深海网箱用气力输送投饵机设计.doc

本科生毕业设计本科生毕业设计 深海网箱用气力输送投饵机设计 The design of Deep sea cages Physical strength Feeding machine 学生姓名陶琨 所在专业机械设计制造及其自动化 所在班级机制 1106 班 申请学位工学学士 指导教师林菁职称副教授 副指导教师张建职称副教授 答辩时间2014 年 6 月 3 日 目录目录 设计总说明设计总说明 I INTRODUCTION II 1 1 绪论绪论 1 1 1 概述 2 1 1 1 深海网箱远程气力输送饲料的特点 3 1 1 2 深海网箱气力输送饲料的工作原理 3 2 2 设计方案的确定设计方案的确定 4 2 1 输送方式的的选择 4 2 1 1 多种气力输送方式之比较 4 2 1 2 高压压送式气力输送 4 2 2 发送系统的组成 5 2 2 1 管线布置 5 2 2 2 如何实现远距离输送 5 2 3 整个系统的构成及工作原理 6 3 3 参数计算参数计算 6 3 1 输送气流速度 6 3 1 1 饲料的自由沉降速度 6 3 1 2 气流速度 8 3 2 输送空气量及管道直径 8 3 2 1 管道直径 8 3 2 2 输送空气量 9 3 3 输送气压损失 10 3 3 1 空气压力损失 10 3 3 2 加速压力损失 10 3 3 3 直管段的压力损失 11 3 3 4 弯管处的压力损失 11 3 3 5 管道内总压力损失 12 3 3 6 气源压力 12 3 3 7 气源机械所需的功率计算 12 4 4 零部件选择零部件选择 13 4 1 阀门选择 13 4 1 1 换向阀 13 4 1 2 电磁阀 15 4 1 3 安全阀 19 4 2 气源设备 19 4 3 发送设备 20 4 4 物料喷出口设备 21 4 5 管路增压器 22 5 5 系统工作流程及原理系统工作流程及原理 23 6 6 投饵机控制系统的软硬件设计投饵机控制系统的软硬件设计 25 6 1 投饵机控制系统的软硬件控制功能要求 25 6 2 交流电路和直流电路接线硬件设计 25 6 3 投饵机控制系统的软件设计 27 总结总结 28 鸣谢鸣谢 29 参考文献参考文献 30 附录一附录一 31 附录二附录二 33 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 I 设计总说明设计总说明 随着现代社会科技的发展 各行各业的自动化程度也越来越高 而现今深 海网箱养殖还在使用移动船只进行人工投饵 这就显得尤为费时费力 因此设 计一套能够实现远距离并且自动化程度较高的气力输送投饵设备就显得尤为紧 迫和重要 因此其经济效益也将是非常巨大的 本设计结合实际情况的要求 及符合我国海域海况条件 对目前投饵系统 出现的海上平台制造成本较高 平台利用率低及操作麻烦 自动化程度低等缺 点进性优化设计 决定以投饵船代替海上及陆上平台 以投饵船作为移动投饵 设备对远离海岸的网箱进行投饵 本设计主要实现远程气力输送投饵系统的结 构方案设计 动力设计 投饵布局设计和 PLC 控制设置设计四大主要部分 简 要介绍了整个系统的基本结构 工作流程和原理以及功能特点 整个设计从计算输送过程中的物料输送速度 单位时间的输送量 确定管 道直径以及管道的压力损失后选择合适的气源设备开始 通过计算的结果 初 步可以确定此次远程气力输送用一条输料管进行输送 到每组网箱处再用二位 三通换向阀进行转向 从而可以对各个网箱轮流进行投送 这样就保证了每个 网箱投饵量接近相等 根据计算的结果 对比各种发送设备的功能及要求 确 定系统气源设备的选择 从而进行配套电机 发送设备及分流系统的确定 从 而整个系统基本结构也就可以确定下来 而后在图纸上较准确地画出整个系统 部件的装配图及管道布局图 同时保证整个布局的简单合理 可操作性强 对 于整个系统中需要特别注意的部分则需要特别说明 例如在网箱处的分配阀结 构 这是因为分配阀是整个远程气力输送过程中的重要部分 只有分配阀在接 收到转向信号后正确且定时转向 才能保证饵料顺利输送到每个网箱且各个网 箱的料量大致相等 因此 本设计选用了气动的二位三通分配阀 在二位三通 电磁阀的控制进气的情况下能够保证其按时转向 从而使输送按时完成 软件 控制设计则主要是以实现投饵全自动化为最终目标 通过对投饵机各组成部分 控制 编制系统运行和监控软件 实现投饵作业的精确计量 自动控制和人性 化操作 因此控制系统软件设计也是本设计的一个重要部分 利用 PLC 的功能 特点 在 FXGP WIN C 环境下采用梯形图语言编制系统运行和监控软件 实现投 饵作业的精确计量 自动控制和人性化操作 投饵自动化是本设计通过软件实 现的一大特色功能 本系统可以通过系统控制流程图来体现其工作流程 它清晰的表现出系统 各部分工作的顺序及相互关系 也为 PLC 的控制顺序提供了依据 关键词关键词 投饵 自动化 气力输送 投饵 自动化 气力输送 结构 结构 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 II INTRODUCTION With the development of modern society the degree of automation of all walks of life are increasingly high Cage culture and modern deep sea vessels are still using mobile artificial feeding which is very time consuming Therefore the design can achieve a higher degree of automation and remote pneumatic conveying feeding device is particularly urgent and important and therefore its economic benefits will be enormous The design of the actual situation demands and in line with our sea sea conditions the current feeding system has a higher manufacturing cost offshore platforms platform utilization rate and operational problems the degree of automation and low defects into the optimization design the decision to vote bait boat instead of offshore and onshore platform to feeding the ship as a mobile feeding device for feeding cages away from the coast This design enables remote pneumatic conveying feeding system architecture design dynamic design layout design and PLC control feeding set design of four main parts briefly describes the basic structure of the whole system workflow and principles as well as features The entire design process from the transport calculation of material handling conveyor speed the unit of time select the appropriate device begins to determine the source of gas pressure loss after the pipe diameter and pipe By the results of calculations to determine the initial remote pneumatic conveying with a conveying pipe conveyed to each set of cages and then two way valve at the steering which can take turns on each cage delivery This ensures that each cage feeding amount nearly equal According to results of the calculation comparison of various requirements of the transmission device and the function determining the gas source device selection system for supporting the motor and thus the transmission system determining device and the shunt the basic structure of the system will thus be determined Then draw a more accurate figure on the assembly drawings and layout of the entire pipeline system components while ensuring that the entire layout is simple and reasonable workable For part of the whole system needs to pay special attention to the needs of special note For example in the structure of the cage at the dispensing valve it is because the entire remote dispensing valve pneumatic conveying an important part of the process and only after receiving a dispensing valve turn signal correctly and regularly turn to in order to ensure the smooth transportation of food to each cage and each cage feeding amount roughly equal Therefore the design choice of two way pneumatic distribution valves under the control of the intake case two way solenoid valve to ensure its timely shift so that delivery completed on time Software control design is mainly based on automatic feeding into the ultimate goal to achieve through the feeding machine control various components of the preparation of system operation and monitoring software feeding operations precise measurement automatic control and user friendly operation Therefore the control system software design is also an important part of the design Use features PLC in FXGP WIN C environment using ladder language preparation system operation and monitoring software for accurate measurement of feeding operations automatic control and user friendly operation Feeding Automation is a major feature of the design features of the software implementation The system can be embodied in their workflow through the system control flow chart it clearly showed the sequence of work and the relationship between the various parts of the system 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 III but also provides a basis for controlling the sequence of the PLC Keywords feeding automation pneumatic conveying structure 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 1 深海网箱饵料投放机设计深海网箱饵料投放机设计 机械设计制造及其自动化专业 201011411625 陶琨 指导老师 张建 林菁 1 1 绪论绪论 深海网箱养殖是一种大规模化 大量化 集约化及低成本化 现代化的一种新型先 进的海水养殖方式 它是伴随着当今新型高分子材料 新型产品研发 计算机自动控制 配套设备 鱼类育种 仪器仪表制造 生物海洋工程 特殊性能饲料配置 农业病虫害 防治 渔业养殖管理 海洋环境保护等多门类综合技术的发展而发展起来的一门新兴行 业 现在的深海网箱养殖能够实现远离海岸的海域养殖 这样一方面减少了环境压力 另 一方面也减少了近距离海岸维护费用 同时大大减少了养殖条件的限制 改进了鱼类品 质及养殖品种的多元化 以及加快鱼类生长 并减少疾病危害 还能有效的抵御风浪风潮 同 时扩大养殖的容量和密度 提高养殖效率 自动化程度高 管理规范有序 有利于渔民增 加收入和加大投资 促进渔业快速多元化的发展等诸多优点 因此在世界各国迅猛发展 起来 我国拥有着广阔的海域面积 利用海洋资源已经有千年历史 但近代以来 由于诸 多历史及技术问题使我国在海洋渔业养殖方面处于落后地位 为了实现海洋大国的目标 因此我们要大力发展海洋事业 近年来随着我国渔业产业结构调整及升级步伐的逐步加 快 全国大部分海水鱼类养殖业得到了快速发展 并不断向前迈进 在不断吸收外国先进 技术的同时也大力支持自主研发 深海网箱养殖作为一种新兴的渔业养殖技术 在国家及 沿海地方政府的大力支持和科研人员的共同努力之下 经过数十年的发展取得了一定的研 究成果 但目前国产的网箱在材料和结构设计方面还不够完善 比如国内产的网箱在耐 腐蚀及抗风浪的方面的功能还有待提高 随着集约化 规模化 多元化养鱼技术的不断 发展与完善 特别是国内大湖泊及深海处网箱养鱼以及内陆池塘河流等高密度精养技术 在全国各地广泛推广和应用开来 因此对具有特殊性能的颗粒状饵料的需求量也越来越 大 同时对相应的投饵方式和技术也有了更高的要求 在网箱养鱼的日常管理及操作工 作中 最耗费时间及体力的工作就是投饵 而这也恰恰关系到鱼类养殖的好坏 因为如 果采用人工投饵方式 则每天需要搬运饲料再通过投饵船将饲料投送到各个网箱 这种 投饵方式劳动量大 效率低 不能在最佳时间将饵料投送下去 另一方面深海网箱养鱼 的密度非常大大 随着鱼体的生长 以及不同季节对于饲料的需求量不同 投喂量也就 不断增多 劳动强度也将会慢慢增大 而且在投喂过程中人为因素多 这就不能保证每个 网箱的投喂量近似相等 从而导致投喂不均衡 导致饵料系数增加 养殖成本也就水涨船 高 这就严重制约了网箱养殖的规模化 自动化发展 因此 实现远程气力自动化输送 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 2 投饵 以自动化控制的机械代替人工进行投饵就显得极为重要 因此具有巨大的发展潜 力 目前国内的投饵方式有气力输送式投饵机 螺旋输送式投饵机 离心抛物式投饵机 同时还有电子控制的投饵船 移动式投饵机 这类投饵机大多存在定时不准确 储量少 等缺点 可靠性低 投饵距离不可调 投饵与间歇时间设置不合理 饲料的损耗高 为 了实现深海网箱养殖大规模发展 传统的人工投饵方式和现有的简易投饵机均无法满足 此要求 而要实现规模化 集约化的发展就必须设计出满足现代化要求的远程自动控制 的投饵设备 因此对投饵系统进行自动化的改造是至关重要的 结合近几年我国在深海网箱养殖中所积累的经验以及国外先进领域内的技术发展情 况分析 以及在进行投饵设备的原理设计时 主要考虑了 3 个方面因素 1 怎样避免 输送管道发生堵塞而实现远距离输送 2 同时实现远距离自动及手动控制投喂方式 3 在投饵系统方面 要实现高效率 低成本 可操作性强的要求 通过远程气力输 送 避免了船只一直开动及接管的麻烦 省时省力省钱 1 1 概述 远程气力输送投饵技术是一种高效养殖配套技术 采用高压压送式气力输送技术将 饲料输送并抛撒到养殖水面 这种输送方式可以实现远距离且大量化输送 同时可以实 现全天候全自动高效精确投饵 从而达到节约劳动力 节约成本 提高饲料利用率和养 殖效率的目的 将投饵设备装载在投饵船上到预定位置进行投饵可以最大化的提高投饵 设备的利用率 减少成本 获得最大化的经济效益 气力输送是利用高速高压或负压气流在管道中输送粉 粒状物料的一种方法 也就 是利用具有一定压力和一定速度的气流带动物料到达指定位置 从而完成输送任务 在 气力输送管道中 混合介质是空气和粉状或颗粒状固体物料 属于气固两相流 气力输 送理论 主要是研究气固两相流的基本规律 计算出满足输送要求的气体压力和气流速 度 气力输送装置按工作原理大致可分为吸送式与压送式两种类型 吸送式气力输送装 置 是将大气与物料一起吸入管道内进行输送 用低于大气压力的气流进行输送 常称 为负压吸送式气力输送 压送式气力输送装置 是用高于大气压力的压缩空气推动物料 进行输送的 也称为高压压送式气力输送 船载移动式自动气力输送投饵系统方案的设计要充分考虑深水网箱养殖是远离海岸 且自然条件复杂多变的一种养殖方式及其特点 实现投饵设备自身提供动力 采用封闭 式自动控制 保证其工作及控制的稳定性 在同一养殖对象的不同养殖阶段 投饵次数 和投饵量等养殖工艺参数通常会有比较大的变化 因此采用先进的 PLC 控制技术可以提 高投饵参数修改的便利性并简化设备的调试过程 提高自动投饵的效率和可靠性 方便 操作和使用 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 3 1 1 1 深海网箱远程气力输送饲料的特点 该系统大部分装备已经标准化 可以根据设计要求按标准来选取 控制部分采用触摸 屏输入使操作更加简单易学 适合人们掌握 且经济实用 该自动投饵系统在投饵输送 距离为 1500 米 最大投饵量为每小时 34t 可以根据鱼的不同生长阶段所要求的鱼饵量 来调整输送参数 该投饵系统可以根据不同季节饲料需求量不同来设定相应的投饵量 因此可以实现 最精确的投饵量 同时可以大量节省人力投资 另一方面还可以减少人的活动对鱼类摄 食的影响 有利于鱼类生长 由于投饵机的主要部分放置在投饵船上 因此需要在结构 尺寸上面做的更为紧凑 可以将投饵机放在低处采用人力加料或者用小型带式输送机加 料 该投饵系统均由船带自主控制运行的柴油发电机供电 系统工作后使管道中形成高 速高压空气流 饲料颗粒在高速气流驱动下经过分配阀沿指定管道向不同的目标水体输 送 在管道的末端有撒了器将饲料均匀地抛洒到养殖水面 可实现对多个目标水体进行 定量投饵 深水网箱投饵机的结构组成 1 供料系统 可以采用人力加料 也可以采用带式输送机加料 主要提供投饵机起 始料源 2 动力系统 主要由柴油机发电 提供给蓄电池 整个深海网箱的电力系统 一部 份是柴油发电机提供 一部分是由蓄电池提供 3 供气系统 主要由空气压缩机机构成 通过空气压缩机机提供的风力带动饵料到 达指定的位置完成投饵动作 4 传输系统 传输系统由输料管 分配器 出料口等装置组成 分配阀由独立气压 管道进行带动 通过 PLC 控制是否转向 通过阀芯的转向实现饵料的不同位置投放 5 控制系统 通过在远程控制柜处的操作实现投饵机的自动以及手动运行 系统选 用 PLC 作为控制核心 使投饵系统可以按照每日的投饵要求自动启动并全自动地对多个 目标水域进行定时 定饵精确的投放 1 1 2 深海网箱气力输送饲料的工作原理 整个投饵系统可以由 PLC 来控制 开机前可先设定好总投饵量 投放时间等参数 采用专用投饵船只装载投饵机 设计满足 10 组 一组 4 个的深海网箱的投饵要求 投饵 方式是 投饵船驶进网箱水道中间 向两边的网箱进行投饵 为使投饵更充分且每只网 箱投饵量均衡 鱼苗有足够的时间进食 因此采用管路自动切换来控制投饵水面 使在 总的投饵时间不变的情况下 对网箱进行依次逐点投饵 在控制方式上可以采用手动和 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 4 自动两种方式 这就可以使得操作更加人性化 通过 PLC 的控制 使投饵系统可以按照每日的投饵要求自动启动并全自动地对多个 目标水域进行定时 定量投饵 保证投饵行为准时且精确 2 2 设计方案的确定设计方案的确定 2 1 输送方式的的选择 2 1 1 多种气力输送方式之比较 气力输送方式有两种 一种是吸送式 另一种是压送式 吸送式是靠气源机械的 吸气作用 在管系中形成一定得真空度 利用具有必要流速的运动空气 将物料从某地 通过管道输送到一定距离的目的地的一种悬浮式气力输送装置 但是这种输送方式气源 机械要放在物料输出端 在本项目中不符合设计要求 不利于系统的设计 所以不选这 种方式 压送式气力输送装置是利用压缩空气来吹送物料 输料管的压力高于大气压力 而根据管道内的压力高于大气压的程度又分为高压输送和低压输送两种 低压输送的输 送能力比较有限 只能适合短距离的输送 且气固两相的混合比较小 其输送量较小 高压输送能够有较长的输送距离 1000m 2000m 混合比大 其单位时间内的输送量也 非常大 压送式系统气源在物料进口端 从而出料口端的设备比较简单 根据本课题的 设计要求应该选择高压压送式气力输送 2 1 2 高压压送式气力输送 高压压送式气力输送有多种给料方式 喷射式给料气力输送 回转式给料输送 这 两种方式都是在高压情况下将物料吹送出去 输送距离也较远 但其缺点是气固两相的 混合比比较小 这样的话单位体积的气体所携带的物料量就比较少 从而导致这两种输 送方式的效率低下的缺点 第三种给料方式输送是螺旋泵气力输送 这种输送方式有较 大的混合比 输送距离长 输送量也非常大 但其缺点是螺旋泵的出口螺距比入口螺距 减少 30 这会导致物料在越接近混合室处被压得越紧 对于一些脆性物料而言会导致物 料的压碎 另外螺旋要克服反方向的输送管压力和壁面的摩擦力来推动粉料前进 因此 动力消耗大 螺旋叶片磨损严重 从而使得螺旋泵气力输送的推广使用受到一定得限制 所以一般不宜选取 第四种是发送罐式气力输送 这种高压输送方式有非常大优点 首 先 将物料放进发送罐 在发送罐的缸体下部锥形部分有多个高压气喷口 且这些喷口 的方向与内壁方向呈一定锐角 当喷出高压气流时 物料在涡旋式的气流作用下作高速 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 5 的涡旋运动 从而使得气固两相达到很高的混合比 且对物料本身没有伤害 然后从发 送罐的底部弯管中喷出 这种输送方式输送距离远 发送量大 能源利用率高 广泛的 用于气力输送工程 本课题气力输送系统要求发送鱼饲料 远距离 大输送量 发送罐 式气力输送各方面特点都非常满足 所以选用发送罐作为整个输送系统的起始发送装置 2 2 发送系统的组成 2 2 1 管线布置 本投饵系统要实现远距离输送 至少 1500 米以上 深水网箱养殖 要求供应十组网 箱 每组四只 为了使系统更好地供应更多的网箱 我们将发送系统布置于十组网箱中 间 这样实际输送距离就是设计距离的两倍 所以在中间部位设计一个二位分配阀 然 后管线分别延伸至网箱两边 在投送时先投送边 比如本课题要求十组 则一边 5 组 投送完毕通过分配阀换向而投送另一边 2 2 2 如何实现远距离输送 实现气力远距离输送最大的障碍就是管道被物料堵塞 由于远距离输送过程中 气 压 气流速度都会慢慢降低 且在急弯处气体由于被短暂压缩 压力大 速度低 这些 都会导致物料的速度降低甚至在管道底部发生堆积 最终引起堵塞现象 所以要实现远 距离输送 我们在管道设计布置时必须确保物料在输送过程中不会在局部堆积而至堵塞 首先是管道布置的问题 大多数管道布置时是水平 倾斜 垂直等的组合 当气流 带动物料在管道内运动时 在过长的水平管道中 会由于路线的渐长而导致物料在某一 部位发生沉积进而局部堆积 最后发生管道堵塞现象 所以水平管道不宜过长 在远距 离输送时 我们可以根据现场施工条件 每隔适当距离在管线中加装一个弯管 这样当 气流通过这些弯管处时 会发生旋转现象 这种旋转气流会对沉积的物料会起到搅拌的 作用 从而避免的沉积的继续扩大 也就避免了发生局部堵塞现象 但在管线中加装弯 管会使气压有较大损失 所以在弯管出再加装增压器 这种增压器的喷射方向是与管线 中气流方向成 15 度左右的角度的 通过气压来控制其开启 当管线的中有气流通过时其 压力会使增压器的内部的气动活塞作用从而打开气阀 压缩气体经单向阀进入增压器内 另一方面 由于随着距离的的变长 气压不可避免的越来越小 在发送的始端压力 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 6 大 气流速度小 混合比大 而在后面 压力变小 气流速度变大 混合比变小 气流 动力减小 也易发生堵塞 另外物料速度随着气流速度增大而增大 从而对管道的磨损 也越来越大 这对于远距离输送也是非常不利的 一旦管道破损维修将会是非常麻烦 鉴于这种情况 我们可以采用变管径输送 在整个管线中 我们可以采用两种或者三种 管径来布置管线 且管径随着距离的增大是减小的 气体的量不变 小管径会使气体被 压缩 从而增大压力 减小速度而达到我们的设计要求 2 3 整个系统的构成及工作原理 本气力输送系统采用高压压送式 气源设备为空气压缩机 气体与物料在发送罐内 混合达到高的混合比 再用高压气体将其喷射出 发送罐采用涡旋式 上面有排气阀 安全阀 进料口 在中部和下面锥形部位设有喷气口 使内部物料高速涡旋转动 再通 过底部牛角弯管喷射而出 由于发送罐要排气后才可以加料 为了加快投饵速度而采用 双罐并列加料 在工作时 其中一个罐加料时另一个发送物料 待到发送完毕后 另一 个罐开始工作 这样就可以避免中间停歇来加料 从而大大提高整体发送速度 两个发送罐外接输料管 通过一个气动二位三通换向阀将两个发送罐连接在一起 在投饵时将其与网箱中的输料管相连接 每次投饵时要求每个网箱投饵量相等 所以在 每组网箱处的管道中要安装四只气动二位三通换向阀来控制物料轮流流向四只网箱 每个气动的二位三通换向阀用一个二位三通电磁阀来控制 本系统采用 PLC 集中控 制系统 布置一组线来控制所有电磁阀的动作 采用 RS 485 转换器与解码器将 PLC 发出 的信号传递给电磁阀以实现其预定动作 在每只网箱中都装有一个物料喷洒器 当高速气流从喷口喷出时 由于喷口呈牛角 状会受到一个侧向力 在此力作用下喷口会旋转起来将物料均与的喷洒在网箱中 向发送罐中加料有多种方式 由于船上空间有限不宜专门为其配备装饵设备 可以 将投送系统放置在船舱内部 采用人工在夹板上投饵方式 也可以用一个临时的小型皮 带输送机为其加料 3 3 参数计算参数计算 3 1 输送气流速度 3 1 1 饲料的自由沉降速度 要计算输送气流的速度必须先计算出物料的自由悬浮速度 当流体的速度等于物料 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 7 的沉降速度时 物料处于悬浮状态 这时流体的速度也称为物料的自由悬浮速度 所以 计算物料自由悬浮速度也就是计算物料的自由沉降速度 鱼饲料多半为圆柱状的长形颗粒 其粒径较小 查相关资料可知一般长为 10mm 圆柱 直径为 3 6mm 这种形状的颗粒物料的悬浮机理为脉动分速 气力输送一般为紊流 在垂直 方向上存在脉动分速 促使物料被悬浮 根据这一原理即可算出物料的沉降速度 此公式出自气力输送工程式 3 16 4 3 0 1 令 则 4 0 3 其中为球形颗粒的粒径 为物料的密度为 500kg 为气体的密度为 0 3 1 25kg 为沉降阻力系数 根据试验沉降阻力系数与球体的沉降雷诺数有关 3 由上分析可知气力输送一般为紊流 查取下表可知 图 3 1 圆形物体沉降阻力系数与雷诺数的关系 当 1500 200000 时 0 4 0 43 平均为 0 415 则可得紊流区沉降速度的计算公式 此式出自气力输送工程输输送工程式 3 21 56 14 0 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 8 根据资料显示鱼饲料的大小折合成球形颗粒的粒径约为 5mm 则 7 93m s 56 14 0 56 14 0 5 500 1 25 1 25 3 1 2 气流速度 即饲料的自由悬浮速度也为 7 93 m s 由于饲料是长条圆柱状 故需要将其球形速 度转换为饲料的实际的自由悬浮速度 非球形颗粒重力沉降速度 0 式中 为形状系数 为形状球形颗粒沉降速度 为实际颗粒的沉降速度 只要算出形 0 状系数即可 可以按经验值来选取 粒径大于 0 074mm 的粗粒径物料 其形状系数可选 取范围为 0 7 0 8 取其较大值 0 8 则 0 87 93 6 34m s 0 由于饲料为均匀物料 则根据经验应按悬浮速度的 1 5 2 5 倍来计算 取较大值 2 5 倍 则输送气流速度约为 16m s 考虑安全速度则实际气球速度应选为 20m s 3 2 输送空气量及管道直径 3 2 1 管道直径 输送物料所需的空气量 输送所需要的空气重量 单位时间输送物料的重量 M 混合比 空气的密度 故 当输送气流速度为 m s 空气量为 min 输送物料的重量为 3 kg min 空气密度 kg 则输料管直径为 3 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 9 4 60 4 60 采用高压输送混合比比较高 m 为 10 40 取最大值 40 3 2 2 输送空气量 上式中求出了输送管道直径的公式 其中单位时间物料量未知 所以要先算出单位时 间投饵的最大物料量 本投饵系统要满足 10 组 每组四只网箱的投饵要求 根据最大量 原则 计算出最大投饵量代入公式计算即可满足要求 查取相关资料书可知 吃食性鱼 类一般每立方米水体放养 10 至 15 公斤 一般进箱规格为 1000g 年最大投喂量根据净增 重倍数饲料系数来进行推算 即鱼种的放养量净增重倍数饲料系数 鱼的净增重 倍数一般为 4 5 倍 全价配合的饲料的饲料系数为 2 2 5 据上所述一只网箱年最大投喂量为 G 15V52 5 公斤 其中 V 为水箱内水域的体积 V h 2 400 2 则 G 153 147 167193 75公斤 400 3 142 5 2 5 一年中的投喂量不一样 上半年投的较少 下半年投的较多 现以月投喂量为年投 喂量的 15 作为标准计算 则 G1 G 15 一个月的每天投喂量也有所不同 上中下旬投喂量之间有差别 现已较大投喂量来作为 标准计算 即日投喂量为月投喂量的来计算 则日均投喂量为 1 15 G2 G 1671 9公斤 15 1 15 一天两次 每次的投喂量为 G3 G2 2 835 97公斤 即每次每只网箱需投送 835 97 公斤 则一组四只共需投送 3343 87 公斤 10 组每次共需 投送 33438 7 公斤 约为 34t 投送时间尽量短 现要求一个小时内投送完毕 则投送系 统的投送能力为 34t h 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 10 故输送空气量为 11 33 3400 60 40 1 25 3 输料管直径 10 96cm 4 60 4 60 4 34000 60 60 3 14 40 1 25 20 即管径为 10 96cm 我们取 12cm 由于理论计算所得出的输气量在考虑漏气及计算中存在的误差之外 还要留有一定的余 量 根据实验可知一般实际选用的空气量为理论空气量的 110 120 即本系统输气量 实际为 13 6 3 3 3 输送气压损失 3 3 1 空气压力损失 空气管的压力损失 这是从空气压缩机至发送罐进气口处的压力损失 则 达西公式 2 2 从气源机械出口至发送罐大约长 5m 式中的为空气在管道中的摩阻系数 按经验可取 0 004 则 100 0 004 500 5 1 25 400 2 3 3 2 加速压力损失 物料在经发送罐输出至发送管内并达到一定速度需要有一个加速的过程 这就将不可 避免的产生压力损失 这是因为在加速段内物料速度非常低而空气速度非常高 从而它 们之间的速度差大 导致气流阻力非常大 而导致空气压力主要损失在粒子的加速上 由 达西公式 可参见管道输送工程 2 2 2 C 决定于供料方式的系数 一般取 1 10 我们取为 5 物料的最终速度 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 11 m 混合比 查取相关资料可知 管道中颗粒状物体粒群的最终速度在牛顿阻力区 这就可以将 其近似化处理而得到物料与气流的最终速度比 本系统中大部分管道均为水平管道 所 以以水平管简化得到最终速度比 1 1 2 2 其中为物料在管道中的阻力系数 按经验可取 0 010 采用了不同管径来输送 整个 1500m 的输送距离中有 500 米采用管径为计算管径 120mm 另外 1000 米采用 100mm 来输送 其物料的最终速度不一样 选取较大的速度作 为最终速度来计算 即 1 1 1 0 01 9 842 2 9 8 12 10 2 20 18 2 1 1 0 01 9 842 2 9 8 10 10 2 20 15 26 选取 作为最终计算速度 则有 1 18 2 5 25 18 20 2 1 25 400 2 9 8 1315 68 3 3 3 直管段的压力损失 直管段的压力损失 1 2 2 式中的压损比 a 1 mk 分别按两段不同管径的来计算直管的压力损失 1 0 004 500 102 12 1 25 400 2 1696 42 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 12 2 0 004 1000 102 10 1 25 400 2 4750 1 其中系数 K 值一般取为 1 0 较合适 则 1 mk 41 1 1 2 1696 42 4750 0 336 3 3 4 弯管处的压力损失 弯管处的压力损失 1 m 2 2 式中为弯管局部阻力的附加压损系数 在水平转向水平处其值为 1 5 在水平转 向垂直处其值为 2 2 本气力输送系统中水平转水平的弯管可以按两处来计算 水平转向 垂直的有 5 处 则有 1 40 1 5 0 057M 0 75 1 25 400 2 2 1 40 2 2 0 75 1 25 400 2 5 Pa 3 3 5 管道内总压力损失 在输送末端的分流器及喷出口等处的压力损失过小 故不计入压力损失之中 可以 在计算总压力损失后再取较大值来满足压损要求 综合以上计算可知 100 1315 68 106 0 336 0 057 0 394 根据以上计算的结果同时要考虑计算误差和实际工作中输送条件改变的可靠性 一般 应留有 15 25 的余量 即 0 394 1 25 0 493 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 13 3 3 6 气源压力 若要将物料按要求输送到各个网箱中 则在最终喷口处 气压应该大于一个标准大气 压 现选取出口处的压力为 1 5 个大气压 实际气源所需的压力值为 P 0 493MPa 0 15MPa 0 643MPa 3 3 7 气源机械所需的功率计算 采用空气压缩机的功率计算 空气压缩机的理论功率 kw 计算可用公式 出自气力输送工程 0 0612 1 1 1 式中 吸气体积 3 吸气的绝对压力 MPa 排气的绝对的压力 MPa I 压缩级数 K 绝热指数 对空气 k 1 4 若空气压缩机在压缩工作时将热量完全散走 进行等温压缩则所需要的理论功率 30Kw 1 0 0612 ln 1 0 0612 13 6 0 1013 ln 0 0623 0 1013 4 4 零部件选择零部件选择 4 1 阀门选择 4 1 1 换向阀 本气力输送系统采用双发送罐发送 将投送设备放在投饵船上 投饵时将船开到 10 组网箱中间 所以两个发送罐要用一个二位三通换向阀来连接以实现两个发送罐的轮流 工作 每组四只网箱要求获得等量饲料 所以要求给每只网箱轮流投料 这就要求在每 组网箱处设置四个相同的二位三通换向阀在投饵时轮流换向以给四只网箱投饵以及向下 一组网箱供料 以上各处的换向阀均可以采用 HYC R L XXX 系列二位三通分配阀 如图 4 1 所示本 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 14 阀适用于温度 30 100 压力小于 6MPa 工作介质为各种粉料 粒料 在系统中通 过二位三通分配阀阀芯位置的切换来达到气力输送系统对输送通道实现正确的选择 图 4 1 二位三通换向阀的三视图 表 4 1 换向阀的规格参数 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 15 阀的结构特点阀的结构特点 1 阀体采用的是铝合金材料 其特点是重量轻 安装方便等 2 阀的密封是阀芯与端盖间加了 O 型橡胶密封圈 此种密封方式具有方便 可靠性 强等优点 3 为了防止静电 在阀的内部通道中装有防静电的硫化橡胶 4 本分配阀还装有到位信号指示灯 采用的是接近开关来指示到位的状态 这样可以 很好的保证工作的可靠性 5 阀芯的驱动采用的是具有微调结构的新型齿轮 齿条气缸来实现的 这种驱动方式 具有使用寿命长 调整方便等优点 阀的调整步骤阀的调整步骤 1 检查错位方向 2 断开电源或拆下电磁阀控制线圈 关闭控制气源并排放气缸内空气 3 调整位置 对于小错位情况 可调节驱动气缸两端行程调节螺柱实现 注意调好位 置后 将调节螺柱锁死 如阀门需大修 注意在分离气缸和阀体之前做好轴与连接套连 接方位标志 否则会给维修后阀芯位置调整增加难度 在经过调节螺柱仍无法调整错 位 需拆开齿轮齿条气缸 根据错位方向调整齿条与齿轮的啮合位置 用调节螺柱微 调 该过程需重复多次 4 调整完毕接上压缩空气管 手动检查位置是否正确 5 装上电磁阀线圈 重新送电 安装注意事项安装注意事项 1 在具体安装之前应该先检查分配阀的外形 并且查看分配阀是否有发生橡胶内衬 气缸 接线盒 电磁阀和接近开关等关键部位的损伤 2 根据工作需要的安装通径 阀的旋向等要求对阀进行检查 看其是否满足要求 3 阀在工作过程中不可避免的要发生一定得泄露 所以在安装时根据泄露的报告将泄 露量最大的阀安装在系统的末尾处 4 安装时若需要吊拉等操作时 必须使用吊拉环对其进行位置调整 5 安装完毕 完成支架的固定及电 气的接线 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 16 表 4 2 二位三通阀故障表 4 1 2 电磁阀 1 本输送系统多处要用到电磁阀 电磁阀以其小巧的外形 快速的反应而得到广泛的 应用 在本系统中的发送罐罐体顶部有排气阀 当罐内需要加料时 排气阀打开排除空 气 要求作用迅速 而采用电磁阀来控制 可选择 CF 系列精巧先导式的电磁阀 具体外 形及规格参数见表 4 3 和图 4 2 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 17 图 4 2 CF 系列先导式精巧电磁阀 2 发送罐罐体中部有两个进气口 下部牛角弯管处有一个进气口 这些进气口是在发 送罐工作时向内喷射出高压气体的 需要阀门来控制其关断 由于要求实现发送罐自动 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 18 工作则进气口处同样要使用电磁阀来控制 同样可以使用 CF 系列精巧先导式的电磁阀 具体参数可以参照上图 3 发送罐上部的进料口和下部与牛角弯管处相连的出料口处均需要电磁阀来控制其开 闭 由于考虑这两个部位有一定的轴向尺寸限制 现采用 CCD 型电动插板阀 这种阀轴 向尺寸较小 比较适合这两个部位的安装 其外形和规格参数见图 4 3 和表 4 4 图 4 3 电动插板阀 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 19 4 在整个发送系统中多处采用了换向阀 这些部件都选择了气动的方式来驱动其换向 运动 从而需要安装二位三通电磁阀来控制气体的流向 从而来控制阀门换向 二位三通电磁阀阀芯设计为双活塞阀芯 使用寿命长 换向和分流迅速 专制线圈 不易烧毁 在真空负压 零压时都能正常工作 表 4 5 电磁阀的规格参数 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 20 图 4 4 电磁阀 4 1 3 安全阀 在发送罐体顶部要设置安全阀 以防止因压力瞬时升高到警戒值而造成安全隐患 系统的气源压力为 0 643MPa 则安全阀的最大工作压力可选为 1 0MPa 4 2 气源设备 本系统采用的气源设备为空气压缩机 根据前面计算可知气源设备的功率至少为 30KW 在实际选择时应该略选择的大些 因此我们选用大于其设计风量 配套电机驱动其 功率要大于设计所需功率的 VW 9 8 4 型空压机 其具体参数如下表 表 4 6 空气压缩机规格 根据上表可知可以选择产品序号为 3 或者 4 的空气压缩机 广东海洋大学 2014 届本科生毕业设计 21 空气压缩机的优点空气压缩机的优点 空压机的优点是 1 运转稳定性高 供气量稳定 效率高 振动小 噪音低 2 喷入的润滑油具有密封 冷却和润滑作用 3 整个空压机零部件少 无吸 排气阀片 结构简单 维修方便 4 3 发送设备 本投饵系统采用发送罐式气力输送 这种输送方式可以达到很大的混合比 输送量 大且输送距离远 能够满足本课题的远距离输送要求 另外也易通过各种硬件及软件的 相配合而实现自动化控制 根据前面计算结果可知要求发送效率为 34t h 输送管径为 12cm 则可以选用