生物质关风器的锁气性能试验研究

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生物质关风器的锁气性能试验研究　　摘要：为了了解生物质关风器的锁气性能，通过在封闭的进料口安装微差压计，测定了关风器在静态和动态时不同漏风量情况下的压力，并对试验数据进行拟合，得到了本试验条件下压力平均值与漏气量之间的关系式，在静态时两叶片锁闭时的锁闭系数为0.0628，四叶片锁闭时的锁闭系数为0.0721；动态时的锁闭系数为0.0688。试验结果能够很好地反映关风器的锁气性能，为关风器的锁气性能检测提供了简单实用的方法。　　关风器又称封闭式旋转叶片给料机、星型给料机、旋转阀等，是物料输送系统中的关键设备。由于其结构简单可靠、易于维护，能够进行连续的物料输送；同时又具有一定程度的气密性，适用于存在压差的排料过程，在气力输送系统中得到了大量应用。12

1　　为了适应不同的物料特性、用途和使用条件，关风器有多种结构型式。已经有很多学者对关风器的性能进行了研究和测试。邵佳麟研究了漏气量、叶片数量、转速、物料特性等因素对关风器性能的影响，并提出了改进方案。沈建锋等对双级关风器锁气系统的锁气性能进行了试验研究，得到了其仓压和气体流量间的关系。张志军等开发了一种真空关风器并利用真空泵进行了漏气率试验。吴建章等分析了影响关风器气密性的因素，运用漏风率指标和迷宫式密封原理对叶轮与机壳的理论间隙数值进行了计算。　　当关风器用于生物质的输送过程时，通常会发生较为严重的卡塞现象，这是由生物质的物理性质决定的。生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素构成。这种构成导致生物质一般具有较强的吸湿性，容易吸湿结成团块，且难以破碎，容易造成关风器的卡塞。且未处理的生物质颗粒大小不一，含有大量杂质，通过性较差。此时一般的直叶片关风器已无法保证长时间稳定运行。　　针对上述问题，新型生物质关风器采用了V形叶片转子，如图1所示。12

2　　该种叶片将原先叶片与出入口机壳的线接触转化为动态的点接触，强化了叶片的切割功能，使易卡塞的物料能够顺利通过。但这种设计增加了转子与机壳间的缝隙长度，降低了关风器的锁气性能。锁气性能是关风器的关键性能之一，直接决定了关风器在气力输送系统中使用时是否安全可靠。关风器的锁气性能一般通过漏风试验进行评价，中华人民共和国原贸易部批准实施的叶轮关风器标准LS/T3531—1995中提供了关风器漏风量的测量方法。试验装置由1.5m3空气包、100kPa气压表、空压机、阀门和胶管、秒表及紧固连接件等组成。试验时将空气包与关风器相连，测量气包内的压力由40kPa下降至30kPa所需的时间。标准规定了不同种类的关风器在不同状态下的最大压降时间，如表1所示。　　这种测试方法对测试设备要求较高，且测量误差较大。关风器的容积越大，压降时间越短，难以精确测量。同时生物质关风器为了保证物料的顺利通过会采用异形叶片，这样也会导致关风器的锁气性能下降，此时漏风试验也很难发挥作用。新的实验方法采用旋涡气泵和微差压计直接测量关风器的锁闭系数，可以较为直观地了解生物质关风器的锁气性能。　　1理论分析12

3　　关风器在工作过程中必然发生空气泄露。一方面关风器的叶轮转子和机壳之间不可能保持完全气密，必定有间隙存在；另一方面，关风器工作时其格室的旋转也会造成空气的泄露。空气的泄漏量为转子旋转时通过格室的空气泄漏量和通过机壳与叶轮间隙所泄露的空气量之和，12

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5　　2试验方法　　2.1试验设备　　试验所需的仪器设备列举如下：　　关风器：本次试验使用青州东器电力设备有限公司生产的GZ一300型生物质关风器，容积为27L。为防止卡塞，该型关风器转子采用6片V字形叶片，额定转速为25r/min；　　旋涡气泵：HG一1500型旋涡气泵；　　微差压计：GM一510型微差压计；　　转子流量计：LZB一50型转子流量计。　　2.2试验步骤　　2.2.1静态测试　　将关风器分为两叶片锁闭和四叶片锁闭两种状态，如图2所示。测试系统如图3所示，将关风器进料口封闭，旋涡气泵通过流量计与进料口相接，进料口上有测压口与微差压计相接。具体试验步骤如F：　　(1)将试验装置组装完毕，关风器叶轮调至两叶片锁闭状态。　　(2)打开旋涡气泵，调整气泵转速，使空气流量达到50m312

6/h，记录此时的微差压计读数。　　(3)将空气流量提高10m3/h，记录此时的微差压计读数。　　(4)重复步骤(3)，直到旋涡气泵达到最高转速。　　(5)将关风器叶轮调至四叶片锁闭状态，重复步骤(2)～(4)。　　2.2.2动态测试　　动态测试指关风器运行状态下对锁气性能进行测试，具体步骤如下：12

7　　(1)将试验装置组装完成后，开启关风器。　　(2)将关风器转速调整为16r/min，根据静态测试的步骤进行测试。　　(3)将关风器转速依次调整为21和26r/min进行测试。　　(4)将关风器反向运行进行测试。　　3试验结果分析　　3.1静态测试结果　　静态试验结果如表2所示。12

8　　从测试数据可以看出，压力平均值与漏气量的平方成正比。拟合之后可得压力平均值与漏气量之间的关系式。　　上述关系式与理论分析中推导出的式(5)结构上吻合，可以看出，两叶片锁闭时的锁闭系数为0.0628，四叶片锁闭时的锁闭系数为0.0721，四叶片锁闭时的锁气效果更好。12

9　　3.2动态测试结果　　对关风器不同工作状态下的锁气性能进行了测试，结果如表3所示。　　从试验结果可以看出，关风器运行时转速大小和旋转方向对其锁气性能并无影响，这是由于关风器上下压差过小。以漏风量150m3/h、转速26r/min时的工况为例，此时　　因叶轮转动造成的空气泄露可以忽略不计，空气的泄露主要还是由叶轮与壳体间的间隙造成的，用锁闭系数来评价关风器的锁气性能仍是可行的。12

10　　4结论12

11　　通过旋涡气泵、微差压计和流量计对生物质关风器的锁闭系数进行测试，为生物质关风器的锁气性能提供了一种简单有效的测试方法。试验研究结论如下：　　(1)对锁气性能较差的生物质关风器来说，用气泵和微差压计对锁气性能进行测量具有较好的效果，所得的数据与理论公式吻合得较好。　　(2)静止时关风器的进出口压差与漏气量的平方成正比。当关风器进出口压差较小，由叶轮格室造成的空气泄露与由机壳和叶轮间的间隙造成的空气泄露相比可以忽略时，锁闭系数仍然可以用来评价关风器的锁气性能。　　(3)对本研究使用的生物质关风器，运行时两叶片与四叶片交替锁气，锁气性能介于二者之间，其运行状态对锁气性能并无明显影响。12