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(fēng)泵、旋渦風(fēng)機、漩渦風(fēng)機、旋流風(fēng)機、渦旋風(fēng)機、渦流風(fēng)機等，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)《水族箱用及類似用途旋渦式氣泵》（T/ZZB 0115-2016 ）、《工業(yè)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(fā)展起來的，用空氣作為工作介質(zhì)進行增壓的裝置，國外稱為再生式鼓風(fēng)機或反饋式鼓風(fēng)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(shù)升級，先后發(fā)展成單段、雙段、三段葉輪的高壓風(fēng)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(fā)起步較晚，但進入21世紀(jì)以來發(fā)展較快，制造企業(yè)眾多，已在農(nóng)業(yè)、石油、化工、印刷、食品、服裝、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，可部分替代空氣壓縮機、羅茨風(fēng)機、離心風(fēng)機。

2 工作原理

當(dāng)氣體從吸入口進入泵腔后，隨著葉輪的高速回轉(zhuǎn)，葉輪葉片槽道內(nèi)的氣體在離心力作用下，向葉輪外緣的環(huán)形流道內(nèi)流動，沖擊泵殼轉(zhuǎn)而向內(nèi)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(huán)。因氣體在葉片槽道內(nèi)和環(huán)形流道內(nèi)的圓周速度不同，故所受的離心力也不同。葉片槽道內(nèi)的氣體在離心力的作用下甩向環(huán)形流道時其動能部分地轉(zhuǎn)化為壓力能，故環(huán)形流道內(nèi)氣體的壓力能高于葉片槽道內(nèi)的壓力能；這樣，氣體在葉片槽道與環(huán)形流道之間將產(chǎn)生強烈的環(huán)流，即縱向旋渦；借離心力增壓的氣體又因葉片兩側(cè)的壓力不同，其壓差將引起葉片槽道與側(cè)流道之間的環(huán)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(fēng)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(dāng)氣體從葉輪流至環(huán)形流道時，即與環(huán)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(chǎn)生動量交換，使流道中的氣體能量得到增加。這種環(huán)流作用與葉輪旋轉(zhuǎn)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(jīng)多個葉片，即氣體循環(huán)多次地被吸入和甩出；氣體每經(jīng)葉片甩出一次就獲得一次能量，經(jīng)多次甩出相當(dāng)于經(jīng)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(xiàn)多級壓縮，因此，旋渦氣泵與離心式或軸流式風(fēng)機相比，在葉輪外緣線速度相同的情況下風(fēng)壓要高得多，故國外稱旋渦氣泵為高壓鼓風(fēng)機。

3 產(chǎn)品組成、參數(shù)與特點

3.1 產(chǎn)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(shù)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(chǎn)品參數(shù)

目前，常規(guī)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)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(chǎn)品特點

（1）具備吹、吸雙重功能，一機兩用。

（2）少油或無油運轉(zhuǎn)，輸出的空氣潔凈度高。

（3）輸出壓力高，比離心風(fēng)機高12～17倍。

（4）對安裝基礎(chǔ)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(nèi)無易損件。

（7）操作維護簡單。

（8）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。

（9）耗能低、運行平穩(wěn)。

（10）價格低廉。

4 選型與注意事項

4.1 選型

根據(jù)設(shè)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(yīng)的工作點以上的工作曲線，或直接查閱技術(shù)參數(shù)表，確定型號規(guī)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(fēng)管或出風(fēng)管上加裝消聲器降噪。

（3）進、出風(fēng)管與旋渦氣泵之間應(yīng)采用彈性軟接頭連接，以隔斷振動傳播。

（4）當(dāng)環(huán)境溫度或進氣溫度較高時，應(yīng)選用高溫機型并注意通風(fēng)散熱。

5 旋渦氣泵在散裝水泥中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用

旋渦氣泵以其優(yōu)異的性能和良好的性價比，在廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的同時，也逐漸被散裝水泥中轉(zhuǎn)站行業(yè)認識和接受。

5.1 在負壓氣力卸船機上的應(yīng)用

對于散裝水泥中轉(zhuǎn)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(tǒng)中替代羅茨真空泵起著重要作用。在該系統(tǒng)中，旋渦氣泵采用吸氣功能，最大吸氣真空度為-74kPa，足以適應(yīng)各種內(nèi)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(yīng)用

在散裝水泥中轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運點設(shè)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(wěn)定料流、減少取料阻力。

（2）在料倉底部設(shè)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(shè)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(xiàn)象。

（4）在大型儲存庫上，為防止庫側(cè)發(fā)放散裝水泥而造成庫內(nèi)水泥偏載，采取斜槽與開式充氣槽組合應(yīng)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(wěn)定可靠。

（5）設(shè)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(xiàn)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(shè)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(cè)卸料中的應(yīng)用

在庫底和庫側(cè)卸料環(huán)節(jié)中，采用旋渦氣泵對卸料裝置供氣，可使散裝水泥充分流態(tài)化，便于穩(wěn)定料流并任意調(diào)節(jié)卸料流量。

5.4 在斜槽輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

在斜槽輸送系統(tǒng)中，可替代羅茨風(fēng)機和離心風(fēng)機供風(fēng)，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(fēng)，以前沒有合適的離心風(fēng)機可供選擇，只能選用小型羅茨風(fēng)機，但噪聲大、價格高。因此，相繼開發(fā)了XQⅠ№4.8A、XQⅠ№5.4A、XQⅡ№4.7A型高壓離心通風(fēng)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(yōu)于小型羅茨風(fēng)機和XQⅠ、XQⅡ系列離心風(fēng)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(wěn)定出料，消除堵料現(xiàn)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(yè)清掃器和中央吸塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）在工業(yè)清掃器中的應(yīng)用。目前，工業(yè)清掃器已廣泛應(yīng)用于材料制造行業(yè)，其真空動力即源自旋渦氣泵。散裝水泥中轉(zhuǎn)站配置工業(yè)清掃器，對生產(chǎn)線上環(huán)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(tǒng)中的應(yīng)用。中央吸塵系統(tǒng)又稱中央除塵系統(tǒng)，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(chǎn)線上易于排灰之處，通過懸掛在梁底或墻上的吸塵管道網(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)線回用。只要吸塵主機能產(chǎn)生足夠真空度、布點和管網(wǎng)匹配合理，整個散裝水泥中轉(zhuǎn)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(chǎn)環(huán)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(yīng)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(chǎn)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(tǒng)也是負壓輸送的應(yīng)用形式。這種輸送方式可以杜絕粉塵環(huán)境污染，改善工作環(huán)境。

5.7 在散裝機上的應(yīng)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(guān)。其工作原理是：啟動裝車按鈕后，旋渦氣泵同時啟動，產(chǎn)生高壓氣體，氣體通過軟管流經(jīng)壓力微動開關(guān)后，再通過軟管排入散裝水泥運輸車罐體內(nèi)；當(dāng)罐體料位升高至軟管管口后，由于氣體排放受阻，管內(nèi)壓力逐漸升高至設(shè)定值后，壓力微動開關(guān)從常開切換至閉合，此時發(fā)出警報并自動停止裝車。

（2）作為鼓風(fēng)機使用。不論是庫底散裝機，還是庫側(cè)散裝機，物料均需在庫底或庫側(cè)出料口進行流態(tài)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(yīng)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(shè)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(jié)語

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