生物质螺旋给料机的设计

４ 螺旋给料机类型的设计
的不同，其结构和形式也略有不同。
螺旋给料机一般放于料仓、贮斗等设备的
当输送纤维状的固体物料时（如玉米秸、麦
下部，用以控制物料的流量。一般来讲，给料机 秸等），为了保证设备能够连续稳定地运行，螺
的进料口都充满物料，通过叶片的直径、螺距的 旋 给 料 机 应 该 采 用 变 螺 径 或 变 螺 距 的 结 构 形
给 料 机 通 常 采 用 无 级 变 速 减 速 电 机 。螺 旋 轴 转
速 在 满 足 输 送 能 力 的 条 件 下 不 宜 太 高 ，以 免 物
料 受 过 大 的 切 向 力 而 被 抛 起 ，以 致 无 法 向 前 输
送。
２ 螺旋给料机功率的计算
螺旋给料机的功率主要取决于被输送物料的
特性、给料机的长度和速度，其值等于在规定的速
Ｆｍ —— —物料系数：干锯木屑 １．４，刨花 ３．０， 煤 ２．０，其它物料系数可参考文献［３］；
ｇ — ——重力加速度。 此外，在一般工程实践中要考虑超载的可能 和传动效率的影响，因此，电机功率的最终大小应 由下式来表示：
Ｐ ＝（Ｐｍ＋ Ｐ ｆ）Ｆ０／# 式中：Ｆ０— ——超载系数，一般为 １．１￣１．２；
沼气净化器压力降取 １００ Ｐａ，经计算总压力降 以保证沼气池气室内沼气的可利用率。因此，在
见表 １。灶具的额定压力为 ８００ Ｐａ 时，要求沼气 实际工作中，对于输气距离为 １０ ｍ 以内的用
池最低气压为 ８００ Ｐａ 与总压力降之和（表 １）。 户，应选择内 径 为 １０ ｍｍ 的 输 气 管 路 ；输 气 距
螺旋叶片在壳体内旋转，可以使物料沿壳体
以几乎与螺旋叶片相等的前进速度连续移动。螺
旋叶片每旋转一圈，被输送物料移动的距离近似 等于螺旋的螺距，因此物料的平均速度［３］可表示为
Ｖ＝ＰＮ 式中：Ｖ— ——物料的平均移动速度，ｍ／ｓ；
Ｐ — ——螺旋叶片的螺距，ｍ；
Ｎ— ——螺旋轴的转速，ｒ／ｓ。
螺旋给料机的输送能力： Ｑｍ＝ＡＶ! ＝ ０．２５"（Ｄ１２－ Ｄ２２）ｋＶ!
纤维状的固体物料时，常常因为物料间的摩擦使 得物料逐渐缠绕压结在一起，影响物料的输送。因 此，在设计输送此类原料的螺旋给料机时，应该使 用变螺径或变螺距的叶片。本设计采用了变螺距 结构，需要注意的是，具有输送功能的螺旋给料 机，其输送段的螺距或螺径只能逐渐增大，切忌不 能减小。 ５ 结束语
参考文献： ［１］ 梁庚煌．运输机械手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，
# —— —传动效率，一般为 ０．８５￣０．９５。 ３ 轴端的密封设计
在螺旋给料机的设计中，常常要求在其端部 设置轴的防尘密封，用来防止壳体里的灰尘或粉 尘进入轴承。本工艺轴端密封设计采用的是橡胶 骨架式密封圈，其结构剖面图如图 １。
图 １ 轴端密封剖面图 Ｆｉｇ．１ Ｓｅａｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｅ ｏｆ ａｘｅｓ ｅｎｄ
在生物质气化工艺过程中，要求生物质原料 连续不断地加入到气化设备中，螺旋给料机是一 种常用的原料输送装置。
螺旋给料机多用于散状固体物料的输送，它 是在一根中心轴上安装螺旋叶片，轴和螺旋在一 固定的外壳内旋转，借助螺旋面的转动使物料在 壳体内呈轴向移动。通过螺旋叶片的结构（如直 径、螺距等）以及给料机转速的变化，可以调节原 料输送量。生物质原料种类较多，如玉米芯、花生 壳、玉米秸等，各种原料的流动特性差别较大，这 就使得同一结构的螺旋给料机输送不同的原料时 会得到不同的加料量。
第 ２５ 卷 第 １ 期 ２００７ 年 ２ 月
可再生能源
Ｒｅ ｎｅ ｗａ ｂｌｅ Ｅｎｅ ｒｇｙ Ｒｅ ｓ ｏｕｒｃｅ ｓ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２００７
生物质螺旋给料机的设计
闫桂焕，许 敏，孙荣峰
（山东省科学院能源研究所，山东 济南 ２５００１４）
摘 要：根据生物质原料的特性和生物质气化工艺的要求，设计了一种生物质原料加料装置— ——螺旋给料 机。对螺旋给料机设计过程中的几个主要参数进行了阐述，包括螺旋轴的直径、螺距、轴的转速以及功率等，最 后还对螺旋给料机的类型进行了阐述。文章还介绍了一种变螺距的螺旋给料机，该装置具有输送能力大小可 调、运行稳定、密封良好等特点，能够满足长期连续使用的需要。 关键词：生物质；螺旋给料机；变螺径；变螺距 中图分类号：ＴＨ１２２； ＴＫ６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－ ５２９２（２００７）０１－ ００７３－ ０２
ｋ — ——螺旋给料机的填充系数； " — ——物料的堆积密度，ｋｇ／ｍ３； ｃ — ——倾角系数，当给料机水平放置时ｃ ＝１。
收稿日期：２００６－ ０６－ １３。 基金项目：国家十五科技攻关资助项目（２００１ＢＡ４０３Ｂ０３０２）。 作者简介：闫桂焕（１９７７－ ），女，助理研究员，主要从事生物质能利用方面的研究。Ｅ－ ｍａｉｌ：ｙａｎｇｕｉｈｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ
７４
可再生能源
２００７，２５（１）
螺旋轴内径通常为螺旋轴外径的 １／６￣１／３。
１．２ 叶片的选型及其螺距的计算 实体螺旋面推送力大，效率高，适用于经过粉
碎的、干燥的、散落性较好的粉状或粒状物料。因
此本设计中选用实体螺旋面。
对于具有输送功能的螺旋给料机，其标准
螺距一般为螺径的 ０．８ 倍，特殊情况下可取
度下移动物料所需功率和克服给料机运动部件摩 擦阻力所需功率的总和，即
Ｐ ＝Ｐｍ ＋Ｐ ｆ 式中：Ｐ — ——给料机所需的总功率，Ｗ；
Ｐｍ— ——在规定速度下给料机移动物料所需 的功率，Ｗ；
Ｐ ｆ —— —给料机克服运动部件摩擦阻力所需 的功率，Ｗ。
克服摩擦的功率 Ｐｆ 与给料机长度及直径以及 螺旋轴的转速有关，其值可用下面的经验公式求得：
的沼气可利用率就越低。
压力波动，保证沼气灶（灯）正常工作，提高沼气
３ 正确选择输气管路的技术参数
池气室内沼气的利用率。
家用沼气灶国标（ＧＢ／Ｔ ３６０６－ ２００１）规定灶
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（上接第 ７４ 页）
到了广泛的应用。但是由于原料性质和使用目的
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｓｃｒ ｅｗ ｆｅｅｄｅｒ ｆｏｒ ｂｉｏｍａｓｓ
ＹＡＮ Ｇｕｉ－ ｈｕａｎ，ＸＵ Ｍｉｎ，ＳＵＮ Ｒｏｎｇ－ ｆｅｎｇ
（Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｊｉｎａｎ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ）
由于螺旋给料机设计简单，造价低廉，因此得 到了广泛的应用。本文根据生物质原料的特点，设
计了一种螺旋给料机。
１ 螺旋给料机的参数设计 本气化工艺要求给料机水平布置，连续稳定
地向气化设备中均匀加料。
１．１ 螺旋轴直径的计算 螺旋轴外径的计算公式［１］：
" # Ｄ!!
Ｑ ｋ"ｃ
５／２
式中：Ｄ—— —螺旋轴的外径，ｍ； Ｑ— ——螺旋轴的输送能力，ｋｇ／ｈ； ! —— —物料的综合特性系数；
从表 １ 中可以看出，相同的管径，输气距离越 离在 １０￣３０ ｍ 的用户，可选用内径为 １２ ｍｍ 的
长，管路的压力损失越大；相同的输气距离，管径 输气管路；输气距离超过 ３０ ｍ 的用户，宜选择
越小，管路的压力损失越大。管路的压力损失越 内径为 １５ ｍｍ 的输气管路。合理选择输气管路
大，则灶具对沼气池的最低气压要求越高，气室内 的内径，可减少因管路造成的压力降和过大的
Ｐ ｆ ＝７５．７ＬＮＤ１．７ 式中：Ｌ— ——给料机的长度，ｍ。
在规定的速度下移动物料所需的功率 Ｐｍ 可 用下列经验公式求得：
Ｐｍ＝Ｆ ｓ ＦｍＱｍｇＬ 式中：Ｆ ｓ — ——螺旋形式系数：标准螺旋叶片值为 １，装载率为 ４５％时锯齿或带状螺旋叶片值为 １．２，装载率为 ４５％时折角螺旋叶片值为 １．７，每个 螺距带一个混合桨的螺旋叶片值为 １．３，每个螺距 带 ２ 个混合桨的螺旋叶片值为 １．６；
式中：Ｑｍ— ——螺旋给料机的输送能力，ｋｇ／ｓ； Ａ — ——螺旋给料机中输送散装物料的截面
积，ｍ２； Ｄ１ — ——壳体的直径，ｍ； Ｄ２ — ——中心轴的直径，ｍ。
因此螺旋轴的转速 Ｎ 可通过下式计算得到：
Ｎ
＝
４Ｑｍ "（Ｄ１２－ Ｄ２２）ｋ!Ｐ
不 同 的 物 料 要 求 电 机 的 转 速 也 不 同 ，因 而
８００ ８００ ８００
要求水压式沼气池 最低池口压力／Ｐａ
２ ４３１ １ ５６４ １ １７１
２ 不同的管径和输气距离对沼气池内气压的最 具前的沼气额定压力为 ８００ Ｐａ 或 １ ６００ Ｐａ。目
低要求
前新疆使用的沼气灶具的灶前额定压力为 ８００
水压式沼气池输送沼气的压力来自水压间 Ｐａ，沼气灶燃烧器适宜的压力波动范围为标准
１９８３． ［２］ 王晓艳，董良杰．生物质热裂解制取生物油装置的螺
旋给料机设计 ［Ｊ］． 吉林农业大学学报，２００５，２７（５）： ５８２－ ５８５． ［３］ 张荣善．散料输送与贮存［Ｍ］．北京：化学工业出版社， １９９４．
由于螺旋给料机设计简单，造价低廉，因而得
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂｉｏｍａｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ａ ｓｃｒｅｗ ｆｅｅｄｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｂｉｏｍａｓｓ． Ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｅｄｅ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｉａｍｅ－ ｔｅｒ ｏｆ ｓｃｒｅｗ ａｘｅｓ， ｓｃｒｅｗ－ ｐｉｔｃｈ， ａｘｅｓ ｒｏｔａｔｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｅｔｃ． Ｔｈｅｎ ｖａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｂｉｏｍａｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ， ａ ｓｃｒｅｗ ｆｅｅｄｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｖａｒｉ－ ａｂｌｅ ｓｃｒｅｗ ｐｉｔｃｈ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ， ｅｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｌｅａｋｐｒｏｏｆ ｓｅａｌ ｅｔｃ． Ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｆｅｅｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｂｉｏｍａｓｓ； ｓｃｒｅｗ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ； ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｃｒｅｗ ｄｉａｍｅｔｅｒ； ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｃｒｅｗ ｐｉｔｃｈ
０．５￣２．０ 倍。
１．３ 壳体的直径
螺旋轴和壳体间的径向间隙要为被输送物料
中最大颗粒尺寸的 １．７￣２．５ 倍，如果被输送物料 中块状物料的质量分数大于 ９０％，则螺旋轴和壳 体间的径向间隙要为最大颗粒尺寸的 ４．５ 倍，如
果被输送物料是软的、易碎的，则螺旋轴与壳体间
的间隙没有特殊限制。
１．４ 螺旋轴转速的计算
变化或者螺旋转速的变化可控制物料的流量。 式。
为保证均匀地进料，常采用变螺径或变螺距的
本文根据生物质原料的性质和气化工艺的
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螺旋给料机。
要求设计的螺旋给料机，其给料能力大小可调，
标准螺距的螺旋给料机是由直径相同的螺旋 连续稳定，密封良好，完全可以满足长期连续使
叶片所构成。对于标准螺距的螺旋给料机，当输送 用的需要。
与发酵主池的液面差，从沼气气室输送到灶具 燃烧压力的 ０．６４～１．４４，即为 ５１２～１ １５２ Ｐａ。我
（灯具）前的压力损失包括输气管路压力降、室 们在选择输气管路管径时，在保证输气管路的
内管路压力降、沼气净化器的压力降。室内管路 压力降符合灶具要求的同时，尽量使压力降最
的压力降一般取值 ８０～１００ Ｐａ（这里取 ８０ Ｐａ）， 小，使灶具对沼气池最低压力要求尽可能降低，
（下转第 ７６ 页）
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可再生能源
２００７，２５（１）
管道长度 ｍ ４０ ４０ ４０
管道内径 ｍｍ １０ １２ １５
管道压力 损失／Ｐａ １ ４５１
５８４ １９１
室内压力降 Ｐａ ８０ ８０ ８０
续表
净化器压力 总压力降
表压力降／Ｐａ
Ｐａ
１００
１ ６３１
１００
７６４
１００
３７１
灶具的额定压力 Ｐａ