空气炮做为清堵破拱的工具，出现在国内时间并不太长，但由于它的结构比较简单，易于制造，所以 国内已有很多厂在生产，总的看起来还是以仿造国外产品为主。从已使用的情况来看，由单纯仿造 引起的存在问题不少，国内对空气炮评价意见也不一致，如果这些存在问题不能得到解决，将会大 大增加这一先进破拱工具推广使用的阻力。笔者在1995年曾参与上海宝山钢铁总厂炼钢厂石灰 悬浮赛排堵的攻关项目，承担耐高温空气炮的开发任务，因此曾对国内外各种型式的空气炮做了分 析比较，并针对部分存在问题做了一些探索工作，也取得了一些效果，现将这方面的一些见解陈述 于下。1空气抱破拱的工作原理靠物料自重往下流动的料斗，是使用得最普遍、也是最易堵塞的输 料装备，其堵塞成因多由于物料起拱。起拱是一个力学现象，它有有益于人类社会的一面，但也有 不利的一面，如物料在料斗中向下流动时互相支撑形成的起拱现象（见图1）造成堵塞，我们可以 在很多场合发现。只要破坏了“拱”的支撑平衡，“拱”就会崩塌，物料又恢复流动。采用气力或 电力振动，固然对有些拱能瓦解，但它有很大局限性，如果料库壁较厚，或者是混凝土浇注的料库 ，采用振动器就毫无作用，而空气炮所产生的冲击波，可通过“炮”口伸进库内直接作用在“拱” 的支撑点上，这就是空气炮做为清堵破拱突出特点的一面（见图2）。根据流体力学有关定律，两 种具有不同压力的空气当其满足＿＿＿POP＞1．893A成Z＜0．528－‘”“”””” －‘”P””’”“”的条件时，则空气由高压区域向低压区域流动的速度就可达到声速。由于空 气的可压缩性，当空气被压缩在密封容器内，随着压力的增高，其体积也在缩小，根据气体平衡方 程：PIVI＝PZVZ被压缩的空气就具有了能量，即压缩能或势能，如果容器与外部连通则空 气不但以声速高速向外部大气冲出，而且体积迅速膨胀，其压缩能转换为膨胀能或称动能，从而完 成做功过程。其膨胀功。为：这个快速膨胀的现象可与爆炸形成的冲击波等量。而空气炮正是实现 上述能量转换的一种具体结构。空气炮可分为二部分，即贮气部分和阀门部分。贮气部分比较简单 ，就是一个具有一定容积的贮气筒。一般属于1类低压的压力容器；阀门部分包括能快速开启的冲 击间和控制充气排气（放炮）的先导阀。充气时，先导阀置于进气状态，冲击间关闭，压缩空气由 先导阀进人贮气筒，充气压力可予先设定；放炮时，先导阀切换到排气状态，冲击间迅速打开，贮 气筒内压缩空气沿冲击阀的排气管迅速向外冲击，完成能量转换（见图3）。这个破拱力在炮口附 近最大，以50升容量的空气炮来计，可达到4000N以上，用于一般破拱应是足够的。2存在 问题的剖析虽然空气炮具有结构简单、工作可靠的特点，但在实际使用中并不都尽如人意。如有的 空气炮工作有效寿命很短，有的空气炮无法验证其与样本介绍参数符合程度，有的空气炮并不能清 堵破拱等，都在困扰着使用空气炮清堵破拱的决策，因此有必要找出问题的实质，看清原因，方能 采取对策。上海宝山钢铁总厂使用空气地很多，品种也多方面，国外产品有德、法等国进口，国内 产品大多数来自河南，是观察了解空气炮极好的机会，通过数年来的观察对比，并进行了测试检查 ，基本上对空气炮所产生的问题有了一个明确的概念，现将主要问题整理分析于下。2．IL作寿 命问题宝钢所使用的空气炮，有的启用后不到一个月就不能工作，有的炮明显越用排气声越轻，有 的国外产品在使用次数仅达规定的十分之一时就不稳定和漏气。这个问题主要在冲击阀上，冲击间 一般都由间芯和问座组成，阀芯与阀座的密封有软密封和硬密封M种（见图4）。硬密封用于高温 场合，如法国标准公司的空气炮冲击阀全部为铝合金压铸成形，阀芯呈锥形与问座孔吻合线密封， 阀芯移动导向也是硬密封，如同一个小气缸，其间隙精度不能低，又不能得到润滑，一旦磨损，就 不能保证阀芯与问座密封带的重合度导致漏气，间隙增大灰尘粘附还会使闽芯移动阻力增加，造成 开启不灵敏或不到位造成不稳定。空气炮大部分都是用软密封冲击阀，阀芯上有一个橡胶垫，压在 问座上形成面密封，加工精度及定位精度都不像硬密封要求严格，但阀芯导向部位由于也采用了弹 性密封件，移动阻力相应增大，这个导向段对灰尘杂物最敏感，由于粘附的灰尘造成磨损光洁度下 降，摩擦阻力使阀芯逐渐移动困难，造成开启不畅而冲击力逐渐下降。2．2质量评价问题空气炮 的好坏，现在还没有一个标准可作为评价依据，用户购买空气炮后也无法检测验收，往往都装上去 先看响不响，响声大的就认为是比响声小的好。由于没有一个统一的标准，即使同一台炮，也许你 说好他说不好，各生产厂介绍性能随意性很大，内容混乱，也就无法客观公正地评价，其后果就是 盲目竞争，盲目使用。2．3清堵破拱效果问题清堵破拱并不是一件极简单的事，使用者以为只要 将空气炮一装就万事大吉那就走入了误区，料库的几何形状是千变万化的，所用材料也是各不相同 的，再看物料，其粒度、粘度、含水量以及容量也是少有雷同。同样是煤炭，开滦煤就比枣庄煤容 易起拱而且难破；同样的煤库，黄梅季节就比平时容易起拱。有些料库安装了空气炮依然会堵塞， 并不一定就是空气炮不能破拱，实际上与空气炮的安装点、安装台数、层数、角度、容积以及炮口 的形状都有关。生产厂只管卖空气炮，别的事都不管，就非常容易导致工程失败，如果把这一切都 归罪于空气炮是不客观的。3开发抗污染的冲击阀结构针对冲击间被灰尘杂物污染而提早失效的现 象，开发新的冲击间结构，使之具有强抗污染性，应为正确途径。笔者在参与宝钢攻关项目中，就 有意识地不再采用活塞式结构作为冲击阀，设计了一种膜片式结构，利用膜片的弹性变形移动开后 冲击阀和密封。这种问的特点是：1）不需导向结构，不存在机械滑动摩擦；幻膜片就是间芯，与 阀座之间是面接触软密封，一密封可靠，加工要求不高；3）没有任何机械间隙，没有被灰尘杂物 飞人卡住的机会。这种结构在宝钢连续使用四万次以上，未发现有不正常现象，证明其抗行集目的 已经达到（见图3）。在开发耐高温冲击阀的过程中，不是像法国产品采用硬密封，而是在普通空 气炮冲击间的排气口上，设计了一个低开启压力的隔热止回阀，放炮时对冲击力影响很小，却能在 放炮结束时将窑内高温气体和灰尘杂物阻隔在外，保证膜片冲击阀的正常工作（见图5）。这种叠 加式空气炮从1995年7月与法国标准公司高温空气炮同时在宝钢石灰悬浮密安装使用，至8月 18日已累计超过三万次放炮无故障，已完全达到宝钢攻关组在技术协议中提出的指标，但这种炮 的价格只是法国炮价格的十分之一。4空气抱质且指标的探讨空气炮的质量指标应包括哪些内容， 笔者意见应简不应繁，从实用出发，考虑以下面三点为宜：1．冲击力。空气炮的冲击力上限是有 限而不是无限的，这可在工作原理中看出。冲击力和受冲击点的距离有关，和容器的充气压力有关 ，也和容器容积大小有关。可是冲击力是三维性的，它不能用一个数量来代表。为了冲击力的定量 化，专为此设计了一台测试合，用一只高灵敏压力传感器，放置在炮口前方不同距离与夹角，并在 不同充气压力下，测到了一系列数据，将记录仪上的数据加以整理绘成曲线。从所绘曲线分析，各 种空气炮其曲线变化规律性很接近，除近距离段有差别外，越往远越接近，因此设想，在参考现有 各种空气炮冲击指数曲线的基础上，取其一条平均值的曲线，作为冲击力指标，低于此曲线者为冲 击力不合格。2．寿命周期。根据空气炮使用特点，是不连续不固定间隔时间型，因此不应用多长 时间而应用放炮累计次数来度量。根据宝钢使用空气炮最高频次为12次／h来计，每月用864 0次，按每季度维修检查一次，应是保证三万次正常使用，可不影响生产。法国空气炮介绍为10 0万次有效，实际是10万次时已发现不正常。实际上这个数字也可以满足使用了，只是备件价格 太高，所以将使用次数提得很高，以消除用户的顾虑。3．外观及配件。这是附属性的，但从整体 来看，外观也不能忽视，造型本身应美观轻巧，色彩协调，不要面目可憎，配件要选择合理，性能 可靠。5开发空气跑的系统工程如何提高空气炮清堵破拱的成功度，是能否推广这一先进清堵破拱 方法的关键。电子料库的容积、几何形状、材料各异，物料的状况也各不相同，可能有的料库简单 装1台炮就能顺利排堵，有的料库却久攻而不下，这就提出了一个合理使用的问题。实际上清堵破 拱是一个很复杂的课题，现代化生产都是以自动流水形式为代表，而这种组成大部分都是输送环节 ，没有可靠的输送环节就谈不上自动流水生产。强制输送这个问题容易解决，靠自重流动输送就不 容易解决，因此笔者认为清堵破拱应是一个系统工程。首先，应该看清楚料库实际容积和几何形状 ，制造内壁的材料，还要看清进料方法、部位及卸料方法。最好应在前期即料库设计时就考虑不易 起拱堵塞的方案。其次，物料的性质也很重要，还有使用当地的气候特点，物料品种变化范围。然 后可根据这些资料定出最易起拱的料库部位和阻力大小，绘出破拱区和流动阻力曲线。第二就是选 择空气炮，根据破拱冲击力选择不同容积的型号，再根据料库起拱区的高度和面积，确定布炮层数 以及每炮间隔距离。炮排气管进库的角度以及排气口型式。根据笔者观察，排气口的形状和角度， 是直接作用于物料起拱处的，好的设计不但能更好地破拱，还能防止物料及灰尘等反向填塞，而这 又正是制造和使用双方都不加重视的空白点。第三就是确定使用方法，空气炮一般都是控制先导阀 的电磁铁，可以是随机性的任意放炮，也可以按时放炮，或编成程序自动控制放炮，根据料库输料 工况确定。最后，就是维护保养，要完期检查维护，贮气筒要排污，更换磨损件，清洗先导阀和冲击阀。有鉴于使用者由于各种原因并不可能建立清堵破拱的系统工程，笔者的看法是生产空气炮厂家应提供这一技术服务，这样便于专业化。生产厂家仅限于开发性能优异的空气炮是远远不够的，只有从系统人手，才能提高空气炮清堵破拱的成功率，使空气炮为广大用户所接受，清堵破拱工程
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