便攜式車用篇旋風吸塵器設計設計

1、本科畢業(yè)設計說明書便攜式車用旋風吸塵器設計Portable vehicle cyclone vacuum cleaner design學院（部）：機械工程學院專業(yè)班級：學生姓名：指導教師：2012 年 06 月 05 日便攜式車用旋風吸塵器設計摘要現(xiàn)代生活吸塵器已經(jīng)的使用十分廣泛無論在家庭生活中還是工業(yè)生產(chǎn)，而且吸塵器種類繁多每種都有各自的優(yōu)缺點?，F(xiàn)階段旋風吸塵器運用比較廣泛，它的性能的好壞主要決定于旋風分離器性能的強弱。這篇文章主要是討論旋風分離器工藝計算和結構分析與計算。旋風分離器是利用離心力作用凈制氣體,主要功能是盡可能除去輸送介質氣體中攜帶的固體顆粒雜質和液滴， 達到氣固液分離， 以保

2、證管道及設備的正常運行。在本篇文章中， 先是對旋風分離器進行工藝計算來確定主要工藝尺寸，然后對旋風分離器的結構分析和計算，最后畫出旋風吸塵器的裝配圖。關鍵字：吸塵器、旋風分離器、工藝計算Portable vehicle cyclone vacuum cleaner designAbstractModern life cleaner has been widely used both in the family life or industrial production, and the vacuum cleaner variety each have their own advantages

3、and disadvantages. At this stage cyclone vacuum cleaners are widely used, its performance quality mainly depends on the strength of the performance of cyclone separator. This article is mainly to discuss the cyclone process calculation and structure analysis and calculation.Cyclone separator is the

4、use of centrifugal force net gas, the main function is as close as possible to remove the transmission medium gas impurities and solid particles carried by droplet, reach a gas liquid separation, in order to ensure the normal operation of pipeline and equipment.In this article, first of the cyclone

5、separator for process calculation to determine the main process dimension, and then on the cyclone structure analysis and calculation, the final draw the cyclone vacuum cleaner assembly drawing.Keywords: dust collector, cyclone separator, processcalculation引言傳統(tǒng)吸塵器傳統(tǒng)吸塵器工作方式比較簡單，就是通過負壓將氣流先導入一個紙質或者無紡布質

6、地的灰塵袋， 通過這些材質自身的過濾能力， 讓灰塵沉淀在其中。 這種吸塵器結構簡單，售價也比較低。這類吸塵器雖然價格低， 但卻存在一個問題， 就是塵袋過濾能過濾掉 99.99% 尺寸低達 0.3 微米的粒子，但是使用集塵袋的吸塵器隨著使用時間的推移，真空度會下降，導致吸力變小，而且作為使用者來說不可能每次使用完就去更換塵袋，所以螨蟲之類的微生物會在塵袋中繼續(xù)滋生， 在清理塵袋時這些螨蟲就會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生二次的污染。利用塵袋為過濾器特點， 清潔方便， 不需要每天清理， 適合于工廠 酒店 汽車美容 清潔行業(yè)等。缺點是時間長了，塵袋的過濾能力有所下降，布料的毛孔會張開，過濾能力嚴重下降，需要更換。

7、就是隨著塵袋內(nèi)灰塵數(shù)量的增加， 整機的吸力會大幅度下降， 因此需要頻繁的清洗或者更換新的塵袋， 不僅麻煩而且花銷也不少。 此外這類機器還不容易濾除直徑比較小的灰塵， 普遍存在著對空氣二次污染的問題。 只有少部分的機器才會配備濾網(wǎng)，在一定程度上緩解這個問題。無塵袋吸塵器鑒于傳統(tǒng)塵袋式吸塵器的缺點， 現(xiàn)在市面上還有一種較為新穎的吸塵器。 這種吸塵器的用可反復重復使用的集塵盒取代了傳統(tǒng)的紙質或者布質塵袋， 更便于清理。塵盒式吸塵器按照內(nèi)部風路也可以分為好幾種，包括僅僅是將塵袋改為塵盒的普通品種，以及較新的旋風式品種。 和傳統(tǒng)吸塵器相比， 旋風式吸塵器內(nèi)部的風道系統(tǒng)進行了較大改變，主要是通過旋轉氣流的

8、離心力將灰塵和空氣進行分離，再通過多重過濾系統(tǒng)排出潔凈的空氣。不過旋風式吸塵器和塵袋式吸塵器比，吸力普遍要弱一些。但是對于普通家庭來說并不太容易感受到這個問題。 而旋風式吸塵器大都擁有耐用的集塵盒， 以及可以水洗的濾網(wǎng)， 吸力也會保持的比較持久， 整體性能和使用體驗要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的塵袋式吸塵器， 因此如果有條件， 現(xiàn)在買吸塵器的話購買旋風式吸塵器還是最佳的選擇。目前比較常見的吸塵器新技術有：蒸汽刷頭、旋風集塵、震動刷頭、寵物刷這幾種。下面我逐一為大家介紹一下。1.蒸汽刷頭把少量的水加到吸塵器的刷頭中，通過刷頭內(nèi)的加熱器將其加熱產(chǎn)生蒸汽，利用蒸汽的高溫來進行除菌， 可以更容易清除油漬咖啡漬等頑固

9、的污漬，而且刷頭附一塊抹布，可以邊吸邊擦，一次完成清潔過程。此項技術最早發(fā)明于韓國，目前，在中國市場， LG 和美的都推出了蒸汽吸塵器。2.旋風集塵改進集塵盒的結構，使空氣在吸塵器內(nèi)部形成旋風， 更好地分離灰塵和空氣，以保證吸塵器的吸力更加持久。此項技術的領先者為英國的品牌戴森，目前國內(nèi)以此為賣點的有吸塵有科沃斯等3.震動刷頭為了滿足吸塵器對于沙發(fā)， 被褥，窗簾等的清潔需求， 開發(fā)人員設計開發(fā)出震動刷頭，利用刷頭內(nèi)部的塑料板每分鐘高達 3600 次的高頻震動，對被褥沙發(fā)等進行拍打，以吸出其深層的灰塵，清除細菌和螨蟲等。4.寵物刷可以清楚寵物毛這篇文章主要討論的是旋風吸塵器，對于旋風吸塵器性能的

10、好壞決定于其中旋風分離器性能的強弱。 因此旋風吸塵器設計的好壞主要取決于旋風分離器設計的。所以這篇文章簡單的介紹旋風分離器，并對旋風分離器的工藝計算、工藝尺寸的確定、結構分析與計算。旋風分離器旋風分離器是利用離心力作用凈制氣體的設備，其結構簡單，制造方便，分離效率高，并可用于高溫含塵氣體的分離，而得到廣泛運用。旋風分離器被廣泛的使用已經(jīng)有一百多年的歷史。它是利用旋轉氣流產(chǎn)生的離心力將塵粒從氣流中分離出來。旋風分離器結構簡單， 沒有轉動部分。 但人們還是對旋風分離器有一些誤解。主要是認為它效率不高。還有一個誤解就是認為所有的旋風分離器造出來都是一樣的， 那就是把一個直筒和一個錐筒組合起來，它就可

11、以工作。 旋風分離器經(jīng)常被當作粗分離器使用， 比如被當做造價更高的布袋除塵器和濕式除塵器之前的預分離器。事實上，需要對旋風分離器進行詳細的計算和科學的設計， 讓它符合各種工藝條件的要求， 從而獲得最優(yōu)的分離效率。 例如， 當在設定的使用范圍內(nèi)，一個精心設計的旋風分離器可以達到超過 99.9%的分離效率。和布袋除塵器和濕式除塵器相比， 旋風分離器有明顯的優(yōu)點。 比如， 爆炸和著火始終威脅著布袋除塵器的使用，但旋風分離器要安全的多。 旋風分離器可以在 1093 攝氏度和 500 ATM 的工藝條件下使用。 另外旋風分離器的維護費用很低， 它沒有布袋需要更換，也不會因為噴水而造成被收集粉塵的二次處理

12、。在實踐中，旋風分離器可以在產(chǎn)品回收和污染控制上被高效地使用，甚至做為污染控制的終端除塵器。在對旋風分離器進行計算和設計時， 必須考慮到塵粒受到的各種力的相互作用。 基于這些作用，人們歸納總結出了很多公式指導旋風分離器的設計。通常，這些公式對具有一致的空氣動力學形狀的大粒徑塵粒應用的很好。 在最近的二十年中， 高效的旋風分離器技術有了很大的發(fā)展。這種技術可以對粒徑小到 5 微米粒子達到超過 99%的分離效率。這種高效旋風分離器的設計和使用很大程度上是由被處理氣體和塵粒的特性以及旋風分離器的形狀決定的。同時，對進入和離開旋風分離器的管道和粉塵排放系統(tǒng)都必須進行正確的設計。工藝過程中氣體和塵粒的特

13、性的變化也必須在收集過程中被考慮。 當然，使用過程中的維護也是不能忽略的。氣流在旋風分離器內(nèi)的流動情況和分離機理均非常復雜，因此影響旋風分離器性能的因素較多， 其中最重要的是物系性質及操作條件。一般說來，顆粒密度大、粒徑大、進口氣速度高及粉塵濃度高等情況均有利于分離。如含塵濃度高則有利于顆粒的聚結，可以提高效率，而且可以抑制氣體渦流，從而使阻力下降，所以較高的含塵濃度對壓力降與效率兩個方面都是有利的。但有些因素對這兩方面的影響是相互矛盾的，如進口氣速稍高有利于分離，但過高則導致渦流加劇，增大壓力降也不利于分離。 因此，旋風分離器的進口氣速在10 25m/s 范圍內(nèi)為宜。氣量波動對除塵效果及壓力

14、降影響明顯。1、進入旋風分離器的氣體必須確保用于計算和設計的氣體特性是從進入旋風分離器的氣體中測量得到的，這包括它的密度，粘度，溫度，壓力，腐蝕性，和實際的氣體流量。我們知道氣體的這些特性會隨著工藝壓力，地理位置，濕度，和溫度的變化而變化。改變?nèi)肟谇腥虢羌巴馔仓睆綄πL分離器性能的影響影響旋風分離器性能的因素中，可以從改變其入口切入角和外筒直徑這兩個方面考慮工藝的優(yōu)化。 根據(jù)模擬結果顯示， r=6000mm、=7. 5 構造的旋風分離器效率接近95%，分離效果較好。現(xiàn)實驗人員研究的就是在此基礎上的設計優(yōu)化。首先，把入口切入角改為 =9及 =6 兩組，發(fā)現(xiàn)=9比 =6入口速度高，但速度衰減慢，速

15、度場分布均勻，速度偏差小，減少了對顆粒的二次卷吸，在外筒壁面處速度高，分離效率提高了。其次，實驗人員將外筒直徑由 6000mm變更為 5600mm、5800mm、 6200mm、 6400mm，發(fā)現(xiàn)當直徑增大，離心力作用小，分離效率降低；直徑減少后，分離效果好，但由于在下部形成內(nèi)旋渦卷吸了一些下沉顆粒，分離效果下降。故可利用此外筒直徑與分離效率的變化關系，尋找最合適的外筒直徑大小，以達到最佳的分離效率。2、進入旋風分離器的塵粒和氣體特性一樣，我們也必須確保塵粒的特性參數(shù)就是從進入旋風分離器的塵粒中測量獲得的。很多時候，在想用高效旋風分離器更換低效旋風分離器時，人們習慣測量排放氣流中的塵?；蛞咽?/p>

16、集的塵粒。 這種做法值得商榷，有時候是不對的。獲得正確的塵粒信息的過程應該是這樣的。 首先從進入旋風分離器的氣流中獲得塵粒樣品， 送到專業(yè)實驗室決定它的空氣動力學粒徑分布。有了這個粒徑分布就可以計算旋風分離器總的分離效率。實際生產(chǎn)中，進入旋風分離器的塵粒不是單一品種。不同種類的塵粒比重和物理粒徑分布都不相同。 但空氣動力學粒徑分布實驗有機地將它們統(tǒng)一到空氣動力學粒徑分布中。3、另外影響旋風分離器的設計的因素包括場地限制和允許的壓降。例如，效率和場地限制可能會決定是否選用并聯(lián)旋風分離器， 或是否需要加大壓降， 或兩者同時采用。4、旋風分離器的形狀旋風分離器的形狀是影響分離效率的重要因素。 例如，

17、 如果入口尺寸， 錐體尺寸， 排氣管， 以及排放口不一樣， 兩個相同筒徑的旋風分離器會有相當大的效率差別。圖 1 分離器在圖 1 中， 分離器 A 的設計形式會造成一些問題：入口設計可能不能提供充分的入口速度和想要的速度分布。 切線式入口可能造成排氣管的磨損和因為排氣管的干擾造成入口氣流紊亂。 還有就是可能會造成入口氣流和排出氣流的短路， 夾帶塵粒而出造成分離效率下降?？紤]不周的內(nèi)部設計會造成氣流紊亂。 這種情況下就會把本來應被收集的塵粒裹挾到向上的排出氣流中而逃出分離器。急速的錐體直徑變化， 會造成筒體和錐體連接處的磨損。它也阻止了收集到的塵粒平滑地從筒體到錐體的運動。 這樣的錐體下部很容易

18、被磨損。很明顯，在分離器和卸灰閥之間沒有用以幫助分離的灰斗。5、入口管道的設計不合適的管道設計是最常見的造成進入旋風分離器流量不足的重要原因。事實上， 有一個普遍現(xiàn)象， 那就是配置的風機不能滿足系統(tǒng)的流量要求。 因為整個系統(tǒng)的壓降超過了風機能滿足的壓頭， 這樣風機就自動移到高壓降， 低流量的狀態(tài)工作。另外，很多設計人員因為一些原因會在分離器入口前放一個彎頭（如圖 2）。圖 2 分離器入口前放一個彎頭實際上，為了達到好的分離效果， 氣體應該通過直管進入分離器，直管的長度約為 6-8 倍入口管直徑（有資料上說 4-10 倍的）。這樣做主要是為了防止塵粒濃聚在彎頭外側再進入分離器，氣體中的塵粒在氣流

19、中分配不均。6、塵粒排出設計不恰當?shù)男痘以O計能造成粉塵的二次夾帶。 比如許多人認為風機設在分離器上游時，分離器進行正壓運行， 此時不必設灰斗或卸灰閥。這是不對的。 事實上，旋風分離器內(nèi)部向上的旋流不管是由正壓或負壓產(chǎn)生的， 都具有夾帶粉塵的能力。在任何情況下，灰斗和卸灰閥都必須納入設計考慮之中（圖3）。圖 3 灰斗和卸灰閥設計和運行中應特別注意防止旋風分離器底部漏風， 因為旋風分離器通常是負壓運行。實踐證明，旋風分離器漏風 5%，效率降低 50%，旋風分離器漏風 15%，效率接近于零。因而，必須采用氣密性好的卸灰閥。7、分離過程中氣體和塵粒特性的改變在實際分離過程中，氣體和塵粒特性的變化會造成

20、很嚴重的問題。比如在一個沒有沒有保溫的分離器中可能會碰到結露的問題。因為通過分離器時，氣體損失了熱量，氣溫下降到露點溫度或以下所致。 這時可以看到本應干的塵粒變成了濕的。 分離器內(nèi)壁也有塵粒結層現(xiàn)象。因為氣流旋轉摩擦，塵粒也會荷電，導致物料架橋現(xiàn)象出現(xiàn)，不易被排到灰斗或堵塞排料口造成卸灰閥排料不暢。 在有的情況下，還可能導致爆炸和著火。所以在分離器設計中， 接地是必須的。旋風分離器的結構和操作含塵氣體從圓筒上部長方形切線進口進入旋風分離器里,進口的氣體速度約為 1520m/s。含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉流動，顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層，氣固得以分離。在圓錐部分，由于旋轉半徑縮小而切

21、向速度增大，氣流與顆粒繼續(xù)作下螺旋運動。 在圓錐的底部附近， 氣流轉為上升旋轉運動，最后由上部出口管排出。固相沿內(nèi)壁落入灰斗，如圖 4工業(yè)上廣泛使用的旋風分離器有兩中型式，如圖5對于旋風分離器中的顆粒來說，同一顆粒所受的離心力與重力之比，為r 2rN 2K c9001g其中，2 N / 60r顆粒到旋轉軸中心的距離圓筒旋轉的角速度N圓筒的轉速，稱為離心分離數(shù)是表示離心力大小的指標。旋風分離器不適用于處理粘度較大， 濕含量較高及腐蝕性較大的粉塵， 氣量的波動對除塵效果及設備阻力影響較大。旋風分離器結構簡單，造價低廉，無運動部件，操作范圍廣，不受溫度、壓力限制，分離效率高。一般用于除去直徑5um

22、以上的塵粒，也可分離霧沫。對于直徑在 5um 以下的煙塵，一般旋風分離器效率已不高，需用袋濾器或濕法捕集。其最大缺點是阻力大、易磨損。旋風分離器的性能參數(shù)在滿足氣體處理量的前提下， 評價旋風分離器性能的主要指標是塵粒的分離性能和氣體經(jīng)過旋風分離器的壓強降。（ 1）分離性能分離性能的好壞常用理論上可以完全分離下來的最小顆粒尺寸：臨界粒徑d pc 及分離效率 表示。臨界粒徑 d pc臨界粒徑是指在與重力降塵室的情況相同，旋風分離器能100%除去的最小顆粒直徑。推導臨界粒徑計算式的假設有以下幾個。1、進入旋風分離器的氣流在器內(nèi)按入口形狀（即寬度為b）沿圓筒旋轉 n圈，沉降距離為b，即由內(nèi)旋轉半徑r=

23、 （0.5D-b ）沉降到 D/2 處。2、器內(nèi)顆粒與氣流的流速相同，它們的平均切向速度等于進口氣速ui 。3、顆粒的沉降運動服從斯托克斯定律。斯托克斯定律 :drd p2 ( p)2d18r2其中圓筒旋轉的角速度筒內(nèi)混合物的密度p 混合物中顆粒物的密度混合物的黏度d p 在半徑 r= （0.5D-b ）處的粒徑可知，在半徑 r=（0.5D-b ）處粒徑 d p 的顆粒向筒壁半徑方向的沉降速度為：drd p2 ( p)2d p2 ( p)ui2d18r18ur3由此式可知， r小而 u 一定時，沉降速度最大，對與氣流以切向流入的旋風分離器，時間=0，顆粒（ 0.5D-b ）處；t 時，顆粒沉降

24、到器壁，即 D/2處，則有D(22p)d p21Ddrdr18uui0d42積分得t9ub(Db)( p2 25)d pui式中為沉淀時間。氣流的平均旋轉半徑rm =（D-b）/2 ，則旋轉 n 圈的停留時間為2 rmnui6若在各種不同粒徑的塵粒中， 有一種粒徑的兇狠里所需沉降時間t 等于停留時間，則該粒徑就是理論上能完全分離的最小粒徑，即臨界粒徑，用d pc 表示。由式 5 與 6 等號右邊值相等可求得ubd pc 37n( p)ui計算時通常取 n=5d pc 愈小，分離效率愈高，由估算式可見d pc 隨 b 的加大而增大，即效率隨b增大而減小。當氣體處理量很大又要求較高的分離效果時，常

25、將若干小尺寸的旋風分離并聯(lián)使用， 稱為旋風分離器組。 粘度減小， 進口氣速提高有利于提高分離效率。分離效率分離效率通常有兩種表示方法總效率：指被除去的顆粒占氣體進入旋風分離器時帶入的全部顆粒的質量百分數(shù)C1C208C1其中C1 旋風分離器入口氣體含塵濃度C 2 旋風分離器出口氣體含塵濃度總效率是工程上最常用的， 也是最易測定的分離效率， 其缺點是不能表明旋風分離器對不同粒子的不同分離效果。粒級效率：粒級效率指按顆粒大小分別表示出其被分離的質量分數(shù)。含塵氣體中的顆粒通常是大小不均的，通過旋風分離器后， 各種尺寸的顆粒被分離下來的百分率也不相同。 通常把氣流中所含顆粒的尺寸范圍等分成幾個小段，則其

26、中平均粒徑為di 的第 i 小段范圍顆粒的粒級效率定義為：P1(C11 C21)/C119不同粒徑的顆粒， 其粒級效率是不同的。 根據(jù)臨界粒徑的定義， 粒徑大于或等于臨界粒徑 d c 的顆粒，p =100%。粒級效率為 50%的顆粒直徑稱為分割直徑 :d0.27D /u (1s) 250i10對于同一型式且尺寸比例相同的旋風分離器，無論大小，皆可通用同一條粒級曲線。標準旋風分離器的p 與 d/d50 的關系：總效率0 =xi pi ，xi 為進口處第 i 段顆粒占全部顆粒的質量分率。旋風分離器的壓強降氣體通過旋風分離器的壓力損失px（單位為 Pa ），可用進口氣體壓力ui2 / 2的某一倍數(shù)。

27、壓強降可表示為進口氣體動能的倍數(shù)：p xui2211式中的阻力系數(shù)用下式計算30bh Dd 2 LH12此式中的分離器尺寸符號與圖5 中相同。由于分離器各部分的尺寸都是D 的倍數(shù)，所以只要進口氣速 ui相同，不管多大的旋風分離器，其壓力損失都相同。因此，壓力損失相同時， 小型分離器的 b=D/5 值較小，由于式 7 可知小型分離器的個大的分離器，可以提高分離效率。旋風分離器的壓力一般約為1 2 Pa 。確定設計方案計算旋風分離器基本尺寸由于所設計的吸塵器是家用型，所以它的工作環(huán)境都是在常溫常壓下進行。查表的 20、0.101MPa 時空氣的密度=1.21kg/ m3 ，黏度105Pa s。=1

28、.81選用常用工業(yè)旋風分離器中的第一類，如圖5（a）。已知，進口切向風速： u=18m/s，假設，氣體流量 Qv =0.25m3 / s根據(jù)圖 5（a）中的尺寸比例，由式12 計算阻力系數(shù)：30 D3 DD558.3132DD2D2由式 11，阻力損失p 得:p1ui28.3 1.21 18221626.966Pa142又有：23 D Du2p2hb uiK 5 5iK222d2 D152式中 K 為阻力系數(shù)，一般K=16，得：p 1505.4336Pa16氣體流量：Qv0.25 bhuiD3 D 18 2.16D 21755解，得D=0.3402340mm由此求得旋風分離器的其他尺寸為：L=

29、340mm，H=680mm，b=68mm，h=204mm， d=170mm結構分析與計算入口設計旋風分離器的切向入口結構通常采用橫截面是矩形的流道， 而圓管形切向入口約旋風分離器大多數(shù)用在小型的采樣旋風分離器中。 在某些要求不嚴格的應用中，簡單的圓管形入口能夠到達所要求的分離性能時， 或者在在簡易結構和低廉造價成為首選因素時， 則可以使用這種簡單的圓管入口結構。 如某些現(xiàn)場使用的旋風分離器和糧谷加工用旋風分離器就是事例。一般矩形入口與旋風分離器本體直接結合成一體。但當旋風分離器的前面為圓管流道時，就需要設置一個從圓形到矩形的過渡段（如圖 6）。這個過渡段的位置一般靠近旋風分離器本體。 由于流動

30、的管道發(fā)生變化， 可能導致流體的邊界層分離和附加的湍流擾動， 因此設計方圓過渡的形式應像文丘里流量計那樣來設計旋風分離器的入口過渡段，收縮角不超過 21 ，擴散角不超出 15 。圖 6，圓管形流道到矩形流道的過渡段若入口過渡段的設計的非常短， 則除了產(chǎn)生湍流擾動之外， 還導致顆粒的結垢及旋風分離器入口局部區(qū)域的沖蝕磨損加劇。 所以安裝過渡段， 在一定程度上使旋風分離器入口來流速降低，也可能會出現(xiàn)這種結垢現(xiàn)象。旋風分離器最簡單的入口結構是所謂的矩形入口， 這種入口結構可以與旋風分離器外壁平齊結合在一起。 如果入口面積相當大或者粉料濃度比較高時， 則最好在徑向上增加入口面積。為使它與旋風分離器本體

31、的外壁光滑地結合在一起（圖 7）。需要逐漸收縮使外半徑逐漸過渡到與旋風分離器本體的外徑一致，這就是“蝸殼”式入口結構。圖 7，旋風分離器的蝸殼式入口結構在結構緊湊，大氣量的旋風分離器中， 蝸殼式入口也可以用來避免入口的氣流直接沖涮升氣管，因此也就防止了流體流動的湍流擾動和可能產(chǎn)生的沖蝕問題。雖然有些制造商把蝸殼式入口看成一個與入口濃度無關的標準結構，但實際上這是串聯(lián)旋風分離器的第一級旋風分離器的碰撞，因此種入口結構也降低了顆粒的反彈與返混。一些設備設計人員常常采用這種入口結構的另外一個原因是氣流從入口到旋風分離器內(nèi)部是一個比較平穩(wěn)的氣體動力學過渡過程，同時也對高入口濃度氣流中的顆粒提供了一定的

32、預分離空間。對于帶有蝸殼式入口的旋風分離器而言， 這種蝸殼式入口對其分離性能的影響與保持升氣管直徑不變而增加旋風本體直徑所產(chǎn)生的作用相似。 因此相對于通常的矩形，圓管形或者導流葉式的入口， 蝸殼式入口增大了旋風分離器的入口半徑。這個入口的增加， 不僅帶來了進流旋轉動量的增加， 這會導致內(nèi)漩渦轉速度的增加，切割粒徑的減少， 而且也伴隨著總壓力損失的增加。 由于蝸殼入口的 Re 值較高。蝸殼式入口為圓筒環(huán)繞式蝸殼。圖7 示意了 900 和1800 蝸殼。這些圓筒形蝸殼式入口形式。需要說明的是它們與“對數(shù)”螺旋不一樣。這希望圓筒環(huán)繞式蝸殼的曲線半徑不隨螺旋角變化。這使得它們的制造要相對簡單一點，所有

33、按這種方式設計出的蝸殼， 其外緣與入口輸送管的外壁相切，其尾邊與旋風分離器筒體相切。對于圖7 所示的 900 和1800 蝸殼，通過偏心距離來保證蝸殼的設計，偏心距離rrR R318式中， R 和 R3 分別是蝸殼和通體斷面半徑 ,其中 R 31 .1D 。2另外一種蝸殼式入口結構為對數(shù)螺旋式蝸殼。這種結構可由曲線半徑R 隨螺旋角 不段變化來表征（如圖 8），一般說來，這種對數(shù)螺旋式蝸殼可用式來表達：R1lnRfmln19RmifmRmi或RfmfmRRmi20Rmi式中， 是螺旋的角坐標， rad：R 是角度處的螺旋半徑； Rmi 是螺旋開始時的半徑（ mi00 ）； Rfm 是螺旋尾部的半

34、徑（fm ）。圖 8 是由式在 Rmi =4（在 mi00 時）和 Rfm =6（在fm 時）的情況下給繪制出來的。圖 8 說明了圖 9 中的對數(shù)螺旋式蝸殼添于旋風分離器本體間的結合。圖 7圖 8椎體部分設計旋風分離器的圓錐體的幾何結構，主要有：1旋風分離器的主椎體段 ;2灰斗的椎體段，即灰斗園錐段以及可能的灰斗頂部段；3某些升氣管的設計；4在旋風分離器進入管和排出管中的園收縮或擴散段。設計旋風分離器椎體部分時，其直徑 D 和 ，以及椎體高度 H 一般是已知的。在這些參數(shù)給定的情況下， 可以計算出椎體的長度 l1 和 l1 l 2 和二維展開角 ，l1 和 l1l 2 的值和式計算：l1D21

35、h4D221l1l21h4D展開角的計算如下360022122h23D或360022411tan式中， 的單位為度； 是半維角如果2h3D225或如果300 ，則1800 。排料口的結構旋風分離器排料結構的設計，對于旋風分離器是否能除于良好的工作狀態(tài)，以及讓已經(jīng)分離出的粗顆粒是否會重新被夾帶到漩渦中，有很大的影響。 圖示意了四種常用的排料口結構。圖 9，排料口結構在結構中，灰斗直接連接在旋風分離器的排料口上， 這常導致漩渦尾部 （有時也指漩渦尾巴） 延伸到灰斗中收集顆粒的表面上， 結果會夾帶其中一部分顆粒逃逸，這種情況在其他三種不同的排料口結構中都避免了， 在結構中，有一個圓筒段連接到排料口。

36、 一般說來，這個圓筒段的長度至少是旋風分離器本身長度的一半，尤其是在器壁光滑的旋風分離器中。 如果的確發(fā)生這樣的情況， 則被氣流從灰斗中夾帶向上的顆粒，有被重新離心分離到（筒體）器壁的機會。由于這個原因，結構（ b）被認為是最佳的機構設計，但由于它的插入，要有足夠的軸向空間來保證。在結構（ c）和（d）中，設置了穩(wěn)渦器（簡單的“防倒錐” ），它可安裝在排料口下面（ c）或者剛好在排料口上面（ d）。穩(wěn)渦器的目的是向漩渦尾部提供一個平滑的表面， 通過這個平滑表面， 漩渦可以附著在它上面， 并幫助旋轉渦穩(wěn)定在中心處。如果安裝旋風分離器缺乏軸向高度的話，穩(wěn)渦器將是非常有用的。不應將穩(wěn)渦器與防渦器搞混

37、， 見圖 。防渦器通常是一塊金屬板或者一個交叉的“十字形”金屬板，放置在灰斗或者料腿上部，主要意圖是消除旋轉渦對灰斗和上部料腿區(qū)域產(chǎn)生的沖蝕， 阻止其旋轉。這樣的防渦器將在旋風分離器內(nèi)和灰斗較低的區(qū)域產(chǎn)生強烈的擾動， 同時也使得氣流旋轉速度極大地降低。 因為這兩個因素的影響將導致總分離性能大大降低。為此，不推薦使用它。圖 10，旋風分離器料腿上部區(qū)域的十字形“防渦器”對圖 9 所示排料口結構的旋風分離器，Obermair-Staudinger（2001）研究了它們的氣體流動、 壓降和分離效率。 其相應的性能測試參數(shù)列于表1 中。根據(jù)比較得知結構（ a）沒有其他結構有效。這可能是由于灰斗顆粒被重

38、新夾帶所致。但它有一個較低的壓降。帶有穩(wěn)渦器的兩個結構（c）和（ d），對分離效率有極大的改進，但其壓降有些高，后者 即結構（ d） 尤其是如此。錐段加筒體延伸的設計，即結構（ b），表現(xiàn)出最好的分離性能，其壓力降介于（c）和（ d）的中間。表 1在帶有穩(wěn)渦器的結構中，應該在穩(wěn)渦罩或穩(wěn)沃錐的兩側附近留出足夠的空間，以使氣體和顆粒能在這個空間流動（Mothes-Loffler ，1985）。在結構（c）中，如果排料口尺寸為31。標示在這個圖中的4 ，則圖中所示的間隙空間約為4防倒錐的角度為900 1200 。這個角度在結構（ c）中稍微大一些。作為對上述結構形式的總結， 根據(jù)作者的觀點是， 如果

39、旋轉渦從旋風分離器一直延伸到灰斗中，可以將結構（b）灰斗錐體和筒體段上下顛倒過來，錐體底部的內(nèi)徑應該與筒體延伸段的內(nèi)徑一樣將獲得類似于結構（b）的分離效果。升氣管設計升氣管是一個簡單的空心圓筒體， 與外面的旋風分離器筒體同心， 它的內(nèi)插長度大約延伸到與入口管底齊平的位置。 它具有幾個重要的特征， 其中至少包含了對內(nèi)漩渦直徑的定義（或者控制內(nèi)漩渦直徑的大?。?，這個內(nèi)漩渦在升氣管入口的下面，處于旋風分離器的中心位置。 另外升氣管的作用是將分離后的凈氣傳輸?shù)叫L分離器的頂部排除。 如像前面所論述的那樣， 切割粒徑和壓力損失亮相與升氣管直徑密切相關。 因為其重要性，它常常被認為是旋風分離器的核心部分

40、。圖 11，升氣管幾何結構如圖 11 所示，升氣管有著不同的形狀和尺寸，這主要取決于設計目標。下面將要介紹和討論一下其中的一些結構特點。圖 11 中的（ a）、（b）和（ c）示意了三種典型的圓筒形升氣管，其中的差別僅是長度不同而已。 這些是工業(yè)上最常用的幾何結構。 除非有其特別的原因改變升氣管的長度， 否則，一般情況下是把升氣管的長度延伸到入口底板的位置， 這是一個較好的設計原則 如圖（ a）所示 。相對于圖（ a）所示的“標準”升氣管長度而言，圖（ b）所示的短升氣管，它既有優(yōu)點，也有缺點。短升氣管，制造費用較少、質量輕，通過旋風分離器切向矩形入口檢查和維修比較方便，對升氣管與旋風分離器頂

41、板連接的焊縫所施加的應力較小（由于徑向振動有所降低） ，也會失蹤壓力損失稍微減小。但是，如果升氣管太短（入口高度的一半，或者更小），則一部分氣固流體將趨于從入口直接進入升氣管走“短路”，使旋風分離器的分離性能下降。反之，如果把升氣管延伸到入口管底板位置以下 如圖（ c）所示 ，關于費用 /重量、檢查的容易性、應力、壓力損失和“短路”等一系列問題將產(chǎn)生與上述剛好相反的結果。關于“應力”這一點很容易被忽視，因為旋風分離器這個部位的設計在機械設計階段并非總能引起足夠的重視。在某些情況下，繞升氣管的流動氣體將對升氣管產(chǎn)生沖擊， 并引起升氣管的側向振動。 在升氣管與旋風分離器頂板連接的圓周部位， 這個振

42、動能導致疲勞裂縫。 這樣形成的裂縫將造成氣流走“短路” ，即直接從旋風分離器頂板排出。同時，如果這個問題不及時得到解決的話， 則會導致升氣管與頂板的完全斷裂， 并掉入旋風分離器的底部。在圖 11（ d）、(e)和(f) 中，縮口式升氣管的設計特征是在升氣管的入口處安裝一段圓錐加圓筒。 在改進的旋風分離器中經(jīng)?？吹竭@種結構， 通過減少升氣管的有效直徑來改善分離性能。 然而，在有的原始設計中也采用這種結構， 尤其是在將來希望增大處理氣體流量的場合， 在這種情況下， 圓錐段便可去掉， 在必要的情況下也可以用更大的圓筒來代替它。壓力恢復式升氣管與安裝在旋風分離器頂板上的壓力恢復擴壓管一起， 用來把凈化

43、氣流的一部分旋轉能量轉換為靜壓力。 基于 Muschelknautz-Brunner（1967）提供的數(shù)據(jù)，適當?shù)膲毫謴停▋?nèi)旋渦壓力損失減少 15%20%），可通過最簡單的錐形升氣管來實現(xiàn)，如圖 11（g）所示。通過放置一個設計的很好的內(nèi)圓錐，如圖 11（ h）所示，則更加有效地實現(xiàn)壓力恢復（損失減少35%40%）。這種升氣管常常直接連接在旋風分離器頂板上面的一個寬體出口擴壓管或者出口蝸殼上。作為壓力恢復的目的， 可以把一個特別設計的葉片部件插入到升氣管中， 這個葉片的前入口邊應與氣體進入葉片的攻角一致，以免產(chǎn)生很大的擾動和湍流，或者阻礙氣體的旋轉， 葉片應把旋轉流逐漸變成直流， 即轉換為理

44、想的純軸向流動。決定是否使用這種復雜的壓力恢復型升氣管部件， 關鍵在于它所節(jié)省的運行費用與結構附加費用的對比情況，以及對日常維護、安裝、檢查所帶來的影響。資料沒有說明使用這個壓力恢復葉片裝置對旋風分離器體中的流動狀態(tài)、 分離效率是否產(chǎn)生負面影響。圖 11(i)和(j) 是兩個長度延伸的升氣管， 其底部是封閉的， 但側面有垂直縫或者氣孔，氣體必須經(jīng)過這些側面的垂直縫或者氣孔才能排出旋風分離器。 縫和氣孔有很多結構形式， 除了像螺旋形的縫和氣孔外， 還包含單個或者多個縫口或者氣孔。這樣的設計結構是為了讓徑向進氣速度沿軸向均勻分布。 Schmidt（1993）對這個裝置的多種形式作了設計和研究，發(fā)現(xiàn)

45、其壓力損失能夠減少 25%50%，并使 Rx （它是捕集效率在 99%時的粒徑）減少 3 倍。然而，這樣的升氣管設計在實際中不是很普通，隨著這些“非傳統(tǒng)”設計經(jīng)驗的積累，也許在將來會得以改變。另外，機械設計者必須注意到應該制定出特殊的措施以保證長體升氣管免受側面或徑向的沖擊振動，也必須對檢查、安裝、磨損等問題給與考慮。當兩個或多個旋風分離器串聯(lián)在一起工作時，常常在第一級旋風分離器的升氣管出口上直接安裝一個蝸殼式排氣口（如圖12）。它有兩個功能，首先作為一個 900 的彎管來使用，在氣體進入第二級或者第三級旋風分離器之前，使升氣管中豎直流動狀態(tài)的氣體轉向到水平流動狀態(tài)。另外，這個蝸殼也可以作為一

46、個預分離器來使用，把一些顆粒離心分離到蝸殼的外壁，這部分顆粒被直接輸送到下一級旋風分離器的入口流道的外壁上。因而，可以把它視為下一級旋風分離器的“入口蝸殼”，其功能相似于在高入口濃度時第一級旋風分離器上的蝸殼式入口。圖 12，兩種蝸殼排氣口的俯視圖關于圖 12 中的兩個排氣蝸殼，左邊蝸殼的功能基本上作為一個 的彎管，因為它幾乎沒有向顆粒提供足夠的時間或空間讓它分離到外壁上。 由于它的緊湊設計，結構相對簡單，基本上沒有給系統(tǒng)增添重量， 所以設計和制造都相當容易。上述這些因素會影響到總成本， 因此它是實際設計中最常采用的結構。 如果以獲得最佳的分離性能作為設計優(yōu)選的話，應仔細考慮圖 12（b）的全蝸殼結構。但目前還沒有相關的研究文獻來估算上一級蝸殼 圖 12（b） 的存在對旋風分離器分離效率的影響。 由于缺乏這樣的資料， 對安裝這種全蝸殼結構所得到的益處也缺乏評價，設計人