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旁路式旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)
摘 要
旋風(fēng)除塵器是一種除塵設(shè)備，它一種利用離心力將粉塵顆粒從含塵氣體中分離出來的裝置。本論文主要設(shè)計(jì)了一種旁路式旋風(fēng)除塵器，包括有除塵器的原理性的概述、整體結(jié)構(gòu)、選材、關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核以及安全防腐等。相比于一般的旋風(fēng)除塵器，旁路式旋風(fēng)除塵器多了一個螺旋旁路分離室，其對于5μm以下的粉塵顆粒有高效的除塵效果。
本次設(shè)計(jì)以經(jīng)典旁路式旋風(fēng)除塵器為基礎(chǔ)，在指導(dǎo)老師的教導(dǎo)下和查閱大量有關(guān)除塵設(shè)備的資料，逐漸分步完善論文的。在論文的設(shè)計(jì)過程中，我深入學(xué)習(xí)了許多與化工、機(jī)械有關(guān)的知識，理解了主要影響旋風(fēng)除塵效率的因素，了解了旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，也用CAD畫出了零件、裝配和說明樣圖等圖紙，最后根據(jù)以前所學(xué)的專業(yè)知識和查閱了解化工類的知識，以及一些研究方法，綜合設(shè)計(jì)出一款基本符合所給條件的旁路式旋風(fēng)除塵器。
關(guān)鍵詞：旁路式旋風(fēng)除塵器；強(qiáng)度校對；除塵效率;安全防腐；構(gòu)造設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Cyclone dust collector is a kind of dedusting device, which uses centrifugal force to separate dust particles from dusty gas. This paper mainly designs a kind of bypass cyclone dust collector, including the principle overview of the dust collector, the overall structure, material selection, the strength check of the key parts and the safety anticorrosion and so on. Compared with the general cyclone dust collector, the bypass cyclone dust collector has a bypass separation chamber, which has an efficient dust removal effect for dust particles below 5 μ m.
This design is based on the classical bypass cyclone dust collector, under the guidance of the instructor and consult a large number of information about dust removal equipment, gradually improve the paper step by step. In the design process of this paper, I deeply studied a lot of knowledge related to chemical industry and machinery, understood the main factors affecting cyclone dust removal efficiency, and understood the structure of cyclone dust collector. The drawings of parts, assembly and description are also drawn with CAD. Finally, according to the relevant professional knowledge learned before, as well as some research methods, a bypass cyclone dust collector is designed, which basically meets the given conditions.
Key words bypass cyclone dust collector; structure design; dust removal efficiency; safety anticorrosion; .
目 錄
1 緒論 1
2 旋風(fēng)除塵器的工作原理及各項(xiàng)參數(shù) 3
2.1 旁路式旋風(fēng)除塵器的工作原理 3
2.2 旋風(fēng)除塵器的各類參數(shù) 7
2.3 影響除塵器性能的兩大因素 11
3 旁路式旋風(fēng)除塵器的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇 16
3.1 旁路式旋風(fēng)除塵器各部分尺寸的確定 17
3.2 旁路式旋風(fēng)除塵器強(qiáng)度的校核 19
3.3 計(jì)算旁路式旋風(fēng)除塵器的壓力損失 26
3.4 排塵閥的選擇 26
3.5 風(fēng)機(jī)的選擇 28
4 旁路式旋風(fēng)除塵器的裝配程序 29
4.1 錐體與灰斗的連接 29
4.2 筒體與錐體連接 29
4.3 進(jìn)氣口與外部管道的連接 30
4.4 出氣口與外部管道的連接 30
4. 5 安全防腐 30
結(jié) 論 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
1 緒論
工業(yè)發(fā)展速度日新月異，各種工業(yè)等含塵、含毒氣體肆無忌憚的排放，卻沒有使用除塵器去凈化氣體，導(dǎo)致產(chǎn)生霧霾，酸雨等惡劣的環(huán)境傷害現(xiàn)象。我們以損害地球生態(tài)環(huán)境為代價(jià)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善生活是不會長久的。所以工業(yè)除塵，廢水處理等方面將會是一個非常重要的發(fā)展方向。
旋風(fēng)除塵器是利用以一定的速度進(jìn)入一個容器后，在離心力的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于氣固的密度在常溫下不同，所受離心力大小不同，然后利用離心力的作用將粉塵顆粒甩開的一種干式分離的機(jī)械。和以往的一些機(jī)械設(shè)備不同，這種機(jī)械設(shè)備在化工企業(yè)或者冶金、建筑和紡織（機(jī)械紡織）等工業(yè)企業(yè)也有較為廣泛的使用，所以對旋風(fēng)除塵器的要求就比較多，故在設(shè)計(jì)過程就要知道旋風(fēng)除塵器的幾大特點(diǎn)；易于運(yùn)輸、易于拆卸、占地面積小，管體耐腐蝕，投資少和操作彈性大，以致滿足較為廣泛的化工生產(chǎn)需求。所以對于粉塵的各種物理性質(zhì)也沒有特殊要求。
此次設(shè)計(jì)的具體課題是旁路式旋風(fēng)除塵器，該除塵器是開發(fā)研制的一種高效旋風(fēng)除塵器，相比于其他各種類型除塵器多了一個旁路分離室，以及低于頂蓋的進(jìn)風(fēng)口。對于粒徑在5毫米至10毫米的各種粉塵有較高的除塵效率。設(shè)計(jì)由螺旋分離室、錐體、筒體、進(jìn)氣管、排氣管、排灰口和灰斗等組成，通過計(jì)算和實(shí)際條件獲得可用的各部件尺寸，裝配出一款可用的旋風(fēng)除塵器，用于鍋爐煙氣、工業(yè)生產(chǎn)廢氣吸收含塵顆粒，能夠保證排出氣體達(dá)到要求。
本次設(shè)計(jì)有五大部分構(gòu)成，第一部分介紹了一些關(guān)于旋風(fēng)除塵器的歷史以及經(jīng)典旁路式旋風(fēng)除塵器的構(gòu)造，為什么要去設(shè)計(jì)建造旁路式旋風(fēng)除塵器和在使用過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)。第二部分?jǐn)⑹隽诵L(fēng)除塵器的工作原理和各項(xiàng)參數(shù)。參數(shù)和工作原理則是第二部分的重點(diǎn)，除此之外還包括旋風(fēng)除塵器的基本工作原理，結(jié)構(gòu)順序、內(nèi)部氣體流動情況和渦流危害，以及影響除塵器的因素，壓力損失和內(nèi)部各種情況的相關(guān)計(jì)算公式。第三部分主要講述的是旁路式旋風(fēng)除塵器主要零件設(shè)計(jì)和材料的選擇，各部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定相關(guān)數(shù)值以及各個部位的強(qiáng)度校核。第四部分是設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器的裝配程序。第五部分則是關(guān)于旋風(fēng)除塵器的安全使用和防腐維護(hù)。
本次設(shè)計(jì)為旁路式旋風(fēng)除塵器，論述了相關(guān)優(yōu)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)性能以及全面的計(jì)算和介紹，在注重性能的同時(shí)也注重了實(shí)用，并且查閱了很多資料以及很多前輩的設(shè)計(jì)想法也給了我靈感，其中的錯誤和設(shè)計(jì)缺點(diǎn)也在所難免，希望我的指導(dǎo)老師和評審老師對我的設(shè)計(jì)錯誤批評，完善畢業(yè)設(shè)計(jì)。
2 旁路式旋風(fēng)除塵器的原理及參數(shù)
2.1 旁路式旋風(fēng)除塵器的工作原理
2.1.1 旁路式旋風(fēng)除塵器的工作原理及特點(diǎn)
用10~20的速度將粉塵氣體從進(jìn)風(fēng)口送入旋風(fēng)除塵器后，含塵氣體直接由直線運(yùn)動變?yōu)槁菪\(yùn)動，由于含塵氣體大部分氣體都會從筒體向下部分的錐體流動，這樣的大部分的氣流稱為外旋氣流。而當(dāng)氣流到達(dá)底部即錐體下端時(shí)，會出現(xiàn)即氣流會以同樣的方式，由上而下螺旋向上，這樣的氣流即為內(nèi)旋氣流，兩種氣流為器內(nèi)的絕大部分氣流，其中還有極少部分的氣流會從排氣管逸散出去。
在旋風(fēng)除塵器中的粉塵，如圖1所示，會受到來自兩個不同方向的力的作用，一個是旋轉(zhuǎn)氣流徑向速度所收到的向心力會使粉塵收到由外向內(nèi)的推移作用，另一個則是旋轉(zhuǎn)氣流的切向速度所產(chǎn)生的離心力，將粉塵收到向外的推移作用，如果離心力大于向心力的情況，粉塵就好在慣性的作用下向除塵器的外壁移動，從而會被分離出來。當(dāng)然，如果出現(xiàn)向心力大于離心力的作用下，粉塵就會向內(nèi)移動，最終會從排風(fēng)口排出影響除塵效率。也會存在離心力大小等于向心力的情況，理論上來說，粉塵會在原地不停的旋轉(zhuǎn)，實(shí)際上是，一半可能進(jìn)入內(nèi)旋流，一半外旋流，這樣情況下的除塵效率僅僅只有50%。其中，有一部分的粉塵顆粒也會從氣流中逸出，另外的一小部分氣體，則攜帶著粉塵顆粒向旋風(fēng)除塵器頂蓋流動，然后沿著排氣管管壁向下快速運(yùn)動，到達(dá)排氣管下部分后，最后反向朝上隨著上升的氣流從排氣管排出到大氣。
該除塵器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)風(fēng)口要比頂蓋要低，使除塵器頂部有充足的空間形成上旋渦并形成粉塵環(huán)，從旁路分離室引致錐體部分，從而提高除塵效率。同時(shí)把分離室設(shè)計(jì)成螺旋狀，使進(jìn)入的氣流切向進(jìn)入錐體，防止再度塵化。
圖1 旁路式旋風(fēng)除塵器原理圖
1—灰斗；2—筒體外壁；3—進(jìn)氣口；
4—下粉塵環(huán)；5—上粉塵環(huán)；6—排氣管；
7—旁路分離室上洞口；8—雙旋渦分解處；
9—旁路分離室中部洞口；10—回風(fēng)口
2.1.2 旁路式旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣體流通情況
科學(xué)家Ter.linden通過旋風(fēng)除塵器的氣體運(yùn)動分為：、徑向運(yùn)動速度和軸向運(yùn)動速度，以及和靜壓分布。后來也有研究者，把這三維速度在旋風(fēng)除塵器中除塵運(yùn)動所起的作用加以研究，得出以下結(jié)論。
圖2 三大速度
切向運(yùn)動速度
三大速度中第一個速度就是切向速度，而切向速主要的作用就是將含塵氣體中的顆粒向下沉降，故切向速度在三大速度中起主導(dǎo)作用。以設(shè)一個截面上在旋風(fēng)除塵器排氣管所在平面的下方，所在的切向速度沿半徑變化可分為區(qū)域。第一區(qū)域?yàn)榭拷L(fēng)除塵器壁為Ⅰ?區(qū)，切向速度。由化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書除塵設(shè)備，得出以下公式：
（1）
式中：
——在第一區(qū)域的，m/s；
——進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的開始速度，m/s；
——旋風(fēng)除塵器，m；
——旋風(fēng)除塵器，m；
——旋風(fēng)除塵器，。
圖3 切向速度分布
旋流區(qū)Ⅲ?是強(qiáng)制旋流區(qū)。與旋轉(zhuǎn)半徑之比為一固定常數(shù)
（2）
第二區(qū)域則在Ⅰ和?Ⅲ?區(qū)域之間的旋轉(zhuǎn)氣體區(qū)域，表示的是另外的一種不同性質(zhì)，沒有III區(qū)域的強(qiáng)制，稱之為半自由旋流Ⅱ區(qū)。
（3）
其中n稱為速度分布指數(shù)，取之間。
由化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書除塵設(shè)備得：n值與的關(guān)系式:
（4）
式中：
D0—旋風(fēng)除塵器m；
n——速度分布指數(shù)；
T— K。
n的影響數(shù)值Re有關(guān)，Re越大則n越接近1，越小則反之。而且排氣管直徑與n值成反比。
徑向運(yùn)動速度Vr
徑向速度即是含塵氣體沿著方向的速度，它是三大速度中的第二大速度，也是主要影響旋風(fēng)除塵器效率的速度。徑向速度特點(diǎn)是速度小難測量，它的存在嚴(yán)重降低了除塵效率。即當(dāng)徑向速度越大，旋風(fēng)除塵器的分離效率就會越差。
軸向運(yùn)動速度Vz
三大速度第三個速度為軸向速度含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器后，旋風(fēng)除塵器器壁與零軸向速度面是平行的，軸向速度分布則構(gòu)成了氣流的內(nèi)外兩層，雙向流動的氣體。包括錐體部位，外層流厚度也基本恒定。除塵后的氣體由底向上從排氣管排出。
2.1.3 渦流
渦流也在旋風(fēng)除塵器當(dāng)中稱為次流也叫二次渦流，第一速度徑向速度Vr與第三速度軸向速度Vz同時(shí)相遇，如同水流一樣形成漩渦故稱為渦流，它會嚴(yán)重降低除塵效率，也是影響分離性能的重要因素之一。
以下圖3為四種較為常見渦流。
圖4 旋渦流
1—短路流；2—縱向旋渦；3—外層旋流中的局部渦流；4—底部夾帶
如上圖3所示，整個旋風(fēng)除塵器內(nèi)部存在大量渦流，其中比較多的就是短路流。短路流一般形成于器壁和上部頂蓋附近，由于徑向速度和軸向速度的的交叉形成的局部性渦流就短路流，短路流所夾帶的粉塵顆粒會最終隨著中心氣流向排氣管逸散，降低了除塵效率。中國科學(xué)力學(xué)研究所和上?；ぱ芯克沧C實(shí)了渦流的存在。縱向旋渦流的形成與粉塵顆粒的粒徑有關(guān)，大可樂由于重力作用會有曳力作用形成類似于短路現(xiàn)象就是縱向漩渦里流，這種情況本身就是影響分離效率的。外部旋流中的局部渦流主要是有器壁中的不平之處所引起的細(xì)小渦流，這種渦流對5毫米以上粉塵顆粒無不良影響，但是也會影響除塵效率。底部夾帶主要是由錐體與灰斗之間局部渦流，在設(shè)計(jì)過程中要住一起減少底部夾帶?？傊?，渦流的存在就是影響除塵效率的，設(shè)計(jì)過程就要盡量減少渦流。
2.2 旋風(fēng)除塵器各類參數(shù)
2.2.1 臨界粒徑
臨界粒徑是指旋風(fēng)除塵器所可以去除含塵氣體中最小顆粒的直徑，臨界粒徑越大，代表指除塵器的效果越差，反之，則越好。所以，臨界粒徑是反映旋風(fēng)除塵器效率的高低的理論依據(jù)之一。
圖5 最大排出粒徑圖
圖4中曲線系統(tǒng)進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的百分?jǐn)?shù)。
2.2.2 轉(zhuǎn)圈理論
理論是由類比平流重力沉降室中的沉降原理發(fā)展起來的，旋風(fēng)除塵器壁面和顆粒在分離區(qū)受離心力的作用下，達(dá)到停留時(shí)間相對平衡。當(dāng)然實(shí)際當(dāng)中往往會受到影響，形成一定差異，其中原因有：①不能只考慮離心力對粉塵顆粒的作用，也要考慮向心流對粉塵顆粒的阻力作用。②氣體中的顆粒分離在圓柱管和錐體管都有進(jìn)行分離，不僅僅在圓柱段。
2.2.3 壓力損失?P
旋風(fēng)除塵器的各種主要的壓力損失有：氣體在進(jìn)入除塵器時(shí)，與進(jìn)管口筒壁摩擦；氣體從直線運(yùn)動漸變?yōu)樾D(zhuǎn)螺旋運(yùn)動；氣體在除塵器內(nèi)部的壓縮或者膨脹；含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動比直線運(yùn)動消耗能量更大。通過實(shí)驗(yàn)，旋風(fēng)除塵器壓力損失通常在。壓力損失，可以用測得氣體進(jìn)入進(jìn)氣管和排氣管之間的全壓差來表示壓力損失。即：
全壓 ：
（5）
又
其中
—進(jìn)、出口全壓，Pa；
—進(jìn)、出口靜壓，Pa；
—進(jìn)、出口動壓，Pa；
—進(jìn)、出口速度，m/s；
ρ—，。
圖6 旋風(fēng)除塵器的壓力損失
為了計(jì)算壓力損失方便，通常我們會可以引出一個阻力系數(shù)ξ。定義為旁路式旋風(fēng)除塵器的之比，即：
ξ= （6）
即：
ξ （7）
式中：
ξ—阻力系數(shù)；
?P—旋風(fēng)除塵器，單位Pa；
其他符號意義不變。
下表2為幾種較為常見的阻力系數(shù)：
表1 阻力系數(shù)計(jì)算式
作者
公式
Shepherd-Lapple
Stairmand
Barth
注：其中Shepherd-Lapple公式是常用的阻力系數(shù)的計(jì)算公式。
2.2.4 除塵效率
旋風(fēng)除塵器除塵效率一般可以分為兩種，分別是總除塵效率η和分級效率ηx，計(jì)算時(shí)，通常用到以下步驟進(jìn)行運(yùn)算。
1、測定粉塵的粒級質(zhì)量百分?jǐn)?shù)f，分別是進(jìn)口粉塵的百分?jǐn)?shù)；出口處的粉塵粒徑分布的百分?jǐn)?shù)或者補(bǔ)集粉塵的百分?jǐn)?shù)，粉塵粒級分布的積分分?jǐn)?shù)E。大于粒徑x的質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)，其粒級質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表達(dá)式為=1-E。
2、由理論或者半經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出旁路式旋風(fēng)除塵器在某些操作情況下如：氣體密度、粉塵密度、進(jìn)口氣速，粘度等條件下對設(shè)某一粉塵粒徑x的分離效率。
3、計(jì)算出總效率η
式為：
（8）
：
（9）
其中：
c—尺寸比的函數(shù)；
l—自然長度， ，單位m；
—該點(diǎn)的，，單位m；
—排灰口直徑，單位m；
—排氣管插入筒體深度，單位m；
h—除塵器筒體長度， ；
a—進(jìn)口高度， ；
b—進(jìn)口寬度， ；
—筒體直徑， ；
—排氣管直徑，；
H—除塵器高度， ；
—慣性參數(shù)，其中；
—分別為固體、氣體的密度，單位；
—?dú)怏w粘度，單位Pa.s；
—?dú)怏w進(jìn)口速度，單位；
d—粉塵顆粒直徑，單位m；
n—速度分布指數(shù)。
此時(shí)壓力損失和除塵效率有一定的局限性，并沒有包括了所有的影響因素，在計(jì)算結(jié)果上存在一定誤差，主要原因如下所述：
1、上述計(jì)算公式僅是理論公式，并沒有考慮粉塵顆粒之間的相互影響。
2、被補(bǔ)集的顆粒會被二次夾帶，可能影響計(jì)算。粉塵濃度的提高不一定會引起除塵效率的提高和降低壓力損失，理論中是假設(shè)成立的。
2.3 影響除塵器性能的兩大因素
2.3.1 幾何尺寸
（1） 旋風(fēng)除塵器筒體直徑
旋風(fēng)除塵器的筒體尺寸選用既不能太大也不能太小，太小的筒體在使用過程中會引起堵塞尤其是在處理含塵氣體中黏性顆粒較多情況，更容易堵塞，而太大的筒體又難以放置，既費(fèi)財(cái)力又需要占用太多的占地面積，不夠?qū)嵱?。故一般筒體直徑需大于50~70mm。工程上常用的旋風(fēng)除塵器常常會達(dá)到200mm以上，現(xiàn)在許多露天的超大旋風(fēng)除塵器的筒體直徑會達(dá)到1000mm。
（2） 旋風(fēng)除塵器的高度H
如果旋風(fēng)除塵器的高度H很高時(shí)，既有利于減少渦流又可以減少二次夾帶，但實(shí)際生產(chǎn)中也要考慮整個除塵器的所占空間，就比如直徑一樣需要考察實(shí)際情況。在選取H時(shí)候，通常需要保證能使外旋流在較短的軸向距離里轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)旋流，所以取圓筒體這段的高度。
同時(shí)為了方便，引入了旋風(fēng)除塵器自然長度l，即為排氣管下端至旋風(fēng)除塵器自然旋轉(zhuǎn)頂端的最小距離。
式為：
（10）
（3） 旋風(fēng)除塵器的錐體尺寸
為了減粉塵顆粒的內(nèi)摩擦角，一般情況下半錐角α<，或者大于。于粉塵的物理性質(zhì)也會有所影響。通常α取之間，同時(shí)直徑.
由[1]查得：一般 ，且圓錐高度。
（4）旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口
① 進(jìn)口型式
旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口型式主要有五種類型分別是螺旋面進(jìn)口、切向進(jìn)口、和軸向進(jìn)口。此次進(jìn)口型式將選用切向進(jìn)口，從進(jìn)口進(jìn)入氣體后，含塵氣體將以10o的傾斜角度向下螺旋運(yùn)動，避免相鄰的氣流相互干擾。
② 口管的型式與位置
進(jìn)口管分為圓形和矩形兩種。矩形進(jìn)口管與器壁整個面向相切，所以通常情況下選用矩形進(jìn)口。高度與寬度的比在一定范圍比較適宜，下面公式為進(jìn)口管高度和寬度的比例：
式為：
由表3查得a，b范圍： ;
圖7 圖左為頂蓋下方圖右頂蓋相平
（5）旋風(fēng)除塵器的排氣管
排氣管型式有兩種型式，常規(guī)圓筒式和收縮式。通常情況下，一般會采用收縮型，既可以阻壓力損失，也不會影響除塵效率。排氣管直徑越小的話，其除塵效率會增加，但壓力損失也會隨著增大。研究表明當(dāng)時(shí)，旋風(fēng)除塵器除塵效率會達(dá)到最高。。
插入深度也對除塵器的性能有很大大影響，插入過深或過低都會對除塵效果帶來不利的影響。經(jīng)驗(yàn)表明適當(dāng)?shù)牟迦肷疃葹椤?
（6）旋風(fēng)除塵器的灰斗
灰斗與錐體下部分連接，速度很高的粉塵和氣流在連接處碰撞，此處氣流將很接近于高湍流。在高速氣流的影響下可能會造成灰斗漏氣，會導(dǎo)致被補(bǔ)集的灰塵在此進(jìn)入中心旋流中逸出很可能會造成二次夾帶。所以，選擇灰斗要根據(jù)實(shí)際情況。
2.3.2 操作條件
（1） 氣體流量Q及進(jìn)口氣速
① 氣體流量Q
氣體流量Q對總除塵效率的所有影響可以用下式估算
式為：
（11）
式中：
—分別為a、b條件下的，%；
—分別為a、b條件下的，。
②進(jìn)口氣速
過高的氣體進(jìn)入速度會導(dǎo)致大顆粒粉塵粉碎提高了細(xì)粉塵的濃度大大增加了除塵器除塵難度。同時(shí)，氣體流速太高，也會使氣體的湍急程度增加，讓二次夾帶更加嚴(yán)重，也會使易于聚集在一起的細(xì)小顆粒難以吸附在一起。
取一個合適的值，既可以提高旋風(fēng)除塵器的使用壽命又環(huán)保，同時(shí)也可以降低進(jìn)口速度所所使用的動力。由資料查得的合適范圍為10~20m/s。
（2） 黏度與除塵效率的關(guān)系
臨界粒徑和黏度的平方根成正比，而且除塵器的除塵效率會隨著氣體粘度的增加而降低，但是一般我們不考慮黏度對除塵器壓力的影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，所通過氣體的黏度會增大，除塵效率就降低。
黏度對除塵效率的影響計(jì)算公式（氣體流量唯一常數(shù)，且任務(wù)書要求Q為4500m/s）式為：
（12）
式中：
—分別為a、b條件下的 %；
—分別為a、b條件下的。
（3）含塵濃度和除塵效率的關(guān)系
當(dāng)氣體中含塵濃度增加時(shí)，細(xì)小顆粒易聚集在一起而被捕集，從而提高了除塵效率。下式為總除塵效率隨含塵濃度的估算計(jì)算式
式為：
（13）
式中：
——為a、b條件下的，單位。
粉塵濃度為時(shí)，壓力損失可以降低到清潔氣體近60%，濃度增加到時(shí)，壓力損失較少。但超過了時(shí)候，會有較大的壓力損失。下式可以計(jì)算含塵氣體濃度對壓力損失的影響。
式為：
（14）
式中：
—的壓力損失，單位Pa；
—的壓力損失，單位Pa；
C—進(jìn)口粉塵的濃度，單位。
（4）固體粉塵對除塵器影響的物理性質(zhì)
固體粉塵的物理性質(zhì)包括密度，粒徑、分散度、安息角、濕潤性、粘附性和摩擦性。以下包括集中對除塵器除塵效率影響較大的物理性質(zhì)。
①粒徑d對旁路式旋風(fēng)塵器性能有較大影響。
②粉塵密度有堆積密度和真密度兩種，同時(shí)因?yàn)轭w粒直徑與顆粒密度的平方根成反比。故密度越大，除塵效率越高。
③分散度也固體粉塵的一個重要物理性質(zhì)。也稱為粒徑的分布程度，在評價(jià)除塵器性能與除塵器的基本條件必須要掌握粉塵的危害程序。
3 旁路式旋風(fēng)除塵器的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇
3.1 旁路式旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)尺寸的確定
3.1.1 除塵器型式的選擇
本次設(shè)計(jì)為旁路式旋風(fēng)除塵器，旁路式旋風(fēng)除塵器是一種高效旋風(fēng)除塵器，又稱為C 型旋風(fēng)除塵器。旁路式旋風(fēng)除塵器采用的是雙旋渦氣流原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的除塵器。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入除塵器后，上、下兩股氣流在高速旋轉(zhuǎn)并形成雙旋渦運(yùn)動，粉塵在雙旋渦運(yùn)動界面分離，粗顆粒從旁路分離室分離，剩下粉塵通過下旋渦氣流進(jìn)入灰斗，細(xì)顆粒粉塵則隨著上旋氣流螺旋向上，最后隨著上旋氣流進(jìn)入旁路分離室與內(nèi)部氣流匯合，凈化的氣流則由排氣管排出。
旁路式旋風(fēng)除塵器有很多種類型此次采用的是XLP型旁路式旋風(fēng)除塵器，XLP型旁路式旋風(fēng)除塵器按照外部的螺旋形旁路分離室也可以分為兩類，分別是XLP/A型和XLP/B型。A型的除塵器螺旋分離室呈半螺旋形且外形為雙錐體而b型呈全螺旋形，且具有較長錐體和較小圓錐角的單錐體。在實(shí)驗(yàn)過后總結(jié)發(fā)現(xiàn)，同樣條件下，A型的效率要高于B型，但是會出現(xiàn)氣流阻力過大的情況。所以綜合考慮，此次設(shè)計(jì)將選用XLP/B型旁路式旋風(fēng)除塵器，因?yàn)樵谕鹊那闆r下，雖然A型效率要高但是B型旁路式旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，易于裝配，適用于大部分工業(yè)情況。
3.1.2 選定進(jìn)口風(fēng)速
由化工設(shè)備全書-除塵設(shè)備查圖3-77可得，當(dāng)進(jìn)口風(fēng)速越大，除塵效率越大但是壓力損失也就越大，經(jīng)過反復(fù)研究選取 ，此時(shí)的除塵效率最好。
3.1.3 計(jì)算并選取旁路式旋風(fēng)除塵器的各部分尺寸：
下表為幾種典型除塵器尺寸關(guān)系，從中選取合適的比例關(guān)系，計(jì)算相應(yīng)的零部件尺寸。
表2 常用旋風(fēng)除塵器幾何尺寸的比例關(guān)系
項(xiàng)目
比例關(guān)系
—
b
（0.2~0.25）
a
（0.4~0.75）
（0.3~0.5）
（0.3~0.75）
h
（1.5~2.0）
H-h
α
（2.0~2.5）
13o ~ 15o
（1）計(jì)算并確定進(jìn)風(fēng)口的進(jìn)口面積Fj
取，則
（2）計(jì)算并確定圓柱筒體直徑與長度
計(jì)算確定筒體直徑D0
由表2查得：， 取
所以。
且符合上面所述的筒體直徑應(yīng)在以上。
則取D0 = 0.80m。
計(jì)算并確定筒體長度h：
由表2查得：
選取系數(shù)1.7，取
在考慮占地和材料等方面考慮，確定可取h = 1.36m。
（3）計(jì)算并確定錐體灰口直徑和長度
計(jì)算并確定排灰口直徑：
由表2查得：
選取系數(shù)0.39，則；
故確定D2 = 0.31m 。
計(jì)算并確定錐體長度：
由表2查得:;
選取系數(shù)2.5；則。
在允許的情況下，錐體長度越長，除塵效率越高。
故確定高度為2.00m 。
（4）計(jì)算并確定排氣出口管直徑和插入深度
計(jì)算并確定插入深度：
由表2查得：
選取系數(shù)0.4，,則。
確定并計(jì)算排氣管直徑de；
由表2查得：
選取系數(shù)0.4，,則。
（5）確定旋風(fēng)除塵器的高度
計(jì)算并確定旋風(fēng)除塵器高度
由于；
且；
故。
旋風(fēng)除塵器自然長度l
式為：
（15）
則
自然長度僅是初始長度，不能代表高度，確定高度為3.6m。
3.2 旁路式旋風(fēng)除塵器強(qiáng)度的各種校核
3.2.1 筒體錐體的強(qiáng)度校核
確定參數(shù)
設(shè)計(jì)壓力： ，為，由《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附錄1（主編譚蔚）查表可得：。
計(jì)算并確定壁厚
由《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式（表3-12），查得圓筒的計(jì)算壁厚公式
式為:
（16）
式中：
為，單位mm；
為，單位mm；
為壓力，單位MPa；
為圓通內(nèi)徑，單位mm；
為在下筒體材料的許用應(yīng)力，單位MPa；
為系數(shù)；
C為附加量，單位mm；
而且
式中：
—負(fù)偏差，mm；
—，mm。
表3 焊接接頭系數(shù)
無損檢測的長度比例
焊接接頭形式
全部
局部
雙面焊對接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對接接頭
1.0
0.85
單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板）
0.9
0.8
該除塵器皆用單面焊對接接頭根據(jù)表4，故取0.9。
表4 鋼板負(fù)偏差 （mm）
名稱
數(shù)據(jù)
鋼板厚度
2.5
2.8~3.0
3.8~4
4.5~5.5
負(fù)偏差
0.15
0.16
0.2
0.2
壁厚附加量是指在滿足強(qiáng)度要求的前提下，計(jì)算出的壁厚之外，同時(shí)也要考慮其他因素所增加的壁厚量，包括鋼板負(fù)偏差和腐蝕裕量。即：
C = C1 + C2
在腐蝕速度小于時(shí)，低合金鋼和碳素鋼管在雙面腐蝕與單面腐蝕的情況下分別取。當(dāng)腐蝕速度大于0.05mm/a時(shí)，單面腐蝕和雙面腐蝕分別取。在實(shí)際的工作環(huán)境中是要求為長時(shí)間的工作時(shí)間，保持壁厚太薄而引起主體部件破碎，所以要選擇合理壁厚。此次設(shè)計(jì)取，由上表5，取負(fù)偏差。
取整后，又因?yàn)樘妓劁摵偷秃辖痄摬恍璐笥谟?mm并且且高合金鋼不能小于2mm。本次設(shè)計(jì)所選用材料為Q235-C的碳素鋼，在實(shí)際生產(chǎn)中碳素鋼易生銹而且旁路式旋風(fēng)除塵器的使用壽命一般在十年以上所以要求壁厚必須大于3mm。所以取4mm。綜合初次可采用為4mm厚的Q235-C碳素鋼鋼板作為此次設(shè)計(jì)的主要材料。
除塵器內(nèi)部氣壓強(qiáng)度的校核
：
(17)
，所以符合強(qiáng)度要求。
排氣管的校核
對于的圓柱筒：
設(shè)：
查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖5-5，，由附表2查得：碳素鋼在180度時(shí)彈性模量為， 。驗(yàn)證許用外壓[p]需大于設(shè)計(jì)壓力p即可。
《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》書中計(jì)算外壓力公式：
根據(jù)上述可知,符合所設(shè)計(jì)要求。
材料選擇
本次設(shè)計(jì)除塵器的工作壓力為0.18MPa和溫度180度，除塵效率要在80%以上，進(jìn)口粉塵濃度：95g/m3（標(biāo)）。根據(jù)這些參數(shù)要求，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第四版表8-30查得，選用Q-235C作為實(shí)體材料較為合適。
3.2.2 支座選擇與計(jì)算
旁路式旋風(fēng)除塵器為立式容器。立式容器的支座一般分為三種，包括耳式支座（又稱為懸掛式支座）、裙式支座和支承式支座。通過上述計(jì)算得到，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》書中表13-5得，可選用AN型吊耳式支座1：其中選用Q235A為支座材，且設(shè)計(jì)的支座需要在支座允許載荷之內(nèi)，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》書中表13-5得：允許載荷[Q]Max=10KN。
當(dāng)，且圓筒形立式容器，其每個支座實(shí)際承受的載荷可用下列計(jì)算式計(jì)算
式為：
（18）
式中：
為，（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)量），單位kg；
g為，取9.8m/s；
為，單位N；
為，單位mm；
Q為支座實(shí)際承受的載荷，單位KN；
D為，單位mm；
h為，單位mm；
K ，安裝三個支座時(shí)候，；3個以上時(shí)，；
n為支座數(shù)量，單位（個）；
為螺栓查得計(jì)算公式為：
（19）
P為水平力，水平風(fēng)載荷和水平地震力的組合兩者中，選取最大者，單位N。
其中：
（20）
（21）
式中：
為，由下表選取；
為，單位mm；
為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，不高于取1.0；
為，單位mm；
為10m高度處的，單位。
表5 地震影響系數(shù)
地震烈度
7
8
9
最大地震加速度
0.1g
0.15g
0.2g
0.3g
0.4g
0.08
0.12
0.16
0.24
0.32
偏心載荷：
設(shè)備總質(zhì)量取， ，則水平地震力為：
風(fēng)壓高度變化系數(shù)取，則為：
由于，所以取。
取支座個數(shù)個，均勻系數(shù)；；水平力作用點(diǎn)到底板的高度。
由上述條件求出：
，所以選用AN型耳式支座1符合要求。
3.2.3 支腿的強(qiáng)度校核
選定支腿所用材料為Q235B碳素鋼，、，由靜力平衡方程，求出支反力：
（22）
：
Q=2817.50 (0
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