旋风除尘器设计方案说明书

./唐山学院毕业设计设计题目：高效旋风除尘器设计机电工程系机电工程系07机电一体化技术〔1班系别：_________________________07机电一体化技术〔1班崔逊班级：_________________________崔逊高秀媛姓名：_________________________高秀媛指导教师：_________________________2010年6月8日高效旋风除尘器设计摘要论文主要介绍了旋风除尘器各部分结构尺寸的确定以及旋风除尘器性能的计算。以普通旋风除尘器设计为基础,结合现代此类相关课题的研究方法,设计出符合一定压力损失和除尘效率要求的除尘器,在CAD/CAM软件辅助设计的基础上,绘制旋风除尘器装配图、零件图、以及除尘系统原理图。本文分以下几部分对以上内容进行了讨论：首先,通过查阅资料计算出旋风除尘器各部分尺寸；其次,绘制出旋风除尘器装配图及旋风除尘器各零部件图；最后,整理资料,选取与论文相关的英文文献进行翻译完成设计说明书。关键词：旋风除尘器压力损失除尘效率Thedesignofefficientlywhirler-typedustcatcherAbstractThispapermainlyintroducesthedeterminationofthewhirler-typedustcatcher’ssizeofstructureforeverypartandthecalculationoftheperformanceforthewhirler-typedustcatcher.Itisbasedonthedesignofordinarycycloneandcombinedwithmodernresearchmethodsofsuchrelatedtopics.Thenthewhirler-typedustcatcherwhichisinaccordancewiththerequirementsofpressuredropandtheeffieieneyofdustremovalisdesigned.Thedrawingoftheassemblydrawing,partdrawinganddustcontrolsystemschematicisbasedontheCAD/CAM,asoftwareforaideddesign.Thisarticleisdividedintoseveralpartsoffollowingtobetalkedover：atfirst,calculatingthewhirler-typedustcatcher’ssizeofeverypartbysearchingmaterials,thendrawingtheassemblydrawingandpartdrawingofthewhirler-typedustcatcher.atlast,collatinginformationandselectingapieceofEnglishliteraturewhichisrelatedtothepapersandtranslatingittocompletethesynopsisforthedesign.Keywords:Whirler-typedustcatcherEffieieneyofdustremovalPressuredrop目录1.引言12.旋风除尘器的除尘机理及性能22.1旋风除尘器的基本工作原理2旋风除尘器的结构2旋风除尘器内的流场2旋风除尘器内的压力分布52.2旋风除尘器的性能及其影响因素5旋风除尘器的技术性能52.2.2影响旋风除尘器性能的主要因素62.2.3旋风除尘器选型原则103.旋风除尘器的设计123.1旋风除尘器各部分尺寸的确定12形式的选择123.1.2确定进口风速123.1.3确定旋风除尘器的尺寸123.2旋风除尘器强度的校核14筒体和锥体壁厚s和气压试验强度校核14排气管尺寸的确定153.2.3.支座的选择计算17支腿的设计计算及校核193.3旋风除尘器压力损失及除尘效率20计算压力损失20除尘效率的计算213.4风机的选择223.5排尘阀的选择223.6连接方式的选择22结论24致谢25参考文献26外文资料27.1.引言旋风除尘器设计是我通过学习全部基础课、专业课和以往的课程设计的基础上进行的一次综合性的设计。这次毕业设计更充分的体现了理论联系实际的宗旨,通过这次毕业设计,我不仅加深了对专业基础知识的理解,而且认识到作为一名工作人员我们应该具有良好的技术水平、严谨务实的工作态度,这次设计锻炼了我查阅资料自我设计的能力。我希望通过本次毕业设计对我三年来所学课程有更深入的理解,熟练掌握AutoCAD制图,运用所学的知识设计出符合要求的除尘器。随着人类社会的发展与进步,人们对生活质量和自身的健康越来越重视,对空气质量也越来越关注。然而人们在生产和生活中,不断的向大气中排放各种各样的污染物质,使大气遭到了严重的污染,有些地域环境质量不断恶化,甚至影响人类生存。在大气污染物中粉尘的污染占重要部分,可吸入颗粒物过多的进入人体,会威胁人们的健康。所以防治粉尘污染、保护大气环境是刻不容缓的重要任务[1]。除尘器是大气污染控制应用最多的设备,其设计制造是否优良,应用维护是否得当直接影响投资费用、除尘效果、运行作业率。所以掌握除尘器工作机理,精心设计、制造和维护管理除尘器,对搞好环保工作具有重要作用[2]。工业中目前常用的除尘器可分为：机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器等。机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置,主要用于高效除尘的预除尘装置,除去大于40μm以上的粒子。惯性除尘器是借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离,主要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置,多用作小型燃煤锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘的设备[12]。本次设计为旋风除尘器设计,设计的目的在于设计出符合要求的能够净化指定环境空气的除尘设备,为环保工作贡献一份力量。设计时力求层次分明、图文结合、内容详细。此设计主要由筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口的设计计算以及风机的选择计算等组成,在获得符合条件的性能的同时力求达到加工工艺简单、经济美观、维护方便等特点。本次设计参考和引用了一些关于除尘器设计的论著、教材、手册等,由于学识、经验、和水平有限,设计中缺点乃至不当之处在所难免,殷切希望各位老师批评指正,提出宝贵意见。2旋风除尘器的除尘机理及性能2.1旋风除尘器的基本工作原理旋风除尘器的结构旋风除尘器的结构如图2-1所示,当含尘气体由进气管进入旋风除尘器时,气流将由直线运动转变为圆周运动,旋转气流的绝大部分延器壁呈螺旋形向下,朝椎体流动。通常称为外旋气流,含尘气体在旋转过程中产生离心力,将重度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触,便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重力延壁面下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达椎体时,因椎体形状的收缩而向除尘器中心靠拢。根据"旋转矩"不变原理,其切向速度不断增加。当气流到达椎体下端某一位置时,即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部,由下反转而上,继续做螺旋运动,即内旋气流。最后净化气体经排气管排除旋风除尘器外,一部分未被捕集的尘粒也由此遗失。1—排气管2—顶盖3—排灰管4—圆锥体5—圆筒体6—进气管图2—1旋风除尘器旋风除尘器内的流场旋风除尘器内的流场是一个相当复杂的三维流场。气体在旋风器内作旋转运动时,任一点的速度均可分解为切向速度vt、轴向速度vz和径向速度vr。〔1旋风除尘器的各向速度①切向速度vt切向速度对于粉尘颗粒的捕集与分离起着主导作用,含尘气体在切向速度的作用下,由里向外离心沉降,排气管以下任一截面上的切向速度vt沿半径的变化规律为：在旋风除尘器中心部分的旋转气流,其切向速度vt随着半径的增大而增大,是类似与刚体旋转运动的强制涡旋,称为"内涡旋";除尘器外部的旋转气流,其切向速度vt则随着半径的增加而减少,称为"外涡旋"。在内外涡旋的交界面上,切向速度达到最大值。各种不同结构的旋风除尘器,其切向速度分布规律基本相同。表达通式为:式中r为气流质点的旋转半径；n为速度分布指数一般为0.5~0.9之间。若忽略旋风除尘器内气流所存在的内摩擦力,根据能量守恒定律,在理想情况下n=1,此时,vtr=常数,称为自由旋流。因此,n和1的差值就是旋流和自由旋流的差异,该n值可由下式计算式中D—旋风除尘器的直径〔m；T—热力学温度〔K；n—速度分布指数。最大切向速度的位置rm称为强制旋流的半径,实验证明rm=2/3re式中re—出口管半径图2—2旋风除尘器内的流场分布②径向速度vr径向速度vr是影响旋风除尘器分离性能的重要因素,因为它可以使尘粒沿半径由外向内推向漩涡中心,阻碍尘粒的沉降。但是该径向速度和切向速度之比较小,通常vr在±1~5m/s范围内。③轴向速度vz轴向速度vz分布构成了旋风除尘器的外层下行、内层上行的气体双层旋转流动结构。实验表明,有一个零轴向速度面始终和器壁平行,即使在椎体部分,也能保持外层气流厚度不变。除了上述三种流速外还由于轴向流速和径向流速的作用引起涡流。他们都将引起除尘效率的降低。〔2旋风除尘器的涡流旋风除尘器内,除了主旋转气流外,还存在着由轴向速度和径向速度相互作用而形成的涡流。涡流对旋风除尘器的分离效率和压力损失影响较大。常见的涡流有以下几种:①短路流即旋风除尘器顶盖、排气管外面与筒体内壁之间,由于径向速度与轴向速度的存在,将形成局部涡流<上涡流>,夹带着相当数量的尘粒向中心流动,并沿排气管外表面下降,最后随中心上升气流逸出排气管,影响了除尘效率。②纵向旋涡流纵向旋涡流是以旋风除尘器内、外旋流分界面为中心的器内再循环而形成的纵向流动。由于排气管内的有效通流截面小于排气管管端以下内旋流的有效通流截面,因此在排气管管端处产生节流效应,从而使气体对大颗粒的甩力超过颗粒所受的离心力,而造成"短路",影响了分离性能。③外层涡流中的局部涡流由于旋风除尘器壁面不光滑,如突起、焊缝等等,可产生与主流方向垂直的涡流,其量虽只约为主流的五分之一,但这种流动会使壁面附近,或者己被分离到壁面的粒子重新甩到内层旋流,使较大的尘粒在净化气中出现,降低了旋风除尘器的分离能力。这种湍流对分离5μm以下的颗粒尤为不利。④底部夹带外层旋流在锥体顶部向上返转时可产生局部涡流,将粉尘重新卷起,假使旋流一直延伸到灰斗,也同样会把灰斗中粉尘,特别是细粉尘搅起,被上升气流带走。底部夹带的粉尘量占从排气管带出粉尘总量的20~30%。因此,合理的结构设计,减少底部夹带是改善旋风除尘器捕集效率的重要方面。旋风除尘器内的压力分布一般旋风除尘器内的压力分布如图2—2所示。依据对旋风除尘器的工作原理、结构形式、尺寸以及气体的温度、湿度和压力等分析和试验测试,其压力损失的主要影响因素可归纳如下：〔1结构形式的影响旋风除尘器的构造形式相同或几何图形相似,则旋风除尘器的阻力系数ζ相同。若进口的流速相同,压力损失基本不变。〔2进口风量的影响压力损失与进口速度的平方成正比,因而进口风量较大时,压力损失随之增大。〔3除尘器尺寸的影响除尘器的尺寸对压力损失影响较大,表现为进口面积增大,排气管直径减小,而压力损失随之增大,随圆筒与椎体部分长度的增加而减小。〔4气体密度变化的影响压力损失随气体密度增大而增大。由于气体密度变化与T、P有关,换句话说,压力损失随气体温度或压力的增大而增大。〔5含尘气体浓度的大小的影响试验表明,含尘气体浓度增高时,压力损失随之下降,这是由于旋转气流与尘粒之间的摩擦作用使旋转速度降低所致。〔6除尘器内部障碍物的影响旋风除尘器内部的叶片、突起、和支撑物等障碍物能使气流旋转速度降低。但是,除尘器内部粗糙却使压力损失很大。2.2旋风除尘器的性能及其影响因素2.2.1旋风除尘器的技术性能〔1处理气体流量Q处理气体流量Q是通过除尘设备的含尘气体流量,除尘器流量为给定值,一般以体积流量表示。高温气体和不是一个大气压情况时必须把流量换算到标准状态,其体积m3/h或m3/min表示。〔2压力损失旋风除尘器的压力损失△p是指含尘气体通过除尘器的阻力,是进出口静压之差,是除尘器的重要性能之一。其值当然越小越好,因风机的功率几乎与它成正比。除尘器的压力损失和管道、风罩等压力损失以及除尘器的气体流量为选择风机的依据。压力损失包含以下几个方面：①进气管内摩擦损失；②气体进入旋风除尘器内,因膨胀或压缩而造成的能量损失；③与容器壁摩擦所造成能量损失；④气体因旋转而产生的能量消耗；⑤排气管内摩擦损失,以及由旋转气体转为直线气体造成的能量损失；⑥排气管内气体旋转时的动能转换为静压能所造成的损失等。〔3除尘效率一般指额定负压的总效率和分级效率,但由于工业设备常常是在负荷下运行,有些场合把70%负荷下的除尘总效率和分级效率作为判别除尘性能的一项指标。从额定负荷下的总效率与70%负荷下总效率对比中,可以看出除尘器负荷适应性。分级效率是说明除尘器分离能力的一个比较确切的指标。对同一灰尘粒径的分级效率越高,除尘效果越好。在工业测试中,一般把3μm、5μm和10μm灰尘的分级效率作为衡量旋风除尘器分离能力的一个依据。旋风除尘器的分割粒径和在某程度上也说明除尘器除尘效率高低。〔4耗钢量旋风除尘器的耗钢量是每小时处理1000m3气体除尘器本身所需要的钢材数量。在除尘效率接近或相等时,耗钢量越小越好。处理气量为3000~12000m3/h的旋风除尘器耗钢量一般为35~50kg/<1000m3>；小于3000m3/h气体流量的阻力除尘器的耗钢量,一般都在100kg/<1000m3/h>以上；处理气体流量大于等于20000m3/h时,所配旋风除尘器分两种情况,,一是多筒式旋风结构,包括进出口组合接管、灰斗和支架的耗钢量都很高为90~160kg/<1000m3/h>。而双极旋风除尘器,由于没有灰斗和支架,耗钢量一般都很低,约40〔5使用寿命使用寿命与旋风除尘器本身结构特点、耐磨损措施以及操作条件有关。延长使用寿命的积极措施是：合理组织除尘器内部气流并在内部设抗磨内衬。2.2.2影响旋风除尘器性能的主要因素〔1旋风除尘器几何尺寸的影响在旋风除尘器的几何尺寸中,以旋风除尘器的直径、气体进口以及排气管形状与大小为最主要的影响因素。①一般,旋风除尘器的直径越小,粉尘所受的离心力越大,旋风除尘器的除尘效率也就越高。但过小的筒体直径会造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走,使除尘效率降低。另外,筒体太小对于粘性物料。因容易引起堵塞。因此,一般筒体直径不宜小于50~75mm；大型化以后己出现筒径大于20O0mm的大型旋风除尘器。②较高除尘效率的旋风除尘器都有合适的长度比例。它不但使进入筒体的尘粒停留时间增长,有利于分离,且能使尚未到达排气管的颗粒,有更多的机会从旋流核心中分离出来,减少二次夹带,以提高除尘效率。足够长的旋风除尘器,还可避免旋转气流对灰斗顶部的磨损。但是过长的旋风除尘器,会占据较大的空间,即从排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的距离。可用下式计算:式中—旋风除尘器筒体长度,m;D—旋风除尘器筒体直径,m;b—除尘器入口宽度,m;—除尘器出口直径,m。一般,常取旋风除尘器的圆筒段高度H=<l.5~2.0>D。旋风除尘器的圆锥体可以在较短的轴向距离内将外旋流转变为内旋流,因而节约了空间和材料。除尘器圆锥体的作用是将已分离出来的粉尘微粒集中于旋风除尘器中心,以便将其排入灰斗中。当锥体高度一定,而锥体角度较大时,由于气流旋流半径很快变小,很容易造成核心气流与器壁撞击,使沿锥壁旋转而下的尘粒被内旋流所带走,影响除尘效率。所以,半锥角a不宜过大。设计时常取a为13°~15°。③旋风除尘器的进口有两种主要的进口形式：轴向进口和切向进口。切向进口为最普通的一种进口形式,制造简单,用的比较多。这种形式进口的旋风除尘器外形尺寸紧凑。在切向进口中螺旋面进口为气流通过螺旋而进口,这种进口有利于气流向下做倾斜的螺旋运动同时也可以避免相邻两螺旋圈的气流互相干扰。渐开线〔蜗壳形进口进入筒体的气流宽度逐渐变窄,可以减少气流对筒体内气流的撞击和干扰,是颗粒向壁移动的距离减小,而且加大了进口气体和排气管的距离,减少气流的短路机会,因而提高除尘效率。这种进口处理气量大,压力损失小,是比较理想的一种进口形式。轴向进口是最理想的一种进口形式,它可以最大限度的避免进口气体与旋转气流之间的干扰,以提高除尘效率。但因气体均匀分布的关键是叶片形状和数量,否则靠近中心处分离效果很差。轴向进口常用于多管式旋风除尘器和平置式旋风除尘器。进口管可以制成矩形和圆形两种形式。由于圆形进口管与旋风除尘器器壁只有一点相切,而矩形进口管整个高度均与向壁相切,故一般多采用后者。矩形宽度和高度的比例要适当,因为宽度越小,除尘效率越高,但过长而窄的进口也是不利的,一般矩形进口管高与宽之比为2~4。④排气管常风的排气管有两种形式：一种是下端收缩式；另一种是直筒式。在设计分离较细粉尘的旋风除尘器时,可考虑设计为排气管下端收缩式。排气管直径越小,则旋风除尘器的效率越高,压力损失也越大；反之,除尘器效率越低,压力损失也越小。在旋风除尘器设计时,需控制排气管与筒径之比在一定范围内。由于气体在排气管内剧烈的旋转,将排气管末端制成蜗壳形式可以减少能量损失,这在设计中已被采用。⑤灰斗是旋风除尘器设计中不可忽视的部分,因为在除尘器的锥度处气流处于湍流状态,而粉尘也由此排除容易出现二次夹带的机会,如果设计不当,造成灰斗漏气,就会使粉尘的二次夹带飞扬加剧,影响除尘效率。〔2气体参数对除尘器性能的影响气体运行参数对性能的影响有以下几个方面：①气体流量的影响气体流量或者说除尘器入口气体流速对除尘器性能的压力损失、除尘效率都有很大的影响。从理论上来说,旋风除尘器的压力损失与气体流量的平方成正比,因而也和入口风速的平方成正比〔与实际有一定偏差。入口流速增加,能增加尘粒在运动中的离心力,尘粒易于分离,除尘效率提高。除尘效率随入口流速平方根而变化,但是当入口速度超过临界值时,紊流的影响就比分离作用增加的更快,以致除尘效率随入口风速增加的指数小于1；若流速进一步增加,除尘效率反而降低。因此,旋风除尘器入口的风速宜选18~23m/s。②气体含尘浓度的影响气体的含尘浓度对旋风除尘器的除尘效率和压力损失都有影响。试验结果表明,压力损失随含尘负荷增加而减小,这是因为颈向运动的大量尘粒拖拽了大量空气,粉尘从速度较高的气流智能向外运动到速度较低的气流中时,把能量传递给涡旋气流的外层,较少其需要的压力,从而降低压力降。由于含尘浓度的提高,粉尘的凝集与团聚性能提高,因而除尘效率有明显提高,但是提高的速度比含尘浓度增加的速度要慢得多,因此,排出气体的含尘浓度总是随着入口处的粉尘浓度增加而增加。③气体含湿量的影响气体的含湿量对旋风除尘器工况有很大影响。例如,分速度很高而黏着性很小的粉尘〔小于10μm的颗粒含量为30%~40%,含湿量为1%气体在旋风除尘器中净化不好；若细颗粒量不变,含湿量增至5%~10%时,那么颗粒在旋风除尘器内互相粘结成比较大的颗粒,这些颗粒被猛烈冲击在器壁上,气体净化将大有改善。④气体的密度、粘度压力、温度对旋风除尘器性能的影响气体的密度越大,除尘效率下降,但是,气体的密度和固体的密度相比几乎可以忽略。所以,其对除尘效率的影响较之固体密度来说,也是可以忽略不计。通常温度越高,旋风除尘器压力损失越小；气体粘度的影响在考虑旋风除尘器压力损失时常忽略不计。但从临界粒径的计算公式中知道,临界粒径与粘度的平方根成正比。所以,除尘效率时随着气体粘度的增加而降低。由于温度升高,气体粘度增加,当进气口气速等条件保持不变时,除尘效率略有降低。气体流量为常数时,粘度对除尘效率的影响可按下式进行近似计算。式中、—a、b条件下的总除尘效率,%；、—a、b条件下的气体粘度,kg.s/。〔3粉尘的物理性质对除尘器的影响①粒径对除尘性能的影响及较大粒径的颗粒在旋风除尘器内会产生较大的离心力,有利于分离。所以大颗粒所占有的百分数越大,总除尘效率越高。②粉尘密度对除尘器性能的影响及粉尘密度粉尘密度对除尘效率有着重要的影响。临界粒径和颗粒密度的平方根成反比,密度越大,和越小,除尘效率也越高。但粉尘密度对压力损失影响很小,设计计算中可以忽略不计。影响旋风除尘器性能的主要因素,除上述外,除尘器内部粗糙度也会影响旋风除尘器的性能。浓缩在壁面附近的粉尘微粒,会因粗糙的表面引起旋流,使一些粉尘微粒被抛入上升的气流,进入排气管,降低了除尘效率。所以,在旋风除尘器的设计中应避免有没有打光的焊缝、粗糙的法兰连接点等。旋风除尘器性能与各影响因素的关系表2—1所列表2—1旋风除尘器性能与各影响因素的关系变化因素性能趋向投资趋向流体阻力除尘效率烟尘性质烟尘密度增大几乎不变提高〔磨损增加烟尘密度增大几乎不变提高〔磨损增加烟气含尘浓度增加几乎不变略提高〔磨损增加烟气温度增高减少提高增加结构尺寸圆筒体直径增大降低降低增加圆筒体加长稍降低提高增加圆锥体加长降低提高增加入口面积增大降低降低排气管直径增加降低降低排气管插入长度增加增大提高增加运行状况入口气流速度增大增大提高减少灰斗气密性降低稍增大大大降低内壁粗糙度增加增大降低旋风除尘器选型原则选型原则有以下几个方面：〔1旋风除尘器净化气体量应与实际需要处理的含尘气体量一致。选择除尘器直径时应尽量小些,如果要求通过的风量较大,可采用若干个小直径的旋风除尘器并联为宜；如气量与多管旋风除尘器相符,以选多管除尘器为宜。〔2旋风除尘器入口风速要保持18~23m/s,低于18m/s时,其除尘效率降低；高于23m/s时,除尘效率提高不明显,但压力损失增加,耗电量增高很多。〔3选择除尘器时,要根据工况考虑阻力损失及结构形式,尽可能使之动力消耗减少且便于制造维护。〔4旋风除尘器能捕集到的最小尘粒应等于或稍小于被处理气体的粉尘密度。〔5当含尘气体温度很高时,要注意保温,避免水分在除尘器内凝结。假如粉尘不吸收水分、露点为30~50℃时,除尘器得到温度最少应高出30℃左右；假如粉尘吸水性较强〔如水泥、石膏和含碱粉尘等、露点为20~50℃时,除尘器的温度应高出露点温度40~50℃〔6旋风除尘器结构的密闭要好,确保不漏风。尤其是负压操作,更应注意卸料锁风装置的可能性。〔7易燃易爆粉尘〔如煤粉应设有防爆装置。防爆装置的通常做法是在入口管道上加一个安全防爆阀门。〔8当粉尘浓度减小时,最大允许含尘质量浓度与旋风筒直径有关,即直径越大其允许含尘质量浓度也越大。具体的关系如表2—2所列表2—2直径与允许含尘质量浓度关系旋风除尘器直径/mm8006004002001006040允许含尘质量浓度〔g/m34003002001506040203.旋风除尘器的设计3.1旋风除尘器各部分尺寸的确定3.1.1形式的选择根据国家规定的粉尘排放标准、粉尘的性质、允许的阻力和制造条件、经济性合理选择旋风除尘器的形式,选通用型旋风除尘器。3.1.2确定进口风速根据推荐取3.1.3确定旋风除尘器的尺寸〔1进气口面积的确定进气口截面一般为长方形,尺寸为a和b,根据处理气量Q和进气速度可得==0.077取,则m,m〔2筒体尺寸的确定一般旋风除尘器的直径越小,气流的旋转半径越小,粉尘颗粒所受的离心力越大,除尘效率越高。但是过小的筒体直径,和排气管太近,可能造成大直径颗粒反弹至中心被气流带走,使除尘效率降低,另外还可能引起筒体内堵塞。因此,一般筒体直径不宜小于50~75mm。因为旋风除尘器以筒体直径D为其规格的标准,因此,一般取整数。取b=0.2D,则D=700mm,现取D=800mm。筒体长度h=1.5D=1.5×0.8=1.2m〔3旋风除尘器高度的确定较高效率的旋风除尘器都有较大的长度比,它不仅使进入筒体的尘粒停留时间长,有利于分离,且能使尚未到达排气管的颗粒有更多的机会从旋流中心分离出来。减少二次夹带,以提高除尘效率。但是过长的旋风除尘器会占据较大的空间,尤其对于内旋风除尘器来说,更受到设备内部空间的限制,因此,旋风除尘器自然长度L即从排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的距离,由《现代机械设备设计手册》.非标准机械设备设计③式23.1-75确定设计中,旋风除尘器的高度h应保证有足够的自然长度,一般取圆筒部分高度h=〔1.5~2D取h=1.5D=1.5×800=120mm旋风除尘器圆锥部分可以较短的距离内将外旋流转变为内旋流,因而节约了空间和材料,同时在自由旋流区采用圆锥形结构,旋转半径逐渐减小,使切向速度不断增高,离心力随之增大,提高除尘效率。,圆锥体的另一作用是将沉降的颗粒集中到灰斗中去。圆锥体高度和半椎体角α和下端排灰口直径D2有关。半椎体角取决于粉尘颗粒的性质,其值要保证尘粒有效的克服内摩擦角而顺利的延椎体下滑至灰斗内,但是又不能太大,太大了气流旋流半径变化太快,引起核心气流和器壁撞击,使已沉降的颗粒再次扬起,因而降低除尘效率。通常规定α≦30°,或者下雨90°减去粉尘的内摩擦角,设计时常取α=13°~15°所以取α=13°在旋风除尘器气流中,自由旋流的轴线是偏的,偏心度大约为de／4,因此,为了防止核心旋流与锥壁接触时将分离下来的粉尘重新卷入核心旋流,而造成二次夹带,要求排灰口直径不得小于／4。圆锥高度〔H-h=〔2~2.5D=0.5×0.4=0.2m圆锥高度H-h=2D=2×800=1600mm3.2旋风除尘器强度的校核3.2.1筒体和锥体壁厚s和气压试验强度校核〔1材料的选择由旋风除尘器的工作压力和工作温度选用Q235-B〔2确定参数=1000,=800mm,由《化工设备机械基础》附录9表16差得=113M。由于采用单面焊的对接接头,局部无损探伤,所以,由《化工设备机械基础》表4-8查得焊接接头系数φ=0.8〔3计算厚度由《化工设备机械基础》式4-5圆筒的计算壁厚公式得—计算压力,M；—圆筒内径,mm；S—圆筒的计算厚度,mm；—圆通的设计厚度,mm;—圆筒的名义厚度,mm；它是将设计厚度加上钢板厚度的负偏差,并向上圆整到钢板标准规格的厚度,即图纸上标注的厚度。—圆筒在设计温度下的许用应力,M；—焊接接头系数；—腐蚀裕量,mm；—钢板厚度负偏差,mm；C—厚度附加量,mm,C=+。=0.0005+1=1.0005mm根据S=1.0005mm《化工设备机械基础》查表4-9得=0.25=S+=1.0005+0.25=1.2505mm圆整后取厚度为3mm复验×15%=3×15%=0.45mm＞0.25mm故最后取=0.25mm,该筒体和锥体可用3mm厚的碳素钢板制作。〔4校核气压试验强度=-C=3-1.25=1.75mm根据《化工设备机械基础》式4-7得=0.229M=113×0.8=90.4M可见≤,所以,强度符合要求。3.2.2排气管尺寸的确定〔1排气管直径的确定在一定范围内,排气管直径越小,则除尘效率越高,但压力损失越大,反之,则除尘效率越低,压力损失小。D∕=2.5~3时,除尘效率达到最高点如果再增加D∕,除尘器效率增加缓慢,而压力损失急剧增加。通常取=〔0.3~0.5D=0.3D=0.3×800=240mm〔2排气管插入深度的确定排气管插入深度也直接影响除尘器性能。太深,减少气体的旋转圈数N,同时增加了二次夹带的机会,增加表面摩擦,提高压力损失,太浅或不插入,会造成正常旋流核心的弯曲,甚至破坏,使其处于不稳定状态,同时亦造成气体流短路而降低效率,一般去插入深度=0.8a=0.8×280=224mm排气管的插入深度也会影响除尘器性能,插入深度宜超过进口管下边缘,但不能接近锥体上边缘,所以,取=550mm。〔3排气管厚度的确定及强度校核对于的圆筒假设=3mm=-C=3-2=1mm=2.29=240由《化工设备机械基础》图5-5查得A=0.0001,由附表2查得碳素钢常温时弹性模量为194×M,由图5-8查得系数B为115M。则按计算需用《化工设备机械基础》外压力公式式5-19,计算需用外压力M=0.48M可见,＞,所以,出气管可以用3mm的碳素钢制作。3.2.3.支座的选择计算因为筒体壁厚较小,故采用不带垫板的AN型耳式支座。根据《化工设备机械基础》表6-18,初选AN型吊耳式支座1,如图3-1所示图3—1支座示意图参照《化工设备机械基础》耳式支座实际承受的载荷可按下式近似计算式中Q—支座实际承受的载荷,KN；D—支座安装尺寸,mm；g—重力加速度,取g=9.8m/s；—偏心载荷,N；h—水平力作用点至底板高度,mm;k—不均匀系数,安装3个支座时,取k=1；安装3个以上的支座时,取k=0.83；—设备总质量〔包括壳体及其附件,内部介质及保温层的质量,kg;n—支座数量；P—水平力,取和的最大值,N。当容器高径比不大于5,且总高度不大于10m时,和可按下式计算,超出此范围的容器本标准不推荐使用耳式支座。水平地震力：式中—地震系数,对7、8、9级地震分别为0.23、0.45、0.90。水平风载荷：式中—容器外径,mm,有保温层时取保温层外径；—风压高度变化系数,按设备质心所处高的取；—容器总高度,mm；—10m高度处的基本风压,；—偏心距,mm。=800+2×3+2×〔80-30=536mm=<0.283××0.14>×0.6×7.85×=6kg取k=0.83；n=4;h=300=0.5×0.23×1000×9.8=1127N=0.95×0.54×250×806×3650×=377.3N因为＞,所以取=200mm=3.586KN可见,Q﹤[Q],AN型耳式支座1符合要求。3.2.4支腿的设计计算及校核初选材料为Q235-B,d=40mm,l=2.5m。由静力平衡方程求出支反力=1127N剪力和弯矩方程为Q=2817.5〔0﹤x≦2.5M<x>=2817.5-1127x〔0﹤x≦2.5支腿的剪力图和弯矩图如图3—2所示图3—2剪力弯矩图最大弯矩支腿的抗弯截面系数为=根据《材料力学》〔式6-7于是有==根据式〔6-13得=0.74﹤所以选择的支腿符合强度要求。3.3旋风除尘器压力损失及除尘效率3.3.1计算压力损失参照《现代机械设备设计手册》.非标准机械设备设计③压力损失通常用旋风除尘器进出口全压差来表示,在实际计算中引入一个阻力系数ζζ=K由于该旋风除尘器设计为无叶片标准的切向进口,《现代机械设备设计手册》.非标准机械设备设计③表23.1-50,取K=7.5ζ=7.5×=5.1参照《现代机械设备设计手册》.非标准机械设备设计③式23.1-80压力损失公式Δp=ζρ得ΔP=5.1××1=826.93.3.2除尘效率的计算〔1分级除尘效率由《除尘器》图1—6查得旋风除尘器分级除尘效率公式为式中x—取平均粒径。所以,各分级粒径的除尘效率为：=63=71.4=86.6=94=98=99〔2总除尘效率根据除尘效率公式得6μm以下=9.5〔%6~8.5μm=6.4〔%8．5~12μm=9.5〔%12~16μm=11.3〔%16~23μm=12.7〔%23μm以上=39.6<%>所以,总除尘效率为=9.5〔%+6.4〔%+9.5〔%+11.3〔%+12.7〔%+39.6<%>=89〔%3.4风机的选择根据所需风量、风压选择NO.4.5风机,Y132S2-2B35型号电动机N=2900r/min,P=2530~1667,Q=5730~105803.5排尘阀的选择参照《除尘器》选择蛇板式排尘阀,如图3—3所示,压下工作。当阀内积尘压力大于灰斗内负压时,依靠蛇板的自重和锤重使蛇板自动开启,进行排灰。图3—3排尘阀示意图3.6连接方式的选择法兰尺寸如图3—4所示图3—4法兰尺寸示意图〔1筒体与椎体的连接根据工艺条件、温度、压力、介质及公称直径,由《化工设备机械基础》表6-4可知采用甲型平焊法兰。由表6-1可采用平面密封面,垫片材料选用石棉橡胶板,从表6-3中查得垫片宽度为17.5mm。法兰的各部分尺寸从附录14表32中查得DN=800mmD=915mmD1=880mmD2=850mmD3=840mmD4=837mmb=36mmd=18mm螺栓规格为M16,共32个。〔2锥体与灰斗的连接根据工艺条件、温度、压力、介质及公称直径,由《化工设备机械基础》表6-4可知采用甲型平焊法兰。由表6-1可采用平面密封面,垫片材料选用石棉橡胶板,法兰的各部分尺寸从附录15表36中查得DN=60mmD=160mmK=130mmL=14mm螺栓规格为M12,共4个。〔3出气口与外部管道的连接根据工艺条件、温度、压力、介质及公称直径,由《化工设备机械基础》表6-4可知采用甲型平焊法兰。由表6-1可采用平面密封面,垫片材料选用石棉橡胶板,法兰的各部分尺寸从附录114表32中查得DN=240mmD=355mmD1=320mmD2=290mmD3=280mmD4=277mmb=30mmd=18mm螺栓规格为M16,共12个。〔4进气口与外部管道的连接由于矩形进口与筒体相切处接触面积大于圆形进口与筒体相切处的接触面积,所以选择矩形进口。法兰采用方形法兰。结论在查阅了相关资料的基础上,通过上述讨论,根据所要设计的旋风除尘器的特点设计出了一套基本符合现在使用条件的旋风除尘器。〔1通过了解我国现在大气污染状况,查阅相关资料,了解气体中粉尘的性质以及除尘的重要性；〔2查阅和整理各方面资料,了解旋风除尘器各方面性能及影响因素；〔3运用相关公式,设计计算出旋风除尘器各部分尺寸并计算除尘效率,对所选用零部件的强度进行校核；〔4通过了解除尘系统的除尘机理和其中各部分的工作情况,绘制出了通风除尘系统图,并根据计算出的旋风除尘器各部分尺寸绘制出旋风除尘器装配图和各零部件图。致谢在三个多月的毕业设计的过程中,首先我衷心地感谢带我设计的高秀媛老师,她不辞辛苦的指导给予了我莫大的帮助,为我的设计提出了多种设想与构思,在我在设计中最迷茫的时候为我的设计思路指出了明确的方向,带领我圆满地完成了本次设计。老师在学术和为人师表方面都起着令人敬佩的表率作用,她平易近人的性格,一丝不苟的治学态度,独到的见解,都给我留下深刻的印象。在设计过程中,老师尽量让我通过实践,多看多听,通过现有的产品与资料多实践,多动脑,想出具有自己见解的设计思路。通过设计的常规思路加上自己的见解坚持不懈地走下去,当遇到困难时,耐心冷静地去克服、去解决,培养了我独立解决问题的能力,为自己以后的工作和学习中独立解决问题打下了坚实的基础。在设计中遇到了问题时,老师给予我及时的指导,把我的设计思路引上正轨,使问题得到解决。设计快结束了,但老师无微不至和不辞辛苦的指导使我终生难忘,我会永远地记住这次设计,会记住曾经热心指导我的高老师,在即将离校之日,让我再衷心的说一声："谢谢您！老师。"感谢XX天元化工设备有限公司全体领导与员工对我无私的传授,使我加深了对旋风除尘器的了解,对我以后的设计有了很大的帮助。感谢XX学院机电工程系和所有授予我知识的敬爱的老师们三年来对我的培养！你们对我热心深刻地指导我将永远铭记在心。最后,感谢在百忙之中参与评阅论文的各位专家评委老师,你们辛苦了。参考文献[1]中国石化集团上海工程有限公司组织编写,金国淼等编.除尘器.北京:化学工业出版社,2008.4[2]张殿印,王纯主编.除尘器手册.北京:化学工业出版社,2004.10[3]张建英,蒋运茂主编.工业防尘手册.劳动人事出版社,1989年10月第一版[4]范祖尧主编.现代机械设备设计基础手册第3卷:非标准机械设备设计.北京:机械工业出版社,1996.10[5]刁玉玮,王立业编著.化工设备机械基础.XX理工大学出版社,2006年12月第五版[6]马广大编著.除尘器性能计算.中国环境科学出版社,1990年第1版[7]刘鸿文主编.简明材料力学.北京:高等教育出版社,1997[8]杨可桢,程光蕴,李仲生主编.机械设计基础.北京:高等教育出版社,2006年5月第5版[9]XX理工大学工程画教研室编.机械制图.北京:高等教育出版社,2003年8月第5版[10][西德]H•布拉沃尔,[印度]Y•B•G瓦尔玛著.空气污染控制设备.机械工业出版社.1985年10月第1版[11]周兴求主编,叶代启副主编.环保设备设计手册.北京:化学工业出版社,2003.12[12]郝吉明,马广大等著.大气污染控制工程.高等教育出版社,1989[13]徐灏.机械设计手册.机械工业出版社,1991[14]夏清,陈常贵主编.化工原理<上册>.天津大学出版社,2005年1月第1版[15]孙岩,陈晓罗,熊涌主编.机械设计课程设计.北京理工大学出版社,2007年3月第一版[16]朱有庭,曲文海,于浦义主编.化工设备设计手册〔上卷.化学工业出版社,2005[17]李广超主编.大气污染控制技术.北京:化学工业出版社,2001[18]汤善甫,朱思明.化工设备机械基础.华东理工大学出版社,1990[19]中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册〔下册.化学工业出版社,2009年6月第四版[20]Leith外文资料TheInstallationandCommissioningofPlenumPulseBagTypeCollectorPart1PerformancecharacteristicsPlenumpulsebagtypecollectorisakindofde-dustingequipmentwithhighefficiency.Itcombinesmanyadvantagesofcollectorsincludingloculoseanti-blowandpulseblow,andithassolvedthedisadvantagesofdeficiencyofkineticenergystrengthinloculoseanti-blowandpulseblowde-dustingrunninginthesametime,improvedtheapplicabilityandde-dustingefficiency,extendedlifespanofthebag.There’snoventuritubeinthemouthofbagorblowingtube,thatreducesworkingresistanceandmakesexaminingandrepairingeasy.Electromagneticpulsevalveisofthesecharacters:besensitivetocontrol,highefficiency,longlifespanandsoon.Atpresent,thistypedustcollectorhasbeenusedwidely.Part2Basicstructureandworkingprinciple1StructureMainstructuresofplenumpulsebagtypecollectorareasfollowers:boxbodyandbagcompartment<integrative>,duststorebin,windinletandoutlet<includingscrewconveyerandcindervalve>,ladder,baluster,airpassagesystem<includingofflinepneumaticcylinder,electromagneticpulsevalve,compressedairbag>,de-dustingcontrollerandsoon.<1>BoxbodyBoxbodyismainlyusedtofixcage,filterbagandairpassagecomponents,madeintowholeclosefrom.Compressedairentersintoboxbodyfirst,andcrushesinsideofthefilterbagwhilecollectorisde-dusting.Boxbodyismadeinto1.5degreeinclinedplane,thatcanbepreventedfromseeperwhenusedintheopenair.There’sadoorwheresomeonecanexamineandrepaironthetop,installingandreplacingcage,filterbagarealldonehere,thatisveryconvenient.Accordingtothedifferenceofspecification,boxbodyisdividedintosomecompartmentsseparatedbyarmorplatebetweenthemandimpermeablebyair,offlinede-dustingwillcometrue.There’saliftvalveineachcompartment,whichbreaksandfiltratesmokecurrentofair.〔2BagcompartmentBagcompartmentisinthebelowoftheboxbody,mainlyusedtocontaincageandfilterbagandfromafiltrationspace,cleaningofsmokeismostlydonehere.Liketheboxbody,accordingtothedifferenceofspecification,bagcompartmentisdividedintosomecompartmentsseparatedbyarmorplatebetweenthemandpreventedfromdisturbing,atthesametimeitformsonesedimentationspace.There’saleakedexplosiveholeonthewainscotofeachcompartment,thenumberofleakedexplosiveholeis8.Coalpreparationequipment,there’resomecoalfinesproducedintheprocessofcoalpreparation,butconcentrationofcoalfineisfarlessthan65g/m3,socollectormustnotsetleakedexplosiveholes.Evenso,thefilterbagshouldadoptantistaticfiltermaterial.Yousetleakedexplosiveholewhoseareais0.3m2accordingtothestructureofwainscotposition.Choosethematerialwhosethicknessisequalto1mmL2-Mannealindustrialpurealuminumplank,andtheanti-pullsstrengthofindustrialpurealuminumplankis60Mpa,comparedwiththeanti-pullsstrengththatisnotlessthan375Mpaofthecarbonstructuresteelwallplankthatthethicknessisequalto4mm〔3DuststorebinDuststorebinisbelowofthebagcompartment,usedtostorecollecteddust.Dust-ladengasenterintoduststorebinfirstbeforeintobagcompartment,thatthespeedofgasfallsandthedirectionofcurrent.〔4WindinletandoutletTherearetwokindsofwindinletandoutletaccordingtothestructureoftheduster.Thewindinletofthe32seriesisacylindertype,andisdirectlyweldedonthelateralplateoftheduststorebin.Thewindoutletisinthebottom,atthesideofthebagcompartment,connectedwithinnersideofthebagcompartmentbytheplateholeoftheliftvalveto,otherseriesofwindinletandoutletaremadeintotoawhole,putonthesideofthebagcompartment.Thebagcompartmentisseparatedtwopartsfromtheduststorebinbyaslantboard,withonepartastheinletandtheotheroutlet.Thoughthisstructureisofabigvolume,theairisevenlydistributed,withagoodeffect,andsuitableforoccasionswheredust-ladengasisofagreatconcentration.Plenumpulsebagtypecollectorismadeupofseveralcompartments,wherede-dustingisinorder,andthisiscompartment-by-compartmentoff-linede-dusting.Itsadvantagesarethatthede-dustingcompartmentandthefilteringcompartmentdonotinterfereeachother,helprealizinglong-termconsecutiveoperatingandimprovede-dustingeffect.

2WorkingprincipleofplenumpulsebagtypecollectorWhendust-ladengasenterstheduststorebinfromtheinlet,someheavierdustdropsintotheduststorebinasaresultofhabitualcollisionandfreesettling,largeamountofdustfollowtherisingaircurrentandenterintotheinsideofbagcompartment.Dustisdetainedoutsidethefilterbagafterbeingfilteredbyfilterbags,andthepurifiedgasgoesintothebagcompartmentfrominsidethefilterbag,thendischargedintotheairthroughtheholeofthevalveboardandtheoutlet.As