螺旋输送机的选型要素

刘建方，许 杰，张 寒

（北京航天石化技术装备工程公司，北京 100176）

1 螺旋输送机概述

螺旋输送机是一种典型的具有螺旋形状的输送设备。螺旋是一个螺纹被放大、类似螺钉的零件，可能存在中心，也可能不存在中心。螺旋输送机和电钻有很多相似点，电机驱动钻头旋转，电机每转一圈，钻头就移动一个螺距。螺旋输送机的螺旋与电机连接后，螺旋两端一般由轴承支撑，电机的扭矩通过耦合连接后传输到螺旋，以便驱动螺旋旋转。螺旋周围使用一个管状或U形槽作为输送限制面，形成料槽[1]。粉状、颗粒状甚至不流动的物料沿着槽面被推动后前移。在料槽上面可以加盖，也可以不加盖，加盖后可以使物料的输送过程更清洁和更封闭。物料首先通过螺旋输送机的入口，其次通过旋转的螺旋，最后从出料端排出。根据不同的用途，螺旋输送机可以水平、垂直或倾斜安装。螺旋输送机结构简单，用途广泛。除了输送片状、粉状、颗粒状、条状物料，还可以用作灌装系统输送机。小型输送机主要用于输送水泥和非流动介质，大型输送机主要用作农用收割机。

2 水平螺旋输送机

水平螺旋输送机是螺旋输送机中使用最广泛的产品，设计简单易用，主要用于工艺生产。在一些水平输送机设计中，为了满足使用需求，同时加入其他类型的输送特征。水平螺旋输送机可以在15%～45%的填充率下输送物料。填充率指在给定输送量条件下物料占据的槽空间与槽的全部空间的百分比。对于黏性大、不易流动的物料，采用较低的填充率；对于密度较小、自由流动性能好的介质，可以采用较高的填充率。图1为典型的水平螺旋输送机配置，电机位于出料端，使用此种布局能够减少螺旋的疲劳和磨损。对于能够自由流动和非流动介质，螺旋输送机是一个成本和效益都不错的选择，仅次于传统的带式输送机。螺旋输送机也非常适合输送物料的混合物。根据不同的环境，料槽可以开放、部分开放，也可以完全封闭。

图1 水平螺旋输送机

3 倾斜螺旋输送机

倾斜螺旋输送机的功能与大多数输送机相同，但是在0°～45°之间倾斜布置（见图2）。然而，倾斜螺旋输送机的物料输送过程大不相同，因为倾斜布置会降低输送效率和通过螺旋的物料量，需要更宽的扭矩来推动物料通过输送机，所以必须提出更严格的产品设计要求，提高输送效率。倾斜角应尽可能小，以最大限度地提高效率，并减小所需额外动力。

图2 倾斜螺旋输送机

小于10°的倾斜角对效率的影响最小，可以通过加快旋转速度来补偿输送效率下降。10°～20°的倾斜角会使螺旋效率降低10%～40%，需要显著提升功率来补偿，从而降低效率。角度超过20°，效率降低30%～90%。效率主要取决于角度，角度增大，螺旋效率就会降低，功率需求显著增加。倾斜10°或更大的角度，会使整个螺旋处在变截面填充率条件下输送，即部分物料会在输送过程中回落到输送机的下端，在最低点达到100%填充率。倾斜螺旋输送机通常应用于水泥搅拌机、饲料分配、糖和肉类加工生产中。

4 无轴螺旋输送机

无轴螺旋输送机（见图3）对传统螺旋输送机的螺旋作了改进设计，无轴螺旋允许介质流动通过螺旋中心以及周围，看起来是一个小改变，但在使用中产生了巨大的差异，因为它提高了螺旋输送机的效率、灵活性，扩大了可输送介质的范围。理论上，此种设备是不可能堵塞的，可以输送通常不能由螺旋输送机处理的物料，如湿度大或非流动的产品。输送效率比其他输送机高，甚至高过传送带，同时不需要内部传统轴承设计。此种设备经常应用于食品、化工、废水、采矿和其他重要工业中。

图3 无轴螺旋输送机

5 垂直螺旋输送机

垂直螺旋输送机（见图4）能够输送大量散装产品，包括倾角大于45°的所有螺旋输送机，主要用于干燥或者半干燥的物料，而且占用的空间很小。输送机的进料方在很大程度上取决于输送的物料，轻的材料不能单独使用重力料斗，因此使用螺旋叶片吹动物料，提供物料流动动力。因此，垂直螺旋输送机（见图4）通常搭配这种叶片设计，以调节给料流量，确保物料均匀进入输送机。同时保持垂直螺旋恒速运行，提高效率，降低功耗。垂直螺旋输送机最常见的应用领域是化工、食品以及采矿作业。

图4 垂直螺旋输送机

6 螺旋输送机设计问题及建议

多数厂家在螺旋输送机的选型和设计方面存在问题，造成输送设备在使用过程中堵塞、快速磨损和设备效率低下等问题。很多制造厂家对螺旋输送机中物料的流动性和细节缺乏基本的了解，认为物料运动过程很简单，不需要丰富的理论知识就能设计生产出高效的螺旋输送机，这是导致螺旋输送机最终不能满足使用需求的根本原因。《螺旋输送机》（JB/T 7679——2008）对螺旋输送机的制造进行了详细的介绍，但是缺乏选型指导。为了购买合适的螺旋输送机，购买者需要提供一些准确的输送要求和物性数据，包括物料小时输送量、提升高度、输送距离、物料名称、密度、粘结、腐蚀性、颗粒大小、形状等数据以及输送量是否恒定。

在设计螺旋输送机之前，设计人员需要掌握物料的一些性质，这些物性参数将决定物料在输送机中的传输效率，给设计人员提供输送机内部结构和材料的选择依据。物性参数包括物料黏性、颗粒大小、物料腐蚀性、物料是否在输送过程中存在粘结和硬化、燃烧性、爆炸性、是否产生静电、物料流动性。可以使用简单的方法测试流动性，把物料放在不锈钢板上，然后尝试推动物料前进，通过判断物料是否容易运行、是否存在粘结，初步测试物料的流动性和黏性。只有基本掌握这些物性参数，才能保证生产出的输送机能够高效可靠地输送物料。

通过用户提供的质量输送量，计算出每小时需要的体积输送量，采用输送机选择推荐的填充率，选择正确的螺旋直径，并确定输送机额定转速。最大输送量通常与每个螺旋的直径有关，也受螺距的类型、尺寸以及被运输的物料性质影响。

物料颗粒直径决定了螺旋输送机的直径，因为物料颗粒必须能够通过叶片与料槽，较大的颗粒需要较大的螺旋输送机直径，较小的颗粒可以采用直径较小的螺旋输送机[2]。颗粒大小是由被输送物料中最大的块或片的最大尺寸决定的。测量粒度时，找到最大的块或者片，测量最大轮廓尺寸。如果颗粒的形状不规则（比如一边比另一边大），测量时选择两个中较大的。

物料的特性也必须考虑。有些物料有硬块，在输送时不会破碎。有些物料有相当硬的部件，但在输送时就会粉碎。了解这一点有助于设计人员更好地确定螺旋的尺寸。

输送物料的密度主要用来确定螺旋输送机的输送能力。螺旋输送机的输送量以m3/h的体积量计算。多数用户需要的输送量是质量输送量，设计人员需要的是体积输送量，所以设计人员需要把质量输送量转化为体积输送量，因此准确的密度对确定螺旋输送机的输送量至关重要，否则，到现场后可能出现设备输送能力不足的问题。

设计人员还需要知道物料的移动距离，以确定螺旋的长度和形式。用户提供的数据越准确，设备的安装步骤越简单。

螺旋输送机如何给料和排料、在什么高度进料、进料料斗的大小和高度、排出溜槽的大小和形式等数据，对螺旋输送机的设计也很重要。

除上述因素外，还有一些其他因素，包括螺旋输送机的排料位置、物料出口是否需要安装溜槽或者导流阀、料斗型式、盖板形式、绝缘要求、采用有轴还是无轴设计、是否需要加热或冷却夹套等，这些问题在设计之前都需要考虑，以便能设计一个运行良好的螺旋输送机。

7 结语

尽管详细介绍了螺旋输送机的类型和选型要素，但是螺旋输送机的选型和设计是一项极其复杂的工作，需要用户和设计生产单位深入沟通、多轮协调，才能使专业设计人员尽可能详细、深入地了解用户的需求和物料性质，最终为用户提供满意的输送机产品。