劉長(zhǎng)亮，張 勁，汪 春，王金麗，鄭 勇，莊志凱，陳 程

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319; 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091)

?

螺旋輸送機(jī)在干法厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及新方案研究

劉長(zhǎng)亮1，張 勁2，汪 春1，王金麗2，鄭 勇2，莊志凱2，陳 程2

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319; 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091)

文章介紹了近年來(lái)螺旋輸送機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)螺旋輸機(jī)的理論分析、設(shè)計(jì)制造和運(yùn)動(dòng)仿真方面進(jìn)行分析總結(jié)。指出螺旋輸送機(jī)在沼氣干法厭氧發(fā)酵中的可利用性，并提出適用于沼氣干法厭氧發(fā)酵設(shè)備的新型螺旋輸送機(jī)的研究方法。

螺旋輸送機(jī)；沼氣；干法厭氧發(fā)酵

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)每年農(nóng)業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量大約40多億噸，這些廢棄物既是寶貴的可再生資源，又是嚴(yán)重的環(huán)境污染源，若不經(jīng)有效的處理將造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。在眾多固體有機(jī)廢棄物資源化利用中，沼氣干法厭氧發(fā)酵技術(shù)(下簡(jiǎn)稱干發(fā)酵)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和重要的發(fā)展方向之一。根據(jù)干發(fā)酵的生物學(xué)特性和發(fā)酵工藝的特殊要求，干法厭氧發(fā)酵反應(yīng)器及其發(fā)酵設(shè)備研究也得到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。本文將簡(jiǎn)單介紹各類(lèi)型干法厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的進(jìn)出料輸送系統(tǒng)的形式，主要對(duì)沼氣干法發(fā)酵進(jìn)出料螺旋輸送機(jī)的理論、設(shè)計(jì)制造和運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行分析總結(jié)；并提出一種新型的螺旋輸送機(jī)布置形式。

1 沼氣干發(fā)酵技術(shù)及其裝置概述

沼氣干發(fā)酵是指以秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物為原料，利用厭氧微生物發(fā)酵生產(chǎn)沼氣。反應(yīng)系統(tǒng)中干物質(zhì)濃度在20%以上。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程

國(guó)內(nèi)外對(duì)沼氣干發(fā)酵技術(shù)和裝備進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，國(guó)內(nèi)外幾種主要沼氣干發(fā)酵裝置基礎(chǔ)情況對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外幾種主要沼氣干發(fā)酵裝置基礎(chǔ)情況

相對(duì)比較國(guó)內(nèi)沼氣干發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備還停留在試驗(yàn)階段，沼氣干發(fā)酵進(jìn)出料機(jī)械化程度比較低，沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)還不能進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。其主要原因是缺乏合理的高效的工程結(jié)構(gòu)，未能解決規(guī)?；a(chǎn)快速進(jìn)出料與沼氣干發(fā)酵裝置密封的矛盾，未能掌握沼氣干發(fā)酵反應(yīng)器及配套裝備的先進(jìn)技術(shù)。為配合項(xiàng)目的實(shí)施，使農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣干發(fā)酵技術(shù)得到實(shí)際應(yīng)用，以解決農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題，提供高效簡(jiǎn)易可用的發(fā)酵反應(yīng)器及其相應(yīng)的配套裝備尤其重要和迫切。國(guó)外沼氣干發(fā)酵進(jìn)出料主要運(yùn)用進(jìn)料泵和螺旋輸送機(jī)進(jìn)行輸送，其中旋輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修方便，整機(jī)體積小，占地少，生產(chǎn)效率高，輸送物料快速均勻，輸送過(guò)程中結(jié)構(gòu)氣密性好等優(yōu)點(diǎn)成為沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的部分，是沼氣發(fā)酵系統(tǒng)走向工廠化生產(chǎn)的重要設(shè)備。螺旋輸送機(jī)在輸送過(guò)程中能完成揉搓、壓縮、攪拌、混合等處理，還能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和準(zhǔn)確控制輸送量[1]。螺旋輸送機(jī)在輸送沼氣干發(fā)酵物料中由于其專業(yè)性和特殊性，除具有一般螺旋輸送機(jī)的共性外又有自己的特點(diǎn)和發(fā)展方向。

2 國(guó)內(nèi)螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r

2.1 理論分析

近年來(lái)我國(guó)螺旋輸送在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因此改善螺旋輸送機(jī)的性能，對(duì)螺旋輸送機(jī)的理論分析進(jìn)行完善，對(duì)輸送性能進(jìn)行研究，解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，以達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。

綜合大量文獻(xiàn)多數(shù)理論研究集中在對(duì)螺旋輸送裝置的理論分析和給出合理的計(jì)算方法。尹忠俊[2]等人通過(guò)對(duì)開(kāi)式螺旋輸送機(jī)的輸送機(jī)理進(jìn)行了分析探討，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā)探討開(kāi)式螺旋的輸送原理，得出避免產(chǎn)生阻滯物料流動(dòng)，物料填充角度及螺旋轉(zhuǎn)速滿足的條件；推導(dǎo)出料槽具有初速度的開(kāi)式螺旋輸送機(jī)參數(shù)計(jì)算公式；給出物料輸送速度隨螺旋外徑及螺距變化曲線。王東霞[3]通過(guò)對(duì)小麥臥式螺旋輸送機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、輸送能力和性能影響的分析，總結(jié)和確定了主要技術(shù)參數(shù)的確定方法和計(jì)算公式，為輸送小麥的臥式螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)、選型、制造等提供了可靠的理論依據(jù)。胡海偉[4]對(duì)車(chē)載飼料運(yùn)輸車(chē)中的卸料系統(tǒng)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，該卸料系統(tǒng)的工作原理及各組件的設(shè)計(jì)，達(dá)到了大大節(jié)約人力和提高生產(chǎn)效率的目的。這些研究主要集中在對(duì)螺旋輸送裝置的輸送機(jī)理進(jìn)行理論分析，對(duì)螺旋軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核以及壽命預(yù)測(cè)，對(duì)螺旋葉片的設(shè)計(jì)，外密封裝置的研制，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇等方面做了研究，并給出了計(jì)算公式。但是，對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法而言，過(guò)程繁瑣且精度低，仍然存在生產(chǎn)率低、功耗大的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.2 參數(shù)優(yōu)化

隨著我國(guó)對(duì)螺旋輸送機(jī)的用途越來(lái)越廣泛，對(duì)輸送機(jī)的輸送性能要求越來(lái)越高，針對(duì)螺旋輸送機(jī)的參數(shù)選擇和優(yōu)化也更加深入的研究。在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面，有變速，變螺距，變外殼直徑，變軸徑，大傾角，可伸縮，無(wú)軸螺旋等螺旋輸送裝置。這些裝置適應(yīng)于淤泥、糧食、秸稈、飼料等的運(yùn)輸。

針對(duì)不同物料的特性進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，對(duì)提高輸送效率，減少功率消耗，意義重大，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量研究。張東海[5]運(yùn)用遺傳優(yōu)化算法，建立螺旋輸送機(jī)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化，應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法得到了較好的螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化結(jié)果。李曉豁，林其岳[6]等人運(yùn)用遺傳算法和螞蟻算法的混合算法(GAAA算法)對(duì)螺旋鉆采煤機(jī)輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；優(yōu)化結(jié)果達(dá)到了，提高輸送效率，降低功率消耗的目的。徐余偉[7-8]等人從輸送機(jī)理、物料的特性等方面入手，對(duì)不同用途的螺旋輸送機(jī)械進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，從而設(shè)計(jì)出較符合實(shí)際情況的螺旋輸送機(jī)。在參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中很多數(shù)據(jù)分析軟件被運(yùn)用，通過(guò)動(dòng)靜態(tài)分析得出較優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。龔玉友[9]通過(guò)運(yùn)用Matlab對(duì)建模后的各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并運(yùn)用Ansys軟件對(duì)螺旋主體進(jìn)行不同工作情況下的有限元分析，得出了應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D，通過(guò)比較得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)大量研究表明，針對(duì)特定物料對(duì)螺旋輸送機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)避免運(yùn)輸過(guò)程中的堵塞，提高運(yùn)輸效率，減少功率消耗，延長(zhǎng)使用壽命具有重要作用。

2.3 運(yùn)動(dòng)仿真和加工制造

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外機(jī)械設(shè)計(jì)中采用了動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)的新方法，通過(guò)仿真得到輸出參數(shù)和結(jié)果，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到運(yùn)用，同樣運(yùn)動(dòng)仿真被運(yùn)用到螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)制造中，利用虛擬的樣機(jī)技術(shù)對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元分析。Solidworks,Pro-E,AutoCAD,UG等軟件被廣泛應(yīng)用，王仁標(biāo)[10]運(yùn)用EDEM.軟件對(duì)螺旋輸送機(jī)各因素之間的影響關(guān)系，為不同生產(chǎn)條件下螺旋輸送機(jī)各參數(shù)的取值及優(yōu)化提供了依據(jù)。鄭招強(qiáng)[11]運(yùn)用Pro-E對(duì)混凝土攪拌車(chē)螺旋葉片進(jìn)行三維造型，完成了等斜率圓柱螺旋線的精確數(shù)學(xué)推導(dǎo)，基于Pro-E命令方便地實(shí)現(xiàn)螺旋葉片的參數(shù)化設(shè)計(jì)。趙橄培[12]等人以VS2005為編程平臺(tái)，綜合運(yùn)用Pro-E二次開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出混凝土攪拌車(chē)螺旋葉片專用CAD系統(tǒng)，為螺旋葉片的模塊化生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件的運(yùn)用，為螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)制造提供方便，使參數(shù)優(yōu)化更準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠廣泛應(yīng)用，使螺旋輸送機(jī)的性能和工作效率有了大幅度提高。

在加工制造方面國(guó)內(nèi)學(xué)者做了大量的研究，對(duì)螺旋葉片的加工工藝及安裝方法進(jìn)行改進(jìn)，從而得到更好的輸送性能和使用壽命。呂陽(yáng)濱[13]等人通過(guò)對(duì)無(wú)軸螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片進(jìn)行展開(kāi)，分析葉片成型各方法之間的區(qū)別，得出運(yùn)用加熱彎曲成型的方法可實(shí)現(xiàn)無(wú)軸螺旋葉片的方便加工及葉片加厚。郭在云[14]通過(guò)對(duì)螺旋輸送機(jī)圓柱螺旋葉片的制作工藝及安裝方法進(jìn)行理論分析和研究，針對(duì)葉片及傳動(dòng)軸材料的焊接性能，制定了行之有效的焊接方案，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了相應(yīng)的方法和合理的建議。雖然我國(guó)學(xué)者對(duì)螺旋葉片成型方法已有了進(jìn)一步研究，但在連續(xù)的厚葉片生產(chǎn)上，其工藝及裝置上還達(dá)不到國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)要求，因此對(duì)厚葉片連續(xù)生產(chǎn)工藝還需進(jìn)一步研究；螺旋葉片生產(chǎn)的自動(dòng)化與智能化調(diào)試程度還比較低，螺旋葉片的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備有待改進(jìn)；同樣螺旋葉片的標(biāo)準(zhǔn)化也需要完善，進(jìn)而使螺旋葉片的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范化。

3 國(guó)外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r

3.1 理論分析

國(guó)外對(duì)螺旋輸送機(jī)械理論分析方面的研究已比較深入，螺旋輸送機(jī)械被充分運(yùn)用在粉狀、顆粒狀、糊狀等流動(dòng)性好的物料的中短距離運(yùn)輸和提升，并能對(duì)輸送量精確控制。諸多學(xué)者對(duì)螺旋輸送機(jī)的輸送過(guò)程進(jìn)行理論分析，得出了各參數(shù)對(duì)輸送過(guò)程的影響及各影響因素之間的關(guān)系。P C Kapur T P Meloy[15]對(duì)螺旋葉片的幾何形狀和物料性質(zhì)進(jìn)行分析，得出了螺旋葉片的幾何形狀對(duì)物料流動(dòng)性的影響。A W Roborts[16]等人分析了懸浮液的渦旋流動(dòng)對(duì)螺旋輸送器受力的影響；Wallace W F Leung[17-18]等人研究了污泥脫水用臥螺離心機(jī)的螺旋輸送器所承受扭轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算方法。瑞典學(xué)者Nilsson和芬蘭學(xué)者Rademacher[19]提出運(yùn)用力學(xué)的理論分析方法，他們把散粒物料抽象為理想流體，分析作為理想流體的整體流動(dòng)在輸送過(guò)程中的規(guī)律性，得出物料自由表面與壓力分布的解析圖。通過(guò)對(duì)螺旋輸送機(jī)的理論深入的研究，對(duì)螺旋輸送機(jī)的機(jī)理有了更深入的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)螺旋輸送理論分析還不夠完善，很多參數(shù)對(duì)輸送性能的影響了解還不夠。設(shè)計(jì)過(guò)程中很多結(jié)構(gòu)參數(shù)還要依靠經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，因而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中輸送量控制不準(zhǔn)確，效率低，功耗大等缺點(diǎn)仍需要進(jìn)一步研究。

3.2 設(shè)計(jì)制造

國(guó)外螺旋輸送機(jī)械發(fā)展比較早，螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)制造已經(jīng)基本成熟。除常用的螺旋輸送機(jī)外，還根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的特殊性，將螺旋葉整體設(shè)計(jì)成錐形，螺旋葉變徑，螺距變化，變徑變螺距，螺旋軸設(shè)計(jì)成錐形等各種形式的螺旋輸送機(jī)，以滿足不同的工作環(huán)境需要。但因這些特殊形式的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，功率消耗大等原因，不能夠被推廣，因此很多方面還需要進(jìn)一步提高。

在螺旋輸送機(jī)的加工方法上，螺旋葉的成型方式對(duì)機(jī)械的強(qiáng)度，剛度都有很大影響；F soavi和 O Int J Mach[20]通過(guò)對(duì)螺旋葉片的材料、質(zhì)量、形狀、車(chē)削加工程度得到了各因素對(duì)輸送性能的影響。20世紀(jì)60年代，英國(guó)科學(xué)家提出了錐輥異面輾軋成形理論，并將冷軋成形理論研究與試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到螺旋葉片的實(shí)際生產(chǎn)中，使螺旋葉片的生產(chǎn)方式發(fā)生根本性的改變。I'eBxo B M在20世紀(jì)80年代進(jìn)一步發(fā)展完善了冷軋成形理論。螺旋葉片錐輥連軋成形技術(shù)趨向于對(duì)超大葉片、超厚葉片、等厚葉片、大變形葉片、高強(qiáng)度葉片和微型葉片的生產(chǎn)工藝研究，以及加工設(shè)備研制、軋制過(guò)程的數(shù)值模擬與系統(tǒng)仿真等方面的研究。

國(guó)外很多輸送裝置已經(jīng)組合出現(xiàn)，通過(guò)水平螺旋輸送機(jī)和垂直螺旋輸送機(jī)構(gòu)成一個(gè)輸送系統(tǒng)。組合出現(xiàn)的螺旋輸送機(jī)在輪船裝卸方面得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)際上比較成型的螺旋卸船機(jī)卸船能力可以達(dá)到1000 t·h-1以上，其中瑞典的Siwertell公司設(shè)計(jì)的螺旋卸船機(jī)可達(dá)到2700 t·h-1。螺旋輸送機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用，北歐丹麥的Bioener公司開(kāi)發(fā)的秸稈的系統(tǒng)化輸送設(shè)備在歐洲得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

3.3 仿真研究

在仿真方面，已經(jīng)由三維試圖層面上升到動(dòng)態(tài)仿真和動(dòng)畫(huà)仿真，運(yùn)用一些模擬現(xiàn)實(shí)軟件，可以模擬整個(gè)工程的運(yùn)行過(guò)程。在螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)上，運(yùn)用虛擬的樣機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及可視化分析。Peter[21]等人通過(guò)運(yùn)DEM法，完成了螺旋輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真；Keisuke Uchida[22]通過(guò)運(yùn)用x射線測(cè)量技術(shù)對(duì)螺旋加料器粉末流的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行可視化研究；P J Owen[23]使用離散單元法(DEM)對(duì)螺旋輸送機(jī)的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)Philip Joweny[24]運(yùn)用離散單元法對(duì)散粒物料在不同狀態(tài)下的螺旋輸送機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行模擬仿真，并把得出的結(jié)論與試驗(yàn)值和經(jīng)驗(yàn)值比較，得到仿真值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。有限元分析法被設(shè)計(jì)行業(yè)廣泛應(yīng)用，運(yùn)用有限元分析法能夠?qū)崿F(xiàn)物料在螺旋運(yùn)輸機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)觀察和分析。通過(guò)螺旋輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，設(shè)計(jì)選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而提高螺旋輸送機(jī)運(yùn)行性能和可靠性。

4 螺旋輸送機(jī)在干法厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

相較國(guó)外螺旋輸送機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，我國(guó)現(xiàn)有螺旋輸送機(jī)發(fā)展依然運(yùn)用剛性理論，各行業(yè)發(fā)不均衡，缺少動(dòng)態(tài)分析與檢測(cè)，缺乏可控軟件啟動(dòng)技術(shù)與功率平衡技術(shù)，裝機(jī)功率相差大，機(jī)型少，功能單一，最大輸送能力相差大，運(yùn)行的可靠性低。國(guó)外的設(shè)備大型化，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析和自動(dòng)化技術(shù)，新型高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)，設(shè)備運(yùn)行性能好，運(yùn)輸效率高。借鑒外國(guó)比較成熟的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，并運(yùn)用到我國(guó)螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和制造上來(lái)。

4.1 沼氣干發(fā)酵螺旋輸送機(jī)存在的問(wèn)題

(1)由于我國(guó)沼氣發(fā)酵規(guī)模化生產(chǎn)起步晚，機(jī)械化生產(chǎn)水平也比較低，再者螺旋輸送機(jī)的基礎(chǔ)研究比較薄弱；螺旋輸送機(jī)的專業(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化水平都有待提高。

(2)由于沼氣發(fā)酵原料的多樣性和特殊性對(duì)螺旋輸送機(jī)的要求也不盡相同，對(duì)物料性質(zhì)分析還不夠充分，螺旋輸送機(jī)對(duì)不同物料的輸送性能差異很大；因而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)輸送效率低，輸送不暢，可靠性低等問(wèn)題。

(3)缺乏對(duì)物料輸送過(guò)程的理論分析與研究，螺旋輸送裝置已成為沼氣發(fā)酵物料輸送和收集過(guò)程中的必要設(shè)備，但是輸送過(guò)程中存在嚴(yán)重的堵塞起拱等現(xiàn)象導(dǎo)致輸送裝置的生產(chǎn)率低功耗大等問(wèn)題。

4.2 沼氣干發(fā)酵螺旋輸送機(jī)新方法研究

國(guó)內(nèi)外對(duì)沼氣發(fā)酵用螺旋輸送機(jī)的研究還比較少，制約了螺旋輸送機(jī)在沼氣發(fā)酵行業(yè)中的發(fā)展。針對(duì)國(guó)家能源缺乏和環(huán)境保護(hù)的迫切需要，根據(jù)輸送物料的特殊性質(zhì)，對(duì)沼氣發(fā)酵用螺旋輸送設(shè)備進(jìn)行理論研究和系統(tǒng)優(yōu)化，使參數(shù)達(dá)到最佳匹配，保證物料的連續(xù)輸送，并且解決生產(chǎn)過(guò)程中存在結(jié)拱和堵塞的現(xiàn)象；與此同時(shí)對(duì)螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，采用三段式布置形式以滿足沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)對(duì)輸送過(guò)程氣密性的要求。螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

1.進(jìn)料斗；2.第一段螺旋葉片；3.螺旋軸；4.空腔；5.第二段螺旋葉片圖2 螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

該結(jié)構(gòu)以分段形式進(jìn)行運(yùn)輸，兩段螺旋保證了運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性，中間空腔結(jié)構(gòu)通過(guò)前一段螺旋運(yùn)輸?shù)奈锪显诳涨惶幈粔簩?shí)，通過(guò)物料間的擠壓再把物料推送到下一段螺旋，空腔內(nèi)被壓實(shí)的物料在空腔內(nèi)保證輸送過(guò)程中螺旋輸送機(jī)腔體內(nèi)部的密封。當(dāng)輸送停止時(shí)，前一段螺旋不再向空腔內(nèi)推送物料，被壓實(shí)的物料停留在空腔內(nèi)不能被后一段螺旋運(yùn)走，停留在腔體內(nèi)的壓實(shí)物料將螺旋輸送機(jī)的腔體密封。該分段式螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)保證了整個(gè)進(jìn)出料過(guò)程沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)裝置的氣密性。該螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)實(shí)現(xiàn)沼氣干發(fā)酵系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)和干發(fā)酵系統(tǒng)裝置的氣密性起到一定的作用，為沼氣干發(fā)酵工廠化發(fā)展提供了一條新的途徑，具有一定的理論和實(shí)際價(jià)值。

[1] 烏蘭圖雅，王春光.螺旋輸送裝置的研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2014(11):244-248.

[2] 尹忠俊，孫 潔，陳 兵，張連萬(wàn).開(kāi)式螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析與參數(shù)設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2010，38(11):68-71.

[3] 王東霞.輸送小麥臥式螺旋輸送機(jī)主要參數(shù)的選擇和確定[J].理論與算法，2013(21):57-60.

[4] 胡海偉.車(chē)載式飼料運(yùn)輸車(chē)螺旋卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)工程，2014,4(1):102-103.

[5] 張東海.螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[6] 李曉豁，林其岳，何 洋.基于GAAA算法的螺旋鉆采煤機(jī)輸送機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010,35(3):498-502.

[7] 向冬枝，徐余偉.螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和確定[J].水泥技術(shù)，2010(1):29-33.

[8] 陳廣福，徐余偉.飼料螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和確定[J].飼料工業(yè)，2008,29(15):1-5.

[9] 龔玉友.炭素瀝青糊料螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)理論研究與應(yīng)用[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

[10] 王仁標(biāo).L型螺旋卸船機(jī)水平螺旋輸送機(jī)理研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[11] 鄭招強(qiáng).基于PRO/E的混凝土攪拌車(chē)螺旋葉片三維造型[J].技術(shù)論壇，2009(10):44-47.

[12] 趙橄培，吳慶定，陳 飛，張閃影.基于Pro/E的攪拌車(chē)螺旋葉片CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2012(8):17-19.

[13] 呂陽(yáng)濱，張 琪，唐利利.螺旋輸送裝置葉片的制造及成形工藝[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2009,37(8):49-51.

[14] 郭在云.試論螺旋輸送機(jī)圓柱螺旋葉片簡(jiǎn)易制作工藝及安裝方法[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014,43(4)：152-155.

[15] Kapur T P Meloy.Industrial modeling of spirals for optimal configuration and design:spiral geometry,fluid flow and forces on particles[J].Powder Technology，1999，102:10-18.

[16] A W.The influence of granular vortex motion onthe volumetric performance of enclosed screw conveyors[J].Powder technology ,1999.104(1);56-67.

[17] Wallace W F Leung,Archer H shapiro,Robert Yarnell.Improvements in the classification of fine-particle slurriesu-sing decanter centrifuges[J].Filtration&Separation ,1999 ,36(9):32-37.

[18] Wallace W F Leung.Torque requirement for high-solids centrifugal sludge dewatering[J].Filtration Separation，1998,35(9);883-887.

[19] Redemacher F J C.Some Aspercts of the characteristics of Vertical Screw Conveyor for Granular Material[J].Powder Tchnology,1974(9)：184-190..

[20] F soavi，O Int J Mach，Tools Zurla.Performance evaluation of a new screw conveyor for metal swarf[J].Manufacl，1997,7(37)37：1188-1196.

[21] Yoshiyuki Shimizu,Peter A.Cundall.Three-Dimenstional DEM Simulatons of Bulk Handing by Screw Converyors [J].Journal of Engineering Mechanics，2001，September: 864-872.

[22] Keisuke Uchida Koji Okamoto.Measurement technique on the diffusion coefficient of powder flow in a screw feeder by X-ray visualization [J].Powder Technology，2008，3:112-119.

[23] P J Owen,P W Cleary.Prediction of screw conveyor performance using the Discrete Element Method (DEM)[J].Powder Technology Corrected Proof Available online，2009，4:17.

[24] Philip J owen,Paul W cleary.Vertical screw conveyor performance: comparison of discrte element modeling with laboratory experiments[J].Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries,2009：1230-1233.

Present Situation and New Methods of Screw Conveyor Application in Dry Anaerobic Fermentation/

LIU Chang-liang1,ZHANG Jin2,WANG Chun1,WANG Jin-li2，ZHENG Yong2，ZHUANG Zhi-kai2，CHEN Cheng2/

(1.Heilongjiang Bayi Agricualtural University,Daqing 163319，China; 2.Agricultural Machinery Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Zhanjiang 524091,China)

This paper introduced the present situation of screw conveyor applied in dry anaerobic system,and its theoretical analysis,design,manufacturing,and motion simulation,were analyzed and summarized,pointing out the availability of screw conveyor in biogas dry anaerobic fermentation.And the prospect of new study of screw conveyor suitable for dry anaerobic fermentation equipment were put forward.

screw conveyor；biogas；dry anaerobic fermentation

2015-06-01

2015-08-01

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家公益性行業(yè)專項(xiàng)(201203072；1630062014022)

劉長(zhǎng)亮(1990-)，男，黑龍江省哈爾濱人，碩士，主要從事機(jī)械制造及其自動(dòng)化以及加工設(shè)備自動(dòng)化研究，E-mail：564183280@qq.com

張 勁，E-mail：zj1204@tom.com；汪 春，E-mail：wangchun1963@126.com

S216.4；X71

B

1000-1166(2016)03-0058-05