旋風(fēng)裝置文件綜述

1、4.1勻流程思想由圖3.8所示，旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)從進(jìn)氣口到排氣口這一段路程中運(yùn)動(dòng)軌跡為一條旋 轉(zhuǎn)的曲線。在旋風(fēng)除塵器實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，圖3.8所顯示的每一條曲線都是含塵氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡。由轉(zhuǎn)圈理論可知， 含塵氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡越長(zhǎng)旋風(fēng)除塵器的除塵效率越高，即顆粒運(yùn)動(dòng)路程對(duì)顆粒的捕集分離有重要的影響。含塵氣流中的顆粒是通過(guò)隨氣流一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性離心力，氣流中的顆粒在慣性離心力的作用下產(chǎn)生徑向趨壁運(yùn)動(dòng),顯然這種運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng),即運(yùn)動(dòng)的路程越長(zhǎng),顆粒被捕集分離的可 能性就越大，除塵效果就越好，路程越短則顆粒越不容易捕集分離。如果進(jìn)入旋風(fēng)器的氣流從 進(jìn)入到排出的流程長(zhǎng)短不同，氣流中的顆粒群所受到的徑向

2、趨壁運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和作用效果也不 相同。一般旋風(fēng)除塵器理論和流場(chǎng)分析表明在排氣管下部到圓錐體底部這段空間內(nèi)外旋流中 的流線可以在任何位置從外旋流逃逸分離出來(lái)加入內(nèi)旋流而排離旋風(fēng)除塵器，這就導(dǎo)致以同樣速度進(jìn)入旋風(fēng)器內(nèi)的部分流線并不能以相同的方式離開(kāi)旋風(fēng)器，從另一方面來(lái)說(shuō)，許多還沒(méi)有分離完全的粉塵顆粒在還有可能進(jìn)一步分離的情況下就進(jìn)入了旋風(fēng)除塵器的排氣管，隨氣流排離除塵器。旋風(fēng)除塵器中部分流線足夠長(zhǎng)即完成內(nèi)外旋流的全部路程，前文已經(jīng)說(shuō)明旋風(fēng)除塵器的主要除塵作用只在中上部即起主要除塵分離作用的只是流線在外旋流的路程段，后半路程的內(nèi)氣旋對(duì)分離并沒(méi)有太大的作用，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)負(fù)面的影響（底部旋進(jìn)渦核導(dǎo)致二次揚(yáng)

3、塵、局部 渦流數(shù)增加、內(nèi)氣旋旋轉(zhuǎn)造成能量損失）。由以上兩點(diǎn)分析可以假想：如果所有以相同速度進(jìn)入除塵器內(nèi)的含塵氣流都在一規(guī)定長(zhǎng)度行 程后排離旋風(fēng)除塵器就可以讓所有進(jìn)入旋風(fēng)器的含塵氣流有相同的捕集分離作用，由此來(lái)提高除塵效果，也就是使一般除塵器中氣流的流線路程均勻化即找到一合適的路程長(zhǎng)度而排離 旋風(fēng)器，這就是流程均化思想。4.2改進(jìn)措施根據(jù)流程均勻化思想有意識(shí)地避免過(guò)早的軸向逸流、底部旋進(jìn)渦核的產(chǎn)生、 降低內(nèi)旋流的負(fù)面影響，基于這幾點(diǎn)本文提出一種全新的改進(jìn)措施，具體改進(jìn)措施如下：（1）增加排氣管在旋風(fēng)除塵器內(nèi)的長(zhǎng)度，將內(nèi)外旋流劃分在兩個(gè)區(qū)域，有效地避免軸向逸 流的產(chǎn)生及內(nèi)外旋流間相互摩擦而引起的能

4、量損失。(2 )根據(jù)轉(zhuǎn)圈理論適當(dāng)?shù)卦黾有L(fēng)除塵器上筒體的長(zhǎng)度，減少旋風(fēng)除塵器下錐體的長(zhǎng)度。 充分發(fā)揮圓筒體部分的分離作用，抑制圓錐體邊壁部分局部渦流的負(fù)面影響。(3 )在內(nèi)外氣旋的交換處添加一倒圓錐體，同時(shí)，在此圓錐體的外側(cè)添加氣流導(dǎo)向葉片。外旋流在旋轉(zhuǎn)一定路程之后， 在導(dǎo)向葉片的作用下直接由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成近似直線運(yùn)動(dòng)的內(nèi) 氣流而離開(kāi)旋風(fēng)器，減少內(nèi)氣旋旋轉(zhuǎn)造成的能量損失。4.3 RC型除塵機(jī)理進(jìn)汽管，曠圄筒體，3-排氣管，4-導(dǎo)向葉片，倒凰錐，6下椎體.7 St*口圖血1結(jié)構(gòu)改逬圖圖4. 2除塵機(jī)理示意圖圖4.1是改進(jìn)型旋風(fēng)除塵器，本文自命名為RC ( Reverse Cyclone )型旋風(fēng)

5、除塵器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4.2是RC型除塵器的分離機(jī)理示意圖。根據(jù)圖4.2，RC型旋風(fēng)除塵器的除塵機(jī)理可敘述為：氣流從進(jìn)氣管進(jìn)入除塵器后由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺旋向下的圓周運(yùn)動(dòng)，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生很大的離心力，由于塵粒的密度比空氣大很多倍，因此旋轉(zhuǎn)的塵粒在很大的離心力作用下，從氣流中分離出來(lái)甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸后便失去離心力作用而 靠入口速度的動(dòng)能和自身的重力勢(shì)能沿器壁面旋轉(zhuǎn)下落，經(jīng)錐體排入集灰箱。在氣流旋轉(zhuǎn)下降的過(guò)程中存在徑向速度的影響，微小顆粒也會(huì)向中心漂移，由于排氣管向下延伸較長(zhǎng)，這種徑向速度較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響小得多，這部分顆粒在接觸到延長(zhǎng)的排氣管壁面會(huì)沿排氣管壁面下滑而被高速旋轉(zhuǎn)的

6、氣流再次揚(yáng)起繼續(xù)分離。當(dāng)氣流運(yùn)動(dòng)到接近倒圓錐底面時(shí)，由于集塵箱是密閉的空間，下旋氣流無(wú)法繼續(xù)下旋，而在直線形導(dǎo)向葉片的作用下由螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為近似直線運(yùn)動(dòng)，從排氣管排出。4.4 RC型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本研究主要通過(guò)對(duì)比分析來(lái)說(shuō)明改進(jìn)方案的正確性，所選擇參考對(duì)象為 Stairmand型高效旋風(fēng)除塵器。這就導(dǎo)致除改進(jìn)的部分結(jié)構(gòu)外，RC型、Stairmand型旋風(fēng)除塵器在結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)尺寸上有相同的地方。441進(jìn)氣口旋風(fēng)除塵器的進(jìn)氣口是造成氣流在旋風(fēng)除塵器中形成旋轉(zhuǎn)的主要部件，是影響除塵效率和壓力損失的主要因素，進(jìn)氣口有切向和軸向兩種形式。 切向進(jìn)氣口是旋風(fēng)除塵器最常見(jiàn)的形式。 主要有普通切向進(jìn)氣口和蝸殼進(jìn)氣口(

7、漸開(kāi)線進(jìn)氣口)。 采用普通切向進(jìn)氣口，氣流進(jìn)入除塵器后易產(chǎn)生雙重旋渦，上部旋渦易形成上灰環(huán)， 從而直接將粉塵帶入內(nèi)旋渦，降低除塵效率。為了減少氣流之間的相互干擾，越來(lái)越多的采用了蝸殼(漸開(kāi)線)式進(jìn)氣口。這樣可以 緩解氣流剛進(jìn)入時(shí)的入口壓縮現(xiàn)象，減少阻力提高處理風(fēng)量。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，漸開(kāi)線的角度對(duì)于旋風(fēng)除塵器的除塵效率也有一定的影響，在一般設(shè)計(jì)中常用角度為900、1800、2700，但以設(shè)計(jì)成1800時(shí)效率最高。旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口面積對(duì)除塵器性能也有很大影響，進(jìn)口面積相對(duì)筒體斷截面較小時(shí)，進(jìn)入除塵器的氣流切線速度大，有利于粉塵的分離。在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用 k來(lái)表示筒體斷面積與進(jìn) 氣口面積之比，這一參數(shù)

8、是衡量除塵效率的一個(gè)指標(biāo)，通常稱為相對(duì)斷面比。k值愈大，除塵效率愈高，但處理風(fēng)量較小，反之亦然。設(shè)計(jì)中根據(jù)k值將除塵器分為三類50:(1) 高效旋風(fēng)除塵器：k=613.5(2) 普通旋風(fēng)除塵器：k =46(3) 大流量旋風(fēng)除塵器：k 3。RC型進(jìn)口的寬高比類比于Stairmand,k? 7.85進(jìn)口寬高比由表 3.1查得，進(jìn)口采用蝸殼式進(jìn)口。442 圓筒體圓筒體是分離的主要區(qū)域，根據(jù)轉(zhuǎn)圈理論，旋風(fēng)除塵器上圓筒體高度愈大，氣流在其中轉(zhuǎn)圈數(shù)愈多，停留時(shí)間也就愈長(zhǎng)，粉塵顆粒被分離的可能性就越大，從而除塵效率也相應(yīng)的提高。同樣，圓筒體直徑對(duì)旋風(fēng)除塵器的效率有很大影響，在阻力一定的情況下，直徑越小，除塵

9、效率愈高。因?yàn)殡S著旋轉(zhuǎn)半徑的減少，離心加速度增加，從而離心力也增加。如圓筒直徑增加，為保證除塵效率，進(jìn)口風(fēng)速也要相應(yīng)提高， 但在設(shè)計(jì)中，由于阻力與風(fēng)速的平方成正比， 為使阻力限制在一定范圍內(nèi)，進(jìn)口風(fēng)速不能太高，因而限制了除塵器直徑的增加。為了增加可比性及可以充分利用前人試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到現(xiàn)實(shí)加工存在的問(wèn)題，筒體直徑為。RC型旋風(fēng)除塵器顆粒分離主要集中的上圓筒體，而忽略下圓錐的分離作用。因此，RC型旋風(fēng)除塵器筒體長(zhǎng)度要比 Stairmand型長(zhǎng)，其長(zhǎng)度為Stairmand型上筒體的長(zhǎng)度加上下圓錐體 等效圓柱體的高度。 等效圓柱體高度的確定一般有兩種方式51:根據(jù)體積不變?cè)恚?保持原有圓錐的高

10、度不變得出等效圓柱的直徑；另一種是根據(jù)體積不變?cè)?，保持等效圓柱的直徑與上圓筒體的直徑相等得出等效圓柱的高度。本文采取后一種等效方式：5Q0-Rf 637.5s 31003Wfit68-netRC型旋鳳除塵器筒體高度為！ K9553mm.卩訊為StairmandSl下椎體的體積扌So為射airmand型上圓筒f本的橫截面面積4.4.3 圓錐體-般旋風(fēng)除塵器的圓錐體主要功能有：(1) 內(nèi)外旋流的交換區(qū)，同時(shí)改變氣流的旋轉(zhuǎn)形成內(nèi)旋流。(2) 未分離粉塵顆粒繼續(xù)分離區(qū)域。(3) 將已分離粉塵顆粒排出分離器。而RC型的圓錐體相對(duì)與 Stairmand型旋風(fēng)除塵器的功能有所變化，主要功能只是給已分離粉塵

11、顆粒提供排離通道，完全拋棄了原有粉塵的分離功能和氣旋交換功能。由粉塵的性能可知，任何粉塵都存在自然堆積角也稱為安息角，即粉塵在水平面上自然堆放時(shí)，所堆成的錐體的斜面與水平面所成的夾角。粉塵從一定高度自由沉降，所堆積成的堆積角稱為動(dòng)堆積角；粉塵在空氣中以極其緩慢的速度自由沉降，所堆積成的堆積角稱為靜堆積角。堆積角的大小與粉塵的種類、粒徑、形狀和含水率等有關(guān)。各種物料的自然堆積角可以查相關(guān)表格得到。圓錐體的錐頂角的余角必須大于粉塵的安息角，否則旋風(fēng)除塵器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中容易形成灰塵堵塞，影響正常工作。本改進(jìn)主要針對(duì)水泥工業(yè)而言，錐頂角的余角要大于水泥的安息角。水泥的靜止安息角和運(yùn)動(dòng)安息角分別為：4

12、00450、350。結(jié)合內(nèi)部三角支架的尺寸及整體除塵器的高度，本設(shè)計(jì)中圓錐體的錐頂角為，圓錐體下排塵口直徑與Stairmand型相同為、t討迎懦& net底部圓錐的圓錐頂角根據(jù)試驗(yàn)粉塵的自然堆積角確定。本設(shè)計(jì)采用的堆頂角。導(dǎo)向葉片的存在目的是為了將旋轉(zhuǎn)的氣流轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€氣流，在氣流排離旋風(fēng)除塵器前起強(qiáng)制導(dǎo)向作用。三片導(dǎo)向葉片成1200分布于圓錐體的周圍，葉片的傾斜角大于水泥的安息角。由旋風(fēng)除塵 器內(nèi)速度分布圖2.3，氣流切向最大速度在排氣管直徑的三分之二處，據(jù)此導(dǎo)向葉片的外圓 直徑等于三分之二的排氣管直徑4.4.5 排氣管進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的氣流旋轉(zhuǎn)到錐底后，在導(dǎo)向葉片的作用下折轉(zhuǎn)向上成為內(nèi)氣流，然

13、后由排氣管排出。排氣管通常都插入到除塵器內(nèi)，與圓筒內(nèi)壁形成環(huán)形通道，環(huán)行通道的大小及深度都對(duì)除塵器的除塵效率和阻力有影響。環(huán)行通道愈小，即排氣管直徑與圓筒體直徑的比愈小，除塵效率增加，阻力也相應(yīng)增加；排氣管的插入深度愈小，阻力愈小，若完全不插入除 塵器內(nèi)，則阻力最小，但此時(shí)除塵器效率不能保證，因?yàn)樯蠝u流所攜帶的粉塵很容易隨氣流進(jìn)入排氣管排出，局部氣流短路，從而降低除塵效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)除塵效率的考慮一般要多于壓力損失。RC型旋風(fēng)除塵器是一種新型試驗(yàn)形設(shè)備，排氣管在筒體中的長(zhǎng)度沒(méi)有明 確的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以確定，本文將其長(zhǎng)度確定為筒體的高度與倒錐體高度差:446三角支架三角支架存在的主要目的是支撐

14、倒圓錐體及導(dǎo)向葉片,同時(shí)為倒圓錐體在旋風(fēng)器中高度的調(diào)節(jié)提供可能。圓錐體在旋風(fēng)器中高度的調(diào)節(jié)通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn),調(diào)節(jié)的范圍由螺紋的長(zhǎng)度確4.5試驗(yàn)?zāi)Ｐ图庸げ牧系倪x擇旋風(fēng)除塵器材料的選擇應(yīng)遵循：首先滿足零件的使用性能要求,同時(shí)兼顧材料的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。在工業(yè)應(yīng)用中旋風(fēng)除塵器的加工材料一般選擇普通鋼板、不銹鋼鋼板。試驗(yàn)不同于工業(yè)應(yīng)用，在試驗(yàn)的過(guò)程中沒(méi)有工業(yè)上的腐蝕和嚴(yán)重的磨損作用,同時(shí)，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)能隨時(shí)觀察旋風(fēng)器內(nèi)部的氣流情況便于分析比較。此外，材料的加工性能和費(fèi)用也是必須考慮的因素。綜合考慮，結(jié)合實(shí)際情況有機(jī)玻璃為最佳合適材料。4.6 RC型旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)模擬計(jì)算4.6.1模擬條件設(shè)定圖4.3 R0

15、型三維標(biāo)型圖4.14.3和圖4.4。本文應(yīng)用Gambit軟件對(duì)RC旋風(fēng)除塵器進(jìn)行三維建模及網(wǎng)格劃分，結(jié)果如圖RC型旋風(fēng)除塵器的采用對(duì)比的手段來(lái)模擬Stairmand型和RC型除塵器內(nèi)氣流狀況，因此,模擬條件和第三章中Stairmand型模擬條件完全一樣。462模擬結(jié)果比較分析 1.現(xiàn)象分析RC3.7 中一RC型除塵將圖4.6與圖3.6對(duì)比看出，一般旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣旋偏離旋風(fēng)除塵器幾何中心的現(xiàn)象在 型除塵器中不再存在。從圖4.7中看出，外氣旋內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)速度矢量方向不再像圖 樣指向內(nèi)旋流，而是指向外旋氣流的旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)比圖4.8與圖3.11，可以看出器錐體部分的局部渦流明顯得到有效的抑制。圖4.9中

16、一共有13條流線，其中在預(yù)定位置折轉(zhuǎn)排離除塵器的數(shù)目為9條，占總數(shù)目的69.2 %;其余流線數(shù)目為 4條，占總數(shù)的30.8 %。相對(duì)與圖3.8中各流線所占比例的數(shù)值, 整體流線的均勻化程度要高。將圖4.10與圖3.9相比較，除塵器排氣管內(nèi)的流線旋轉(zhuǎn)程度明顯降低，氣流以近似直線的 方式排離旋風(fēng)除塵器。2.局部切向速度分析2700 4. L1圖牛+$8根據(jù)第二章中旋風(fēng)除塵器流場(chǎng)的分析可以得出對(duì)旋風(fēng)除塵器起主要分離作用的分速度為切向速度，同時(shí)，對(duì)于旋風(fēng)除塵器起主要分離作用的區(qū)域只是中上部分，因此，本文只就這兩種旋風(fēng)除塵器在中上部分的切向速度值加以分析比較。圖4.11為Stairmand型和RC型旋風(fēng)除塵器上部的三維結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4.11中第1和第3條直線間的距離為180mm現(xiàn)將這段距離平均分為 9等分，共10個(gè)橫截面，每個(gè)截面取如 圖4.12所示的8個(gè)點(diǎn)。八個(gè)點(diǎn)的分布如下：在1800處沿負(fù)x軸向的位置從左向右分別為-90mm -80mm -70mm -60mm四個(gè)點(diǎn)；在 2700處沿z軸正向的位置從下向上分別為90mm80mm 70mm 60mml四個(gè)點(diǎn)。在每個(gè)截面內(nèi)取如圖