件，排料组件内的物料通过输送组件携带气流进行输送，利用进气管接气体压缩机将一定流量的气体输送到风室，并携带物料进入出料管，最终携带物料由出料管流出，加速了物料的流通效果，便于使用者根据使用需求对物料的流通速率进行调节，提高了物料流通速率，可实现粉状粉料的连续、均匀送料，无论是开展粉状颗粒流动研究，还是开展粉状物料热解、燃烧监测等方向的研究，均可发挥作用；同时本发明利用振动组件工作时产生的激振力使粉状物料呈流动状态，物料依靠自身重力经流动路径汇集成束，均匀下落，其结构简单、工艺容易实现，且设计和使用成本低，安装位置灵活；

(2)本发明利用底座可对振动电机进行定位安装，且通过在底座上层安装有拉伸弹簧，避免振动电机震动与其使用场合的硬接触，提高了物料供给装置运行过程的稳定性与静音性，当振动电机开启时，内部偏心块的高速转动产生了激振力，使粉状物料呈流动状态，防止粉状物料团聚与搭桥，便于物料在各路径上的流动顺畅，提高了物料的流通效果；

(3)本发明通过实验测试方法对气流携带式粉状物料输送装置的影响因素与送料速率建立函数关系，按照实验要求调节送料速度，能够适应不同实验平台，有利于此类实验系统的进一步完善，本发明特别适用于生物质、煤粉的热解和燃烧实验，也适用于颗粒流动规律的相关研究，作为此类实验研究的物料供给装置，为提高实验的准确性发挥作用，通过本发明的方法可实现物料的连续、均匀供给，将送料速率稳定在0.20～0.50g/min。

附图说明

图1为本发明的整体的结构示意图；

图2为本发明的振动组件结构示意图；

图3为本发明的输送组件结构示意图；

图4为本发明的图2中A处放大示意图；

图5为本发明振动电机输入电压与电机转速函数关系曲线；

图6为振动电机输入电压U＝80V，气体携带流量q＝0.5L/min时，10次测试送料速率分布曲线；

图7送料速率μ与气体携带流量q的关系曲线。

图中：1、底座；2、振动电机；3、拉伸弹簧；4、第一料仓；5、第二料仓；6、第二排料管；7、第一排料管；8、定位板；9、风室；10、出料管；11、进气管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明主要是针对某些物料的热解及燃烧、颗粒流动的研究领域，特别涉及生物质粉、煤粉、颗粒物供给装置的设计方法。

以生物质快速、闪速热解实验研究为例：热解反应器内加热速率快，这要求进入炉内的物料粒径小、量少。因此物料供给装置能够连续、稳定的送料至热解反应区对热解实验的顺利进行起着重要作用。当前，科研单位在固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、下降管式反应器、层流炉等实验平台进行热解反应实验时，所采用的生物质粉供给设备主要有绞龙式搅拌送料器、拨料式送料器、犁式刮刀式送料器。生物质经机械破碎设备制成粉后，其表面呈现不规则的块状或片状，经进一步碰撞后，尺寸会变得更小。生物质粉的自然堆积密度大约为，随着堆积质量增大，该值还会增加。且生物质粉的结构疏松、堆积密度小，相互间的粘连会使得供给装置在送料过程中出现棚料和缠绕现象，这使得当前一些物料供给装置无法持续、稳定的工作。对于单颗粒的燃烧实验，针对极少量的送料要求，使得当前供给装置更难以满足要求。本发明所述的气流携带式粉状物料输送装置将机械振动、气体动力学、流体力学相结合，解决了粉状物料堆积、粘连而出现的棚料和缠绕问题。

具体如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种气流携带式粉状物料输送装置，包括：排料组件、输送组件以及振动组件。

振动组件包括底座1、振动电机2，底座1放置在安装面上，振动电机2通过支架安装在底座1上表面一侧，底座1整体为长方形结构，且底座1整体采用木制材质制成，利用底座1可对振动电机2进行定位安装，且通过在底座1上层排列有拉伸弹簧3，且若干组拉伸弹簧3在底座1内部均匀分布，避免振动电机2震动与其使用场合的硬接触，提高了物料供给装置运行过程的稳定性与静音性，当振动电机2开启时，内部偏心块的高速转动产生了激振力，使粉状物料呈流动状态，防止粉状物料团聚与搭桥，便于物料在各路径上的流动顺畅，提高了物料的流通效果。

输送组件包括风室9、出料管10以及进气管11，风室9安装在底座1上表面一侧，出料管10开设在风室9其中一侧壁上，进气管11安装在风室9与出料管10相邻的另一侧壁上，进气管11的头端连接气体压缩机。

排料组件包括第一料仓4和第二料仓5，第一料仓4安装在第二料仓5上方，第一料仓4底端安装有定位板8，定位板8通过螺栓与第二料仓5紧固连接，第一料仓4底端安装有第一排料管7；第二料仓5通过支架安装在输送组件上，第二料仓4底端安装有第二排料管6，第一排料管(7)伸入第二料仓(4)，连通第一料仓(4)和第二料仓(5)，第二排料管(6)伸入风室(9)，连通第二料仓(5)和风室(9)。

第一料仓4和第二料仓5采用有机玻璃管制作，总高度为160、直径为55。第一料仓呈漏斗形状，第二料仓呈扇形，两个料仓出口中心位置间隔60，便于上方落下的物料汇集成束，利用物料自身重力进行流动，可稳定的对物料进行收集输送。

本发明利用气流携带式粉状物料输送装置进行物料输送的方法，包括如下步骤：

(1)将干燥后的粉状物料加入到排料组件；

(2)开启振动组件，使排料组件中粉状物料呈振动状态，依靠物料自身的重力作用下落到风室，振动电机的转速用符号r表示，它的大小通过电机的输入电压U来调整；

(3)启动输送组件，气流通过进气管进入风室，气体流量由流量计控制，用符号q表示；开启流量计阀门，气流在风室携带物料经出料管壁入口位置进入出料管；收集出料管流出的物料，记录收集物料的时间t，并用高精度电子天平测量收集到的物料质量m，得到装置的送料速率；

(4)在不改变气体流量和振动电机转速的条件下，依次重复10次步骤(1)-步骤(3)，并记录这10次的数据，取平均值作为携带气体流量为q，输入电压为U时的送料速率μ；

(5)调整携带气体流量和振动电机输入电压，进行两实验因素、多水平的划分实验，分析实验过程中记录的数据，经测试发现：在固定携带气体流量，调节振动电机输入电压时，装置的送料速率与振动电机输入电压在一定范围存在非线性关系，而在固定振动电机输入电压，调整携带气体流量时，本装置的送料速率与携带气体流量呈良好的线性关系，所以本发明依据携带气体流量和送料速率间的函数关系，来实现本发明送料速率的调整；

具体的，调整携带气体流量，再次计算该粉状物料输送装置的送料速率，建立携带气体流量和送料速率间的函数关系μ＝f(q)，根据该函数关系调节输送组件的携带气体流量，进行粉状物料输送。

作为验证，将本发明气流携带式粉状物料输送装置按图1进行组装。选择粒径在150～180um之间的玉米秸秆粉，称其总质量M，加入到料仓；

开启振动电机的电源，利用数字转速计测试振动电机在不同输入电压下的转速，建立电机输入电压与转速的函数关系，结果如图5所示；

利用变压器将振动电机输入电压调整至U＝80V，由图5结果可知，此时电机的转速为r＝2490r/min。实验发现振动电机工作在该工况下时，物料供给装置运行稳定、下料均匀。打开气体流量计阀门，固定气体流量q＝0.5L/min，气流携带玉米秸秆粉经出料管入口进入出料管。用容器收集出料管流出的玉米秸秆粉，收集时间为t＝10min，用电子天平称其质量m，这样便可计算出本装置在该工况下，每分钟的送料速率为μ′＝m/t。将上述操作步骤重复10次，记录实验数据，其结果如图6所示。

由此可以计算物料输送装置在该工况下的送料速率为

最大均方差不超过1％，这说明物料输送装置的送料速率，在误差允许的范围内达到了连续、稳定送料的要求；

建立气流携带式粉状物料输送装置的送料速率与气体流量对应关系方法如下：固定电机转速r＝2490r/min不变，将流量计阀门开度由小到大逐步调整，每次调整增加流量为0.1L，即调整流量范围为q＝0.4，0.5，0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1L/min。每个流量下，收集出料管口10分钟内的物料，且每个流量下重复操作至少3次，最后计算均值，作为该流量下送粉速率。按照这样的操作方法，得出本发明装置的送料速率与气体流量对应关系，如图7所示。可以发现气体流量q∈(0.5～1.0)L/min时，与送料速率呈良好的线性关系，在此流量范围内，气流会将对应量的物料送至出料管，多余的物料会落入风室底部。当气体流量q＜0.5L/min时，其对物料的携带能力不足以达到稳定、均匀的送料水平。当气体流量q＞1.0L/min时，随着气体流量增加，送料量已呈下降趋势。

验证结果显示，在电机转速r＝2490r/min时，送料速率与气体流量的函数关系可用μ＝0.607q-0.098表示。其中q∈(0.5～1.0)L/min，μ＝0.2～0.5g/min。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种气流携带式粉状物料输送装置，其特征在于，包括：安装在底座(1)上的排料组件、输送组件以及振动组件，所述排料组件安装在输送组件顶端，且所述排料组件与输送组件匹配安装，所述振动组件安装在输送组件底端，且所述振动组件与输送组件匹配安装；

所述输送组件包括风室(9)、出料管(10)以及进气管(11)，所述风室(9)安装在底座(1)上表面一侧，所述排料组件的内腔与风室(9)连通，所述出料管(10)开设在风室(9)其中一侧壁上，所述进气管(11)安装在风室(9)与出料管(10)相邻的另一侧壁上，所述进气管(11)的头端连接气体压缩机。

2.根据权利要求1所述的一种气流携带式粉状物料输送装置，其特征在于：所述振动组件包括振动电机(2)，所述振动电机(2)通过支架安装在底座(1)远离输送组件的另一侧上表面。

3.根据权利要求2所述的一种气流携带式粉状物料输送装置，其特征在于：所述底座(1)放置在安装面上，底座(1)整体为长方形结构，且所述底座(1)整体采用木制材质制成；

所述底座(1)上层排列有拉伸弹簧(3)，且若干组所述拉伸弹簧(3)在底座(1)内部均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种气流携带式粉状物料输送装置，其特征在于：所述排料组件包括第一料仓(4)和第二料仓(5)，所述第一料仓(4)安装在第二料仓(5)上方，所述第一料仓(4)底端安装有第一排料管(7)，第二料仓(4)底端安装有第二排料管(6)，所述第二料仓(5)通过安装在风室(9)上，且所述第一料仓(4)底端安装有定位板(8)，且所述定位板(8)通过螺栓与第二料仓(5)紧固连接；所述第一排料管(7)伸入第二料仓(4)，连通第一料仓(4)和第二料仓(5)，所述第二排料管(6)伸入风室(9)，连通第二料仓(5)和风室(9)。

5.根据权利要求4所述的一种气流携带式粉状物料输送装置，其特征在于：所述第一料仓(4)和第二料仓(5)均采用有机玻璃圆管制作，所述第一料仓(4)整体呈漏斗形状，所述第二料仓(5)整体呈扇形结构。

6.一种利用权利要求1所述气流携带式粉状物料输送装置进行物料输送的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将干燥后的粉状物料加入到排料组件；

(2)开启振动组件，使排料组件中粉状物料呈振动状态，依靠物料自身的重力作用下落到风室(9)，振动电机的转速用符号r表示，它的大小通过电机的输入电压U来调整；

(3)启动输送组件，气流通过进气管(11)进入风室(9)，气体流量由流量计控制，用符号q表示；开启流量计阀门，气流在风室(9)携带物料经出料管(10)壁入口位置进入出料管(10)；收集出料管流出的物料，记录收集物料的时间t，并用高精度电子天平测量收集到的物料质量m，得到装置的送料速率；

(4)在不改变气体流量和振动电机转速的条件下，依次重复10次步骤(1)-步骤(3)，并记录这10次的数据，取平均值作为携带气体流量为q，输入电压为U时的送料速率μ；

(5)调整携带气体流量，再次计算该粉状物料输送装置的送料速率，建立携带气体流量和送料速率间的函数关系μ＝f(q)，根据该函数关系调节输送组件的携带气体流量，进行粉状物料输送。

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