对塑料薄膜、编织袋等废旧塑料进行破碎加工主要存在以下几方面问题：(1)由于塑料薄膜、编织袋体积大质量轻，呈大块、长条和团状，蓬松缠绕，破碎后每1m3仅重30 kg左右，因此喂入困难；(2)因破碎料可压缩呈弹性，虽然受到高速刀辊的推挤和离心力作用，破碎料仍难以通过底筛孔，所以排料也不顺畅，影响生产效率；(3)因塑料膜片薄软，刀片在切割中易发热，工作时间稍长即发生粘刀现象，以致不能连续工作；(4)破碎作业时出料口易产生大量粉尘，污染工作环境。
为了方便处理料的喂入，增强过筛能力，并强化刀片的冷却效果，避免粉尘污染，改善工作环境，笔者设计了与主机配套的气流吸送系统。
图2为塑料膜片破碎机的总体结构，其中气流吸送系统由吸送风管、风机、旋风分离器和除尘布袋组成。吸风管与破碎主机下部出料箱连接。
由于气流吸送系统的作用，进料口、粉碎室和出料箱均处于负压状态，有利于顺利喂料、碎料过筛、顺畅排料和避免粉尘外逸扩散，有效改善周围工作环境。生产使用证明，气流吸送系统是保证破碎主机良好工作的关键配套装置。
1、塑料膜片破碎加工的特点和采用气流吸送的优势
废旧塑料膜片、编织袋、废丝破碎时，由于处理料形状不规整，且互相缠绕，破碎后密度小，1m3重量仅30 kg左右，所以喂人困难。破碎后小碎片蓬松可压缩，占驻破碎室空间，仅靠刀辊的离心力难以挤压通过筛孔(筛孔直径15～28 mm)，常有排料不畅的状况，大大影响生产率。此外，破碎料体积大，需要较大空间堆放，而破碎机又不宜安装在较高位置，如果用料仓储放，则还需提升输送设备，会增加投资。
采用气流吸送除尘系统，在破碎机主机进料口、破碎室及出料口处形成负压，产生内部吸力，处理料容易喂人，破碎料容易穿过筛孔，粉尘不会外逸，从而有效解决了进、排料不顺畅的问题和粉尘污染问题。同时，大量冷空气从粉碎室流过，对刀片也起到冷却作用。该系统从破碎机排料口吸出破碎物料及灰尘在封闭状态下经管道输送到旋风分离器实现料气分离，尾气再经布袋除尘后排出。采用前吸后压的输送方式，风机布置在系统中部，结构简单，旋风分离器在正压下操作，便于物料下落，压送部分的风管可以将水平段和垂直段加长，使落料距离更远，落料高度可提高，方便破碎料仓储、装袋或后续工序的安排。
2、旋风分离器的结构设计
在气流吸送系统中，破碎料与空气形成混合两相流运动，最终必须通过分离装置将破碎料从空气中分离出来。
工程上常用的分离装置主要有重力沉降室、惯性除尘器、旋风分离器、布袋除尘器、电除尘器、湿式除尘器等，考虑到此处物料的特点，决定采用旋风分离器十布袋除尘器较合适。
废旧塑料薄膜、编织袋、废丝破碎时，经过的底筛是开有直径为16～28 mm的圆孔，破碎后的物料呈小薄片和丝条状，迎风面积大，堆密度小，其悬浮速度小于1 m／s。另外原料中含有泥沙、灰尘、细菌，破碎后形成粉尘，其悬浮速度也很小。所以，对于这种蓬松片状物料采用重力沉降和惯性除尘方式都不合适，因产品需要保持干的状态，采用湿式除尘器也不合适，而采用电除尘器费用高也不合适。最后，笔者决定采用旋风分离器十布袋除尘器的方式，其中旋风分离器主要用于大部分破碎粗料的分离，布袋除尘器用于尾气粉尘的捕集。
由于破碎料呈蓬松薄片状，输送气流中物料容积含量大，采用常规的旋风分离器也是有问题的。
图3所示为常规的旋风分离器结构，由矩形进风口、筒体、锥体、排风管四部分组成。含尘气流由切向进入分离器后，由上向下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外漩涡。外漩涡到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，最后经顶部排风管排出。这股向上旋转气流称为内漩涡。气流作旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，要向外壁移动。到达外壁的尘粒在气流和重力的共同作用下沿壁面落人灰斗。
气流从分离器顶部向下高速旋转时，顶部压力发生下降，一部分气流会带着细小尘粒沿外壁旋转向上，到达顶部后，再沿排风管外壁旋转向下，向排风管排出。这股旋转气流称为上漩涡。如果分离器进风口和顶盖之间有一定距离，没有进口气流干扰，上漩涡表现比较明显。
旋风分离器内的气流运动是很复杂的，除了切向和轴向的运动外，还有径向的运动。图4为旋风分离器内气流流线图，图5为旋风分离器内流场图。
由图5中内气流的切向速度可知：外涡旋的切向速度随半径r减小而增加，在内、外涡旋交界面上达最大。内涡旋交界面的半径ro=(0.6-0.65)rp(rp为排风管半径)。内涡旋的切向速度随r减小而减小。
对于径向速度，假设内、外涡旋的交界面是一个圆柱面，外涡旋气流均匀地经过该面进入内涡旋，则可以近似地认为，气流通过该平面的平均速度就是外涡旋气流的径向速度。实际上径向速度沿高度的分布是不均匀的，上部大下部小。径向速度的方向是外涡旋向内，内涡旋向外，这对尘粒的分离是不利的，有些细小的尘粒会在向心气流的带动下进入内涡旋，然后从排风管排出。
分离器的轴向速度，在外壁是向下的，中心部分是向上的，在排风管底部达到最大值。气流由锥底上升时，会将一部分已经分离下的尘粒重新带起，这是影响分离效率的关键之一。
旋风分离器的压力分布是由外壁向中心逐渐降低的。由于内涡旋气流高速向上旋转，即使旋风分离器在正压下操作，其底部仍有～定的负压，因此底部必须保持气密性，防止外界空气进入。
本系统中需要分离的固相物为塑料薄膜破碎后的小薄片和丝条状物，堆密度仅30kg/m3左右，其悬浮速度小于lm／s，在混合的输送气流中占有的容积比较大，所以进入旋风分离器内形成的旋转流厚度较大，进入分离器锥底后极易被内漩涡气流带起，影响分离效率。为了改善分离效果，笔者在
该分离器有如下特点：
1)顶部采用下旋式结构，为螺旋面顶部，可以强制引导进人的切向气流，减少了上涡旋，使外涡旋得到加强；
2)中心排风管采用叶片式结构，如图7所示，常规的旋风分离器结构的基础上作了一些改进，设计了如图6所示的叶片式内芯筒旋风分离器。即芯筒中间部分的筒体由60～80片窄平板条叶片均匀间隔组合而成，平板条与芯筒圆周切线成e角，θ取25°～35°，相邻平板之间形成气流通道，其方向与外涡旋相反，而与内涡旋相同。由于旋风分离器的压力分布是由外壁向中心逐渐降低的，此结构可以使旋转气流由上而下过程中有部分气流通过叶片间隙直接进入芯筒排出，从而减少至下锥部的气流量，可以削弱内涡旋的强度，减少从底部带起已分离物料的数量；
3)减小排风管直径，扩大芯筒外部空间，以容纳较厚的旋转气流，使分离料层离芯筒更远。这里取d<0. 4D(d为排风管直径，D为分离器直径)。
工作原理：混合气流从分离器顶部切向进入，沿螺旋顶面高速向下旋转，在离心力作用下物料与气流分离，物料贴外壁面运动，而气流靠内侧运动。当内侧气流碰到芯筒时，有相当部分（约1/3以上）的空气就从芯筒叶片间隙中直接进入芯管内，并经由排气管口排出。剩余的空气与物料则继续作向下的旋转运动，有些很细微的物料颗粒在碰撞到芯筒叶片时会被弹回（这是由于物料颗粒的惯性较空气大，所以物料颗粒不易转弯经由叶片间隙逸出去），随即又重新被向下旋转的气流（外涡旋）携带着前进。最后，物料被分离从锥底部出口落下，而空气则从顶部排风管排出。
由于有相当多的空气直接经由叶片间隙直接逸出去了，因而可使下旋空气量（外涡旋）及由下向上返回的内涡旋的空气量得以减小，这就能使旋风分离器的压损减小。
实验证明，该旋风分离器对于塑料薄膜破碎后的小薄片和丝条状物有很高的分离效率，它的阻力（压损）很小（阻力系数为2.6左右）。
3、气流吸送系统的设计
为了使破碎主机进料口、破碎室、底筛和出料箱处于负压，又使旋风分离器处于正压操作，系统采用先负压后正压的方式，风机布置在系统中间，结构较简单。
主机进料口断面尺寸为510 mm×330 mm，底筛为直径360 mm有效长度500 mm的半圆弧板，筛孔为16～28 mm的圆孔，开孔率约32%。考虑获得良好的进料效果和防尘效果，取进料口风速为5 m/s，则风量为3 100m3/h，此时穿过筛孔的风速为9.8 m/s，工作时有物料进入，此风速将大于该速度，故对破碎料过筛有良好作用。
输送尾端采用前述的叶片式内芯筒旋风分离器，处理3 100 m3/h的风量，取分离器直径1 100mm，总高度为2 500 mm，其中上部直圆筒高度1 500 mm，分离器下部接储料仓。分离器进口切向进风速度为15 m/s，中间输送管为圆管道，其风速也取15 m/s。分离器之后，由于还含有微量细小粉尘，再串接多个简易的内滤式布袋除尘器，过率风速取0.6 m/s，采用人工振打方式清理布袋，收集的粉料定期放出。
气流系统中，气流经过的路途为：主机进料口→粉碎室→筛孔→出料箱→风管→风机→风管→旋风分离器一布袋除尘器，其中气流夹带有蓬松的塑料膜及破碎小料运动，容积比较大，且主机刀辊高速旋转也起到压风作用，管路的风阻计算较为复杂，经估算和实验取系统风压降为1 500 Pa。
综合上述考虑，取系统风量为3 400 m3/h，系统风压为l 500 Pa，选用排尘风机C4-73№3.6型，主轴转速2 800 r/min，电机功率3 kW。
4、生产使用效果
按照上述设计的气流吸送系统配套塑料膜片破碎主机已经投入使用，工作稳定可靠，效果良好，达到的破碎能力≥450 kg/h，周边环境粉尘浓度≤10 mg/m3，装机总容量21.5 kW。气流吸送系统，使进料顺，排料畅，输送距离远，落料高度提高，现场布局方便。
旋风分离器底部下料口连接料仓，经测定下料口处风压与环境气压基本平衡，下料顺畅，料仓不需要严格的密封。尾部布袋除尘器收集的粉料小于5%，说明旋风分离器效率达到95%。
吸送系统配套的C4-73型排尘离心通风机，叶轮部分由10个后倾的机翼形叶片焊接而成。由于破碎物料通过风机叶轮，设计时疑有破碎不完全的长条长丝物料可能会缠绕叶片，导致风机不能正常工作。但实验表明，破碎效果良好，并无长条长丝物料缠绕叶片。分析认为，只要长条长丝的长度不超过30 mm，就不会发生缠绕叶片的问题。
5、结论
(1)采用气流吸送系统配套塑料膜片破碎主机工作，对塑料膜片的高效和连续可靠破碎起到良好的作用：①进料口形成负压，产生内部吸力，使蓬松的塑料膜、编织袋容易喂入，粉尘不外逸；②粉碎室与底筛下形成较大气流压力差，使破碎料在离心力和气压力双重作用下容易穿过筛孔；③大量的冷空气通过粉碎室，可以加强对动刀、定刀的冷却，避免刀片温度升高而产生塑料薄膜的粘刀现象；④可以使产出料输送至较远的距离，且可以提高下料口高度，方便现场布局。
(2)设计的叶片式内芯筒旋风分离器，对于蓬松的小薄片和丝条状物且同相容积含量较大的气流有良好的分离效果，内芯筒的叶片间隙可以分流部分外涡旋分离的气流，因而可使下旋空气量及由下向上返回的内涡旋的空气量得以减小，这就能使内涡旋带起底部物料的可能性减少，并可降低分离器的压损。
