2摘要：旋風(fēng)除塵器廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)除塵系統(tǒng)中，本文針對(duì)旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析影響旋風(fēng)除塵器壓力損失的因素，介紹了旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場(chǎng)和除塵機(jī)理。針對(duì)旋風(fēng)除塵器除塵效率問(wèn)題進(jìn)行了分析，總結(jié)了現(xiàn)有改進(jìn)方案，指出存在的不足，并結(jié)合前人的改進(jìn)思路提出了新的改進(jìn)方案，以提高旋風(fēng)除塵器的分離效率，為進(jìn)一步挖掘旋風(fēng)除塵器的潛在性能開(kāi)辟新的思路。簡(jiǎn)要地設(shè)計(jì)了一款旋風(fēng)除塵器，另外簡(jiǎn)要的介紹了現(xiàn)有旋風(fēng)除塵器的幾種比較典型的改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞： 旋風(fēng)除塵器 ；壓力損失； 分離效率； 改進(jìn)方案； ABSTRACT: cyclone deduster is broadly applied in each profession to separating dust. This article analyze the structure and working principles of cyclone de-duster , designed a type of cyclone de-duster .Keyword: cyclone de-duster; the pressure lose; Separating efficiency; Improve project; 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)垃圾的種類(lèi)和排放量日益增多，防治環(huán)境污染的問(wèn)題也日益引起人們的重視。工業(yè)垃圾的排放量可能是最先進(jìn)行控制的一個(gè)環(huán)境參數(shù)。據(jù)估算，目前全國(guó)的年排塵量約 2700 萬(wàn) t，因此減少工業(yè)垃圾的排放受到相當(dāng)重視。1995 年 8 月修訂后的《中華人民共和國(guó)環(huán)境污染防治法》第三章規(guī)定：國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)采用先進(jìn)的除塵技術(shù)。除塵器是控制塵粒污染的有效措施，也是研究應(yīng)用較早的一項(xiàng)技術(shù)。但在塵粒初始量增加，排放量進(jìn)一步嚴(yán)格的情況下，企業(yè)必須重新計(jì)劃自己的操作條件和排放控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)或應(yīng)用更高效的除塵器，以滿(mǎn)足現(xiàn)行法規(guī)的要求。作為控制大直徑顆粒物排放的最古老和常用裝置之一的旋風(fēng)除塵器，隨同，雖然其除塵效率教低，但如果和其他作用相聯(lián)合，如靜電作用和濕法作用等，可達(dá)到更高的除塵效率?，F(xiàn)在，很多人都在積極開(kāi)發(fā)利用旋風(fēng)除塵器的潛能。利用靜電和離心力作用機(jī)理除塵的研究是近年來(lái)很活躍的領(lǐng)域，其目的就是研制出高效低耗的除塵設(shè)備，如湖南大學(xué)的龔光彩等人對(duì)靜電旋風(fēng)除塵器的研究，證明該類(lèi)型除塵器有極低的阻力和較高的除塵效率。雖然旋風(fēng)除塵器在我國(guó)應(yīng)用還不是很廣泛，但是隨著工業(yè)的發(fā)展以及人們生活水平和對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，旋風(fēng)除塵器必將有越來(lái)越重要的應(yīng)用，而管式以其顯著的3優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在除塵器的未來(lái)發(fā)展中顯示越來(lái)越重要的作用，這可從發(fā)達(dá)國(guó)家除塵器發(fā)展的過(guò)程中得到證明；另一方面，開(kāi)發(fā)新型除塵裝置也是大勢(shì)所趨?；谖覈?guó)的特殊國(guó)慶，這個(gè)過(guò)程可能還需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間，但無(wú)論如何，由中小型，低效除塵設(shè)備向大型高效除塵設(shè)備發(fā)展是 一個(gè)必然的趨勢(shì)。旋風(fēng)除塵器是一種常見(jiàn)的氣固，氣液和液固分離設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，旋風(fēng)除塵器在機(jī)械，建材，輕工，冶金，化工，石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。理論與實(shí)驗(yàn)研究均以證明，旋風(fēng)除塵器的動(dòng)力消耗中有相當(dāng)大一部分無(wú)益于分離，屬純消耗性能量損失。本設(shè)計(jì)闡述的是如何設(shè)計(jì)出新型高效除塵裝置。二.說(shuō)明書(shū)2.1 圖形設(shè)計(jì)：旋風(fēng)除塵器圖 （圖 1）2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：表 1 旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸名稱(chēng) 數(shù)據(jù)旋風(fēng)除塵器半徑 r 0.4氣體出口管半徑 r 0.2粉塵出口管半徑 r 0.2出口管到底部高 h 2.07園部高 h 1.066氣體出口管長(zhǎng)度 l 0.466入口管寬度 b 0.1664入口管高度 h 0.466入口管面積 A 0.078錐角 7.75總高度 h 2.54入口類(lèi)型 切線入口管型 矩形2.3 旋風(fēng)除塵器的參數(shù)計(jì)算5許多學(xué)者都致力于旋風(fēng)除塵器的研究，通過(guò)各種假設(shè)，他們提出了許多不同的計(jì)算方法。由于旋風(fēng)除塵器內(nèi)實(shí)際的氣、塵兩相流動(dòng)非常復(fù)雜，因此根據(jù)某些假設(shè)條件得出的理論公式目前還不能進(jìn)行較精確的計(jì)算。 1.分割粒徑（d c50） 計(jì)算旋風(fēng)除塵器的分割粒徑（d c50）是確定除塵器效率的基礎(chǔ)。在計(jì)算時(shí)，因假設(shè)條件和選用系數(shù)不同，計(jì)算分割粒徑的公式也各不同。下面簡(jiǎn)要介紹一種計(jì)算方法，以說(shuō)明旋風(fēng)除塵器的除塵原理。處于外渦旋的塵粒在徑向會(huì)受到兩個(gè)力的作用：慣性離心力 （2-3-1）式中 v t——塵粒的切線速度，可以近似認(rèn)為等于該點(diǎn)氣流的切線速度，m/s；r——旋轉(zhuǎn)半徑，m。向心運(yùn)動(dòng)的氣流給予塵粒的作用力（2-3-2） 式中 w——?dú)饬髋c塵粒在徑向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s。 這兩個(gè)力方向相反，因此作用在塵粒上的合力（2-3-3） 由于粒徑分布是連續(xù)的，必定存在某個(gè)臨界粒徑 dk 作用在該塵粒上的合力之和恰好為零，即 F=Fl－P=0。這就是說(shuō)，慣性離心力的向外推移作用與徑向氣流造成的向內(nèi)飄移作用恰好相等。對(duì)于粒徑 dc＞d k的塵粒，因 Fl＞P，塵粒會(huì)在慣性離心力推動(dòng)下移向外壁。對(duì)于 dc＜d k的塵粒，因 Fl＜P，塵粒會(huì)在向心氣流推動(dòng)下進(jìn)入內(nèi)渦旋。如果假想在旋風(fēng)除塵器內(nèi)有一張孔徑為 dk的篩網(wǎng)在起篩分作用，粒徑 dc＞d k的被截留在篩網(wǎng)一面，d c＜d k的則通過(guò)篩網(wǎng)排出。那么篩網(wǎng)置于什么位置呢?在內(nèi)、外渦旋交界面上切向速度最大，塵粒在該處所受到的慣性離心力也最大，因此可以設(shè)想篩網(wǎng)的位置應(yīng)位于內(nèi)、外渦旋交界面上。對(duì)于粒徑為 dk的塵粒，因 Fl=P，它將在交界面不停地旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上由于氣流紊流等因素的影響，從概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)看，處于這種狀6態(tài)的塵粒有 50％的可能被捕集，有 50％的可能進(jìn)入內(nèi)渦旋，這種塵粒的分離效率為50％。因此 dk=dc50。根據(jù)公式（5-4-7），在內(nèi)外渦旋交界面上，當(dāng) Fl=P 時(shí)， 旋風(fēng)除塵器的分割粒徑： （2-3-4） 式中 r 0——交界面的半徑，m；w0——交界面上的氣流徑向速度，m／s；v0t——交界面上的氣流切向速度，m／s。 應(yīng)當(dāng)指出，粉塵在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的分離過(guò)程是很復(fù)雜的，上述計(jì)算方法具有某些不足之處。例如它只是分析單個(gè)塵粒在除塵器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有考慮塵粒相互間碰撞及局部渦流對(duì)塵粒分離的影響。由于塵粒之間的碰撞，粗大塵粒向外壁移動(dòng)時(shí)，會(huì)帶著細(xì)小的塵粒一起運(yùn)動(dòng)，結(jié)果有些理論上不能捕集的細(xì)小塵粒也會(huì)一起除下。相反，由于局部渦流和軸向氣流的影響，有些理論上應(yīng)被除下的粗大塵粒卻被卷入內(nèi)渦旋，排出除塵器。另外有些已分離的塵粒，在下落過(guò)程中也會(huì)重新波氣流帶走。外渦旋氣流在錐體底部旋轉(zhuǎn)向上時(shí)，會(huì)帶走部分已分離的塵粒，這種現(xiàn)象稱(chēng)為返混。因此理論計(jì)算的結(jié)果和實(shí)際情況仍有一定差別。2.旋風(fēng)除塵器的阻力 由于氣流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，旋風(fēng)除塵器阻力目前還難于用公式計(jì)算，一般要通過(guò)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確定。旋風(fēng)除塵器的阻力： （2-3-5） 式中 ξ——局部阻力系數(shù)，通過(guò)實(shí)測(cè)求得；u——進(jìn)口速度，m／s；ρ——?dú)怏w的密度，kg／m 3， 72.4 設(shè)計(jì)要求① .粉狀物料提升裝置中旋風(fēng)除塵器的研究現(xiàn)狀② .了解其工作場(chǎng)所要求及原理③ .確定總體方案和各部分結(jié)構(gòu)方案④ .畫(huà)圖⑤ .部分設(shè)計(jì)計(jì)算三.旋風(fēng)除塵器的原理及應(yīng)用3.1 旋風(fēng)除塵器的原理旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力將塵粒從合塵氣流中分離出來(lái)的除塵裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，不需特殊的附屬設(shè)備，造價(jià)較低．阻力中等，器內(nèi)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。旋風(fēng)除塵器一般用于捕集 5-15 微米以上的顆粒．除塵效率可達(dá) 80％以上，近年來(lái)經(jīng)改進(jìn)后的特制旋風(fēng)除塵器．其除塵效率可達(dá)5％以上。旋風(fēng)除塵器的缺點(diǎn)是捕集微粒小于 5 微米的效率不高． 旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)概況： 旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓簡(jiǎn)體，呈螺旋狀由上向下向圓錐體底部運(yùn)動(dòng)，形成下降的外旋含塵氣流，在強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的離心力將密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)量和自身的重力沿壁面下落進(jìn)入集灰斗。旋轉(zhuǎn)下降的氣流在到達(dá)圓錐體底部后．沿除塵器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上．形成上升的內(nèi)旋氣流，并由除塵器的排氣管排出。 自進(jìn)氣口流人的另一小部分氣流，則向旋風(fēng)除塵器頂蓋處流動(dòng)，然后沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)，當(dāng)達(dá)到排氣管下端時(shí)，即反轉(zhuǎn)向上隨上升的中心氣流一同從誹氣管排出，分散在其中的塵粒也隨同被帶走。3.2 用途及適用范圍旋風(fēng)除塵器主要用于工業(yè)生產(chǎn)中清除工業(yè)廢料，如木料廠以及其他工廠。在我國(guó)大多數(shù)工廠都是使用旋風(fēng)除塵器。3.3 產(chǎn)品描述旋風(fēng)除塵器是一種常見(jiàn)的氣固，氣液和液固分離設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，旋風(fēng)除塵器在機(jī)械，建材，輕工，冶金，化工，石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。理論與實(shí)驗(yàn)研究均以證明，旋風(fēng)除塵器的動(dòng)力消耗中有相當(dāng)大一部分無(wú)益于分離，屬純消耗性能量損失。8四.設(shè)計(jì)方案的擬定4.1 旋風(fēng)除塵器的原理分析旋風(fēng)除塵器的工作原理主要是靠慣性離心力的作用，使粉塵與含塵空氣分開(kāi)。塵粒受到的離心力為：式中：p——塵粒的密度d——塵粒的直徑v——含塵空氣的進(jìn)口風(fēng)速R——旋風(fēng)除塵器的圓筒體半徑由上式可知：離心力的大小與進(jìn)口氣流速度，旋風(fēng)除塵器的直徑及塵粒的密度，直徑有關(guān)。所以我們說(shuō)影響除塵效率的因素由以下幾方面決定。1. 進(jìn)口氣流速度一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)口氣流速度越大，塵粒受到的離心力越大，除塵效率越高。同時(shí)處理含塵空氣氣量也夜多。但實(shí)踐證明：進(jìn)口氣流速度越大時(shí)，不但除塵效率不高，反而會(huì)下降。這是因?yàn)椋寒?dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，會(huì)把原來(lái)已除下來(lái)的塵粒重新帶跑，形成返混現(xiàn)象。同時(shí)由于進(jìn)口氣流的增加會(huì)使阻力急劇增加，從而使電耗急劇增加。這是因?yàn)椋枇ο呐c風(fēng)速的二次方成正比例關(guān)系 ，所以進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-18 米/秒之間。2. 旋風(fēng)除塵器筒體的直徑和排風(fēng)管的直徑在其它條件不變的情況下，減小筒體直徑，塵粒所受到的離心力也增大，所以應(yīng)采用小直徑的旋風(fēng)除塵器（排風(fēng)管直徑為筒體的直徑的 0.5-0.6 倍）。一般不超過(guò) 800 毫米。但直徑小了，處理風(fēng)量少，可以采用幾個(gè)餓旋風(fēng)除塵器并聯(lián)使用。處理風(fēng)量為各除塵器風(fēng)量之和，阻力為單個(gè)除塵器的阻力。3. 筒體高度和錐體高度筒體高度和錐體高度越高，含塵空氣分離的時(shí)間越長(zhǎng)，除塵效果越好。但過(guò)高了下部也不起作用。由于錐體部分的直徑逐漸減少，其除塵效率高于通體部分建議采用短筒體長(zhǎng)錐體。錐體部分的高度一般為筒體部分的 2-3 倍為宜。4. 底部的密封性由于旋風(fēng)除塵器工作時(shí)，底部和中心部位是負(fù)壓力不從心，所以底部是否漏風(fēng)是影響除塵效率的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率為 5%時(shí)，除塵效率下降50%；當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率 10%時(shí)，除塵效率幾乎為零。當(dāng)?shù)撞慷ㄆ谇寤視r(shí)，可將出灰口與密閉灰箱相連；當(dāng)連續(xù)清灰時(shí)，要安裝閉風(fēng)器，并且閉風(fēng)器的膠皮與殼體密封，轉(zhuǎn)速要慢。針對(duì)不少工廠，采用的旋風(fēng)除塵器直徑偏大，除塵效果不好的現(xiàn)狀。根據(jù)以上分析，結(jié)合各廠的實(shí)際情況，針對(duì)旋風(fēng)除塵器提出以下改進(jìn)意見(jiàn)，僅供參考。1.）旋風(fēng)除塵器的直徑改為 300-400 毫米，每四個(gè)一組，下部供用一個(gè)密閉的集塵箱。每一個(gè)除塵管網(wǎng)，根據(jù)所需處理的含塵空氣量的多少，確定需要9多少組旋風(fēng)除塵器。各組除塵器均并聯(lián)使用。2.旋風(fēng)除塵器采用下旋型，可以避免上渦旋的形成，提高除塵效率。3.旋風(fēng)除塵器的筒體高度為 0.5 米左右，錐體部分的高度為 1 米左右。采用短筒體長(zhǎng)錐體的設(shè)計(jì)。4.旋風(fēng)除塵器進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-16 米/秒左右，不宜過(guò)大，否則會(huì)使阻力增加，增加電耗。5.設(shè)計(jì)制造旋風(fēng)除塵器時(shí)，要保證質(zhì)量，從排風(fēng)管中心到下部錐體中心，要成鉛垂線，以免影響分離粉粒及排風(fēng)曲線，影響除塵效率。6.注意底部的密封性。定期清灰時(shí)，注意下部留有一定的灰封。連續(xù)清灰時(shí)，閉風(fēng)器的轉(zhuǎn)速要慢。膠皮不能脫落，并要與殼體相接觸。4.2 旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣量的計(jì)算：G=0.06 x V x n x Y x r x K (噸 /小時(shí) )式中： V 一旋風(fēng)器容積（升/轉(zhuǎn)）n 一旋風(fēng)器轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)／分）Y 一旋風(fēng)器容積效率：顆粒狀物料 0.7-0.8 粉狀物料 0.5-0.6r 一物料容重（噸／米 3）K 一修正系數(shù)，一般取 0.7-0.8說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)表 2：物料容重 r(噸/立方米) 容積（升/轉(zhuǎn)）V 葉輪半徑（毫米）R葉輪長(zhǎng)度（毫米）l轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)n動(dòng)力(千瓦)w 2.48 10 150 250 35 0.75/1.1粉狀物料的容積效率 Y=0.6修正系數(shù) K=0.8旋風(fēng)器進(jìn)氣量的計(jì)算：G=0.06xVxnxYxrxK=0.06×10×0.001×35×60×0.6×2.48×0.8=1.5(噸/時(shí))104.3 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng)分析 （1）流場(chǎng)組成外渦旋——沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣流。內(nèi)渦旋——沿軸心向上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣流。渦流——由軸向速度與徑向速度相互作用形成的渦流。包括上渦流——旋風(fēng)除塵器頂蓋，排氣管外面與筒體內(nèi)壁之間形成的局部渦流，它可降低除塵效率；下渦流——在除塵器縱向，外層及底部形成的局部渦流。（2）旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)含塵氣流由切線進(jìn)口進(jìn)入除塵器，沿外壁由上向下作螺旋形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流即為外渦旋。外渦旋到達(dá)錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上，沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流即為內(nèi)渦旋。向下的外渦旋和向上的內(nèi)渦旋，兩者的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在慣性離心力的推動(dòng)下，要向外壁移動(dòng)。到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部的壓力發(fā)生下降，一部分氣流會(huì)帶著細(xì)小的塵粒沿外壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股旋轉(zhuǎn)氣流即為上渦旋。如果除塵器進(jìn)口和頂蓋之間保持一定距離，沒(méi)有進(jìn)口氣流干擾，上渦旋表現(xiàn)比較明顯。對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的氣流運(yùn)動(dòng)是很復(fù)雜的。除切向和軸向運(yùn)動(dòng)外還有徑向運(yùn)動(dòng)。特·林頓（T.Linden）在測(cè)定中發(fā)現(xiàn)，外渦旋的徑向速度是向心的，內(nèi)渦旋的徑向速度是向外的，速度分布呈對(duì)稱(chēng)型。 （3）切向速度切向速度是決定氣流速度大小的主要速度分量，也是決定氣流中質(zhì)點(diǎn)離心力大小的主要因素。切向速度的變化規(guī)律為：外渦旋區(qū)：r↑，切向速度 ut↓；內(nèi)渦旋區(qū)：r↑，切向速度 ut↑。 圖 3 所示為實(shí)測(cè)的除塵器某一斷面上的速度分布和壓力分布。11從該圖可以看出，外渦旋的切向速度 是隨半徑 r 的減小而增加的，在內(nèi)、外渦旋交界面上， 達(dá)到最大?？梢越普J(rèn)為，內(nèi)外渦旋交界面的半徑r0≈（0.6～0.65）r p（r p為排出管半徑）。內(nèi)渦旋的切向速度是隨 r 的減小而減小的，類(lèi)似于剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋風(fēng)除塵器內(nèi)某一斷面上的切向速度分布規(guī)律可用下式表示：外渦旋 v r1/nr=c （4-3-1） 內(nèi)渦旋 v t/r=c' （4-3-2） 式中 v t——切向速度；圖 3 旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的速度分布和壓力分布r——距軸心的距離；c'、c、n——常數(shù)，通過(guò)實(shí)測(cè)確定。一般 n=0.5～0.8，如果近似的取 n=0.5，公式（4-3-1）可以改寫(xiě)為（4-3-3）（4）徑向速度實(shí)測(cè)表明，旋風(fēng)除塵器內(nèi)的氣流除了作切向運(yùn)動(dòng)外，還要作徑向的運(yùn)動(dòng)，外渦旋的徑向速度是向心的，而內(nèi)渦旋的徑向速度是向外的。氣流的切向分速度 vt和徑向分速度 w 對(duì)塵粒的分離起著相反的影響，前者產(chǎn)生慣性離心力，使塵粒有向外的徑向運(yùn)動(dòng)，后者則造成塵粒作向心的徑向運(yùn)動(dòng)，把它推入內(nèi)渦旋。 12如果近似認(rèn)為外渦旋氣流均勻地經(jīng)過(guò)內(nèi)、外渦旋交界面進(jìn)入內(nèi)渦旋，見(jiàn)圖 5-4-3所示，那末在交界面上氣流的平均徑向速度（4-3-5）式中 L——旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量，m 3/s；H——假想圓柱面（交界面）面度，m；r0——交界面的半徑，m。（5）軸向速度外渦旋的軸向速度向下，內(nèi)渦旋的軸向速度向上。在內(nèi)渦旋，隨氣流逐漸上升，軸向速度不斷增大，在排氣管底部達(dá)到最大值。（6）壓力分布?jí)毫Ψ植迹狠S向壓力變化較??；徑向壓力變化大，外側(cè)高，中心低，軸心處為負(fù)壓。旋風(fēng)除塵器內(nèi)軸向各斷面上的速度分布差別較小，因此軸向壓力的變化較小。從圖 5-4-20 可以看出，切向速度在徑向有很大變化，因此徑向的壓力變化很大（主要是靜壓），外側(cè)高中心低。這是因?yàn)闅饬髟谛L(fēng)除塵器內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，要有一個(gè) 13圖 4 交界面上氣流的徑向速度向心力與離心力相平衡，所以外側(cè)的壓力要比內(nèi)側(cè)高。在外壁附近靜壓最高，軸心處?kù)o壓最低。試驗(yàn)研究表明，即使在正壓下運(yùn)行，旋風(fēng)除塵器軸心處也保持負(fù)壓，這種負(fù)壓能一直延伸到灰斗。據(jù)測(cè)定，有的旋風(fēng)除塵器當(dāng)進(jìn)口處?kù)o壓為+900Pa 時(shí)，除塵器下部靜壓為－300Pa。因此，除塵器下部不保持嚴(yán)密，會(huì)有空氣滲入，把已分離的粉塵重新卷入內(nèi)渦旋。五.零部件的數(shù)據(jù)計(jì)算及選擇5.1 風(fēng)機(jī)的分析與選擇：風(fēng)機(jī)產(chǎn)品分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是重要裝置中的高精尖產(chǎn)品，主要指透平壓縮機(jī)。另一類(lèi)是量大面廣的中，小通風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)行業(yè)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)是（1）大型風(fēng)機(jī)容量繼續(xù)增大。（2）發(fā)展高壓小流量壓縮機(jī)。（3）高效化。（4）高速小型化。（5）低噪聲化。（6）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)中得以廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的風(fēng)機(jī)是離心式鼓風(fēng)機(jī)。 5.2 下料箱的選擇：下料箱是粉狀物料提升輸送裝置中一個(gè)重要部件。工程上一般要求該部件在負(fù)壓差下工作 ,即將物料由壓力較低處送往壓力相對(duì)較高處。在工作過(guò)程中 ,要求對(duì)通過(guò)的物料量具有良好的調(diào)節(jié)性能 ,并且保證它所連接的兩器氣體互相不泄漏。從而保證輸送能正常與高效地工作。因此在下料箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，能否有效地解決下料箱的防堵性與氣密性，是防止下料箱被物料堵塞以及順利排料的關(guān)鍵。 全新氣封式葉輪下料箱適用干將壓力狀態(tài)下的粉狀或顆粒狀物料連續(xù)地、順利地排入大氣，是氣力輸送和通風(fēng)除塵網(wǎng)路中的一種重要設(shè)備。其主要工作件是旋轉(zhuǎn)的葉輪，既起著輸送物料的作用，又擔(dān)負(fù)著密封作用。使用安全可靠，體積小、重量輕、 容量大、 功率消耗低等特點(diǎn)。廣泛用于糧食、食品、飼料、油脂、化工、儲(chǔ)運(yùn)及其它工業(yè)中的氣力輸送或通風(fēng)除塵網(wǎng)路卸料器之排料、排塵。采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)卸料器特點(diǎn)，又集中國(guó)內(nèi)外各種干燥機(jī)、除塵器聯(lián)接尺寸而設(shè)計(jì)制造的，它三機(jī)一體，結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、造型美觀、噪音低、體積小、重量輕、使用方便等特點(diǎn)，是氣力輸送、自動(dòng)計(jì)量排料重要設(shè)備之一。5.3 殼體的設(shè)計(jì)：這類(lèi)零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜,它是用來(lái)支撐、包容運(yùn)動(dòng)零件或其它零件,因此其內(nèi)部常有空腔.箱體內(nèi)腔常用來(lái)安裝傳動(dòng)軸、齒輪(或葉輪)及滾動(dòng)軸承等,故兩端均有裝軸承蓋及套的孔.所以箱體的蓋、座上有許多安裝孔、定位銷(xiāo)孔、連接孔;由于箱體是空腔的,通常壁比較薄,由于形狀復(fù)雜,箱體多為鑄件旋風(fēng)器中的箱體材料可以選 14HT150。殼體的整體壁厚為 10mm，殼體分為筒體和錐體兩部分。筒體的內(nèi)腔直徑與葉輪的大徑相等，螺栓連接的邊緣寬度為 30mm，進(jìn)料口的最大長(zhǎng)度為 415mm，寬度為360mm，其小徑為 3/2 的葉輪扇形寬度。即：Q= × ×23?)(2dR?= × × 2)150(=190(mm)5.4 密封圈的設(shè)計(jì)為了減小設(shè)計(jì)和制造裝配過(guò)程中的誤差引起的漏風(fēng)量，要在殼體端蓋和殼體之間設(shè)計(jì)一個(gè)密封圈，主要起到密封作用，不受其他外力，可以選用橡膠材料，密封圈的內(nèi)徑要少小于殼體的內(nèi)徑，可以確定為 298mm,厚度和寬度也都不需設(shè)計(jì)很大，可以確定為 6mm 和 10mm。一半嵌在殼體端蓋一半嵌在殼體端邊。5.5 殼體端蓋的設(shè)計(jì)殼體的端蓋起著多方面的作用，可以密封防漏氣支撐軸承.軸承工作過(guò)程中內(nèi)圓隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈保持不動(dòng)，則軸承的外圓與殼體之間的配合為過(guò)盈配合，那么端蓋的內(nèi)徑就可以確定為 61mm,考慮到與殼體的配合，可把外徑確定為 360mm 等于殼體的最外圓的直徑。在殼體的內(nèi)面設(shè)計(jì)一個(gè)小槽，用來(lái)配合密封圈，小槽的寬度與密封圈的厚度相等為 6mm，深度是密封圈寬度的一半為 5mm.。5.6 其他標(biāo)準(zhǔn)連接件的選擇任何機(jī)器都是由各種零件組成,其中標(biāo)準(zhǔn)件占有大量的比例,它們以一定的形式連接,保持相互之間的位置和按一定的規(guī)律相對(duì)運(yùn)動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)件可以互換通用,從而提高經(jīng)濟(jì)效率.常用的標(biāo)準(zhǔn)件有緊固件(螺栓、螺母、螺釘)、鍵等.5.6.1 螺栓的選擇 螺紋規(guī)格(6g)|d: M12螺紋規(guī)格(6g)|d×P: M12×1.5b(參考)|l≤125: 30B(參考)|125＜l≤200: 36e min: 20.03s|max: 18s|min|: 17.73k 公稱(chēng): 7.515l 長(zhǎng)度范圍|: 45～120 圖 75.6.2 沉頭螺釘?shù)倪x擇：由于軸承蓋是與殼體的端蓋連接在一起的，屬于內(nèi)部連接所以要選用沉頭螺釘。螺釘螺紋規(guī)格: ST2.2螺距 P=a(max): 0.8dk(max): 3.8k(max): 1.1十字槽|槽號(hào): 0十字槽|H 型插入深度|max: 1.2l①長(zhǎng)度范圍: 4.5～16表面處理: 鍍鋅鈍化圖 8機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5.6.3 螺母的選擇：其內(nèi)徑與螺栓的 d 相等為 12mm，可以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)如下：螺母螺紋規(guī)格(6H)|D: M12螺紋規(guī)格(6H)|D×P: M12×1.5 (M12×1.25)e/min: 20.03s/max: 18s/min: 17.7316m/max: 10.8圖 95.6.4 鍵的選擇：根據(jù)鍵連接的軸的軸徑，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以得到標(biāo)準(zhǔn)鍵為：軸徑 d: ＞30～38鍵的公稱(chēng)尺寸|b(h8): 10鍵的公稱(chēng)尺寸|(h8)h(11): 8鍵的公稱(chēng)尺寸|c 或 r: 0.4～0.6鍵的公稱(chēng)尺寸|L（h14）: 22～110鍵槽|軸槽深 t|基本尺寸: 5.0鍵槽|軸槽深 t|公差: (+0.2,0)鍵槽|轂槽深 t1|基本尺寸: 3.3鍵槽|轂槽深 t1|公差: (+0.2,0)鍵槽|圓角半徑 r|min: 0.25鍵槽|圓角半徑 r|max: 0.4 圖 10六.旋風(fēng)除塵器的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)6.1旋風(fēng)除塵器的工作原理主要是靠慣性離心力的作用，使粉塵與含塵空氣分開(kāi)。17塵粒受到的離心力為：由上式可知：離心力的大小與進(jìn)口氣流速度，旋風(fēng)除塵器的直徑及塵粒的密度，直徑有關(guān)。所以我們說(shuō)影響除塵效率的因素由以下幾方面決定。1. 進(jìn)口氣流速度一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)口氣流速度越大，塵粒受到的離心力越大，除塵效率越高。同時(shí)處理含塵空氣氣量也夜多。但實(shí)踐證明：進(jìn)口氣流速度越大時(shí)，不但除塵效率不高，反而會(huì)下降。這是因?yàn)椋寒?dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，會(huì)把原來(lái)已除下來(lái)的塵粒重新帶跑，形成返混現(xiàn)象。同時(shí)由于進(jìn)口氣流的增加會(huì)使阻力急劇增加，從而使電耗急劇增加。這是因?yàn)?，阻力消耗與風(fēng)速的二次方成正比例關(guān)系 ，所以進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-18 米/秒之間。2. 旋風(fēng)除塵器筒體的直徑和排風(fēng)管的直徑在其它條件不變的情況下，減小筒體直徑，塵粒所受到的離心力也增大，所以應(yīng)采用小直徑的旋風(fēng)除塵器（排風(fēng)管直徑為筒體的直徑的 0.5-0.6 倍）。一般不超過(guò) 800 毫米。但直徑小了，處理風(fēng)量少，可以采用幾個(gè)餓旋風(fēng)除塵器并聯(lián)使用。處理風(fēng)量為各除塵器風(fēng)量之和，阻力為單個(gè)除塵器的阻力。3. 筒體高度和錐體高度筒體高度和錐體高度越高，含塵空氣分離的時(shí)間越長(zhǎng)，除塵效果越好。但過(guò)高了下部也不起作用。由于錐體部分的直徑逐漸減少，其除塵效率高于通體部分建議采用短筒體長(zhǎng)錐體。錐體部分的高度一般為筒體部分的 2-3 倍為宜。4. 底部的密封性由于旋風(fēng)除塵器工作時(shí)，底部和中心部位是負(fù)壓力不從心，所以底部是否漏風(fēng)是影響除塵效率的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率為 5%時(shí)，除塵效率下降50%；當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率 10%時(shí)，除塵效率幾乎為零。當(dāng)?shù)撞慷ㄆ谇寤視r(shí)，可將出灰口與密閉灰箱相連；當(dāng)連續(xù)清灰時(shí)，要安裝閉風(fēng)器，并且閉風(fēng)器的膠皮與殼體密封，轉(zhuǎn)速要慢。針對(duì)不少工廠，采用的旋風(fēng)除塵器直徑偏大，除塵效果不好的現(xiàn)狀。根據(jù)以上18分析，結(jié)合各廠的實(shí)際情況，針對(duì)旋風(fēng)除塵器提出以下改進(jìn)意見(jiàn)，僅供參考。1.）旋風(fēng)除塵器的直徑改為 300-400 毫米，每四個(gè)一組，下部供用一個(gè)密閉的集塵箱。每一個(gè)除塵管網(wǎng)，根據(jù)所需處理的含塵空氣量的多少，確定需要多少組旋風(fēng)除塵器。各組除塵器均并聯(lián)使用。2.旋風(fēng)除塵器采用下旋型，可以避免上渦旋的形成，提高除塵效率。3.旋風(fēng)除塵器的筒體高度為 0.5 米左右，錐體部分的高度為 1 米左右。采用短筒體長(zhǎng)錐體的設(shè)計(jì)。4.旋風(fēng)除塵器進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-16 米/秒左右，不宜過(guò)大，否則會(huì)使阻力增加，增加電耗。5.設(shè)計(jì)制造旋風(fēng)除塵器時(shí)，要保證質(zhì)量，從排風(fēng)管中心到下部錐體中心，要成鉛垂線，以免影響分離粉粒及排風(fēng)曲線，影響除塵效率。6.注意底部的密封性。定期清灰時(shí)，注意下部留有一定的灰封。連續(xù)清灰時(shí)，閉風(fēng)器的轉(zhuǎn)速要慢。膠皮不能脫落，并要與殼體相接觸。以上改進(jìn)，經(jīng)幾個(gè)廠家使用，效果良好，整齊美觀，除塵效率基本能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。6.2 旋風(fēng)除塵器的類(lèi)型：旋風(fēng)除塵器又名（Cyclone 直譯）。它是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來(lái)的一種干式氣-固二相留分離裝置。旋風(fēng)除塵器用于工業(yè)生產(chǎn)，已有百余年歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，制造安裝投資少，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，受含塵氣體的濃度和溫度影響較少，壓損中等，動(dòng)力消耗不大，所以廣泛用于各種工藝過(guò)程中。隨著旋風(fēng)除塵器的使用日益廣泛，人們對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的氣流狀態(tài)與固體顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律做過(guò)大量的研究，結(jié)構(gòu)改進(jìn)取得不少進(jìn)步，研制出許多性能良好的旋風(fēng)除塵器。按氣流導(dǎo)入情況，旋風(fēng)除塵器可分為 2 類(lèi)：1) 切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)除塵器這是旋風(fēng)除塵器的形式。如圖 11a b c 含塵氣體由筒體的側(cè)面沿切線方向?qū)?。氣流在圓筒部旋轉(zhuǎn)向下，進(jìn)入錐體，到達(dá)錐體的端點(diǎn)反轉(zhuǎn)向上，清潔氣流經(jīng)排氣管排出口。這類(lèi)旋風(fēng)除塵器根據(jù)不同的進(jìn)口形式，又可分為圖 11.a 蝸殼進(jìn)口，圖 11.b 蝸旋進(jìn)口，圖 11.c 長(zhǎng)方形切線進(jìn)口。以上三種進(jìn)口是目前常見(jiàn)的形式，已由上世紀(jì) 50年代應(yīng)用至今。為了提高除塵器的捕集效率，把排出氣體中含塵濃度高的氣體一二次風(fēng)形式引出后，經(jīng)風(fēng)機(jī)再導(dǎo)入旋風(fēng)分離器內(nèi)。這種旋風(fēng)除塵器，按二次風(fēng)因入方式可分為：圖1912.d 切流二次風(fēng)和圖 12.e 軸流二次風(fēng)。圖 11圖 122）錐體彎曲的水平旋風(fēng)除塵器 可節(jié)省占地面積，簡(jiǎn)化管路系統(tǒng)。進(jìn)口速度較大時(shí)，除塵效率與立式的相差不大。主要用于中小型鍋爐的煙氣除塵。3）擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器 它是一種具有呈倒錐體形狀的錐體，并在錐體的底部裝有反射屏的旋風(fēng)除塵器。反射屏可防止上升氣流卷起粉塵，從而提高除塵效率。4） 旋風(fēng)慣性除塵器旋風(fēng)慣性除塵器是普通旋風(fēng)除塵器和百葉式慣性除塵器的組合,兼有慣性和旋風(fēng)20除塵功能。旋風(fēng)慣性除塵器的結(jié)構(gòu)如圖15。含塵氣體從頂部螺旋線進(jìn)口切向進(jìn)入筒體,粉塵因離心力被甩向外筒內(nèi)壁,隨外螺線下降氣流落入錐斗。還有部分細(xì)小粉塵在靠近百葉窗碰撞反彈隨氣流下降至錐斗。此外,因?yàn)橥ㄟ^(guò)百葉窗間隙提前排除大部分凈化氣流,從而減少了錐體尾部返混二次氣流量,有利于除塵效率的提高,降低了壓力損失。旋風(fēng)慣性除塵器壓力損失小,處理風(fēng)量大,適用于凈化非纖維狀的粉塵,和在初始粉塵含量大的場(chǎng)合,作為二級(jí)除塵的一級(jí)凈化。圖 136.3 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口形式 目前常用的進(jìn)口形式有直入式、蝸殼式和軸流式三種，見(jiàn)圖 14 所示，直入式又分為平頂蓋和螺旋形頂蓋。平頂蓋直入式進(jìn)口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最為廣泛。螺旋形直入式進(jìn)口避免了進(jìn)口氣流與旋轉(zhuǎn)氣流之㈨的干擾，可減小阻力，但效率會(huì)下降。如果除塵器處理風(fēng)量大，需要大的進(jìn)口，采用蝸殼式進(jìn)口可以避免進(jìn)口氣流與排出管發(fā)生直接碰撞（見(jiàn)圖 15），有利于除塵效率和阻力的改善。軸流式進(jìn)口主要用于多管旋風(fēng)除塵器的旋風(fēng)子。 21圖 14 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口形式 圖 15 蝸殼式進(jìn)口形式 6.4 排灰裝置 旋風(fēng)除塵器下部出現(xiàn)漏風(fēng)時(shí)，效率會(huì)顯著下降。如何在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰是旋風(fēng)除塵器運(yùn)行中必須重視的一個(gè)問(wèn)題。收塵量不大的除塵器，可在下部設(shè)固定灰斗，定期排除。收塵量較大，要求連續(xù)排灰時(shí)，可設(shè)雙翻板式和回轉(zhuǎn)式鎖氣器。翻板式鎖氣器是利用翻板上的平衡錘和積灰質(zhì)量的平衡發(fā)生變化時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)卸灰的。它設(shè)有兩塊翻板輪流啟閉，可以避免漏風(fēng)?；剞D(zhuǎn)式鎖氣器采用外來(lái)動(dòng)力使刮板緩慢旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速一般在 15—20r／min 之間，它適用于排灰量較大的除塵器?；剞D(zhuǎn)式鎖氣器能否保持嚴(yán)密，關(guān)鍵在于刮板和外殼之間緊密貼合的程度。6.5 旋風(fēng)除塵器操作條件旋風(fēng)除塵器的性能好壞,除與以上結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)外,還取決于操作條件。第一,要正確的熟悉各種旋風(fēng)除塵器性能,選用合理的進(jìn)口風(fēng)速和處理量,進(jìn)口風(fēng)速一般范圍在10~25m/s。第二,特殊場(chǎng)合還要考慮到氣體密度,大氣壓和溫度的變化,及時(shí)修正實(shí)際處理量,進(jìn)口風(fēng)速及壓力變化。第三,粉塵的物理性質(zhì),要考慮二相流中粉塵的密度、粒度分布,粉塵的濕度、粘性和是否有纖維狀或絨毛狀粉塵等,合理選用除塵器。影響旋風(fēng)除塵器的性能因素,除上述原因外,除塵器的內(nèi)壁是否光滑,焊縫是否磨光,聯(lián)接法蘭是否有內(nèi)突出物等等都會(huì)引起旋轉(zhuǎn)氣流擾動(dòng),影響除塵效率。因此應(yīng)當(dāng)重視除塵器的制造質(zhì)量。由以上設(shè)計(jì)可以看出，旋風(fēng)除塵器在提升、分離物料等得到廣泛的應(yīng)用，該裝置在提升物料1.5m3/h?；緷M(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)要求，本次設(shè)計(jì)的旋風(fēng)除塵器主要用于除去鋸末、灰塵或者用于提升、分離小麥、玉米、稻谷、沙粒等。22主要參考文獻(xiàn)：[1]唐敬麟,張祿虎.除塵裝置系統(tǒng)及設(shè)備選用手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003[2]第七屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)暨應(yīng)用研討會(huì)(專(zhuān)輯),中國(guó)粉體技術(shù)雜志社,2004(10)[3] 龐新新, 向曉東, 陳寶智. 二次揚(yáng)塵對(duì)旋風(fēng)器除塵效率影響分析與對(duì)策. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 24 (3) : 253～256 [4] 向曉東. 現(xiàn)代除塵理論與技術(shù). 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2002 [5] 金國(guó)淼. 除塵設(shè)備. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002 [6] 向曉東, 幸福堂, 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[16]Lapple CE.Gravityandcentrifugal separation[J].Ind Hyg Q, 1950, (1) :40-45. 致謝： 我的這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先應(yīng)當(dāng)歸功于指導(dǎo)老師李玉中老師。他無(wú)論是在室內(nèi)資料整理還是在論文的撰寫(xiě)等各個(gè)方面都給予了大量的指導(dǎo)和幫助，令我不但完成了論文，也學(xué)到了許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時(shí)也要感謝其他同學(xué)的幫助，我們共同查找資料。另外還要感謝資料室及復(fù)印室的各位23工作人員的幫助與合作。2摘要：旋風(fēng)除塵器廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)除塵系統(tǒng)中，本文針對(duì)旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析影響旋風(fēng)除塵器壓力損失的因素，介紹了旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場(chǎng)和除塵機(jī)理。針對(duì)旋風(fēng)除塵器除塵效率問(wèn)題進(jìn)行了分析，總結(jié)了現(xiàn)有改進(jìn)方案，指出存在的不足，并結(jié)合前人的改進(jìn)思路提出了新的改進(jìn)方案，以提高旋風(fēng)除塵器的分離效率，為進(jìn)一步挖掘旋風(fēng)除塵器的潛在性能開(kāi)辟新的思路。簡(jiǎn)要地設(shè)計(jì)了一款旋風(fēng)除塵器，另外簡(jiǎn)要的介紹了現(xiàn)有旋風(fēng)除塵器的幾種比較典型的改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞： 旋風(fēng)除塵器 ；壓力損失； 分離效率； 改進(jìn)方案； ABSTRACT: cyclone deduster is broadly applied in each profession to separating dust. This article analyze the structure and working principles of cyclone de-duster , designed a type of cyclone de-duster .Keyword: cyclone de-duster; the pressure lose; Separating efficiency; Improve project; 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工業(yè)垃圾的種類(lèi)和排放量日益增多，防治環(huán)境污染的問(wèn)題也日益引起人們的重視。工業(yè)垃圾的排放量可能是最先進(jìn)行控制的一個(gè)環(huán)境參數(shù)。據(jù)估算，目前全國(guó)的年排塵量約 2700 萬(wàn) t，因此減少工業(yè)垃圾的排放受到相當(dāng)重視。1995 年 8 月修訂后的《中華人民共和國(guó)環(huán)境污染防治法》第三章規(guī)定：國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)采用先進(jìn)的除塵技術(shù)。除塵器是控制塵粒污染的有效措施，也是研究應(yīng)用較早的一項(xiàng)技術(shù)。但在塵粒初始量增加，排放量進(jìn)一步嚴(yán)格的情況下，企業(yè)必須重新計(jì)劃自己的操作條件和排放控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)或應(yīng)用更高效的除塵器，以滿(mǎn)足現(xiàn)行法規(guī)的要求。作為控制大直徑顆粒物排放的最古老和常用裝置之一的旋風(fēng)除塵器，隨同，雖然其除塵效率教低，但如果和其他作用相聯(lián)合，如靜電作用和濕法作用等，可達(dá)到更高的除塵效率?，F(xiàn)在，很多人都在積極開(kāi)發(fā)利用旋風(fēng)除塵器的潛能。利用靜電和離心力作用機(jī)理除塵的研究是近年來(lái)很活躍的領(lǐng)域，其目的就是研制出高效低耗的除塵設(shè)備，如湖南大學(xué)的龔光彩等人對(duì)靜電旋風(fēng)除塵器的研究，證明該類(lèi)型除塵器有極低的阻力和較高的除塵效率。雖然旋風(fēng)除塵器在我國(guó)應(yīng)用還不是很廣泛，但是隨著工業(yè)的發(fā)展以及人們生活水平和對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，旋風(fēng)除塵器必將有越來(lái)越重要的應(yīng)用，而管式以其顯著的3優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在除塵器的未來(lái)發(fā)展中顯示越來(lái)越重要的作用，這可從發(fā)達(dá)國(guó)家除塵器發(fā)展的過(guò)程中得到證明；另一方面，開(kāi)發(fā)新型除塵裝置也是大勢(shì)所趨?；谖覈?guó)的特殊國(guó)慶，這個(gè)過(guò)程可能還需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間，但無(wú)論如何，由中小型，低效除塵設(shè)備向大型高效除塵設(shè)備發(fā)展是 一個(gè)必然的趨勢(shì)。旋風(fēng)除塵器是一種常見(jiàn)的氣固，氣液和液固分離設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，旋風(fēng)除塵器在機(jī)械，建材，輕工，冶金，化工，石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。理論與實(shí)驗(yàn)研究均以證明，旋風(fēng)除塵器的動(dòng)力消耗中有相當(dāng)大一部分無(wú)益于分離，屬純消耗性能量損失。本設(shè)計(jì)闡述的是如何設(shè)計(jì)出新型高效除塵裝置。二.說(shuō)明書(shū)2.1 圖形設(shè)計(jì)：旋風(fēng)除塵器圖 （圖 1）2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：表 1 旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸名稱(chēng) 數(shù)據(jù)旋風(fēng)除塵器半徑 r 0.4氣體出口管半徑 r 0.2粉塵出口管半徑 r 0.2出口管到底部高 h 2.07園部高 h 1.066氣體出口管長(zhǎng)度 l 0.466入口管寬度 b 0.1664入口管高度 h 0.466入口管面積 A 0.078錐角 7.75總高度 h 2.54入口類(lèi)型 切線入口管型 矩形2.3 旋風(fēng)除塵器的參數(shù)計(jì)算5許多學(xué)者都致力于旋風(fēng)除塵器的研究，通過(guò)各種假設(shè)，他們提出了許多不同的計(jì)算方法。由于旋風(fēng)除塵器內(nèi)實(shí)際的氣、塵兩相流動(dòng)非常復(fù)雜，因此根據(jù)某些假設(shè)條件得出的理論公式目前還不能進(jìn)行較精確的計(jì)算。 1.分割粒徑（d c50） 計(jì)算旋風(fēng)除塵器的分割粒徑（d c50）是確定除塵器效率的基礎(chǔ)。在計(jì)算時(shí)，因假設(shè)條件和選用系數(shù)不同，計(jì)算分割粒徑的公式也各不同。下面簡(jiǎn)要介紹一種計(jì)算方法，以說(shuō)明旋風(fēng)除塵器的除塵原理。處于外渦旋的塵粒在徑向會(huì)受到兩個(gè)力的作用：慣性離心力 （2-3-1）式中 v t——塵粒的切線速度，可以近似認(rèn)為等于該點(diǎn)氣流的切線速度，m/s；r——旋轉(zhuǎn)半徑，m。向心運(yùn)動(dòng)的氣流給予塵粒的作用力（2-3-2） 式中 w——?dú)饬髋c塵粒在徑向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s。 這兩個(gè)力方向相反，因此作用在塵粒上的合力（2-3-3） 由于粒徑分布是連續(xù)的，必定存在某個(gè)臨界粒徑 dk 作用在該塵粒上的合力之和恰好為零，即 F=Fl－P=0。這就是說(shuō)，慣性離心力的向外推移作用與徑向氣流造成的向內(nèi)飄移作用恰好相等。對(duì)于粒徑 dc＞d k的塵粒，因 Fl＞P，塵粒會(huì)在慣性離心力推動(dòng)下移向外壁。對(duì)于 dc＜d k的塵粒，因 Fl＜P，塵粒會(huì)在向心氣流推動(dòng)下進(jìn)入內(nèi)渦旋。如果假想在旋風(fēng)除塵器內(nèi)有一張孔徑為 dk的篩網(wǎng)在起篩分作用，粒徑 dc＞d k的被截留在篩網(wǎng)一面，d c＜d k的則通過(guò)篩網(wǎng)排出。那么篩網(wǎng)置于什么位置呢?在內(nèi)、外渦旋交界面上切向速度最大，塵粒在該處所受到的慣性離心力也最大，因此可以設(shè)想篩網(wǎng)的位置應(yīng)位于內(nèi)、外渦旋交界面上。對(duì)于粒徑為 dk的塵粒，因 Fl=P，它將在交界面不停地旋轉(zhuǎn)。實(shí)際上由于氣流紊流等因素的影響，從概率統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)看，處于這種狀6態(tài)的塵粒有 50％的可能被捕集，有 50％的可能進(jìn)入內(nèi)渦旋，這種塵粒的分離效率為50％。因此 dk=dc50。根據(jù)公式（5-4-7），在內(nèi)外渦旋交界面上，當(dāng) Fl=P 時(shí)， 旋風(fēng)除塵器的分割粒徑： （2-3-4） 式中 r 0——交界面的半徑，m；w0——交界面上的氣流徑向速度，m／s；v0t——交界面上的氣流切向速度，m／s。 應(yīng)當(dāng)指出，粉塵在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的分離過(guò)程是很復(fù)雜的，上述計(jì)算方法具有某些不足之處。例如它只是分析單個(gè)塵粒在除塵器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有考慮塵粒相互間碰撞及局部渦流對(duì)塵粒分離的影響。由于塵粒之間的碰撞，粗大塵粒向外壁移動(dòng)時(shí)，會(huì)帶著細(xì)小的塵粒一起運(yùn)動(dòng)，結(jié)果有些理論上不能捕集的細(xì)小塵粒也會(huì)一起除下。相反，由于局部渦流和軸向氣流的影響，有些理論上應(yīng)被除下的粗大塵粒卻被卷入內(nèi)渦旋，排出除塵器。另外有些已分離的塵粒，在下落過(guò)程中也會(huì)重新波氣流帶走。外渦旋氣流在錐體底部旋轉(zhuǎn)向上時(shí)，會(huì)帶走部分已分離的塵粒，這種現(xiàn)象稱(chēng)為返混。因此理論計(jì)算的結(jié)果和實(shí)際情況仍有一定差別。2.旋風(fēng)除塵器的阻力 由于氣流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，旋風(fēng)除塵器阻力目前還難于用公式計(jì)算，一般要通過(guò)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確定。旋風(fēng)除塵器的阻力： （2-3-5） 式中 ξ——局部阻力系數(shù)，通過(guò)實(shí)測(cè)求得；u——進(jìn)口速度，m／s；ρ——?dú)怏w的密度，kg／m 3， 72.4 設(shè)計(jì)要求① .粉狀物料提升裝置中旋風(fēng)除塵器的研究現(xiàn)狀② .了解其工作場(chǎng)所要求及原理③ .確定總體方案和各部分結(jié)構(gòu)方案④ .畫(huà)圖⑤ .部分設(shè)計(jì)計(jì)算三.旋風(fēng)除塵器的原理及應(yīng)用3.1 旋風(fēng)除塵器的原理旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流所產(chǎn)生的離心力將塵粒從合塵氣流中分離出來(lái)的除塵裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，不需特殊的附屬設(shè)備，造價(jià)較低．阻力中等，器內(nèi)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。旋風(fēng)除塵器一般用于捕集 5-15 微米以上的顆粒．除塵效率可達(dá) 80％以上，近年來(lái)經(jīng)改進(jìn)后的特制旋風(fēng)除塵器．其除塵效率可達(dá)5％以上。旋風(fēng)除塵器的缺點(diǎn)是捕集微粒小于 5 微米的效率不高． 旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)概況： 旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓簡(jiǎn)體，呈螺旋狀由上向下向圓錐體底部運(yùn)動(dòng)，形成下降的外旋含塵氣流，在強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的離心力將密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的塵粒甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動(dòng)量和自身的重力沿壁面下落進(jìn)入集灰斗。旋轉(zhuǎn)下降的氣流在到達(dá)圓錐體底部后．沿除塵器的軸心部位轉(zhuǎn)而向上．形成上升的內(nèi)旋氣流，并由除塵器的排氣管排出。 自進(jìn)氣口流人的另一小部分氣流，則向旋風(fēng)除塵器頂蓋處流動(dòng)，然后沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)，當(dāng)達(dá)到排氣管下端時(shí)，即反轉(zhuǎn)向上隨上升的中心氣流一同從誹氣管排出，分散在其中的塵粒也隨同被帶走。3.2 用途及適用范圍旋風(fēng)除塵器主要用于工業(yè)生產(chǎn)中清除工業(yè)廢料，如木料廠以及其他工廠。在我國(guó)大多數(shù)工廠都是使用旋風(fēng)除塵器。3.3 產(chǎn)品描述旋風(fēng)除塵器是一種常見(jiàn)的氣固，氣液和液固分離設(shè)備。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，旋風(fēng)除塵器在機(jī)械，建材，輕工，冶金，化工，石油等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。理論與實(shí)驗(yàn)研究均以證明，旋風(fēng)除塵器的動(dòng)力消耗中有相當(dāng)大一部分無(wú)益于分離，屬純消耗性能量損失。8四.設(shè)計(jì)方案的擬定4.1 旋風(fēng)除塵器的原理分析旋風(fēng)除塵器的工作原理主要是靠慣性離心力的作用，使粉塵與含塵空氣分開(kāi)。塵粒受到的離心力為：式中：p——塵粒的密度d——塵粒的直徑v——含塵空氣的進(jìn)口風(fēng)速R——旋風(fēng)除塵器的圓筒體半徑由上式可知：離心力的大小與進(jìn)口氣流速度，旋風(fēng)除塵器的直徑及塵粒的密度，直徑有關(guān)。所以我們說(shuō)影響除塵效率的因素由以下幾方面決定。1. 進(jìn)口氣流速度一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)口氣流速度越大，塵粒受到的離心力越大，除塵效率越高。同時(shí)處理含塵空氣氣量也夜多。但實(shí)踐證明：進(jìn)口氣流速度越大時(shí)，不但除塵效率不高，反而會(huì)下降。這是因?yàn)椋寒?dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，會(huì)把原來(lái)已除下來(lái)的塵粒重新帶跑，形成返混現(xiàn)象。同時(shí)由于進(jìn)口氣流的增加會(huì)使阻力急劇增加，從而使電耗急劇增加。這是因?yàn)?，阻力消耗與風(fēng)速的二次方成正比例關(guān)系 ，所以進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-18 米/秒之間。2. 旋風(fēng)除塵器筒體的直徑和排風(fēng)管的直徑在其它條件不變的情況下，減小筒體直徑，塵粒所受到的離心力也增大，所以應(yīng)采用小直徑的旋風(fēng)除塵器（排風(fēng)管直徑為筒體的直徑的 0.5-0.6 倍）。一般不超過(guò) 800 毫米。但直徑小了，處理風(fēng)量少，可以采用幾個(gè)餓旋風(fēng)除塵器并聯(lián)使用。處理風(fēng)量為各除塵器風(fēng)量之和，阻力為單個(gè)除塵器的阻力。3. 筒體高度和錐體高度筒體高度和錐體高度越高，含塵空氣分離的時(shí)間越長(zhǎng)，除塵效果越好。但過(guò)高了下部也不起作用。由于錐體部分的直徑逐漸減少，其除塵效率高于通體部分建議采用短筒體長(zhǎng)錐體。錐體部分的高度一般為筒體部分的 2-3 倍為宜。4. 底部的密封性由于旋風(fēng)除塵器工作時(shí)，底部和中心部位是負(fù)壓力不從心，所以底部是否漏風(fēng)是影響除塵效率的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率為 5%時(shí)，除塵效率下降50%；當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率 10%時(shí)，除塵效率幾乎為零。當(dāng)?shù)撞慷ㄆ谇寤視r(shí)，可將出灰口與密閉灰箱相連；當(dāng)連續(xù)清灰時(shí)，要安裝閉風(fēng)器，并且閉風(fēng)器的膠皮與殼體密封，轉(zhuǎn)速要慢。針對(duì)不少工廠，采用的旋風(fēng)除塵器直徑偏大，除塵效果不好的現(xiàn)狀。根據(jù)以上分析，結(jié)合各廠的實(shí)際情況，針對(duì)旋風(fēng)除塵器提出以下改進(jìn)意見(jiàn)，僅供參考。1.）旋風(fēng)除塵器的直徑改為 300-400 毫米，每四個(gè)一組，下部供用一個(gè)密閉的集塵箱。每一個(gè)除塵管網(wǎng)，根據(jù)所需處理的含塵空氣量的多少，確定需要9多少組旋風(fēng)除塵器。各組除塵器均并聯(lián)使用。2.旋風(fēng)除塵器采用下旋型，可以避免上渦旋的形成，提高除塵效率。3.旋風(fēng)除塵器的筒體高度為 0.5 米左右，錐體部分的高度為 1 米左右。采用短筒體長(zhǎng)錐體的設(shè)計(jì)。4.旋風(fēng)除塵器進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-16 米/秒左右，不宜過(guò)大，否則會(huì)使阻力增加，增加電耗。5.設(shè)計(jì)制造旋風(fēng)除塵器時(shí)，要保證質(zhì)量，從排風(fēng)管中心到下部錐體中心，要成鉛垂線，以免影響分離粉粒及排風(fēng)曲線，影響除塵效率。6.注意底部的密封性。定期清灰時(shí)，注意下部留有一定的灰封。連續(xù)清灰時(shí)，閉風(fēng)器的轉(zhuǎn)速要慢。膠皮不能脫落，并要與殼體相接觸。4.2 旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣量的計(jì)算：G=0.06 x V x n x Y x r x K (噸 /小時(shí) )式中： V 一旋風(fēng)器容積（升/轉(zhuǎn)）n 一旋風(fēng)器轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)／分）Y 一旋風(fēng)器容積效率：顆粒狀物料 0.7-0.8 粉狀物料 0.5-0.6r 一物料容重（噸／米 3）K 一修正系數(shù)，一般取 0.7-0.8說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)表 2：物料容重 r(噸/立方米) 容積（升/轉(zhuǎn)）V 葉輪半徑（毫米）R葉輪長(zhǎng)度（毫米）l轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)n動(dòng)力(千瓦)w 2.48 10 150 250 35 0.75/1.1粉狀物料的容積效率 Y=0.6修正系數(shù) K=0.8旋風(fēng)器進(jìn)氣量的計(jì)算：G=0.06xVxnxYxrxK=0.06×10×0.001×35×60×0.6×2.48×0.8=1.5(噸/時(shí))104.3 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng)分析 （1）流場(chǎng)組成外渦旋——沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣流。內(nèi)渦旋——沿軸心向上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣流。渦流——由軸向速度與徑向速度相互作用形成的渦流。包括上渦流——旋風(fēng)除塵器頂蓋，排氣管外面與筒體內(nèi)壁之間形成的局部渦流，它可降低除塵效率；下渦流——在除塵器縱向，外層及底部形成的局部渦流。（2）旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)含塵氣流由切線進(jìn)口進(jìn)入除塵器，沿外壁由上向下作螺旋形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流即為外渦旋。外渦旋到達(dá)錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上，沿軸心向上旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排出管排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流即為內(nèi)渦旋。向下的外渦旋和向上的內(nèi)渦旋，兩者的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在慣性離心力的推動(dòng)下，要向外壁移動(dòng)。到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，頂部的壓力發(fā)生下降，一部分氣流會(huì)帶著細(xì)小的塵粒沿外壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，從排出管排出。這股旋轉(zhuǎn)氣流即為上渦旋。如果除塵器進(jìn)口和頂蓋之間保持一定距離，沒(méi)有進(jìn)口氣流干擾，上渦旋表現(xiàn)比較明顯。對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，實(shí)際的氣流運(yùn)動(dòng)是很復(fù)雜的。除切向和軸向運(yùn)動(dòng)外還有徑向運(yùn)動(dòng)。特·林頓（T.Linden）在測(cè)定中發(fā)現(xiàn)，外渦旋的徑向速度是向心的，內(nèi)渦旋的徑向速度是向外的，速度分布呈對(duì)稱(chēng)型。 （3）切向速度切向速度是決定氣流速度大小的主要速度分量，也是決定氣流中質(zhì)點(diǎn)離心力大小的主要因素。切向速度的變化規(guī)律為：外渦旋區(qū)：r↑，切向速度 ut↓；內(nèi)渦旋區(qū)：r↑，切向速度 ut↑。 圖 3 所示為實(shí)測(cè)的除塵器某一斷面上的速度分布和壓力分布。11從該圖可以看出，外渦旋的切向速度 是隨半徑 r 的減小而增加的，在內(nèi)、外渦旋交界面上， 達(dá)到最大?？梢越普J(rèn)為，內(nèi)外渦旋交界面的半徑r0≈（0.6～0.65）r p（r p為排出管半徑）。內(nèi)渦旋的切向速度是隨 r 的減小而減小的，類(lèi)似于剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋風(fēng)除塵器內(nèi)某一斷面上的切向速度分布規(guī)律可用下式表示：外渦旋 v r1/nr=c （4-3-1） 內(nèi)渦旋 v t/r=c' （4-3-2） 式中 v t——切向速度；圖 3 旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的速度分布和壓力分布r——距軸心的距離；c'、c、n——常數(shù)，通過(guò)實(shí)測(cè)確定。一般 n=0.5～0.8，如果近似的取 n=0.5，公式（4-3-1）可以改寫(xiě)為（4-3-3）（4）徑向速度實(shí)測(cè)表明，旋風(fēng)除塵器內(nèi)的氣流除了作切向運(yùn)動(dòng)外，還要作徑向的運(yùn)動(dòng)，外渦旋的徑向速度是向心的，而內(nèi)渦旋的徑向速度是向外的。氣流的切向分速度 vt和徑向分速度 w 對(duì)塵粒的分離起著相反的影響，前者產(chǎn)生慣性離心力，使塵粒有向外的徑向運(yùn)動(dòng)，后者則造成塵粒作向心的徑向運(yùn)動(dòng)，把它推入內(nèi)渦旋。 12如果近似認(rèn)為外渦旋氣流均勻地經(jīng)過(guò)內(nèi)、外渦旋交界面進(jìn)入內(nèi)渦旋，見(jiàn)圖 5-4-3所示，那末在交界面上氣流的平均徑向速度（4-3-5）式中 L——旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量，m 3/s；H——假想圓柱面（交界面）面度，m；r0——交界面的半徑，m。（5）軸向速度外渦旋的軸向速度向下，內(nèi)渦旋的軸向速度向上。在內(nèi)渦旋，隨氣流逐漸上升，軸向速度不斷增大，在排氣管底部達(dá)到最大值。（6）壓力分布?jí)毫Ψ植迹狠S向壓力變化較??；徑向壓力變化大，外側(cè)高，中心低，軸心處為負(fù)壓。旋風(fēng)除塵器內(nèi)軸向各斷面上的速度分布差別較小，因此軸向壓力的變化較小。從圖 5-4-20 可以看出，切向速度在徑向有很大變化，因此徑向的壓力變化很大（主要是靜壓），外側(cè)高中心低。這是因?yàn)闅饬髟谛L(fēng)除塵器內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，要有一個(gè) 13圖 4 交界面上氣流的徑向速度向心力與離心力相平衡，所以外側(cè)的壓力要比內(nèi)側(cè)高。在外壁附近靜壓最高，軸心處?kù)o壓最低。試驗(yàn)研究表明，即使在正壓下運(yùn)行，旋風(fēng)除塵器軸心處也保持負(fù)壓，這種負(fù)壓能一直延伸到灰斗。據(jù)測(cè)定，有的旋風(fēng)除塵器當(dāng)進(jìn)口處?kù)o壓為+900Pa 時(shí)，除塵器下部靜壓為－300Pa。因此，除塵器下部不保持嚴(yán)密，會(huì)有空氣滲入，把已分離的粉塵重新卷入內(nèi)渦旋。五.零部件的數(shù)據(jù)計(jì)算及選擇5.1 風(fēng)機(jī)的分析與選擇：風(fēng)機(jī)產(chǎn)品分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是重要裝置中的高精尖產(chǎn)品，主要指透平壓縮機(jī)。另一類(lèi)是量大面廣的中，小通風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)行業(yè)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)是（1）大型風(fēng)機(jī)容量繼續(xù)增大。（2）發(fā)展高壓小流量壓縮機(jī)。（3）高效化。（4）高速小型化。（5）低噪聲化。（6）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)中得以廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的風(fēng)機(jī)是離心式鼓風(fēng)機(jī)。 5.2 下料箱的選擇：下料箱是粉狀物料提升輸送裝置中一個(gè)重要部件。工程上一般要求該部件在負(fù)壓差下工作 ,即將物料由壓力較低處送往壓力相對(duì)較高處。在工作過(guò)程中 ,要求對(duì)通過(guò)的物料量具有良好的調(diào)節(jié)性能 ,并且保證它所連接的兩器氣體互相不泄漏。從而保證輸送能正常與高效地工作。因此在下料箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，能否有效地解決下料箱的防堵性與氣密性，是防止下料箱被物料堵塞以及順利排料的關(guān)鍵。 全新氣封式葉輪下料箱適用干將壓力狀態(tài)下的粉狀或顆粒狀物料連續(xù)地、順利地排入大氣，是氣力輸送和通風(fēng)除塵網(wǎng)路中的一種重要設(shè)備。其主要工作件是旋轉(zhuǎn)的葉輪，既起著輸送物料的作用，又擔(dān)負(fù)著密封作用。使用安全可靠，體積小、重量輕、 容量大、 功率消耗低等特點(diǎn)。廣泛用于糧食、食品、飼料、油脂、化工、儲(chǔ)運(yùn)及其它工業(yè)中的氣力輸送或通風(fēng)除塵網(wǎng)路卸料器之排料、排塵。采用國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)卸料器特點(diǎn)，又集中國(guó)內(nèi)外各種干燥機(jī)、除塵器聯(lián)接尺寸而設(shè)計(jì)制造的，它三機(jī)一體，結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、造型美觀、噪音低、體積小、重量輕、使用方便等特點(diǎn)，是氣力輸送、自動(dòng)計(jì)量排料重要設(shè)備之一。5.3 殼體的設(shè)計(jì)：這類(lèi)零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜,它是用來(lái)支撐、包容運(yùn)動(dòng)零件或其它零件,因此其內(nèi)部常有空腔.箱體內(nèi)腔常用來(lái)安裝傳動(dòng)軸、齒輪(或葉輪)及滾動(dòng)軸承等,故兩端均有裝軸承蓋及套的孔.所以箱體的蓋、座上有許多安裝孔、定位銷(xiāo)孔、連接孔;由于箱體是空腔的,通常壁比較薄,由于形狀復(fù)雜,箱體多為鑄件旋風(fēng)器中的箱體材料可以選 14HT150。殼體的整體壁厚為 10mm，殼體分為筒體和錐體兩部分。筒體的內(nèi)腔直徑與葉輪的大徑相等，螺栓連接的邊緣寬度為 30mm，進(jìn)料口的最大長(zhǎng)度為 415mm，寬度為360mm，其小徑為 3/2 的葉輪扇形寬度。即：Q= × ×23?)(2dR?= × × 2)150(=190(mm)5.4 密封圈的設(shè)計(jì)為了減小設(shè)計(jì)和制造裝配過(guò)程中的誤差引起的漏風(fēng)量，要在殼體端蓋和殼體之間設(shè)計(jì)一個(gè)密封圈，主要起到密封作用，不受其他外力，可以選用橡膠材料，密封圈的內(nèi)徑要少小于殼體的內(nèi)徑，可以確定為 298mm,厚度和寬度也都不需設(shè)計(jì)很大，可以確定為 6mm 和 10mm。一半嵌在殼體端蓋一半嵌在殼體端邊。5.5 殼體端蓋的設(shè)計(jì)殼體的端蓋起著多方面的作用，可以密封防漏氣支撐軸承.軸承工作過(guò)程中內(nèi)圓隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，外圈保持不動(dòng)，則軸承的外圓與殼體之間的配合為過(guò)盈配合，那么端蓋的內(nèi)徑就可以確定為 61mm,考慮到與殼體的配合，可把外徑確定為 360mm 等于殼體的最外圓的直徑。在殼體的內(nèi)面設(shè)計(jì)一個(gè)小槽，用來(lái)配合密封圈，小槽的寬度與密封圈的厚度相等為 6mm，深度是密封圈寬度的一半為 5mm.。5.6 其他標(biāo)準(zhǔn)連接件的選擇任何機(jī)器都是由各種零件組成,其中標(biāo)準(zhǔn)件占有大量的比例,它們以一定的形式連接,保持相互之間的位置和按一定的規(guī)律相對(duì)運(yùn)動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)件可以互換通用,從而提高經(jīng)濟(jì)效率.常用的標(biāo)準(zhǔn)件有緊固件(螺栓、螺母、螺釘)、鍵等.5.6.1 螺栓的選擇 螺紋規(guī)格(6g)|d: M12螺紋規(guī)格(6g)|d×P: M12×1.5b(參考)|l≤125: 30B(參考)|125＜l≤200: 36e min: 20.03s|max: 18s|min|: 17.73k 公稱(chēng): 7.515l 長(zhǎng)度范圍|: 45～120 圖 75.6.2 沉頭螺釘?shù)倪x擇：由于軸承蓋是與殼體的端蓋連接在一起的，屬于內(nèi)部連接所以要選用沉頭螺釘。螺釘螺紋規(guī)格: ST2.2螺距 P=a(max): 0.8dk(max): 3.8k(max): 1.1十字槽|槽號(hào): 0十字槽|H 型插入深度|max: 1.2l①長(zhǎng)度范圍: 4.5～16表面處理: 鍍鋅鈍化圖 8機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5.6.3 螺母的選擇：其內(nèi)徑與螺栓的 d 相等為 12mm，可以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)如下：螺母螺紋規(guī)格(6H)|D: M12螺紋規(guī)格(6H)|D×P: M12×1.5 (M12×1.25)e/min: 20.03s/max: 18s/min: 17.7316m/max: 10.8圖 95.6.4 鍵的選擇：根據(jù)鍵連接的軸的軸徑，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以得到標(biāo)準(zhǔn)鍵為：軸徑 d: ＞30～38鍵的公稱(chēng)尺寸|b(h8): 10鍵的公稱(chēng)尺寸|(h8)h(11): 8鍵的公稱(chēng)尺寸|c 或 r: 0.4～0.6鍵的公稱(chēng)尺寸|L（h14）: 22～110鍵槽|軸槽深 t|基本尺寸: 5.0鍵槽|軸槽深 t|公差: (+0.2,0)鍵槽|轂槽深 t1|基本尺寸: 3.3鍵槽|轂槽深 t1|公差: (+0.2,0)鍵槽|圓角半徑 r|min: 0.25鍵槽|圓角半徑 r|max: 0.4 圖 10六.旋風(fēng)除塵器的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)6.1旋風(fēng)除塵器的工作原理主要是靠慣性離心力的作用，使粉塵與含塵空氣分開(kāi)。17塵粒受到的離心力為：由上式可知：離心力的大小與進(jìn)口氣流速度，旋風(fēng)除塵器的直徑及塵粒的密度，直徑有關(guān)。所以我們說(shuō)影響除塵效率的因素由以下幾方面決定。1. 進(jìn)口氣流速度一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)口氣流速度越大，塵粒受到的離心力越大，除塵效率越高。同時(shí)處理含塵空氣氣量也夜多。但實(shí)踐證明：進(jìn)口氣流速度越大時(shí)，不但除塵效率不高，反而會(huì)下降。這是因?yàn)椋寒?dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，會(huì)把原來(lái)已除下來(lái)的塵粒重新帶跑，形成返混現(xiàn)象。同時(shí)由于進(jìn)口氣流的增加會(huì)使阻力急劇增加，從而使電耗急劇增加。這是因?yàn)椋枇ο呐c風(fēng)速的二次方成正比例關(guān)系 ，所以進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-18 米/秒之間。2. 旋風(fēng)除塵器筒體的直徑和排風(fēng)管的直徑在其它條件不變的情況下，減小筒體直徑，塵粒所受到的離心力也增大，所以應(yīng)采用小直徑的旋風(fēng)除塵器（排風(fēng)管直徑為筒體的直徑的 0.5-0.6 倍）。一般不超過(guò) 800 毫米。但直徑小了，處理風(fēng)量少，可以采用幾個(gè)餓旋風(fēng)除塵器并聯(lián)使用。處理風(fēng)量為各除塵器風(fēng)量之和，阻力為單個(gè)除塵器的阻力。3. 筒體高度和錐體高度筒體高度和錐體高度越高，含塵空氣分離的時(shí)間越長(zhǎng)，除塵效果越好。但過(guò)高了下部也不起作用。由于錐體部分的直徑逐漸減少，其除塵效率高于通體部分建議采用短筒體長(zhǎng)錐體。錐體部分的高度一般為筒體部分的 2-3 倍為宜。4. 底部的密封性由于旋風(fēng)除塵器工作時(shí)，底部和中心部位是負(fù)壓力不從心，所以底部是否漏風(fēng)是影響除塵效率的關(guān)鍵因素。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率為 5%時(shí)，除塵效率下降50%；當(dāng)?shù)撞柯╋L(fēng)率 10%時(shí)，除塵效率幾乎為零。當(dāng)?shù)撞慷ㄆ谇寤視r(shí)，可將出灰口與密閉灰箱相連；當(dāng)連續(xù)清灰時(shí)，要安裝閉風(fēng)器，并且閉風(fēng)器的膠皮與殼體密封，轉(zhuǎn)速要慢。針對(duì)不少工廠，采用的旋風(fēng)除塵器直徑偏大，除塵效果不好的現(xiàn)狀。根據(jù)以上18分析，結(jié)合各廠的實(shí)際情況，針對(duì)旋風(fēng)除塵器提出以下改進(jìn)意見(jiàn)，僅供參考。1.）旋風(fēng)除塵器的直徑改為 300-400 毫米，每四個(gè)一組，下部供用一個(gè)密閉的集塵箱。每一個(gè)除塵管網(wǎng)，根據(jù)所需處理的含塵空氣量的多少，確定需要多少組旋風(fēng)除塵器。各組除塵器均并聯(lián)使用。2.旋風(fēng)除塵器采用下旋型，可以避免上渦旋的形成，提高除塵效率。3.旋風(fēng)除塵器的筒體高度為 0.5 米左右，錐體部分的高度為 1 米左右。采用短筒體長(zhǎng)錐體的設(shè)計(jì)。4.旋風(fēng)除塵器進(jìn)口風(fēng)速一般控制在 12-16 米/秒左右，不宜過(guò)大，否則會(huì)使阻力增加，增加電耗。5.設(shè)計(jì)制造旋風(fēng)除塵器時(shí)，要保證質(zhì)量，從排風(fēng)管中心到下部錐體中心，要成鉛垂線，以免影響分離粉粒及排風(fēng)曲線，影響除塵效率。6.注意底部的密封性。定期清灰時(shí)，注意下部留有一定的灰封。連續(xù)清灰時(shí)，閉風(fēng)器的轉(zhuǎn)速要慢。膠皮不能脫落，并要與殼體相接觸。以上改進(jìn)，經(jīng)幾個(gè)廠家使用，效果良好，整齊美觀，除塵效率基本能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。6.2 旋風(fēng)除塵器的類(lèi)型：旋風(fēng)除塵器又名（Cyclone 直譯）。它是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來(lái)的一種干式氣-固二相留分離裝置。旋風(fēng)除塵器用于工業(yè)生產(chǎn)，已有百余年歷史。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，制造安裝投資少，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定，受含塵氣體的濃度和溫度影響較少，壓損中等，動(dòng)力消耗不大，所以廣泛用于各種工藝過(guò)程中。隨著旋風(fēng)除塵器的使用日益廣泛，人們對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的氣流狀態(tài)與固體顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律做過(guò)大量的研究，結(jié)構(gòu)改進(jìn)取得不少進(jìn)步，研制出許多性能良好的旋風(fēng)除塵器。按氣流導(dǎo)入情況，旋風(fēng)除塵器可分為 2 類(lèi)：1) 切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)除塵器這是旋風(fēng)除塵器的形式。如圖 11a b c 含塵氣體由筒體的側(cè)面沿切線方向?qū)?。氣流在圓筒部旋轉(zhuǎn)向下，進(jìn)入錐體，到達(dá)錐體的端點(diǎn)反轉(zhuǎn)向上，清潔氣流經(jīng)排氣管排出口。這類(lèi)旋風(fēng)除塵器根據(jù)不同的進(jìn)口形式，又可分為圖 11.a 蝸殼進(jìn)口，圖 11.b 蝸旋進(jìn)口，圖 11.c 長(zhǎng)方形切線進(jìn)口。以上三種進(jìn)口是目前常見(jiàn)的形式，已由上世紀(jì) 50年代應(yīng)用至今。為了提高除塵器的捕集效率，把排出氣體中含塵濃度高的氣體一二次風(fēng)形式引出后，經(jīng)風(fēng)機(jī)再導(dǎo)入旋風(fēng)分離器內(nèi)。這種旋風(fēng)除塵器，按二次風(fēng)因入方式可分為：圖1912.d 切流二次風(fēng)和圖 12.e 軸流二次風(fēng)。圖 11圖 122）錐體彎曲的水平旋風(fēng)除塵器 可節(jié)省占地面積，簡(jiǎn)化管路系統(tǒng)。進(jìn)口速度較大時(shí)，除塵效率與立式的相差不大。主要用于中小型鍋爐的煙氣除塵。3）擴(kuò)散式旋風(fēng)除塵器 它是一種具有呈倒錐體形狀的錐體，并在錐體的底部裝有反射屏的旋風(fēng)除塵器。反射屏可防止上升氣流卷起粉塵，從而提高除塵效率。4） 旋風(fēng)慣性除塵器旋風(fēng)慣性除塵器是普通旋風(fēng)除塵器和百葉式慣性除塵器的組合,兼有慣性和旋風(fēng)20除塵功能。旋風(fēng)慣性除塵器的結(jié)構(gòu)如圖15。含塵氣體從頂部螺旋線進(jìn)口切向進(jìn)入筒體,粉塵因離心力被甩向外筒內(nèi)壁,隨外螺線下降氣流落入錐斗。還有部分細(xì)小粉塵在靠近百葉窗碰撞反彈隨氣流下降至錐斗。此外,因?yàn)橥ㄟ^(guò)百葉窗間隙提前排除大部分凈化氣流,從而減少了錐體尾部返混二次氣流量,有利于除塵效率的提高,降低了壓力損失。旋風(fēng)慣性除塵器壓力損失小,處理風(fēng)量大,適用于凈化非纖維狀的粉塵,和在初始粉塵含量大的場(chǎng)合,作為二級(jí)除塵的一級(jí)凈化。圖 136.3 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口形式 目前常用的進(jìn)口形式有直入式、蝸殼式和軸流式三種，見(jiàn)圖 14 所示，直入式又分為平頂蓋和螺旋形頂蓋。平頂蓋直入式進(jìn)口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最為廣泛。螺旋形直入式進(jìn)口避免了進(jìn)口氣流與旋轉(zhuǎn)氣流之㈨的干擾，可減小阻力，但效率會(huì)下降。如果除塵器處理風(fēng)量大，需要大的進(jìn)口，采用蝸殼式進(jìn)口可以避免進(jìn)口氣流與排出管發(fā)生直接碰撞（見(jiàn)圖 15），有利于除塵效率和阻力的改善。軸流式進(jìn)口主要用于多管旋風(fēng)除塵器的旋風(fēng)子。 21圖 14 旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口形式 圖 15 蝸殼式進(jìn)口形式 6.4 排灰裝置 旋風(fēng)除塵器下部出現(xiàn)漏風(fēng)時(shí)，效率會(huì)顯著下降。如何在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰是旋風(fēng)除塵器運(yùn)行中必須重視的一個(gè)問(wèn)題。收塵量不大的除塵器，可在下部設(shè)固定灰斗，定期排除。收塵量較大，要求連續(xù)排灰時(shí)，可設(shè)雙翻板式和回轉(zhuǎn)式鎖氣器。翻板式鎖氣器是利用翻板上的平衡錘和積灰質(zhì)量的平衡發(fā)生變化時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)卸灰的。它設(shè)有兩塊翻板輪流啟閉，可以避免漏風(fēng)?；剞D(zhuǎn)式鎖氣器采用外來(lái)動(dòng)力使刮板緩慢旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速一般在 15—20r／min 之間，它適用于排灰量較大的除塵器。回轉(zhuǎn)式鎖氣器能否保持嚴(yán)密，關(guān)鍵在于刮板和外殼之間緊密貼合的程度。6.5 旋風(fēng)除塵器操作條件旋風(fēng)除塵器的性能好壞,除與以上結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)外,還取決于操作條件。第一,要正確的熟悉各種旋風(fēng)除塵器性能,選用合理的進(jìn)口風(fēng)速和處理量,進(jìn)口風(fēng)速一般范圍在10~25m/s。第二,特殊場(chǎng)合還要考慮到氣體密度,大氣壓和溫度的變化,及時(shí)修正實(shí)際處理量,進(jìn)口風(fēng)速及壓力變化。第三,粉塵的物理性質(zhì),要考慮二相流中粉塵的密度、粒度分布,粉塵的濕度、粘性和是否有纖維狀或絨毛狀粉塵等,合理選用除塵器。影響旋風(fēng)除塵器的性能因素,除上述原因外,除塵器的內(nèi)壁是否光滑,焊縫是否磨光,聯(lián)接法蘭是否有內(nèi)突出物等等都會(huì)引起旋轉(zhuǎn)氣流擾動(dòng),影響除塵效率。因此應(yīng)當(dāng)重視除塵器的制造質(zhì)量。由以上設(shè)計(jì)可以看出，旋風(fēng)除塵器在提升、分離物料等得到廣泛的應(yīng)用，該裝置在提升物料1.5m3/h?；緷M(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)要求，本次設(shè)計(jì)的旋風(fēng)除塵器主要用于除去鋸末、灰塵或者用于提升、分離小麥、玉米、稻谷、沙粒等。22主要參考文獻(xiàn)：[1]唐敬麟,張祿虎.除塵裝置系統(tǒng)及設(shè)備選用手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003[2]第七屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)暨應(yīng)用研討會(huì)(專(zhuān)輯),中國(guó)粉體技術(shù)雜志社,2004(10)[3] 龐新新, 向曉東, 陳寶智. 二次揚(yáng)塵對(duì)旋風(fēng)器除塵效率影響分析與對(duì)策. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001, 24 (3) : 253～256 [4] 向曉東. 現(xiàn)代除塵理論與技術(shù). 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2002 [5] 金國(guó)淼. 除塵設(shè)備. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002 [6] 向曉東, 幸福堂, 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[16]Lapple CE.Gravityandcentrifugal separation[J].Ind Hyg Q, 1950, (1) :40-45. 致謝： 我的這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先應(yīng)當(dāng)歸功于指導(dǎo)老師李玉中老師。他無(wú)論是在室內(nèi)資料整理還是在論文的撰寫(xiě)等各個(gè)方面都給予了大量的指導(dǎo)和幫助，令我不但完成了論文，也學(xué)到了許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時(shí)也要感謝其他同學(xué)的幫助，我們共同查找資料。另外還要感謝資料室及復(fù)印室的各位23工作人員的幫助與合作。