旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)詳解講訴

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1、高效旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)摘 要 00論文主要介紹了旋風(fēng)除塵器各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及旋風(fēng)除塵器性能的計(jì)算。以普通旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代此類相關(guān)課題的研究方法，設(shè)計(jì)出符合一定壓力損失和除塵效率要求的除塵器，在 CAD/CAM軟件輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，繪制旋風(fēng)除塵器裝配圖、零件圖、以及除塵系統(tǒng)原理圖。本文分以下幾部分對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了討論：首先，通過(guò)查閱資料計(jì)算出旋風(fēng)除塵器各部分尺寸；其次，繪制出旋風(fēng)除塵器裝配圖及旋風(fēng)除塵器各零部件圖；最后，整理資料，選取與論文相關(guān)的英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。關(guān)鍵詞：旋風(fēng)除塵器壓力損失除塵效率目錄1.引言 .12.旋風(fēng)除塵器的除塵機(jī)理及性能 .22.1旋風(fēng)除塵器

2、的基本工作原理 .22.1.1旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu) .22.1.2旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng) .22.1.3旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布 .52.2旋風(fēng)除塵器的性能及其影響因素 .52.2.1旋風(fēng)除塵器的技術(shù)性能 .52.2.2影響旋風(fēng)除塵器性能的主要因素 .62.2.3旋風(fēng)除塵器選型原則 .103.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì) .123.1旋風(fēng)除塵器各部分尺寸的確定 .123.1.1形式的選擇 .123.1.2確定進(jìn)口風(fēng)速 .123.1.3確定旋風(fēng)除塵器的尺寸 .123.2旋風(fēng)除塵器強(qiáng)度的校核 .143.2.1筒體和錐體壁厚 s 和氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 .143.2.2排氣管尺寸的確定 .153.2.3.支座的選擇計(jì)算 .1

3、73.2.4支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 .193.3旋風(fēng)除塵器壓力損失及除塵效率 .203.3.1計(jì)算壓力損失 .203.3.2除塵效率的計(jì)算 .213.4風(fēng)機(jī)的選擇 .223.5排塵閥的選擇 .223.6連接方式的選擇 .22結(jié)論 .24致謝 .25參考文獻(xiàn) .26外文資料 .27唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)1.引言旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)是我通過(guò)學(xué)習(xí)全部基礎(chǔ)課、 專業(yè)課和以往的課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合性的設(shè)計(jì)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)更充分的體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際的宗旨， 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我不僅加深了對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解， 而且認(rèn)識(shí)到作為一名工作人員我們應(yīng)該具有良好的技術(shù)水平、 嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作態(tài)度， 這次設(shè)

4、計(jì)鍛煉了我查閱資料自我設(shè)計(jì)的能力。 我希望通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我三年來(lái)所學(xué)課程有更深入的理解，熟練掌握 AutoCAD制圖，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)出符合要求的除塵器。隨著人類社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步， 人們對(duì)生活質(zhì)量和自身的健康越來(lái)越重視， 對(duì)空氣質(zhì)量也越來(lái)越關(guān)注。 然而人們?cè)谏a(chǎn)和生活中， 不斷的向大氣中排放各種各樣的污染物質(zhì)，使大氣遭到了嚴(yán)重的污染， 有些地域環(huán)境質(zhì)量不斷惡化， 甚至影響人類生存。在大氣污染物中粉塵的污染占重要部分， 可吸入顆粒物過(guò)多的進(jìn)入人體， 會(huì)威脅人們的健康。所以防治粉塵污染、保護(hù)大氣環(huán)境是刻不容緩的重要任務(wù)1 。除塵器是大氣污染控制應(yīng)用最多的設(shè)備， 其設(shè)計(jì)制造是否優(yōu)良， 應(yīng)用維護(hù)

5、是否得當(dāng)直接影響投資費(fèi)用、除塵效果、 運(yùn)行作業(yè)率。所以掌握除塵器工作機(jī)理，精心設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)管理除塵器，對(duì)搞好環(huán)保工作具有重要作用2。工業(yè)中目前常用的除塵器可分為： 機(jī)械式除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器等。機(jī)械式除塵器包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器等。重力沉降室是通過(guò)重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置， 主要用于高效除塵的預(yù)除塵裝置，除去大于 40 m以上的粒子。慣性除塵器是借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離， 主要用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵。 旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置， 多用作小型燃煤鍋爐消煙除塵和多級(jí)除塵、預(yù)除

6、塵的設(shè)備 12 。本次設(shè)計(jì)為旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)的目的在于設(shè)計(jì)出符合要求的能夠凈化指定環(huán)境空氣的除塵設(shè)備， 為環(huán)保工作貢獻(xiàn)一份力量。 設(shè)計(jì)時(shí)力求層次分明、 圖文結(jié)合、內(nèi)容詳細(xì)。此設(shè)計(jì)主要由筒體、錐體、進(jìn)氣管、排氣管、排灰口的設(shè)計(jì)計(jì)算以及風(fēng)機(jī)的選擇計(jì)算等組成， 在獲得符合條件的性能的同時(shí)力求達(dá)到加工工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)美觀、維護(hù)方便等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)參考和引用了一些關(guān)于除塵器設(shè)計(jì)的論著、教材、手冊(cè)等，由于學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、和水平有限，設(shè)計(jì)中缺點(diǎn)乃至不當(dāng)之處在所難免，殷切希望各位老師批評(píng)指正，提出寶貴意見(jiàn)。1唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)2 旋風(fēng)除塵器的除塵機(jī)理及性能2.1 旋風(fēng)除塵器的基本工作原理2.1.1

7、 旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，當(dāng)含塵氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)除塵器時(shí)，氣流將由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎體流動(dòng)。通常稱為外旋氣流，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，將重度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)量和向下的重力延壁面下落，進(jìn)入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在到達(dá)椎體時(shí)，因椎體形狀的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”不變?cè)?，其切向速度不斷增加。?dāng)氣流到達(dá)椎體下端某一位置時(shí)，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風(fēng)除塵器中部，由下反轉(zhuǎn)而上，繼續(xù)做螺旋運(yùn)動(dòng)，即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排除旋風(fēng)除塵器外，一部

8、分未被捕集的塵粒也由此遺失。1排氣管 2頂蓋 3排灰管4圓錐體 5圓筒體 6進(jìn)氣管圖 2 1旋風(fēng)除塵器2.1.2 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng)旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的三維流場(chǎng)。氣體在旋風(fēng)器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，任一點(diǎn)的速度均可分解為切向速度 vt、軸向速度 vz 和徑向速度 vr。2唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（1） 旋風(fēng)除塵器的各向速度切向速度 vt切向速度對(duì)于粉塵顆粒的捕集與分離起著主導(dǎo)作用，含塵氣體在切向速度的作用下，由里向外離心沉降， 排氣管以下任一截面上的切向速度vt 沿半徑的變化規(guī)律為：在旋風(fēng)除塵器中心部分的旋轉(zhuǎn)氣流， 其切向速度 vt 隨著半徑的增大而增大， 是類似與剛體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)

9、制渦旋，稱為“內(nèi)渦旋” ;除塵器外部的旋轉(zhuǎn)氣流，其切向速度 vt 則隨著半徑的增加而減少，稱為“外渦旋” 。在內(nèi)外渦旋的交界面上，切向速度達(dá)到最大值。各種不同結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)除塵器，其切向速度分布規(guī)律基本相同。表達(dá)通式為 :vt r n常數(shù)式中 r 為氣流質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑；n 為速度分布指數(shù)一般為0.50.9 之間。若忽略旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流所存在的內(nèi)摩擦力，根據(jù)能量守恒定律，在理想情況下 n=1，此時(shí)， vt r=常數(shù)，稱為自由旋流。因此， n 和 1 的差值就是旋流和自由旋流的差異，該 n 值可由下式計(jì)算n 1 ( 1 0 . 6 D6008. )1 4 T ( 0 . 3)283式中D 旋風(fēng)除塵器的

10、直徑（ m）；T 熱力學(xué)溫度（ K ）；n 速度分布指數(shù)。最大切向速度的位置 rm 稱為強(qiáng)制旋流的半徑，實(shí)驗(yàn)證明rm= 2/3 re式中re出口管半徑圖 2 2 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場(chǎng)分布徑向速度 vr3唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)徑向速度 vr 是影響旋風(fēng)除塵器分離性能的重要因素，因?yàn)樗梢允箟m粒沿半徑由外向內(nèi)推向漩渦中心，阻礙塵粒的沉降。但是該徑向速度和切向速度之比較小，通常 vr 在 15m/s 范圍內(nèi)。軸向速度 vz軸向速度 vz 分布構(gòu)成了旋風(fēng)除塵器的外層下行、 內(nèi)層上行的氣體雙層旋轉(zhuǎn)流動(dòng)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，有一個(gè)零軸向速度面始終和器壁平行，即使在椎體部分，也能保持外層氣流厚度不變。除了上

11、述三種流速外還由于軸向流速和徑向流速的作用引起渦流。他們都將引起除塵效率的降低。（2）旋風(fēng)除塵器的渦流旋風(fēng)除塵器內(nèi)，除了主旋轉(zhuǎn)氣流外，還存在著由軸向速度和徑向速度相互作用而形成的渦流。渦流對(duì)旋風(fēng)除塵器的分離效率和壓力損失影響較大。常見(jiàn)的渦流有以下幾種 :短路流即旋風(fēng)除塵器頂蓋、排氣管外面與筒體內(nèi)壁之間，由于徑向速度與軸向速度的存在，將形成局部渦流 ( 上渦流 ) ，夾帶著相當(dāng)數(shù)量的塵粒向中心流動(dòng)，并沿排氣管外表面下降，最后隨中心上升氣流逸出排氣管，影響了除塵效率?？v向旋渦流縱向旋渦流是以旋風(fēng)除塵器內(nèi)、外旋流分界面為中心的器內(nèi)再循環(huán)而形成的縱向流動(dòng)。由于排氣管內(nèi)的有效通流截面小于排氣管管端以下內(nèi)

12、旋流的有效通流截面，因此在排氣管管端處產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，從而使氣體對(duì)大顆粒的甩力超過(guò)顆粒所受的離心力，而造成“短路” ，影響了分離性能。外層渦流中的局部渦流由于旋風(fēng)除塵器壁面不光滑，如突起、焊縫等等，可產(chǎn)生與主流方向垂直的渦流，其量雖只約為主流的五分之一，但這種流動(dòng)會(huì)使壁面附近，或者己被分離到壁面的粒子重新甩到內(nèi)層旋流，使較大的塵粒在凈化氣中出現(xiàn)，降低了旋風(fēng)除塵器的分離能力。這種湍流對(duì)分離 5 m以下的顆粒尤為不利。底部夾帶外層旋流在錐體頂部向上返轉(zhuǎn)時(shí)可產(chǎn)生局部渦流，將粉塵重新卷起，假使旋流一直延伸到灰斗，也同樣會(huì)把灰斗中粉塵，特別是細(xì)粉塵攪起，被上升氣流帶走。底部夾帶的粉塵量占從排氣管帶出粉塵總

13、量的 2030%。因此，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少底部夾帶是改善旋風(fēng)除塵器捕集效率的重要方面。4唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)2.1.3 旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布一般旋風(fēng)除塵器內(nèi)的壓力分布如圖22 所示。依據(jù)對(duì)旋風(fēng)除塵器的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、尺寸以及氣體的溫度、濕度和壓力等分析和試驗(yàn)測(cè)試，其壓力損失的主要影響因素可歸納如下：（1）結(jié)構(gòu)形式的影響旋風(fēng)除塵器的構(gòu)造形式相同或幾何圖形相似，則旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù) 相同。若進(jìn)口的流速相同，壓力損失基本不變。（2）進(jìn)口風(fēng)量的影響壓力損失與進(jìn)口速度的平方成正比，因而進(jìn)口風(fēng)量較大時(shí)， 壓力損失隨之增大。（3）除塵器尺寸的影響除塵器的尺寸對(duì)壓力損失影響較大，表現(xiàn)為進(jìn)口

14、面積增大，排氣管直徑減小，而壓力損失隨之增大，隨圓筒與椎體部分長(zhǎng)度的增加而減小。（4）氣體密度變化的影響壓力損失隨氣體密度增大而增大。由于氣體密度變化與T、P 有關(guān)，換句話說(shuō)，壓力損失隨氣體溫度或壓力的增大而增大。（5）含塵氣體濃度的大小的影響試驗(yàn)表明，含塵氣體濃度增高時(shí)，壓力損失隨之下降，這是由于旋轉(zhuǎn)氣流與塵粒之間的摩擦作用使旋轉(zhuǎn)速度降低所致。（6）除塵器內(nèi)部障礙物的影響旋風(fēng)除塵器內(nèi)部的葉片、突起、和支撐物等障礙物能使氣流旋轉(zhuǎn)速度降低。但是，除塵器內(nèi)部粗糙卻使壓力損失很大。2.2 旋風(fēng)除塵器的性能及其影響因素2.2.1 旋風(fēng)除塵器的技術(shù)性能（1）處理氣體流量 Q處理氣體流量 Q是通過(guò)除塵設(shè)備

15、的含塵氣體流量，除塵器流量為給定值，一般以體積流量表示。高溫氣體和不是一個(gè)大氣壓情況時(shí)必須把流量換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，33其體積 m/h 或 m/min 表示。（2）壓力損失旋風(fēng)除塵器的壓力損失p 是指含塵氣體通過(guò)除塵器的阻力，是進(jìn)出口靜壓之差，是除塵器的重要性能之一。 其值當(dāng)然越小越好， 因風(fēng)機(jī)的功率幾乎與它成正比。除塵器的壓力損失和管道、 風(fēng)罩等壓力損失以及除塵器的氣體流量為選擇風(fēng)機(jī)的依5在某程度上也說(shuō)明除塵器除塵效率高低。31000m氣體除塵器本身所需要的鋼材數(shù)量。唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)據(jù)。壓力損失包含以下幾個(gè)方面：進(jìn)氣管內(nèi)摩擦損失；氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)，因膨脹或壓縮而造成的能量損失；

16、與容器壁摩擦所造成能量損失；氣體因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的能量消耗；排氣管內(nèi)摩擦損失，以及由旋轉(zhuǎn)氣體轉(zhuǎn)為直線氣體造成的能量損失；排氣管內(nèi)氣體旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能所造成的損失等。（3）除塵效率一般指額定負(fù)壓的總效率和分級(jí)效率，但由于工業(yè)設(shè)備常常是在負(fù)荷下運(yùn)行，有些場(chǎng)合把 70%負(fù)荷下的除塵總效率和分級(jí)效率作為判別除塵性能的一項(xiàng)指標(biāo)。從額定負(fù)荷下的總效率與 70%負(fù)荷下總效率對(duì)比中，可以看出除塵器負(fù)荷適應(yīng)性。分級(jí)效率是說(shuō)明除塵器分離能力的一個(gè)比較確切的指標(biāo)。對(duì)同一灰塵粒徑的分級(jí)效率越高，除塵效果越好。在工業(yè)測(cè)試中，一般把 3m、5m和 10 m灰塵的分級(jí)效率作為衡量旋風(fēng)除塵器分離能力的一個(gè)依據(jù)。旋風(fēng)除塵器

17、的分割粒徑dc50 和 dc100（4）耗鋼量旋風(fēng)除塵器的耗鋼量是每小時(shí)處理3的旋風(fēng)除在除塵效率接近或相等時(shí)， 耗鋼量越小越好。 處理氣量為 3000 12000m/h塵器耗鋼量一般為 3550kg/(1000m33) ；小于 3000m/h 氣體流量的阻力除塵器的耗鋼量，一般都在 100kg/(1000m3/h) 以上；處理氣體流量大于等于3時(shí)，所配20000m/h旋風(fēng)除塵器分兩種情況， ，一是多筒式旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，包括進(jìn)出口組合接管、灰斗和支架的耗鋼量都很高為 90160kg/(1000m3/h) 。而雙極旋風(fēng)除塵器，由于沒(méi)有灰斗和3支架，耗鋼量一般都很低，約4060kg/(1000m /h)

18、。（5）使用壽命使用壽命與旋風(fēng)除塵器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、耐磨損措施以及操作條件有關(guān)。延長(zhǎng)使用壽命的積極措施是：合理組織除塵器內(nèi)部氣流并在內(nèi)部設(shè)抗磨內(nèi)襯。2.2.2 影響旋風(fēng)除塵器性能的主要因素（1）旋風(fēng)除塵器幾何尺寸的影響在旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸中，以旋風(fēng)除塵器的直徑、氣體進(jìn)口以及排氣管形狀與大小為最主要的影響因素。一般，旋風(fēng)除塵器的直徑越小，粉塵所受的離心力越大，旋風(fēng)除塵器的除塵效率也就越高。但過(guò)小的筒體直徑會(huì)造成較大直徑顆粒有可能反彈至中心氣流而被6唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)帶走，使除塵效率降低。另外，筒體太小對(duì)于粘性物料。因容易引起堵塞。因此，一般筒體直徑不宜小于 5075mm；大型化以后己

19、出現(xiàn)筒徑大于 20O0mm的大型旋風(fēng)除塵器。較高除塵效率的旋風(fēng)除塵器都有合適的長(zhǎng)度比例。 它不但使進(jìn)入筒體的塵粒停留時(shí)間增長(zhǎng)，有利于分離，且能使尚未到達(dá)排氣管的顆粒，有更多的機(jī)會(huì)從旋流核心中分離出來(lái)，減少二次夾帶，以提高除塵效率。足夠長(zhǎng)的旋風(fēng)除塵器，還可避免旋轉(zhuǎn)氣流對(duì)灰斗頂部的磨損。但是過(guò)長(zhǎng)的旋風(fēng)除塵器，會(huì)占據(jù)較大的空間，即從排氣管下端至旋風(fēng)除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離。可用下式計(jì)算 :D 21 3l2.3de ab式中l(wèi) 旋風(fēng)除塵器筒體長(zhǎng)度， m;D旋風(fēng)除塵器筒體直徑， m;b除塵器入口寬度， m;de 除塵器出口直徑， m。一般，常取旋風(fēng)除塵器的圓筒段高度 H=(l.5 2.0)D 。旋風(fēng)除塵

20、器的圓錐體可以在較短的軸向距離內(nèi)將外旋流轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)旋流，因而節(jié)約了空間和材料。除塵器圓錐體的作用是將已分離出來(lái)的粉塵微粒集中于旋風(fēng)除塵器中心，以便將其排入灰斗中。當(dāng)錐體高度一定，而錐體角度較大時(shí)，由于氣流旋流半徑很快變小，很容易造成核心氣流與器壁撞擊， 使沿錐壁旋轉(zhuǎn)而下的塵粒被內(nèi)旋流所帶走，影響除塵效率。所以，半錐角 a 不宜過(guò)大。設(shè)計(jì)時(shí)常取a 為 13 15。旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口有兩種主要的進(jìn)口形式：軸向進(jìn)口和切向進(jìn)口。切向進(jìn)口為最普通的一種進(jìn)口形式，制造簡(jiǎn)單，用的比較多。這種形式進(jìn)口的旋風(fēng)除塵器外形尺寸緊湊。在切向進(jìn)口中螺旋面進(jìn)口為氣流通過(guò)螺旋而進(jìn)口，這種進(jìn)口有利于氣流向下做傾斜的螺旋運(yùn)動(dòng)同時(shí)也

21、可以避免相鄰兩螺旋圈的氣流互相干擾。漸開(kāi)線（蝸殼形）進(jìn)口進(jìn)入筒體的氣流寬度逐漸變窄，可以減少氣流對(duì)筒體內(nèi)氣流的撞擊和干擾，是顆粒向壁移動(dòng)的距離減小，而且加大了進(jìn)口氣體和排氣管的距離，減少氣流的短路機(jī)會(huì)，因而提高除塵效率。這種進(jìn)口處理氣量大，壓力損失小，是比較理想的一種進(jìn)口形式。軸向進(jìn)口是最理想的一種進(jìn)口形式，它可以最大限度的避免進(jìn)口氣體與旋轉(zhuǎn)氣流之間的干擾，以提高除塵效率。但因氣體均勻分布的關(guān)鍵是葉片形狀和數(shù)量，否則靠近中心處分離效果很差。 軸向進(jìn)口常用于多管式旋風(fēng)除塵器和平置式旋風(fēng)除塵器。7唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)進(jìn)口管可以制成矩形和圓形兩種形式。由于圓形進(jìn)口管與旋風(fēng)除塵器器壁只有一點(diǎn)

22、相切，而矩形進(jìn)口管整個(gè)高度均與向壁相切，故一般多采用后者。矩形寬度和高度的比例要適當(dāng)， 因?yàn)閷挾仍叫。?除塵效率越高， 但過(guò)長(zhǎng)而窄的進(jìn)口也是不利的，一般矩形進(jìn)口管高與寬之比為 24。排氣管常風(fēng)的排氣管有兩種形式：一種是下端收縮式；另一種是直筒式。在設(shè)計(jì)分離較細(xì)粉塵的旋風(fēng)除塵器時(shí)，可考慮設(shè)計(jì)為排氣管下端收縮式。排氣管直徑越小，則旋風(fēng)除塵器的效率越高，壓力損失也越大；反之，除塵器效率越低，壓力損失也越小。在旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)時(shí)，需控制排氣管與筒徑之比在一定范圍內(nèi)。由于氣體在排氣管內(nèi)劇烈的旋轉(zhuǎn)，將排氣管末端制成蝸殼形式可以減少能量損失，這在設(shè)計(jì)中已被采用?；叶肥切L(fēng)除塵器設(shè)計(jì)中不可忽視的部分，因?yàn)樵诔龎m

23、器的錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵也由此排除容易出現(xiàn)二次夾帶的機(jī)會(huì)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成灰斗漏氣，就會(huì)使粉塵的二次夾帶飛揚(yáng)加劇，影響除塵效率。（2）氣體參數(shù)對(duì)除塵器性能的影響氣體運(yùn)行參數(shù)對(duì)性能的影響有以下幾個(gè)方面：氣體流量的影響氣體流量或者說(shuō)除塵器入口氣體流速對(duì)除塵器性能的壓力損失、除塵效率都有很大的影響。從理論上來(lái)說(shuō)，旋風(fēng)除塵器的壓力損失與氣體流量的平方成正比，因而也和入口風(fēng)速的平方成正比（與實(shí)際有一定偏差） 。入口流速增加， 能增加塵粒在運(yùn)動(dòng)中的離心力， 塵粒易于分離， 除塵效率提高。除塵效率隨入口流速平方根而變化，但是當(dāng)入口速度超過(guò)臨界值時(shí)，紊流的影響就比分離作用增加的更快，以致除塵效率隨

24、入口風(fēng)速增加的指數(shù)小于1；若流速進(jìn)一步增加，除塵效率反而降低。因此，旋風(fēng)除塵器入口的風(fēng)速宜選1823m/s。氣體含塵濃度的影響氣體的含塵濃度對(duì)旋風(fēng)除塵器的除塵效率和壓力損失都有影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，壓力損失隨含塵負(fù)荷增加而減小，這是因?yàn)轭i向運(yùn)動(dòng)的大量塵粒拖拽了大量空氣，粉塵從速度較高的氣流智能向外運(yùn)動(dòng)到速度較低的氣流中時(shí)，把能量傳遞給渦旋氣流的外層，較少其需要的壓力，從而降低壓力降。由于含塵濃度的提高， 粉塵的凝集與團(tuán)聚性能提高， 因而除塵效率有明顯提高，但是提高的速度比含塵濃度增加的速度要慢得多，因此，排出氣體的含塵濃度總是隨著入口處的粉塵濃度增加而增加。氣體含濕量的影響氣體的含濕量對(duì)旋風(fēng)除塵

25、器工況有很大影響。例如，分速度很高而黏著性很小8唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)的粉塵（小于 10m的顆粒含量為30%40%，含濕量為 1%）氣體在旋風(fēng)除塵器中凈化不好；若細(xì)顆粒量不變，含濕量增至5%10%時(shí)，那么顆粒在旋風(fēng)除塵器內(nèi)互相粘結(jié)成比較大的顆粒，這些顆粒被猛烈沖擊在器壁上，氣體凈化將大有改善。氣體的密度、粘度壓力、溫度對(duì)旋風(fēng)除塵器性能的影響氣體的密度越大，除塵效率下降，但是，氣體的密度和固體的密度相比幾乎可以忽略。所以，其對(duì)除塵效率的影響較之固體密度來(lái)說(shuō)，也是可以忽略不計(jì)。通常溫度越高，旋風(fēng)除塵器壓力損失越??；氣體粘度的影響在考慮旋風(fēng)除塵器壓力損失時(shí)常忽略不計(jì)。但從臨界粒徑的計(jì)算公式中

26、知道，臨界粒徑與粘度的平方根成正比。所以，除塵效率時(shí)隨著氣體粘度的增加而降低。由于溫度升高，氣體粘度增加，當(dāng)進(jìn)氣口氣速等條件保持不變時(shí)，除塵效率略有降低。氣體流量為常數(shù)時(shí)，粘度對(duì)除塵效率的影響可按下式進(jìn)行近似計(jì)算。100 aa100 bb式中a 、b a、 b 條件下的總除塵效率， %；a 、b a、 b 條件下的氣體粘度， kg.s/ m2 。（3）粉塵的物理性質(zhì)對(duì)除塵器的影響粒徑對(duì)除塵性能的影響及較大粒徑的顆粒在旋風(fēng)除塵器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，有利于分離。所以大顆粒所占有的百分?jǐn)?shù)越大，總除塵效率越高。粉塵密度對(duì)除塵器性能的影響及粉塵密度粉塵密度對(duì)除塵效率有著重要的影響。臨界粒徑 d50 和

27、 d100 顆粒密度的平方根成反比，密度越大， d50 和 d100 越小，除塵效率也越高。但粉塵密度對(duì)壓力損失影響很小，設(shè)計(jì)計(jì)算中可以忽略不計(jì)。影響旋風(fēng)除塵器性能的主要因素，除上述外，除塵器內(nèi)部粗糙度也會(huì)影響旋風(fēng)除塵器的性能。濃縮在壁面附近的粉塵微粒，會(huì)因粗糙的表面引起旋流，使一些粉塵微粒被拋入上升的氣流，進(jìn)入排氣管，降低了除塵效率。所以，在旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)中應(yīng)避免有沒(méi)有打光的焊縫、粗糙的法蘭連接點(diǎn)等。旋風(fēng)除塵器性能與各影響因素的關(guān)系表 21 所列9唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)表 21 旋風(fēng)除塵器性能與各影響因素的關(guān)系變化因素性能趨向投資趨向流體阻力除塵效率煙塵密度增大幾乎不變提高（磨損）

28、增加煙塵性質(zhì)煙塵密度增大幾乎不變提高（磨損）增加煙氣含塵濃度增加幾乎不變略提高（磨損）增加煙氣溫度增高減少提高增加圓筒體直徑增大降低降低增加圓筒體加長(zhǎng)稍降低提高增加結(jié)構(gòu)尺寸圓錐體加長(zhǎng)降低提高增加入口面積增大降低降低排氣管直徑增加降低降低排氣管插入長(zhǎng)度增加增大提高增加入口氣流速度增大增大提高運(yùn)行狀況灰斗氣密性降低稍增大大大降低減少內(nèi)壁粗糙度增加增大降低2.2.3 旋風(fēng)除塵器選型原則選型原則有以下幾個(gè)方面：（1）旋風(fēng)除塵器凈化氣體量應(yīng)與實(shí)際需要處理的含塵氣體量一致。選擇除塵器直徑時(shí)應(yīng)盡量小些，如果要求通過(guò)的風(fēng)量較大，可采用若干個(gè)小直徑的旋風(fēng)除塵器并聯(lián)為宜；如氣量與多管旋風(fēng)除塵器相符，以選多管除塵器

29、為宜。（2）旋風(fēng)除塵器入口風(fēng)速要保持 1823m/s，低于 18m/s 時(shí)，其除塵效率降低；高于 23m/s 時(shí)，除塵效率提高不明顯，但壓力損失增加，耗電量增高很多。（3）選擇除塵器時(shí)，要根據(jù)工況考慮阻力損失及結(jié)構(gòu)形式，盡可能使之動(dòng)力消耗減少且便于制造維護(hù)。（4）旋風(fēng)除塵器能捕集到的最小塵粒應(yīng)等于或稍小于被處理氣體的粉塵密度。（5）當(dāng)含塵氣體溫度很高時(shí)，要注意保溫，避免水分在除塵器內(nèi)凝結(jié)。假如粉塵不吸收水分、露點(diǎn)為 3050時(shí)，除塵器得到溫度最少應(yīng)高出 30左右；假如粉塵吸水性較強(qiáng)（如水泥、石膏和含堿粉塵等） 、露點(diǎn)為 2050時(shí)，除塵器的溫度應(yīng)高出露點(diǎn)溫度 4050.（6）旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)的密

30、閉要好，確保不漏風(fēng)。尤其是負(fù)壓操作，更應(yīng)注意卸料10唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)鎖風(fēng)裝置的可能性。（7）易燃易爆粉塵（如煤粉）應(yīng)設(shè)有防爆裝置。防爆裝置的通常做法是在入口管道上加一個(gè)安全防爆閥門。（8）當(dāng)粉塵濃度減小時(shí)，最大允許含塵質(zhì)量濃度與旋風(fēng)筒直徑有關(guān)，即直徑越大其允許含塵質(zhì)量濃度也越大。具體的關(guān)系如表22 所列表 2 2 直徑與允許含塵質(zhì)量濃度關(guān)系旋風(fēng)除塵器直徑 /mm8006004002001006040允許含塵質(zhì)量濃度（ g/m3）40030020015060402011唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)3.旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)3.1 旋風(fēng)除塵器各部分尺寸的確定3.1.1 形式的選擇根據(jù)國(guó)家

31、規(guī)定的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)、粉塵的性質(zhì)、允許的阻力和制造條件、經(jīng)濟(jì)性合理選擇旋風(fēng)除塵器的形式，選通用型旋風(fēng)除塵器。3.1.2 確定進(jìn)口風(fēng)速根據(jù)推薦取v j18 /sm3.1.3 確定旋風(fēng)除塵器的尺寸（1）進(jìn)氣口面積 Aj 的確定進(jìn)氣口截面一般為長(zhǎng)方形，尺寸為a 和 b，根據(jù)處理氣量 Q和進(jìn)氣速度 v j 可得AjabQ3600vj=5000360018=0.077m2取 a2b , 則 a0.28 m， b0.14 m（2）筒體尺寸的確定一般旋風(fēng)除塵器的直徑越小，氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越大，除塵效率越高。但是過(guò)小的筒體直徑，和排氣管太近，可能造成大直徑顆粒反彈至中心被氣流帶走，使除塵

32、效率降低，另外還可能引起筒體內(nèi)堵塞。因此，一般筒體直徑不宜小于5075mm。因?yàn)樾L(fēng)除塵器以筒體直徑D為其規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)， 因此，一般取整數(shù)。取 b=0.2D,則 D=700mm,現(xiàn)取 D=800mm。筒體長(zhǎng)度 h=1.5D=1.5 0.8=1.2m（3）旋風(fēng)除塵器高度的確定較高效率的旋風(fēng)除塵器都有較大的長(zhǎng)度比，它不僅使進(jìn)入筒體的塵粒停留時(shí)間12唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)長(zhǎng)，有利于分離，且能使尚未到達(dá)排氣管的顆粒有更多的機(jī)會(huì)從旋流中心分離出來(lái)。減少二次夾帶，以提高除塵效率。但是過(guò)長(zhǎng)的旋風(fēng)除塵器會(huì)占據(jù)較大的空間，尤其對(duì)于內(nèi)旋風(fēng)除塵器來(lái)說(shuō)，更受到設(shè)備內(nèi)部空間的限制，因此，旋風(fēng)除塵器自然長(zhǎng)度L 即從

33、排氣管下端至旋風(fēng)除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的距離， 由現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè) . 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)式 23.1-75 確定2D2.30.241 30.821 30.280.14=1.4m設(shè)計(jì)中，旋風(fēng)除塵器的高度 h 應(yīng)保證有足夠的自然長(zhǎng)度，一般取圓筒部分高度h=（1.5 2）D取 h =1.5D=1.5 800=120mm旋風(fēng)除塵器圓錐部分可以較短的距離內(nèi)將外旋流轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)旋流，因而節(jié)約了空間和材料，同時(shí)在自由旋流區(qū)采用圓錐形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)半徑逐漸減小，使切向速度不斷增高，離心力隨之增大，提高除塵效率。 ，圓錐體的另一作用是將沉降的顆粒集中到灰斗中去。圓錐體高度和半椎體角 和下端排灰口直徑D2 有關(guān)。半椎體

34、角取決于粉塵顆粒的性質(zhì)， 其值要保證塵粒有效的克服內(nèi)摩擦角而順利的延椎體下滑至灰斗內(nèi)，但是又不能太大，太大了氣流旋流半徑變化太快，引起核心氣流和器壁撞擊，使已沉降的顆粒再次揚(yáng)起，因而降低除塵效率。通常規(guī)定30，或者下雨 90減去粉塵的內(nèi)摩擦角，設(shè)計(jì)時(shí)常取 =1315所以取 =13在旋風(fēng)除塵器氣流中，自由旋流的軸線是偏的，偏心度大約為de4，因此，為了防止核心旋流與錐壁接觸時(shí)將分離下來(lái)的粉塵重新卷入核心旋流，而造成二次夾帶，要求排灰口直徑D 2 不得小于 de 4。圓錐高度（ H-h） =（ 2 2.5 ）DD 2 =0.5 0.4=0.2m圓錐高度 H-h =2D=2800=1600mm13唐

35、 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)3.2 旋風(fēng)除塵器強(qiáng)度的校核3.2.1 筒體和錐體壁厚s 和氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核（1）材料的選擇由旋風(fēng)除塵器的工作壓力和工作溫度選用 Q235-B （2）確定參數(shù)Pc =1000Pa ， Di =800mm，t由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)附錄9 表 16 差得=113MP 。a由于采用單面焊的對(duì)接接頭，局部無(wú)損探傷，所以，由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表 4-8 查得焊接接頭系數(shù) =0.8（3）計(jì)算厚度由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)式4-5 圓筒的計(jì)算壁厚公式 SPcDi得 Pc2Pc 計(jì)算壓力， MPa ；Di 圓筒內(nèi)徑， mm；S圓筒的計(jì)算厚度， mm；Sd 圓通的設(shè)計(jì)厚度， mm;Sn 圓筒的名義

36、厚度，mm；它是將設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度的負(fù)偏差 C1 ，并向上圓整到鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即圖紙上標(biāo)注的厚度。t圓筒在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa ； 焊接接頭系數(shù)；C2 腐蝕裕量， mm；C1 鋼板厚度負(fù)偏差， mm；C厚度附加量， mm，C=C1 +C2 。SPcDi2Pc14唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)10 380021130.814.4 10 3 mmSdS C2=0.0005+1=1.0005mm根據(jù) S=1.0005mm化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)查表4-9 得 C1 =0.25Sn=S+ C1=1.0005+0.25=1.2505mm圓整后取厚度為3mm復(fù)驗(yàn) Sn 15%=315%=0.45

37、mm0.25mm故最后取 C1 =0.25mm，該筒體和錐體可用3mm厚的碳素鋼板制作。（4）校核氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度Se =Sn -C=3-1.25=1.75mm根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)式4-7 得tpc (DiSe )t2Set10 3 (8001.75)21.75=0.229 MPat =1130.8=90.4 MPa可見(jiàn) t t ，所以，強(qiáng)度符合要求。3.2.2 排氣管尺寸的確定（1）排氣管直徑的確定在一定范圍內(nèi)，排氣管直徑越小，則除塵效率越高，但壓力損失越大，反之，則除塵效率越低，壓力損失小。D de =2.5 3 時(shí)，除塵效率達(dá)到最高點(diǎn)如果再增加D de ，除塵器效率增加緩慢，而壓力損失急劇增

38、加。通常取de =（0.3 0.5 ）D15唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)de =0.3D=0.3 800=240mm（2）排氣管插入深度的確定排氣管插入深度 he 也直接影響除塵器性能。 he 太深，減少氣體的旋轉(zhuǎn)圈數(shù) N，同時(shí)增加了二次夾帶的機(jī)會(huì)，增加表面摩擦，提高壓力損失，太淺或不插入，會(huì)造成正常旋流核心的彎曲，甚至破壞，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)亦造成氣體流短路而降低效率，一般去插入深度 he =0.8ahe =0.8 280=224mm排氣管的插入深度也會(huì)影響除塵器性能，插入深度宜超過(guò)進(jìn)口管下邊緣，但不能接近錐體上邊緣，所以，取he =550mm。（3）排氣管厚度的確定及強(qiáng)度校核對(duì)于

39、D /Se20 的圓筒假設(shè) Sn =3mmSe = Sn -C=3-2=1mmL550de240=2.29de240Se1=240由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)圖 5-5查得 A=0.0001，由附表 2 查得碳素鋼常溫時(shí)彈性模量為 194 10 3 M Pa ，由圖 5-8查得系數(shù) B 為 115 M Pa 。則按計(jì)算需用 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) 外壓力公式式5-19， pB計(jì)算需用D0 / Se外壓力BpD0 / Se115240 /1M Pa=0.48 M Pa16唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)可見(jiàn)，p pc ，所以，出氣管可以用3mm的碳素鋼制作。3.2.3.支座的選擇計(jì)算因?yàn)橥搀w壁厚較小，故采用不帶墊

40、板的 AN 型耳式支座。根據(jù)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表 6-18 ，初選 AN型吊耳式支座 1，如圖 3-1 所示圖 3 1 支座示意圖參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)耳式支座實(shí)際承受的載荷可按下式近似計(jì)算m0 g Ge4 p.h Ge.Se103QnDkn式中 Q支座實(shí)際承受的載荷，KN；D 支座安裝尺寸， mm；g 重力加速度，取 g=9.8m/s ；Ge 偏心載荷， N；h 水平力作用點(diǎn)至底板高度， mm;k 不均勻系數(shù)，安裝 3 個(gè)支座時(shí)，取 k=1；安裝 3 個(gè)以上的支座時(shí)，取k=0.83 ；m0 設(shè)備總質(zhì)量（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量），kg;n 支座數(shù)量；P水平力，取 P 和 P 的最

41、大值， N。we當(dāng)容器高徑比不大于5，且總高度 H 0 不大于 10m 時(shí)， Pw 和 Pe 可按下式計(jì)算，超出此范圍的容器本標(biāo)準(zhǔn)不推薦使用耳式支座。水平地震力： Pe0.5em0 g (N )17唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)式中 e 地震系數(shù)，對(duì)7、8、9 級(jí)地震分別為 0.23 、 0.45 、0.90 。水平風(fēng)載荷： Pw0.95 fi q0 D0 H 010 6 ( N )式中D0 容器外徑， mm,有保溫層時(shí)取保溫層外徑；f 風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按設(shè)備質(zhì)心所處高的?。籋 0 容器總高度， mm；q0 10m高度處的基本風(fēng)壓，N / m2 ；Se 偏心距， mm。DD02S2(l2S1

42、 )=800+23+2（ 80-30 ）=536mmGe(a0b0 )l0=(0.2830.143-0.28 0.14) 0.6 7.85 103=6kg取 k=0.83 ；n=4;h=300 Pe 0.5em0g ( N )=0.5 0.23 1000 9.8=1127NPw0.95 fi q0 D0 H 010 6 ( N )= 0.95 0.54 250806 3650 103=377.3N因?yàn)?Pe Pw ，所以取 P=Pe1127NSe =200mmQm0 g Ge4 p.h Ge.Se103knnD10009.864 1127300620034536100.83418唐 山 學(xué) 院

43、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)= 3.586KN可見(jiàn)， Q Q， AN型耳式支座 1 符合要求。3.2.4 支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核初選材料為 Q235-B，d=40mm,l=2.5m。由靜力平衡方程求出支反力Fb =1127N剪力和彎矩方程為Q=2817.5（0 x 2.5 ）M(x)=2817.5-1127x（ 0x2.5 ）支腿的剪力圖和彎矩圖如圖32 所示圖 3 2 剪力彎矩圖最大彎矩 M max 2817.5N.M支腿的抗彎截面系數(shù)為d 3(0.04) 3w=323219唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)=17.94MPa根據(jù)材料力學(xué)（式 6-7）M maxmaxWM max于是有 max= 2817.54W1.5710=17.94MPa113MPa根據(jù)式（ 6-13） max 4Q 2得3Rmax42817.53(0.04) 2