第三章 局部排风罩

全面通风是车间内全面进行通风换气 以便稀释车间内的空气 达到职业卫生标准 全面通风适合于尘源不固定场所 实际起到稀释作用 全面通风需要注意的两个问题 全面通风换气计算 全面通风换气量 风平衡 热平衡的计算 气流组织原则 进风 排风 风口型式 局部机械通风是对厂房内的尘源进行通风除尘 使局部作业环境得到改善 是目前工业生产中控制粉尘扩散 消除粉尘危害的最有效的一种办法 局部机械通风是通过各种吸尘罩实现的 吸尘罩是局部机械通风的关键部件 第三章局部排风罩 第一节概述第二节密闭罩第三节柜式排风罩第四节外部吸气罩第五节热源上部接受式排风罩第六节槽边排风罩第七节空气幕第八节吹吸式排风罩 通风手段 良好 空气 环境 排污 除热湿 送风 吹 射流 排风 吸 汇流 吹与吸有着本质的区别排风罩吸尘罩 基本要求 1 掌握局部排风罩的类型 结构原理 特点 以及各排风罩的用途 2 了解各种排风罩的结构参数及排风量的计算方法 3 了解排风罩吸气口风流的运动规律 风流结构和风速分布及其分析方法 排风罩的分类及技术条件 GB T16758 1997 为提高排风罩对尘毒等有害物源的控制效果并使排风罩的分类及技术条件的表示方法规范化特制定本标准本标准规定了排风罩的术语分类设计原则技术要求和测定方法本标准的附录是标准的附录本标准由中华人民共和国劳动部提出本标准由全国防尘防毒工程标准化技术委员会归口本标准负责起草单位首都经济贸易大学参加起草单位同济大学苏州职业工程公司本标准主要起草人苏汝维许邦令司步云郭爱清郭建中 ICS 中华人民共和国国家标准GB 20 部分代替 GB16297 1996GB8978 1996合成革工业污染物排放标准Emissionstandardforpollutantsfromsyntheticindustry 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条文 与本标准同效 凡是注年号的引用文件 其随后所有的修改单 不包括勘误的内容 或修订版均不适用于本标准 然而 鼓励有关方研究是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件 其最新版本适用于本标准 GBZ T160 62 2004工作场所空气有毒物质测定酰胺类化合物GB T16758 1997排风罩的分类及技术条件GB T16157 1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 exhausthood 局部排风罩是机械排风和除尘系统的重要组成部分 对保证通风 除尘效果起着举足轻重的作用局部排风罩 简称排风罩 是各种类型排风罩的统称 排风罩的种类很多 其分类方法各种文献和著述不尽相同 有的按作用原理分 有外部吸气罩 接受式排风罩和吹吸式排风罩等 有的按罩子形式分 有密闭罩 伞形罩 柜式排风罩 排风柜 和槽边排风罩等 有的按结构型式及密闭范围分 有局部密闭罩 整体密闭罩和大容积密闭罩等 一 局部排风罩的作用是捕集有害物 控制污染气流的运动 防止有害物向室内空气扩散 排风罩控制有害物的效果主要取决于排风罩的结构参数 排风罩吸口的风流运动规律 包括风流结构和风速分布 和排风量这三个因素 因此 学习本章内容过程中 要抓住每一种排风罩的这三个因素的分析计算方法和这三个因素之间的相互关系 局部排风排风罩类型 结构原理和特点排气量计算排风罩结构参数计算 3 1概述 二 排风罩的类型及其特点 1 密闭罩 污染源全部密闭在罩内 其特点是排风量小 控制有害物的效果好 不受环境气流影响 但影响操作 主要用于有害物危害较大 控制要求高的场合 2 柜式排风罩 有一面敞开的工作面 其它面均密闭 敞开面上保持一定的吸风速度 以保证柜内有害物不逸出 主要用于化学实验室操作台等污染的通风 3 外部吸气罩 罩位于有害源附近 依靠罩口的抽吸作用将有害物吸入罩内 对于生产操作影响小 安装维护方便 但排风量大 控制有害物效果相对较差 主要用于因工艺或操作条件的限制 不能将污染源密闭的场合 4 接受式排风罩 排风罩口直接对着具有一定速度的有害物混合气流的运动方向 由于有害物混合气流的定向运动 罩口排风量只要能将有害物排走即可控制有害物的扩散 主要用于热工艺过程 砂轮磨削等 有害物具有定向运动的污染源的通风 5 吹吸式排风罩 由吹出射流和外部吸气罩组合成 相同条件下 排风量比外部排风罩的少 抗外界干扰气流能力强 控制效果好 不影响工艺操作 但增加了射流系统 主要用于因生产条件限制 外部吸气罩离有害物源较远 仅靠吸风控制有害物较困难的场合 三 排风罩设计原则 为了保证使所设计局部排风罩能有效地捕获有害物 设计时应遵循以下原则 1 局部排风罩应尽可能包围或靠近有害物发生源 使有害物局限于较小的空间 尽可能减小其吸气范围 便于捕集和控制 2 排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致 3 已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区 设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围 4 排风罩应力求结构简单 造价低 便于制作安装和拆卸维修 5 和工艺密切配合 使局部排风罩的配置与生产工艺协调一致 力求不影响工艺操作 6 要尽可能避免或减弱干扰气流如穿堂风 送风气流等对吸气气流的影响 近 封 顺 便 通局部排风罩的结构虽不十分复杂 由于各种因素的相互制约 要同时满足上述要求并非易事 设计人员应充分了解生产工艺 操作特点及现场实际 设计原则 近 近不近大改观封 封不封是关键顺 顺不顺变个样便 便不便要问用通 通不通在于风 局部排风罩有哪五种基体类型 它们的各自特点如何 局部排风罩按其作用原理和功能特点 可划分为下列五种基体类型 1 密闭罩 污染源全部密闭在罩内 其特点是排风量小 控制有害物的效果好 不受环境气流影响 但影响操作 主要用于有害物危害较大 控制要求高的场合 2 柜式排风罩 有一面敞开的工作面 其它面均密闭 敞开面上保持一定的吸风速度 以保证柜内有害物不逸出 主要用于化学实验室操作台等污染的通风 3 外部吸气罩 罩位于有害源附近 依靠罩口的抽吸作用将有害物吸入罩内 对于生产操作影响小 安装维护方便 但排风量大 控制有害物效果相对较差 主要用于因工艺或操作条件的限制 不能将污染源密闭的场合 4 接受式排风罩 排风罩口直接对着具有一定速度的有害物混合气流的运动方向 由于有害物混合气流的定向运动 罩口排风量只要能将有害物排走即可控制有害物的扩散 主要用于热工艺过程 砂轮磨削等 有害物具有定向运动的污染源的通风 5 吹吸式排风罩 由吹出射流和外部吸气罩组合成 相同条件下 排风量比外部排风罩的少 抗外界干扰气流能力强 控制效果好 不影响工艺操作 但增加了射流系统 主要用于因生产条件限制 外部吸气罩离有害物源较远 仅靠吸风控制有害物较困难的场合 3 2密闭罩 1 密闭罩的工作原理密闭罩的结构及工作原理见图所示 它把有害物源全部密闭在罩内 在罩上设有工作孔 从罩外吸入空气 罩内污染空气由上部排风口排出 它只需较小的排风量就能有效控制有害物的扩散 排风罩气流不受周围气流的影响 它的缺点是 影响设备检修 有的看不到罩内的工作状况 主要用于有害物危害较大 控制要求高的场合 一 密闭罩的形式 2 密闭罩的形式 用于产尘设备的密闭罩称为防尘密闭罩 防尘密闭罩随工艺设备及其配置的不同 形式是多样的 按照它和工艺设备的配置关系 密闭罩可分为局部密闭罩 整体密闭罩和大容积密闭罩三种基本形式 还可分为 固定式和移动式罩的结构形式及结构参数应根据生产设备的工作特点 操作方法 产尘部位及溅射方向和扩散范围等因素来确定 经验性较强 1 局部密闭罩局部产尘点进行密闭 产尘设备及传动装置留在罩外 便于观察和检修 罩的容积小 排风量少 经济性好 适用于含尘气流速度低 连续扬尘和瞬时增压不大的扬尘点 2 整体密闭罩产尘设备大部或全部密闭 只有传动部分留在罩外 适用于有振动或台尘气流速度高的设备 3 大容积密闭罩 密闭小室 见振动筛的密闭小室 振动筛 提升机等设备全部密闭在小室内 工人可直接进入小室检修和更换筛网 密闭小室容积大 适用于多点产尘 阵发性产尘 含尘气流速度高和设备检修频繁的场合 它的缺点是 占地面积大 材料消耗多 根据工艺设备的操作特点 密闭罩有固定式和移动式两种型式 图所示是用于小型振动落砂机的固定式密闭罩 图所示是大型振动落砂机上的移动式密闭罩 砂箱落砂前 由电动机驱动 使移动罩右移 把大型砂箱用吊车安放在落砂机上 移动罩向左移动 使砂箱密闭在罩内 然后开动风机和落砂机进行落砂 二 排风口的位置确定 1 排风口位置确定的原则排风口位置应根据生产设备的工作特点及含尘气流运动规律确定 影响密闭罩内粉尘等有害物外逸的主要因素是罩内正压 因此 尘源密闭后 要防止粉尘外逸 还需通过排风消除罩内正压 所以 排风口位置确定的原则是 排风口应设在罩内压力最高的部位 以利于消除正压 不应在含尘气流浓度高的部位或飞溅区内 2 影响罩内正压形成的主要因素 1 机械设备运动 圆筒筛在工作过程中高速转动时 会带动周围空气一起运动 造成一次尘化气流 高速气流与罩壁发生碰撞时 把自身的动压转化为静压 使罩内压力升高 2 物料运动所示为皮带运输机转落点的工作情况 物料的落差较大时 高速下落的物料诱导周围空气一起从上部罩口进入下部皮带密闭罩 使罩内压力升高 物料下落时的飞溅是造成罩内正压的另一个原因 为了消除下部密闭罩内诱导空气的影响 物料的落差大于1m时 应在下部进行抽风 同时设置宽大的缓冲箱以减弱飞溅的影响 所示为皮带运输机转落点的工作情况 物料的落差较大时 高速下落的物料诱导周围空气一起从上部罩口进入下部皮带密闭罩 使罩内压力升高 物料下落时的飞溅是造成罩内正压的另一个原因 为了消除下部密闭罩内诱导空气的影响 物料的落差小于1m时 物料诱导的空气量较小 可在上部设置排风口 所示是发生飞溅时的情况 由于局部气流飞溅速度较高 采用抽风的方法无法抑止这种局部高速气流 正确的预防方法是避免在飞溅区域内有孔口或缝隙 所示是发生飞溅时的情况 由于局部气流飞溅速度较高 采用抽风的方法无法抑止这种局部高速气流 正确的预防方法是或者设置宽大的密闭罩 使尘化气流在到达罩壁上的孔口前速度已大大减弱 3 罩内外温度差所示是斗式提升机 当提升机提升高度较小 输送冷料时 主要在下部的物料受料点造成正压 可在下部设排风点 斗式提升机 当提升机输送热的物料时 提升机机壳类似于一根垂直风管 热气流带着粉尘由下向上运动 在上部形成较高的热压 因此当物料温度为50 150 时 要在上 下同时排风 物料温度大于150 时只需在上部排风 3 排风速的确定 为了避免把过多的物料或粉尘吸入通风系统 增加除尘器的负担 排风口不应设在含尘气流浓度高的部位或飞溅区内 罩口风速不宜过高 通常根据粉尘颗粒大小按下列确定 筛落的极细扮尘 v 0 4 0 6m s粉碎或磨碎的细粉 v 2m s粗颗粒物料 v 3m s 三 排风量的计算 从理论上分析 密闭罩的排风量可根据进 排风量平衡确定 即L L1 L2 L3 L4m3 s 4 2 1 式中L 密闭罩的排风量 m3 s L1 物料下落时带入罩内的诱导空气量 m3 s L2 从孔口或不严密缝隙吸入的空气量 m3 s L3 因工艺需要鼓入罩内的空气量 m3 s L4 在生产过程中因受热使空气膨胀或水分蒸发而增加的空气量 m3 s 在上述因素中 L3取决于工艺设备的配置 只有少量设备如自带鼓风机的混砂机等才需考虑 L4在工艺过程发热量大 物料含水率高时才需考虑 如水泥厂的转筒烘干机等 在一般情况下 公式 4 2 1 可简化为L L1 L2 4 2 2 对不同的设备 它们的工作特点 密闭罩的结构型式及尘化气流的运动规律各不相同 难以用一个统一的公式进行风量计算 目前大多按经验数据或经验公式确定 设计时可参考有关手册 其中的L2可按下式计算 式中F 孔口及缝隙总面积 m2 P 防止有害物外逸 罩内的最小负压值 Pa 要减少防尘密闭罩的局部排风量 应尽可能减小工作孔或缝隙面积 并设法限制诱导空气随物料一起进入罩内 小结 按照工作原理的不同 局部排风罩可分为哪几种基本形式 按照工作原理的不同 局部排风罩可分为以下几种基本形式 密闭罩 柜式排风罩 通风柜 外部吸气罩 包括上吸式 侧吸式及槽边排风罩等 接受式排风罩 吹吸式排风罩防尘密闭罩按照它和工艺设备的关系可分为 局部密闭罩 整体密闭罩 大容积密闭罩根据工艺设备的操作特点 密闭罩有固定式和移动式两种 对密闭罩的排风口位置及其风速有何规定 密闭罩的排风口位置及其风速确定 与罩内气流速度 有害物飞溅状况 粉尘颗粒大小 以及罩内压力分布等因素有关 排风口应设在罩内压力最高的部位 不应设在含尘气流浓度高的部位或飞溅区内 排风口的速度 对于极细的粉尘应控制在0 4 0 6m s间 对于较粗物料粉尘应不大于2 3m s 密闭罩排风量为由物料或工艺设备带入罩内的空气量和由孔口或不严密缝隙吸入的空气量之和 3 3柜式排风罩 柜式排风罩的结构和密闭罩相似 由于工艺操作需要 罩的一面可全部敞开 1 柜式排风罩的结构与原理 柜式排风罩的工作原理根据操作空间大小要求不同可做成小型通风柜或大型的室式通风柜 小型通风柜适用于化学实验室 小零件喷漆等 大型的室式通风柜 操作人员在柜内工作 主要用于大件喷漆 粉料装袋等 防止柜内有害物从敞开面向外扩散的作用力 是在敞开面上形成一定的控制风速 控制风速的形成可以依靠抽吸作用 也可以依靠吹吸联合作用来实现 通风柜孔口的速度分布状况对排除有害物的效果有很大影响 如果速度分布不均匀 有害物就有可能从风速低的部位向室内扩散 因此 在确定通风柜的结构形式及参数时 应尽可能使孔口速度分布均匀 2 柜式排风罩的类型 根据气流的运动特点 柜式排风罩分为吸气式和吹吸式两类 1 吸气式柜式排风罩吸气式通风柜单纯依靠排风的作用 在工作孔上造成一定的吸入速度 防止有害物外逸 通风柜上工作孔的速度分布对其控制效果有很大的影响 如速度分布不均匀 污染气流会从吸入速度低的部位逸入室内 所以 应根据柜内有害气体的产生特点 布置合理的吸风口 冷过程通风柜对于冷过程的通风柜 因有害物容易积在下部 应将吸风口布设在通风柜的下部 才能有效地控制有害物 否则 如果将吸风口布设在上部 这时 由于工作孔上部的吸入速度为平均流速的150 而下部仅为平均流速的60 积在下部的有害气体就会从下部逸出 热过程通风柜对于产热量较大的工艺过程 与冷过程正好相反 因柜内有害物热气流要向上浮升积在上部 应将吸风口布设在通风柜的上部 才能有效地控制有害物 见图a所示 否则 如果将吸风口布设在通风柜的下部 有害气体就会从上部逸出 这是不合理的布设 如图b所示 a b 不稳定过程通风柜对于发热量不稳定的过程 可在上下均设排风口 随柜内发热量的变化 调节上 下排风量的比例 使工作孔的速度分布比较均匀 2 送 吹 吸式柜式排风罩 这类柜式排风罩依靠送风或吹风与抽吸风的共同作用控制有害物的逸出 送风式通风柜送风式通风柜的排风量 有70 左右由上部送风口采用室外空气供给 其余30 从室内流人罩内 在需要供热 冷 的房间内 设置送风式排风柜可节能60 左右 吹吸通风柜吹吸联合工作的通风柜 可以隔断室内干扰气流 防止柜内形成局部涡流 使有害物得到较好控制 二 排风量的计算 排风量的计算原则是 保证排风量满足孔口吸入风速达到控制风速的要求 排风量L按下式计算 L L1 F m3 s 4 3 1 式中L1 柜内污染气体的发生量 m3 s 工作孔口上的控制风速 m s F 工作孔口及缝隙总面积 m2 安全系统 1 1 1 2 对于化学实验室用的通风柜 工作孔上的控制风速可按表4 3 1确定 对于某些特定的工艺过程 其控制风速可参照表4 3 2确定 表4 3 1通风柜的控制风速 表4 3 2排风柜的控制风速 柜式排风罩 即通风柜 的特点及基本形式 柜式排风罩有一面敞开的工作面 其它面均密闭 敞开面上保持一定的吸风速度 以保证柜内有害物不逸出 主要用于化学实验室操作台等污染的通风 通风柜的基本形式有 上吸气式 用于热过程 下吸气式 用于冷过程且有害物的密度较大 上下吸气式 用于发热量不稳定的过程 和送吸混合式 用于采暖或空调房间 通风柜的结构形式和结构参数根据具体生产条件而定 通风手段进行除尘 一般采取局部排风 局部排风罩 捕集有害物的装置 净化 除尘器 净化有害气体和粉尘 通风动力系统 通风管道 通风机 卫生标准 排放标准 前沿阵地 基本型式密闭罩通风柜吸气罩接受罩吹吸罩 设计原则总 气流组织规律近 近不近大改观封 封不封是关键顺 顺不顺变个样便 便不便要问用通 通不通在于风 密闭罩通风柜 密闭 负压 排风 压力高避开含尘浓度高 飞溅区控制风速 减少排风量 根据工艺设备的配置及操作特点选型 柜式排风罩有一面敞开的工作面 其它面均密闭 敞开面上保持一定的吸风速度 以保证柜内有害物不逸出 吸气罩接受罩 伞形罩 上下侧 罩口截面形状与尘源的投影相似 设置位置 射流与汇流对比送风口的气流流动 自由射流 空气从直径为d0的喷口以U0的速度 射入到房间体积比射流体积大得多的空间介质中并在其内扩散 在不受周界表面限制的条件下形成的射流即为 排 回 风口的气流流动 在排 回 风口的附近为负压 周围空气自由流向风口 近似于流体力学中的汇流 汇流的规律 在距汇点不同距离的各等速面球面上流量相等 即有 在汇流作用范围内 随着离开汇点距离的增大 任意两点间的流速与距汇点的距离平方 排 回 风口速度衰减快的特点 决定了排 回 风口的作用范围很小 汇流与射流的比较 P53 对于汇流的汇点 假定流动没有阻力损失 吸风口的作用面是球面 对于实际的排 回 风口 风口总是有一定的大小 空气流动也是有阻力的 故吸风区内空气流动的等速面是椭球面 3 4外部吸气罩 外部吸气罩的工作状态如图所示 为保证有害物全部吸入罩内 必须在距吸气口最远的有害物散发点 即控制点 上造成适当的空气流动 控制点的空气运动速度称为控制风风速 也称吸入速度 一 外部吸气罩的基本形式 这样就向我们提出一个问题 外部吸气罩需要多大的排风量L 才能在距罩口x米处造成必要的控制风速vx 要解决这个问题 必须掌握L和vx之间的变化规律 由于外部吸气罩的形式不同 风速分布规律也不同 排风量计算也不完全一样 因此我们首先需要了解外部吸气罩的类型 可从不同的角度对外部吸气罩进行分类 通常按下列三种方法划分 1 按罩前有无障碍分根据罩口前气流所受的约束情况不同 外部吸气罩分为前面无障碍的外部吸气罩和前面有障碍的外部吸气罩两类 2 按布置方式分根据外部吸气罩的安装情况不同 可分为悬挂式和侧吸式 3 按罩口形状分根据外部吸气罩的罩口形状不同 可分为圆形罩 矩形罩和条缝罩 前面无障碍 前面有障碍 二 排风量计算的控制风速法 1 空间点汇根据流体力学 位于自由空间的点汇气口的排风量为 式中v1 v2 点1和点2的空气流速 r1 r2 点1和点2至吸气口的距离 吸气口设在墙上时 吸气范围受到限制 它的排风量为 可见 吸气口外某一点的空气流速与该点至吸气口距离的平方成反比例 而且它是随吸气口吸气范围的减小而增大的 因此设计时罩口应尽量靠近有害物源 并设法减小其吸气范围 2 吸口风流运动过程 实际采用的排风罩都是有一定面积的 不能看作一个点 因此不能把点汇吸气口的流动规律直接应用于外部吸气罩的计算 吸口风流运动过程见图所示 污染源散发出的污染物颗粒有一个飞扬的速度 同时 由于受到吸气罩抽吸作用产生吸入风速 这个吸入风速应大于控制风速 才能将有害物吸入 因此 应保证吸气罩在控制点上的吸入风速大于控制风速 图所示为通过实验求得的四周无法兰边的圆形吸气口速度分布图 四周有法兰边的圆形吸气口速度分布图 上述速度分布图中 横坐标是x d 其中x为某一点距吸气口的距离 d为吸气口的直径 等速面的速度是以吸气口流速的百分数表示 根据实验结果所得的速度分布图 可得吸口风速分布规律的数学表达式 3 吸口的风速分布规律 吸口的风速分布规律与吸气罩的形状 周围障碍等因素有关 一般通过实验求得 为了获得吸口的风速分布规律 很多人曾对各种吸气口的气流运动规律进行了大量的实验研究 公式是根据吸气口的速度分布图得出的 仅适用于x 1 5d的场合 当x 1 5d时 实际的速度衰减要比计算值大 4 控制点的控制风速确定vx的值与工艺过程和室内气流运动情况有关 一般通过实测求得 如果缺乏现场实测的数据 设计时可参考表4 4 1确定 表4 4 1控制点的控制风速vx 5 排风量计算 根据实验所取得的吸口风速分布规律的数学表达式 就可确定吸气口的排风量计算公式 1 前面无障碍四周无边的圆形吸气口的排风量可按下列公式计算 L v0F 10 x2 F vxm3 s 4 4 5 2 前面无障碍四周有边的圆形吸气口的排风量可按下列公式计算 L v0F 0 75 10 x2 F vxm3 s 4 4 6 3 工作台上侧吸罩的排风量设在工作台上的侧吸罩如图4 4 5所示 可以把它看成是一个假想的大排风罩的一半 则假想的大排风罩的排风量L 为 L 10 x2 2F vxm3 s那么 实际排风罩的排风量应为假想排风罩排风量L 的一半 即 上式中F为实际排风罩的罩口面积 m2 该式只适用于x 2 4的场合 根据国内外学者的研究 法兰边总宽度可近似取为罩口宽度 超过上述数据时 对罩口的速度场分布没有明显影响 对长宽比不同的矩形吸气口的速度分布进行综合性的数据处理 可得出图4 4 6所示的吸气口速度分布计算图 图4 4 5工作台上侧吸罩 图4 4 6矩形吸气口速度计算图 4 条缝罩排风量对于b a 0 2的条缝形排风口 目前国内外的工业通风手册都沿用下列计算公式 自由悬挂无法兰边 L 3 7lxvxm3 s自由悬挂有法兰边或无法兰边设在工作台上 L 2 8lxvxm3 s 5 前面有障碍的外部吸气罩排风量排风罩如果设在工艺设备上方 由于设备的限制 气流只能从侧面流入罩内 罩口的流线受到前面障碍物的制约 见f4 4 2所示 为了避免横向气流的影响 要求H尽可能小于或等于0 3a 罩口长边尺寸 前面有障碍的外部吸气罩排风量按下式计算 L KPHvxm3 s 4 4 11 式中P 排风罩口敞开面的周长 m H 罩口至污染源的距离 m vx 边缘控制点的控制风速 m s K 考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数 通常取K 1 4 f4 4 2 上述各排风量计算方法的核心是边缘控制点上的控制风速 故该计算方法称为控制风速法 控制风速法计算排风量的依据是实验求得的排风罩口速度分布曲线 这些曲线是在没有污染气流的情况下求得的 当污染体发量L1 0时 外部吸气罩的排风量应为 L L1 L2 其中L1为污染气体发生量 L2为从罩口周围吸入的空气量 6 改善吸口吸入特性的措施 为了改善吸气罩吸口的吸入特性 提高吸气效果 可采取以下措施 1 在排风罩口四周增设法兰边 可使排风量减少25 左右 2 加挡板为了减少横向气流的影响和罩口的吸气范围 工艺条件允许时在罩口四周设固定或知动挡板 2 优化排风罩的结构参数罩口上的速度分布对排风罩性能有较大影响 扩张角 直接影响罩口速度分布和阻力 综合结构 速度分布 阻力三方面的因素 角应尽可能小于或等于60 3 大罩口的辅助措施当罩口平面尺寸较大时 可采取以下措施改善吸入特性 把一个大排风罩分割成几个小排风罩 把罩内设挡板 在罩口上设条缝口 要求条缝口风速在10m s以上 静压箱内的速度不超过条缝口速度的0 5 在罩口设气流分布板 加活动挡板法 化整法 内挡板法 条缝口法 均风板法 三 排风量计算的流量比法 控制风速法计算外部吸气罩的排风量 主要适用于L1 0的冷过程 如低温敝口槽 手工刷漆 焊接等 对于罩有污染气流产生 即L1 0的情况下 控制风速法就不适用 因为如果仍用控制风速法计算 边缘控制点上的实际控制风速将小于设计的控制风速 有害物可能逸入室内 所以 在罩内有污染气流产生的情况下 可采用流量比法计算排风量 1 流量比法流量比法是以污染气体生量L1为基础进行计算的 周围空气吸入量L2与污染气体发生量L1的比值称为流量比 用K表示 即K L2 L1 显然 排风罩的排风量L为 L L1 L2 L1 1 L2 L1 L1 1 K 对于确定的L1 不断加大排风量L时 周围空气吸入量L2增大 K值也随之增大 当K值增大到一定值时 所有污染气体全部被排风罩排走 污染气体刚好全部被罩排走 即不发生污染逸出 时的流量比K称为极限流量比 用KL表示 即KL L2 L1 limit 排风量的计算 L L1 1 m KL L1 1 KD 式中m 考虑干扰气流影响的安全系数 KD 设计流量比 KD mKL 根据上述确定排风罩排风风量的方法就称为流量比法 2 极限流量比KL的分析与确定 极限流量比KL的分析与确定有两种方法 即流体力学的气流合成分析法和实验法 由于排风过程复杂 影响因素多 因此 目前的理论解算得出的结论还只能作为定性分析 实际设计计算中的KL值均通过实验研究确定 人们已对各种排风罩在各种条件下的KL作了实验 得出了相应的KL值 设计时可直接查表获取 根据实验结果 通过无因次分析确定KL的方法步骤如下 1 列出所有可能影响因素有D3 F3 H U E t 其中 t为源气与空气的温差 为法兰边与水平夹角 2 转换成无因次参数首先确定特征参数 E 其它均以特征量为基准 化为无因次参数 即 D3 E F3 E H E U E t 则KL函数 KL f D3 E F3 E H E U E t 图4 4 7上吸式排风罩 3 通过实验确定主要影响参数 KL 影响小 可忽略不计 如图4 4 8所示 D3 E KLD3 E0 2时 影响小 可忽略不计 如图4 4 9所示 图4 4 8 KL的关系曲线 图4 4 9D3 E KL关系曲线 U E KL U E 0时 影响小 可忽略不计 如图4 4 10所示 F3 E KLF3 E 1 5 2时 影响小 可忽略不 如图4 4 11所示 H E KL 近似直线 要求H E 0 7时 如图4 4 12所示 t KL 可用下式表示 KL KL0 3 t 2500 图4 4 10U E KL关系曲线 图4 4 11F3 E KL关系曲线 图4 4 12H E KL关系曲线 4 归纳出计算公式例如 二维上吸排风罩可归纳出如下计算式 KL与污染气体发生量无关 只与污染源和罩的相对尺寸有关 3 流量比法应用注意事项 应用流量比法计算应注意以下几点 1 极限流量比KL的计算式都是在特定条件下通过实验求得的 计算时应注意这些公式的适用范围 由于气流运动的复杂性 流量比法同样有某些不完善之处 如安全系统过大等 有待研究改进 2 流量比法是以污染气体生量L1为基础进行计算的 L1应根据实测的发散速度和发散面积计算确定 如果无法确切计算污染气体发生量 建议仍按控制风速法计算 3 周围干扰气流对排风量有很大影响 在可能条件下应设法减弱它的影响 v0应尽可能实测确定 外部吸气罩排风量计算方法有控制风速法和流量比法 分析它们各自的原理如何 极限流量比法的 L有哪些主要的影响因素 如何影响 控制风速法 就是使排风量在边缘控制点上形成能使有害物吸入罩内的控制风速的方法 这里的控制点就是有害物最难被吸入罩内的点 控制风速是指使有害物吸入罩内的最小风速 流量比法 周围空气吸入量L2与污染气体发生量L1的比值称为流量比 用K表示 即为 K L2 L1 显然 排风罩的排风量L为 L L L2 L1 1 L2 L1 L1 1 K 对于确定的L1 不断加大排风量L时 周围空气吸入量L2增大 K值也随之增大 当K值增大到一定值时 所有污染气体全部被排风罩排走 污染气体刚好全部被罩排走 即不发生污染逸出 时的流量比K称为极限流量比 用KL表示 即KL L2 L1 limit 影响因素 由于排风过程复杂 影响因素多 研究表明 KL与污染气体发生量无关 只与污染源和罩的相对尺寸有关 主要因素有 要给出图示 P41 H E和F3 E H E是影响KL的主要因素 设计时要求H E 0 7 增大F3可减小吸气范围 KL随F3 E的增大而减小 3 5热源上部接受式排风罩 接受罩在外形上虽然和外部吸气罩完全相同 但作用原理不同 在接受罩的罩口外存在定向气流运动 这种气流运动是生产过程本身造成的 接受罩只起接受作用 热源上部的势射流主要有两种形式 一种是生产设备本身散发的热射流如炼钢电炉炉顶散发的热烟气 一种是高温设备表面对流散热时形成的热射流 对于前者必需实测确定 下面对后者进行分析研究 一 热源上部的热射流 当热物体和周围空间有较大温差时 通过对流散热把热量传给相邻空气 周围空气受热上升 形成热射流 对热射流观察发现 在离热源表面 1 2 B B 热源直径 处 通常在1 5B 以下射流发生收缩 在收缩断面上流速最大 随后上升气流逐渐缓慢扩大 可以把它近拟看作是从一个假想点源以一定角度扩散上升的气流 二 热源上部接受罩排风量的计算 理论 排风量 热射流流量罩口尺寸 罩口断面上热射流尺寸实际 罩口尺寸和排风量都必须适当加大 横向气流 1 排风罩口尺寸根据热源上伞形罩的安装高度H 分为低悬罩和高悬罩两类 H 1 5 Ap的称为低悬罩 H 1 5 Ap的称为高悬类 Ap为热设备水平面积 根据实验 H 1 5 Ap高度内 混入热射流内的空气量较少 可忽略不计 而H 1 5 Ap以上的高度 混入热射流内的空气较多 应考虑混入空气的影响 因此 低悬罩和高悬罩的结构参数 气流运动及排风量的分析计算方法有所区别 低悬罩 一矩形热源上部接受罩的安装高度H 5m 矩形热源尺寸为5 3 2m 则它是低悬罩还是高悬罩 1 低悬罩尺寸由于低悬罩位于收缩断面附近 罩口断面上的热射流横断面积一般是小于或等于热源的平面尺寸 在横向气流影响小的场合 排风罩口尺寸应比热源尺寸扩大150 200mm 横向气流影响较大的场合 按下式确定 圆形D1 B 0 5Hm矩形A1 a 0 5HmB1 b 0 5Hm式中D1 罩口直径 m A1 B1 罩口尺寸 m a b 热源水平投影尺寸 m 2 高悬罩尺寸高悬罩的罩口尺寸按下式确定 D Dz 0 8Hm 2 排风量计算 接受罩的排风量按下式计算 L Lz v F m3 S式中Lz 罩口断面上热射流流量 m3 s 对于低悬罩 Lz即为收缩断面上的热射流流量 F 罩口的扩大面积 即罩口面积减去热射流的断面积 m2 v 扩大面积上空气的吸入速度 v 0 5 0 75m s 高悬罩排风量大 易受横向气流影响 工作不稳定 设计时应尽可能降低其安装高度 在工艺条件允许时 可在接受罩上设活动卷帘 罩上的柔性卷帘设在钢管上 通过传动机构转动钢管 带动卷帘上下移动 升降高度视工艺条件而定 A 有关热源上部接受罩正确的有A 计算低悬罩的排风量时可不考虑混入的气量B 计算高悬罩的排风量时可不考虑混入的气量C 低悬罩的排风量应等于污染源的产气量D 高悬罩的排风量应等于源的产气量加上混入热射流的气量 补充 砂轮机等防护吸尘罩 当运动的机械或设备以一定的方向将粉尘甩出时 排风罩应设汁成接受罩形式 罩子的形状与运动的机械相符合 其开口正好朝向粉尘甩出的方向 3 6槽边排风罩 一 形式槽边排风罩是外部吸气罩的一种特殊形式 根据罩的布置和罩口形式不同 槽边排风罩可划分为不同类型 1 按布置方式分根据布置方式不同可分为 槽边排风罩分为单侧式 双侧式和周边式 单侧适用于槽宽B 700mm 当槽宽B 1200mm时 应采用用双侧式 而且应采用吹吸式排风罩 周边式多用于圆槽或近似方形的槽 B 槽边排风罩应根据槽的形状和尺寸采取相应的布置方式 正确的有A 当槽宽 700mm时 只能使用单侧式B 当槽宽 700mm时 应使用双侧式C 圆形槽或近似方形槽应使用周边罩D 当槽宽 800mm时 必须使用吹吸罩 2 按罩口形式分槽边排风罩的罩口有平口式和条缝式两种形式 1 平口式槽边排风罩平口式槽边排风罩的结构及工作原理它主要用于手工操作的生产线 在同样条件下 其排风量要较条缝式大 平口式槽边排风罩因吸气口上不设法兰边 吸气范围大 但是当槽靠墙布置时 如同设置了法兰边一样 吸气范围由1 5 减小为0 5 减小了吸气范围 排风量会相应减小 b 自由布置 2 条缝式槽边排风罩条缝式槽边排风罩的结构与工作原理 条缝式槽边排风罩的特点是截面高度E较大 E 250mm的称为高截面 E 200mm的称为低截面 增大截面高度如同设置了法兰边一样 可以减小吸气范围 因此 它的排风量比平口式的小 它的缺点是占用空间大 对手工操作有一定影响 目前条缝式槽边排风罩广泛应用于电镀车间的自动生产线上 为了使沿条缝口长度方向的风速分布均匀 条缝口的形式可设计成等高条缝 楔形条缝和多风口式 1 等高条缝条缝式槽边排风罩上的条缝口高度沿长度方向不变的 称为等高条缝 其结构与工作原理见f4 6 5所示 等高条缝口的高度h按下式确定 h L 3600v0lm 4 6 1 式中L 排风罩排风量 m3 h l 条缝口长度 m v0 条缝口上的吸入速度 m s v0通常取7 10m s 排风量大时还可适当提高 一般取h 50mm 条缝口上的速度分布是否均匀 对槽边排风罩的控制效果有重大影响 等高条缝罩沿条缝口长度方向的风速分布均匀较差 设计进可采取 减小条缝口面积 f 和罩横断面积 F1 之比的措施 即通过增大条缝口阻力 促使速度分布均匀 f F1愈小 速度分布愈均匀 f F1 0 3时可近似信为是均匀的 2 楔形条缝楔形条缝罩的结构与工作原理采用楔形条缝口时 楔形条缝的高度可近似按表4 6 1确定 表中的h0为条缝口的平均高度 表4 6 1楔形条缝口高度的确度 3 多风口式多风口式罩的结构与工作原理一般 槽长大于1500mm时可沿槽长度方向分设两个或三个排风罩 以保证沿槽长度方向的抽吸风速分布均匀 二 槽边排风罩的风量计算 1 排风量计算条缝式槽边排风罩的排风量按下列原则计算 L 截修正系数 控制风速 槽面积 维修正系数截修正系数 高截取2 低截取3 维修正系数 单侧取 B A 0 2 双侧取 B 2A 0 2槽面积 矩形槽面积 A B 圆形槽面积 D2 4控制风速Vx根据控制有害物的特性来定 因此可得条缝式槽边排风罩的排风量计算公式如下 1 高截面单侧排风m3 s 4 6 2 2 低截面单侧排风m3 s 4 6 3 3 高截面双侧排风 总风量 m3 s 4 6 4 4 低截面双侧排风 总风量 m3 s 4 6 5 5 高截面周边型排风L 1 57vxD2m3 s 4 6 6 6 低截面周边型排风L 2 36vxD2m3 s 4 6 7 式中A 槽长 m B 槽宽 m D 圆槽直径 m vx 边缘控制点的控制风速 m s 2 排风罩的阻力计算 条缝式槽边排风罩的阻力按下式计算 局部阻力系数 条缝口上空气流速 m s 周围空气密度 kg m3 Pa 式中 3 7吹吸式排风罩 由吹风口和吸气口组合而成 它通过吹出射流和吸入气流联合作用来提高所需的 控制风速 从而达到排除污染气体的目的 吹吸气流是一种性质比较复杂的气流 怎样进行合理的设计和计算 至今还是国内外进一步研究的课题 目前较常采用的主要有速度控制法和流量比法 一 吹吸式排风罩的原理 外部吸罩罩口外的气流速度衰减很快 因此 罩口至有害物源距离较大时 需要较大的排风量才能在控制点造成所需的控制风速 因此 人们设想可以利用射流作为动力 把有害物输送到排风罩口再由其排除 或者利用射流阻挡 控制有害物的扩散 这种把吹和吸结合起来的通风方法称为吹吸式通风 b 是二维吸风口 条缝形吸风口 的速度分布图 从图上可以看出 在罩口中心的轴线上x 2b0 b0为条缝口宽度 处 空气的吸入速度v 0 1v0 v0为罩口风速 a 是二维吹风口的速度分布 由于射流的能量密集程度高 速度衰减慢 即使在x 40b0处 中心轴线上的速度v 0 4v0 v0为吹风口出口平均风速 由于吹吸式通风依靠吹 吸气流的联合工作进行有害物的控制和输送 它具有风量小 污染控制效果好 抗干扰能力强 不影响工艺操作等特点 近年来在国内外得到日益广泛的应用 1 在控制金属熔化炉有害物中的应用 热源上部接受罩的安装高度较大时 排风量较大 而且容易受横向气流影响 为了解这个矛盾 在热源前方设置吹风口 在操作人员和热源之间组成一道气幕 同时利用吹出的射流诱导污染气流进入上部接受罩 2 在控制碎机坑粉尘中的应用 当卡车向地坑卸大块物料时 地坑上部无法设置局部排风罩 会扬起大量粉尘 为此 在地坑一侧设吹风口 利用吹吸气流抑制粉尘的飞扬 含尘气流由对面的吸风口吸除 经除尘器后排放 3 在控制电解精炼车间有害物中的应用 吹吸流不但可以控制单个设备散发的有害物 而用可以对整个车间的有害物进行有效控制 按照传统的设计方法采用车间全面通风时 要用大量室外空气对有害物进行稀释 使整个车间的有害物浓度不超过卫生标准的规定 由于车间有害物和气流分布的不均匀 要使整个车间都达到要求是很困难的 大型电解精炼车间采用吹吸气流控制有害物的实例 在基本射流作用下 有害物被抑制在工人呼吸区以下 最后经屋顶排风机组排除 设在屋顶上的送风小室供给操作人员新鲜空气 在车间中部有局部加压射流 使整个车间的气流按预定路线流动 这种通风方式也称单向流通风 采用这种通风方式 污染控制效果好 送 排风量少 4 在控制铸造车间有害物中的应用 铸造车间采用就地浇铸 有害物源分布面广 难以设置局部排风装置 采用全面稀释通风 通风风量大 效果差 采用单向流通风时 用下部的射流控制烟气和粉尘 由对面的排风口排除 利用上部射流向室内补充空气 可取得良好的控制效果 铸造车间 上述分析表明 吹吸式通风装置具有多种功能 按其功能分为 1 利用吹吸气流在局部地点捕集并排走浓度较高的污染气流 即一般的吹吸式局部通风装量 2 利用吹吸气流使操作人员 或生物 空间 与污染气流或高温气流隔开 即吹吸式隔断装置 3 用新鲜空气组成的均匀流提供给操作人员 同时不让污染空气与操作者接触而直接排走 即单向流通风装置也吹吸式均匀流通风装置 二 控制风速法计算 其本质是 只要吸风口前射流末端的平均速度保持一定数值 一般要求不小于0 75 1m s 就能保证对有害物的有效控制 除了要求一定的控制风速外 为了防止吹出气流溢出风口外 要求吸风口的排风量应为射流末瑞流量的1 1 1 25倍 速度控制法的设计计算方法如下 控制风速法计算 1 确定射流末端的平均速度V1 按经验公式V1 CH m s 计算 其中C为槽温系数 H为吹 吸风口间距 m 2 确定吹风口b0 按经验公式b0 0 01 1 25 H计算 控制风速法计算 3 确定吹风口出口速度V0 按扁平贴附射流速度分布公式 4 计算吹风口风量L0 根据V0及吹风口面积计算 控制风速法计算 5 确定射流末端流量L1 按射流流量关系式L1 L0 1 2 a H b0 0 41计算 6 确定吸风口排风量L1 按L1 1 1 1 25 L1 计算 7 计算吸气口风流和吸气口高度 吸气速度 V2 2 3 Vx吸气高度 b1 L2 l V2 三 流量比法计算 流量比法概念与前述的流量比法一致 只是吹吸排风的流量比K值为 L1 L0 LG Ls L0 1 Ls LG L0 K Ls LG L0 其中LS为从周围吸入的空气量 LG为污染气体量 L0为吹风口吹风量 吹吸排风罩的极限流量比KL 流量比法计算 流量比法的设计计算步骤为 1 按经济设计式确定吹口尺寸 2 按经济设计式确定吹口风速 3 计算吹风量 4 计算极限流量比值KL及安全系统m 5 计算排风量 四 吹吸式排风罩的优化设计问题 L0 L1 最小 五 流量比法较之控制风速法的发展 考虑了吹吸气流的联合作用 并且提出经济设计式 阐明了气幕的隔断能力不单纯取决于出口流速 而是取决于射流的动量 主张用低速气流替代高速气流 研究分析了罩几何尺寸的影响 应当指正 流量比法的设计计算式都是依据模型实验结果导出的 有些方面尚不能完全满足生产实际的需要 吹风量计算l为吹 吸风口长度 mb0吹风口高度 m 排风量计算m为安全系数KL极限流量比 m3 s 要保证不发生泄漏 不论采用多大的L0 总会求得一个相应的L1 这样就向我们提出了一个问题 究竟哪一个L0和L1的组合是最经济合理的 这就是吹吸式排风罩设计中的最优化问题 下面作定性分析 L0过小 说明没有充分发挥射流的覆盖和输送使用 这样就会加重吸风口的负担 使L1增大 但如果过大 整个射流的流量大大增加 它已超过了污染控制的需要 由于射流流量的增大 也会使L1增大 因此最佳的运行工况应是在不发生有害物泄漏的前提下 使 L0 L1 保持最小 据此即可导出保证 L0 L1 最小所应满足的条件 m3 s 吹吸式排风罩的原理和特点 吹吸式排风罩 由吹出射流和外部吸气罩组合成 相同条件下 排风量比外部排风罩的少 抗外界干扰气流能力强 控制效果好 不影响工艺操作 但增加了射流系统 主要用于因生产条件限制 外部吸气罩离有害物源较远 仅靠吸风控制有害物较困难的场合 3 8空气幕 空气幕用分隔冷热空气巳有较长的历史 由于它具有不仿碍工艺操作 不妨碍视线等特点 近年来在隔离含尘与清洁空气方面也得到了应用 它不影响车辆或人的通行 可使采暖建筑减少冬季热负荷 对需要供冷的建筑可减少夏季冷负荷 空气幕不仅用于隔断室外空气 也可用于其它场合 例如在洁净房间防止尘埃进入 在冷库隔断库内外空气流动 在生产车间可利用气幕运行局部隔断 防治有害物的扩散 一 空气幕的原理在运输工具或人员进出频繁的生产车间或公共建筑 为减少或隔绝外界气流的侵入 可在大门上设置条缝形送风口 利用高速气流所形成的空气幕隔断室外空气 1 大门空气幕 1 侧送式空气幕侧送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门的侧面 设在一侧的称为单侧 在大门两侧设吹风口的称为双侧 单侧侧送式空气幕适用于门洞不太宽 物体通过时间短的大门 门洞较宽或物体通过的进间较长时 如通过火车 可设双侧空气幕 双侧空气幕的两股气流相遇时 部分气流会相互抵消 因此效果不如单侧好 二 空气幕的应用 2 下送式空气幕图所示为下送式空气幕 气流由下部地下风道吹出 冬季阻挡室外冷风的效果比侧送式好 由于它采用下部送风 送风射流会受到运输工具的阻挡 而且会把地面的灰吹起 因此下送式空气幕仅适用于运输工具通过时间短 工作场地较为清洁的车间 3 上送式空气幕上送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门上方 气流由上而下 因民用建筑大门空气幕上所受的风压 热压相对较小 为简化结构 常把贯流式风机直接装在大门上方 用室内循环空气由上向下吹风这种空气幕出口风速较低 用一层厚的缓慢流动的气流组成气幕 只要射流出口动量相等 它们抵抗横向气流的能力和高速气幕是相同的 由于它出口流速低 出口动压损失小 气流运动过程中卷入的周围空气少 加热室外冷空气所消耗的热量也少 因此它的投资费用和运动费用都较低 虽然上送式空气幕的挡风效率不如下送式空气幕 但由于它具有喷气流卫生条件好 安装简便 占用空间小 不影响建筑美观等优点 是一种有发展前途的形式 尤其贯流式电加热风幕机采用单项电机 均匀分布气流 有效隔断客观存在内室外空气对流 可防尘 污染 保温 隔热等 是一种理想的科学门帘 主要用于商场 宾馆 写字楼 餐饮 医院 办公楼 用于生产车间的大门空气幕 其目的只是阻挡室外冷空气 通