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氣旋的形狀和除塵器對氣固流場和性能的影響
Kyoungwoo帕克等著,王杰譯
摘要
一個高效旋風(fēng)除塵器已經(jīng)完成了分離效率和流動特性的數(shù)值分析。在觀察了幾個實驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上，提出了一種設(shè)計目的。然而，這些模型只是在估計氣旋的性能有限的情況下，對于所有類型的氣旋很難獲得一個通用的模型。本研究的目的是找出流動特性和分離效率的數(shù)值模擬。雷諾茲應(yīng)力模型（RSM），不是一個標(biāo)準(zhǔn)的k-ε或k-ω模型，它適用于各向同性湍流，并且可以很好地預(yù)測壓力降和蘭金渦。對于小顆粒，有三個重要的粒子分離組件（升氣管入口、錐、除塵器）。在目前的工作中，用了相當(dāng)長的時間觀察粒子從除塵器到旋風(fēng)體的再夾帶現(xiàn)象。這個再夾帶現(xiàn)象退化的分離效率，是旋風(fēng)給除塵器的分離效率的一個重要因素。
引言
旋風(fēng)除塵器可以從空氣中分離出顆粒流，已被廣泛用于許多工業(yè)過程，如空氣污染控制和環(huán)境清洗過程，由于其能適應(yīng)惡劣條件，設(shè)計簡單，成本低，操作和維護(hù)方便。旋風(fēng)除塵器的設(shè)計根據(jù)使用的目的，一般可分為直通式，單向流和反向流的旋流器。其中，已知切向進(jìn)口和反向流動是最常使用的旋風(fēng)設(shè)計方式。
由于上述旋風(fēng)除塵器的諸多優(yōu)點，過去幾十年[1-3]在氣旋流域已測試的實驗和數(shù)值模擬的方法備受關(guān)注。旋風(fēng)除塵器的性能特征一般在于顆粒的收集效率和通過旋流器的壓力降。許多研究表明，旋風(fēng)除塵器的高度，直徑，形狀（即，圓柱形或矩形），渦旋測距儀的形狀和直徑以及進(jìn)氣口幾何形狀大大影響了旋流器的性能。
在2006年，[4]通過使用商業(yè)包裝分析了影響氣旋的氣流特性和收集性能的圓筒形狀。他們觀察到長錐體旋風(fēng)除塵器有一個不穩(wěn)定的流域和這些特性的結(jié)果，在短的循環(huán)流動的渦流探測器開口流動產(chǎn)生了不利于顆粒的收集效率的影響。
[5]評估渦流探測器的形狀和直徑對旋風(fēng)除塵器的性能和流場數(shù)值的影響。為了預(yù)測粒子跟蹤的氣旋，采用歐拉-拉格朗日方法。他們發(fā)現(xiàn)，再切向速度和分離效率降低時，旋風(fēng)渦流探測器直徑增大。
最近，[6]對流動模式的旋流器入口尺寸進(jìn)行了數(shù)值研究，采用雷諾茲應(yīng)力湍流模型（RSM）影響旋風(fēng)除塵器的性能。他們發(fā)現(xiàn)，隨著旋流入口尺寸減小，旋流器的切向速度減小。他們還發(fā)現(xiàn)，改變?nèi)肟趯挾缺雀淖冞M(jìn)口高度對定點直徑的影響更大，最優(yōu)入口寬度高度的比例為b/a，是從0.5到0.7。
氣固相互作用在旋風(fēng)除塵的流場和性能中起著重要的作用。有兩種類型的方法來預(yù)測，即單向和雙向耦合的做法。單向耦合方法的建立在顆粒的存在劑量不影響流場的假設(shè)之上的，因為在旋風(fēng)除塵器的顆粒負(fù)載是很小[7]。與此相反，一個雙向耦合效應(yīng)[8]被認(rèn)為是粒子在氣體流上的作用。在這個模型中，顆粒源模型一般用于解決粒子兩相流的動量方程。
在本研究中，推斷顆粒的大小對旋風(fēng)除塵器的流場的特點和性能的數(shù)值影響，是通過分析雷諾茲應(yīng)力（RSM）和歐拉-拉格朗日方法來預(yù)測粒子的運動。單向耦合效應(yīng)不受氣體流粒子的存在影響，是用來估計氣固相互作用的。計算模型可以準(zhǔn)確預(yù)測二相流的存在，并提供設(shè)計除塵器存在的概念。
圖1:電路圖的氣旋及其網(wǎng)格系統(tǒng)
二、物理模型
在本工作中旋風(fēng)除塵器的原理圖和所生成的網(wǎng)格系統(tǒng)如圖1，其幾何尺寸如表1所示。在表1中可以看出，所有的尺寸均采用正規(guī)化的旋風(fēng)體直徑（D=290毫米）。根據(jù)旋風(fēng)除塵器的高度，他可分為三個部分，比如,渦流探測器（環(huán)形空間），分離空間和灰塵收集部分。入口管安裝切到與旋風(fēng)體的圓柱部分無關(guān)的一側(cè)，工作流體（氣體和顆粒）通過此處的速度為VIN=25米/秒。出口管，被稱為渦流探測器，固定在旋風(fēng)筒的頂部。
三、理論分析
A.控制方程
氣旋被假定為湍流渦旋流和不可壓縮流體，它可以用雷諾茲應(yīng)力模型（RSM）進(jìn)行合理的預(yù)測。氣體的湍流流動是可以用雷諾茲的N-S（RANS）方程和連續(xù)性方程描述的均值運動。他們的張量符號表示如下：
其中Ui為平均速度，xi為坐標(biāo)系統(tǒng)，t為時間，p為平均壓力，r為氣體密度，n為運動粘度。ui￠u￠j（=Rij）代表雷諾茲應(yīng)力張量，ui￠=ui-Ui是第i個流體的脈動速度分量。如式（2），雷諾應(yīng)力在目前的工作中使用各種模擬假設(shè)，它由（RSTM）直接計算。
B.湍流模型
準(zhǔn)確的預(yù)測一個強(qiáng)大的湍流渦旋流通常要使用湍流模型。另外，在目前的工作中，雷諾應(yīng)力湍流模型（RSTM）通過使用差分傳輸方程解決了個體的雷諾應(yīng)力項（-ui￠u￠j）。傳輸方程的雷諾應(yīng)力可寫為
方程右邊的分別代表應(yīng)力擴(kuò)散、應(yīng)力應(yīng)變、生產(chǎn)壓力、耗散條件，分別定義如下；
這里nt是湍流粘度，p為波動動能，k為湍流動能（=（1/2）ui￠u￠j）和k的耗散率e。證實常量K=1，C1=1.8，C2=0.6[9]。
傳輸方程湍流耗散率（e）被表示為
常量的值是SE=1.3，CE1=1.44，CE2=1.92。
C.粒子運動方程
在目前工作的基本假設(shè)模型中粒子的運動如下；固體（顆粒）完全以球形的形狀分散在氣相中，氣固相互作用，因為這樣，所以分散顆粒的體積分?jǐn)?shù)對氣相的影響很小。一般來說，在旋流器中的粒子載荷?。?-5%），因此，可以假定，粒子不影響流場（即，單向耦合）。此外，顆粒和旋流器的壁之間的碰撞被認(rèn)為是完全彈性的相互作用，由于流量小，顆粒之間的作用是被忽視的。為了得到旋風(fēng)除塵器中的粒子的運動模型，離散相模型（DPM），定義為初始位置的速度和大小的單個顆粒。通過對粒子的結(jié)合力平衡，由歐拉-拉格朗日方法[10]， 得到了粒子的運動方程，這里包括非線性阻力和重力的影響。
這里ui和upi分別為氣體和粒子的速度和方向，xpi是粒子的位置，Pp為粒子密度，Dp為粒子的直徑，gi是重力加速度的方向。R,M是氣體的密度和粘度。RER表示相對的雷諾數(shù)，它被定義為
CD是環(huán)形顆粒的風(fēng)阻系數(shù)，通過使用希德[11]提出的相關(guān)性對球形顆粒進(jìn)行計算。
式（9）右側(cè)的第一項（RHS）是每單位質(zhì)量的粒子的阻力，由于粒子和流體之間的相對滑動，它一般是占主導(dǎo)地位的。
D.數(shù)值方法
通過解決RNS方程與湍流模型，氣相被看作連續(xù)的，而固相（或分散）的相位是通過跟蹤大量的顆粒計算出來的。分散相是可以交換質(zhì)量、動量和能量的流體相。在這項工作中進(jìn)行數(shù)值模擬STAR-CCM+[12]，這是一般商業(yè)用途的S/Ws手段。壓力速度耦合是通過簡單的算法[13]解決問題的。該非穩(wěn)態(tài)的RSTM用時為0.0001S。由于難以達(dá)到的收斂模擬標(biāo)準(zhǔn)，首先使用K-E模型計算湍流的屬性，然后通過RSTM取得最終結(jié)果。當(dāng)正規(guī)的剩余總和少于0.00001時，解決方案被視為聚集的。
在不同入口速度，氣旋氣流速度在邊界入口處被假設(shè)為均勻的。在出口應(yīng)用壓力邊界條件。在旋風(fēng)除塵器的壁上采用無滑移邊界條件施加速度。
四、結(jié)果與討論
A.旋風(fēng)除塵器在CFD模型中的驗證
圖2給出旋風(fēng)除塵器壓力降在不同的入口速度，通過比較實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果[14]驗證目前的CFD模型。如該圖所示，在目前的工作中，計算壓降與實驗數(shù)據(jù)顯示良好的協(xié)議。這也可以看出，隨著入口速度的增加，壓力下降是與泵功率密切相關(guān)的。
B.湍流模型的比較
比較使用RSTM和標(biāo)準(zhǔn)K-E模型圖3中在y=-0.4米的切向速度，可以看出，RSTM相比其他模型更好預(yù)測。高渦流，在一般情況下，生成一個很強(qiáng)的各向異流，使標(biāo)準(zhǔn)的K-E模型提供預(yù)測的兩個位置的最大速度不準(zhǔn)確，蘭金漩渦是由一個強(qiáng)制渦（內(nèi)區(qū)域附近的旋風(fēng)軸）和自由渦（壁附近的）組成的。它明確的顯示了RSTM模型能非常好的預(yù)測rankin類型的切向速度。
C.分離效率
分離效率（η），這是一種旋風(fēng)分離器的性能，被定義為如下[15]，
Tres是在旋風(fēng)除塵器中的停留時間，并且包括以下兩個部分：
在方程（15）的右邊，第一項和第二項分別代表入口區(qū)和外旋流的氣體平均停留時間。VIN是低于入口管和Q的中心線，整個區(qū)域的體積表示氣體體積。特別是，VS事實上表示大約90%的整個進(jìn)氣氣體體積流量從外渦渦核到氣旋內(nèi)壁渦核核心。在目前的工作中，粒子滯留時間為三種情況，用于預(yù)測分離效率，入口速度為25米/秒。
圖6給出入口的分離效率的速度。如圖6所示，h的增加與入口速度。
它還可以從圖中看出，多種多樣的粒子直徑。
其中VT，CS是內(nèi)部核心半徑處的氣體的切向速度，HT代表旋流器總高度。
五、結(jié)論
為了取得旋風(fēng)除塵器設(shè)計變量的最佳解決方法，溢流口直徑和錐尖直徑對其分離效率和壓力降的數(shù)值產(chǎn)生了影響。對于這一點，使用了RANS和STAR-CD。RSTM通過模擬各向異性湍流流動的氣旋，擁有一個很好地實驗數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)現(xiàn)尖端的直徑對效率有明顯的影響，而且它沒有影響壓力降。由此可看出尖端直徑是一個較顯著的參數(shù)。為了使旋風(fēng)除塵器的形狀最優(yōu)化，必須進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書
學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)過程裝備與控制 班級
學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師/職稱
1． 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
2．畢業(yè)設(shè)計（論文）起止時間：2013 年3月～2013年6月
3．畢業(yè)設(shè)計(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）
資料：
（1）金國淼，除塵設(shè)備、化學(xué)工業(yè)出版社，2002
（2）彭維明（譯），旋風(fēng)分離器（原理設(shè)計和工程應(yīng)用） .化學(xué)工
業(yè)出版社，2004
（3）除塵器手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2005
原始數(shù)據(jù)：
介質(zhì)
進(jìn)氣量
（）
密度
（）
可分離的顆粒直徑
（）
煙氣中粉塵量
除塵效率
（）
粉塵氣
9600
≥30.0
35
≥90
粉塵（滑石粉）
2700
4．畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容
（1）氣固兩相機(jī)械分離技術(shù)綜述
（2）長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計方案論證
（3）長錐體旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
（4）長錐體旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場模擬分析，預(yù)測分離性能和顆粒的沖蝕作用
5．畢業(yè)設(shè)計(論文)的目標(biāo)及具體要求
目標(biāo)：
設(shè)計出合理的長錐體旋風(fēng)除塵器，要求除塵效率不低于90%
具體要求：
（1）長錐體旋風(fēng)除塵器總裝配圖（1張）；
（2）單根除塵器部件圖、筒體、錐體等零件圖（共4張）；
（3）英文翻譯；
（4）開題報告；
（5）設(shè)計說明書
6、完成畢業(yè)設(shè)計(論文)所需的條件及上機(jī)時數(shù)要求
（1）熟悉Fluent、Autocad、VB或VC
（2）上機(jī)100學(xué)時
任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教研室(系)主任(簽字)
任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字)
完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名）
畢業(yè)論文(設(shè)計)
題目名稱： 長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
題目類型： 畢業(yè)設(shè)計
學(xué)生姓名：
院 (系)： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)班級：
指導(dǎo)教師：
輔導(dǎo)教師：
時 間： 至
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
一、題目來源
生產(chǎn)實踐
二、研究目的和意義
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)中散發(fā)的各種粉塵已成為污染車間和室內(nèi)外大氣的主要污染物，高濃度的懸浮粉塵使大氣能見度降低；某些懸浮粉塵在適宜條件下還會爆炸，威脅生產(chǎn)安全和人生安全，也是引起塵肺等職業(yè)病的根源。除塵器是控制和治理粉塵的主要設(shè)備，也是除塵系統(tǒng)中的主要設(shè)備，是從塵氣流中將粉塵分離出來并加以捕集的裝置。20世紀(jì)60年代以后，隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，各國對環(huán)境保護(hù)普遍重視，制定了嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)了除塵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是高效、新型除塵器的研制也得到了快速的發(fā)展。尤其是最近幾十年，除塵器的發(fā)展更是日新月異。在眾多類別的除塵器中尤其以旋風(fēng)除塵器的應(yīng)用最為廣泛，發(fā)展更為迅速。除塵機(jī)理和性能決定了這種除塵器的應(yīng)用范圍和效果，而實際情況中，污染物的種類也有差別，所以選用合適的除塵設(shè)備，不僅節(jié)省人力、物力和財力，而且容易達(dá)到理想的除塵效果。
本設(shè)計旨在現(xiàn)有的旋風(fēng)除塵器的基礎(chǔ)上對其除塵效率進(jìn)行研究，設(shè)計出長錐體旋風(fēng)除塵器，使其性能更加優(yōu)越。
三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱
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四、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向
1.國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
旋風(fēng)除塵器于1885年開始使用，已發(fā)展成為多種型式。按氣流進(jìn)入的方式，可分為切向進(jìn)入式和軸向進(jìn)入式兩類。在相同壓力損失下，后者能處理的氣體約為前者的3倍，且氣流分布均勻。普通旋風(fēng)除塵器由簡體、椎體和進(jìn)、排氣管等組成。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護(hù)管理，設(shè)備投資和操作費用都較低，已廣泛用來從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。在普通操作條件下，作用于粒子上的離心力是重力的5～2500倍，所以旋風(fēng)除塵器的效率顯著高于重力沉降室。大多用來去除0.3um以上的粒子，并聯(lián)的多管旋風(fēng)除塵器裝置對3um的粒子也具有80～85%的除塵效率。選用耐高溫、耐磨蝕和腐蝕的特種金屬或陶瓷材料構(gòu)造的旋風(fēng)除塵器，可在溫度高達(dá)1000℃，壓力達(dá)500*105Pa的條件下操作。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)諸方面考慮旋風(fēng)除塵器壓力損失控制范圍一般為500～2000Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫?zé)煔獾膬艋?，是?yīng)用廣泛的一種除塵器，多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預(yù)除塵。它的主要特點是對細(xì)小塵埃（<5μm）d的去除效率較低。
從二十世紀(jì)而是年代末到六十年代初，是廣泛地對旋風(fēng)器進(jìn)行科學(xué)試驗與理論概括階段1928年波羅克（Prockact）第一次對旋風(fēng)器進(jìn)行測定開始，結(jié)束了對旋風(fēng)器盲目使用的階段。在這階段中，不少單位或個人對旋風(fēng)器進(jìn)行大量的科學(xué)試驗和理論分析。通過大量數(shù)據(jù)的測定，了解一些有關(guān)壓力損失和除塵效率的影響因素：氣流進(jìn)口速度、溫度、粉塵顆粒的密度、分散度、氣流的粘度、結(jié)構(gòu)形式及尺寸的比例關(guān)系。對旋風(fēng)器的捕集分離機(jī)理也在理性上有一個飛躍的發(fā)展，對于旋風(fēng)器的流場從只見漩渦流動，發(fā)展到即見漩渦又見到匯流的流動，粉塵從氣溶膠中分離的機(jī)理最先類比平流沉降發(fā)展起來的“轉(zhuǎn)圈理論”飛躍而成為“篩分理論”。其中以巴特從1956年提出，1964年最后試驗論證的系統(tǒng)理論較為突出。第世紀(jì)十年代初到現(xiàn)在。這個階段的特點是企圖把旋風(fēng)器捕集分離能力推向超微顆粒的分離。通過相似理論和量綱分析，把流場的物理量和旋風(fēng)器的尺寸都用一基準(zhǔn)尺寸為準(zhǔn)的無量綱來表達(dá)。由于旋風(fēng)器內(nèi)的流場是紊流流場，又有圓筒與圓錐邊壁局限的有邊界層的流動，1972年Leith與Licht類比電力除塵器的分離機(jī)理，提出紊流混摻邊界層分離理論，并提出通過這機(jī)理的分級除塵效率的計算公式。另一方面，通過流場分析，旋風(fēng)器內(nèi)的流場是兩種性質(zhì)不同的漩渦及流向相反的源流或匯流疊加起來的流場。1963年西德西門子公司的科研機(jī)關(guān)，，在分析了這種流場的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)如果把旋風(fēng)器捕集分離器捕集分離的空間移動到旋風(fēng)源疊加的流場內(nèi)，則除塵器捕集分離的能力將會大為增加，因而DSE的旋風(fēng)器，這種旋風(fēng)器可捕集分離到0.4μm的顆粒，向超微顆粒進(jìn)軍邁出了第一步。1983年許宏慶在論文中提出旋風(fēng)除塵器內(nèi)徑向速度分布呈現(xiàn)非軸對稱性現(xiàn)象，研究出抑制湍流耗散的降阻技術(shù)。2001年浙江大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)除塵器方腔內(nèi)的流場偏離其幾何中心，并呈中間為強(qiáng)旋流動和邊壁附近為弱旋的準(zhǔn)自由蝸區(qū)的特點。隨著數(shù)學(xué)模型的完善和計算機(jī)仿真的引入，旋風(fēng)除塵器的研究與設(shè)計將更為深入。
旋風(fēng)除塵器的性能好，使用方便，旋風(fēng)分離器的多樣化成為了一個發(fā)展趨勢，因此，我選擇了設(shè)計一款長錐體旋風(fēng)除塵器。
2.研究的主攻方向
本設(shè)計主要是對旋風(fēng)除塵器的除塵效率的提高進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計出長椎體旋風(fēng)除塵器。
五、主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路
1.主要研究內(nèi)容
（1）氣固兩相機(jī)械分離技術(shù)綜述
（2）長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計方案論證
（3）長錐體旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)計算
（4）長錐體旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場模擬分析，預(yù)測分離性能和顆粒的沖蝕作用
（5）長錐體旋風(fēng)除塵器設(shè)計軟件編制
2.關(guān)鍵問題
長錐體旋風(fēng)除塵器的筒體高度和錐體高度的設(shè)計
3.解決思路
筒體高度和錐體高度越高，含塵空氣分離的時間越長，除塵效果越好，但過高了下部起不了作用。由于錐體部分的直徑逐漸減少，其除塵效率高于筒體部分，
所以采用短筒體長椎體。錐體部分設(shè)計的高度為筒體部分的2～3倍為宜。
六、完成畢業(yè)設(shè)計所必須具備的工作條件及解決的辦法
1.畢業(yè)設(shè)計所需的原始數(shù)據(jù)
介質(zhì)：粉塵（滑石粉）
進(jìn)氣量：9600（立方米每小時）
密度：2700（千克每立方米）
可分離的顆粒直徑：大于等于30.0（微米）
煙氣中粉塵量：35（克每立方米）
除塵效率：大于等于90（％）
2．完成設(shè)計所必需具備的工作條件
（1）裝有AutoCAD、Fluent等相關(guān)繪圖軟件的電腦一臺，機(jī)械設(shè)計手冊一套
（2）相關(guān)設(shè)計資料
A．金國淼，除塵設(shè)備、化學(xué)工業(yè)出版社，2002
B．彭維明（譯），旋風(fēng)分離器（原理設(shè)計和工程應(yīng)用）.化學(xué)工
業(yè)出版社，2004
C．除塵器手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2005
3．解決辦法
（1）在電腦上安裝AutoCAD、Word等繪圖或辦公軟件
（2）充分有效的利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱權(quán)威資料和欠缺材料
（3）與相關(guān)老師聯(lián)系，尋求適當(dāng)指導(dǎo)和幫助
七、工作的主要階段、進(jìn)度與時間安排
第1周4月1號到4月7號
第一階段（第 1 周）：查閱相關(guān)資料，為開題報告做準(zhǔn)備；
第二階段（第 2 周）：外文翻譯；
第三階段（第 3 周）：撰寫開題報告；
第四階段（第 4 周）：開題報告答辯；
第五階段（第 5 周）：開題報告的修改與更正；
第六階段（第 6 周）：搜集相關(guān)設(shè)計資料，為設(shè)計準(zhǔn)備；
第七階段（第 7 周）：初步設(shè)計，根據(jù)需要同步繪制相關(guān)圖紙；
第八階段（第 8 周）：對設(shè)計進(jìn)行修改校對，并完善圖紙；
第九階段（第 9 周）：定稿，制作設(shè)計電子版及準(zhǔn)備答辯所需資料；
第十階段（第 10 周）：模擬答辯，再次對設(shè)計進(jìn)行校核；
第十一階段（第11周）：答辯。
八、指導(dǎo)老師審查意見
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目 名 稱 長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
院 （系） 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
輔 導(dǎo) 教 師
開題報告日期 年 月 日
XX大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯記錄及成績評定
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
畢業(yè)論文
(設(shè)計)題目
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
答辯時間
年 月 日 8:00～17:40時
答辯地點
一、答辯小組組成
答辯小組組長：
成 員：
二、答辯記錄摘要
答辯小組提問（分條摘要列舉）
學(xué)生回答情況評判
三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定（百分制）：_______分
畢業(yè)論文(設(shè)計)最終成績評定(依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計)評分的相關(guān)規(guī)定)
等級(五級制)：_______
答辯小組組長(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日
院(系)答辯委員會主任(簽名)： 院(系)(蓋章)
XX大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)指導(dǎo)教師評審意見
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
畢業(yè)論文
(設(shè)計)題目
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
指導(dǎo)教師
職 稱
評審日期
評審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評審意見：
指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）：_______分
XX大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)評閱教師評語
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
畢業(yè)論文
(設(shè)計)題目
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
評閱教師
職 稱
評閱日期
評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評語：
評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_______分
目 錄
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計摘要 XIII
1前言 1
2選題背景 2
2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2
2.2本設(shè)計研究的方向 3
2.3 XCX旋風(fēng)除塵器的工作原理和優(yōu)缺點 3
3計算 5
3.1旋風(fēng)除塵器的基本尺寸設(shè)計 5
3.2旋風(fēng)除塵器的基本參數(shù)計算 8
3.3旋風(fēng)除塵器的其他附件的設(shè)計及選用 10
3.4旋風(fēng)除塵器的安裝形式 20
3.5焊接工藝 22
4計算流體動力學(xué)的基本理論 23
4.1計算流體動力學(xué)的基本方程 23
4.2標(biāo)準(zhǔn) κ -ε 模型的控制方程統(tǒng)一形式 24
5結(jié)果分析過程 25
5.1前處理 25
5.2結(jié)果分析 26
6影響XCX旋風(fēng)除塵器效率的因素 32
6.1除塵器結(jié)構(gòu)尺寸對其性能的影響 32
7影響XCX旋風(fēng)除塵器壓降的因素 35
8結(jié)論與建議 35
8.1 保證排灰口的嚴(yán)密性 35
8.2 設(shè)置灰塵隔離室 36
8.3改進(jìn)除塵器的結(jié)構(gòu) 36
9總結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致謝 39
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計摘要
學(xué) 生：
指導(dǎo)教師：
[摘要] 旋風(fēng)除塵器由進(jìn)口管、筒體、錐體、排氣管、灰斗幾部分組成，旋風(fēng)除塵器是利用氣流旋轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的離心力，使粉塵從含塵氣流中分離出來的。氣流做旋轉(zhuǎn)運動時，粉塵在離心力的作用下甩向外壁，到達(dá)外壁的粉塵在下旋氣流和重力的共同作用下沿壁面落入灰斗。本設(shè)計主要介紹了旋風(fēng)除塵器各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及旋風(fēng)除塵器性能的計算。以普通旋風(fēng)除塵器設(shè)計為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代此類相關(guān)課題的研究方法，設(shè)計出符合一定壓力損失和除塵效率要求的除塵器，在CAD/CAM軟件輔助設(shè)計的基礎(chǔ)上，繪制旋風(fēng)除塵器裝配圖、零件圖。本設(shè)計分以下幾部分對以上內(nèi)容進(jìn)行了討論：首先，通過查閱資料計算出旋風(fēng)除塵器各部分尺寸；其次，繪制出旋風(fēng)除塵器裝配圖及旋風(fēng)除塵器各零部件圖；最后，整理資料，選取與論文相關(guān)的英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯并完成設(shè)計說明書。
[關(guān)鍵詞] 旋風(fēng)除塵器，壓力損失，除塵效率
Design of long cone cyclone dust collector
Student:
Tutor:
[Abstract] Cyclone dust collector comprises an inlet pipe, cylinder, cone, an exhaust pipe, an a few parts, cyclone dust collector is the centrifugal force generated by the airflow rotation process, the dust is separated from the gas stream. Air rotating movement, the role of dust under the centrifugal force thrown to the wall to wall, the dust in air and under action of gravity along the wall into ash hopper. This paper introduces the design calculation of cyclone dust collector to determine the size and structure of each part of the cyclone dust collector performance. To the ordinary cyclone design as the foundation, combining the research methods of modern such issues, designed in line with certain pressure loss and the dust removal efficiency requirements of the precipitator, based on CAD/CAM software aided design, drawing the cyclone assembly diagram, parts diagram. This design is divided into the following parts of the above contents are discussed: firstly, through access to information to calculate the size of each part of the cyclone dust collector; secondly, draw the cyclone dust collector cyclone assembly drawing and parts drawing; finally, data sorting, selection and the related English literature translation and complete the design specification.
[Key Words] Cyclone separator, pressure loss, the dust removal efficiency
III
前言
長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計
1前言
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)中散發(fā)的各種粉塵已成為污染車間和室內(nèi)外大氣的主要污染物，高濃度的懸浮粉塵使大氣能見度降低；某些懸浮粉塵在適宜條件下還會爆炸，威脅生產(chǎn)安全和人生安全，也是引起塵肺等職業(yè)病的根源。除塵器是控制和治理粉塵的主要設(shè)備，也是除塵系統(tǒng)中的主要設(shè)備，是從塵氣流中將粉塵分離出來并加以捕集的裝置。20世紀(jì)60年代以后，隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，各國對環(huán)境保護(hù)普遍重視，制定了嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，從而促進(jìn)了除塵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是高效、新型除塵器的研制也得到了快速的發(fā)展。尤其是最近幾十年，除塵器的發(fā)展更是日新月異。在眾多類別的除塵器中尤其以旋風(fēng)除塵器的應(yīng)用最為廣泛，發(fā)展更為迅速。除塵機(jī)理和性能決定了這種除塵器的應(yīng)用范圍和效果，而實際情況中，污染物的種類也有差別，所以選用合適的除塵設(shè)備，不僅節(jié)省人力、物力和財力，而且容易達(dá)到理想的除塵效果。長錐體旋風(fēng)除塵器是一種不錯的除塵器，它主要由排灰管、圓錐體、圓柱體、進(jìn)氣管、排氣管以及頂蓋組成。XCX型旋風(fēng)除塵器其進(jìn)氣口采用了蝸殼斜底板的形式，進(jìn)氣口斷面較小且為方形，錐體較長。主要由蝸殼、螺旋形斜底板、錐體和設(shè)有弧形減阻器的排氣管組成。根據(jù)處理風(fēng)量可組合成多管式除塵器，它運行可靠，可以處理高溫含塵氣體，適合捕集粒徑的煙塵。
下面為兩個長錐體旋風(fēng)除塵器的實體圖。
2選題背景
2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
旋風(fēng)除塵器于1885年開始使用，已發(fā)展成為多種型式。按氣流進(jìn)入的方式，可分為切向進(jìn)入式和軸向進(jìn)入式兩類。在相同壓力損失下，后者能處理的氣體約為前者的3倍，且氣流分布均勻。普通旋風(fēng)除塵器由簡體、椎體和進(jìn)、排氣管等組成。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護(hù)管理，設(shè)備投資和操作費用都較低，已廣泛用來從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子。在普通操作條件下，作用于粒子上的離心力是重力的5～2500倍，所以旋風(fēng)除塵器的效率顯著高于重力沉降室。大多用來去除0.3um以上的粒子，并聯(lián)的多管旋風(fēng)除塵器裝置對3um的粒子也具有80～85%的除塵效率。選用耐高溫、耐磨蝕和腐蝕的特種金屬或陶瓷材料構(gòu)造的旋風(fēng)除塵器，可在溫度高達(dá)1000℃，壓力達(dá)500*105Pa的條件下操作。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)諸方面考慮旋風(fēng)除塵器壓力損失控制范圍一般為500～2000Pa。因此，它屬于中效除塵器，且可用于高溫?zé)煔獾膬艋菓?yīng)用廣泛的一種除塵器，多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預(yù)除塵。它的主要特點是對細(xì)小塵埃（<5μm）d的去除效率較低。
從二十世紀(jì)而是年代末到六十年代初，是廣泛地對旋風(fēng)器進(jìn)行科學(xué)試驗與理論概括階段1928年波羅克（Prockact）第一次對旋風(fēng)器進(jìn)行測定開始，結(jié)束了對旋風(fēng)器盲目使用的階段。在這階段中，不少單位或個人對旋風(fēng)器進(jìn)行大量的科學(xué)試驗和理論分析。通過大量數(shù)據(jù)的測定，了解一些有關(guān)壓力損失和除塵效率的影響因素：氣流進(jìn)口速度、溫度、粉塵顆粒的密度、分散度、氣流的粘度、結(jié)構(gòu)形式及尺寸的比例關(guān)系。對旋風(fēng)器的捕集分離機(jī)理也在理性上有一個飛躍的發(fā)展，對于旋風(fēng)器的
第39頁（共39頁）
選題背景
流場從只見漩渦流動，發(fā)展到即見漩渦又見到匯流的流動，粉塵從氣溶膠中分離的機(jī)理最先類比平流沉降發(fā)展起來的“轉(zhuǎn)圈理論”飛躍而成為“篩分理論”。其中以巴特從1956年提出，1964年最后試驗論證的系統(tǒng)理論較為突出。第世紀(jì)十年代初到現(xiàn)在。這個階段的特點是企圖把旋風(fēng)器捕集分離能力推向超微顆粒的分離。通過相似理論和量綱分析，把流場的物理量和旋風(fēng)器的尺寸都用一基準(zhǔn)尺寸為準(zhǔn)的無量綱來表達(dá)。由于旋風(fēng)器內(nèi)的流場是紊流流場，又有圓筒與圓錐邊壁局限的有邊界層的流動，1972年Leith與Licht類比電力除塵器的分離機(jī)理，提出紊流混摻邊界層分離理論，并提出通過這機(jī)理的分級除塵效率的計算公式。另一方面，通過流場分析，旋風(fēng)器內(nèi)的流場是兩種性質(zhì)不同的漩渦及流向相反的源流或匯流疊加起來的流場。1963年西德西門子公司的科研機(jī)關(guān)，，在分析了這種流場的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)如果把旋風(fēng)器捕集分離器捕集分離的空間移動到旋風(fēng)源疊加的流場內(nèi)，則除塵器捕集分離的能力將會大為增加，因而DSE的旋風(fēng)器，這種旋風(fēng)器可捕集分離到0.4μm的顆粒，向超微顆粒進(jìn)軍邁出了第一步。1983年許宏慶在論文中提出旋風(fēng)除塵器內(nèi)徑向速度分布呈現(xiàn)非軸對稱性現(xiàn)象，研究出抑制湍流耗散的降阻技術(shù)。2001年浙江大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)除塵器方腔內(nèi)的流場偏離其幾何中心，并呈中間為強(qiáng)旋流動和邊壁附近為弱旋的準(zhǔn)自由蝸區(qū)的特點。隨著數(shù)學(xué)模型的完善和計算機(jī)仿真的引入，旋風(fēng)除塵器的研究與設(shè)計將更為深入。
2.2本設(shè)計研究的方向
本設(shè)計主要是對旋風(fēng)除塵器的除塵效率的提高進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計出長錐體旋風(fēng)除塵器。
下面為一個XCX旋風(fēng)除塵器的實體圖
2.3 XCX旋風(fēng)除塵器的工作原理和優(yōu)缺點
工作原理：XCX旋風(fēng)除塵器是半螺旋線型旁通分離室的氣旋型除塵裝置含塵氣體進(jìn)入后，氣體獲得旋轉(zhuǎn)速度同時分成上、下兩部分?；覊m在排風(fēng)管下端，既而旋轉(zhuǎn)氣流分界處產(chǎn)生強(qiáng)烈地分離作用。較粗顆粒分離至外壁，在下旋轉(zhuǎn)氣流作用下帶向除塵排塵口。較細(xì)的灰塵顆粒，由上旋轉(zhuǎn)氣流帶往上部在頂蓋的板下面形成強(qiáng)烈灰塵環(huán)并發(fā)生灰聚集現(xiàn)象，經(jīng)回風(fēng)口再進(jìn)入除器，分離至排塵口。凈化后的核心氣流，經(jīng)排風(fēng)管排至大氣。
XCX旋風(fēng)除塵器的優(yōu)點
(1)XCX旋風(fēng)除塵器內(nèi)部沒有運動部件，維護(hù)方便。
(2)制作、管理十分方便。
(3)處理相同風(fēng)量的情況下體積小，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。
(4)作為預(yù)除塵器使用時，可以立式安裝，使用方便。
(5)處理大風(fēng)量時便于多臺并聯(lián)使用，效率阻力不受影響。
(6)可耐高溫，如采用特殊的耐高溫材料，還可以耐受更高的溫度。
(7)除塵器內(nèi)設(shè)耐磨內(nèi)襯后，可用以凈化含高磨蝕性粉塵的煙氣。
(8)可以干法清灰，有利于回收有價值的粉塵。
XCX旋風(fēng)除塵器的缺點
(1)卸灰閥如果漏損會嚴(yán)重影響除塵效率。
(2)磨損嚴(yán)重，特別是處理高濃度或磨損性大的粉塵時，入口處和錐體 部位都容易磨壞。
(3)除塵效率不高(對捕集粒徑小于的微細(xì)粉塵和塵粒密度小的粉塵，效率較低)，單獨使用有時滿足不了含塵氣體排放濃度的要求。
(4)由于除塵效率隨筒體直徑增加而降低，因而單個除塵器的處理風(fēng)量受到一定限制。
計算
3計算
3.1旋風(fēng)除塵器的基本尺寸設(shè)計
旋風(fēng)除塵器的設(shè)計一般用計算法或經(jīng)驗法。由于旋風(fēng)除塵器的目前的設(shè)計都是經(jīng)驗公式或者半經(jīng)驗公式。因此，我們采用經(jīng)驗法來選型。
在旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)尺寸中，以旋風(fēng)筒直徑、氣體入口及排氣管尺寸對除塵器性能影響最為明顯。
筒體直徑，旋風(fēng)除塵器筒體直徑越小，粉塵所受的離心力越大，其除塵效率也就越高。但筒徑過小，易引起堵塞及已分離粉塵的二次飛揚等問題。工程上使用的旋風(fēng)筒直徑一般不小于。為保證除塵效率不致降低過多，筒徑一般不宜大于。若處理氣量大，則應(yīng)考慮采用并聯(lián)組合式或多管式旋風(fēng)除塵器。
由于處理量為，處理量比較大，因此采取幾個旋風(fēng)除塵器的并聯(lián)使用，通過粗略計算，采用個旋風(fēng)除塵器并聯(lián)。
表1原始數(shù)據(jù)
進(jìn)氣量（）
密度（）
可分離粒徑
含塵量（）
除塵效率
3.1.1筒體直徑的計算
(2)
其中為除塵器筒體凈空橫截面平均流速（）,此處取，代入數(shù)據(jù)，計算得,根據(jù)XCX四管的型號選取。
3.1.2其他結(jié)構(gòu)尺寸的計算
1.入口尺寸
旋風(fēng)除塵器入口斷面多為矩形。設(shè)寬度為，高度為，面積為，則旋風(fēng)除塵器類型系數(shù)， 值一般范圍是。對小型除塵器而言，值可取較小值，以降低阻力損失，提高收塵效率，但除塵器體積相應(yīng)增大；對大型除塵器而言，由于其一般多用于預(yù)收塵，從減小除塵器體積考慮，值則應(yīng)取大值。入口高寬比一般為?，F(xiàn)取
2.排氣管直徑
排氣管直徑是影響除塵器阻力損失的最顯著因子，對分離效率是次顯著因子。增大排氣管直徑，可大幅降低阻力損失，但也會降低其收塵效率。一般排氣管直徑與旋風(fēng)筒直徑之比在0.4～0.7左右?，F(xiàn)取
3.排氣管插入深度。
排氣管插入深度是影響除塵器分離效率的最顯著因子，對阻力損失則是不顯著因子。插入深度過短，入口粉塵會直接逸流；插入深度過長，徑向匯流又會增大，同樣對分離效率不利。一般認(rèn)為：排氣管插入深度以略低于入口下沿較為適當(dāng)。現(xiàn)取
4.筒體高度
適當(dāng)增加筒體高度，對提高分離效率有利。通常取為宜?，F(xiàn)取
5.錐體高度
與圓錐角有關(guān)。增大錐體高度，對降低阻力提高效率都有好處，但應(yīng)與筒體高度綜合考慮。一般取比較合適。現(xiàn)取。圓錐角一般取為宜。過小，錐體高度過大，過大，對卸料不利，錐體內(nèi)壁磨損也會增加。
圖 5 旋風(fēng)除塵器的基本尺寸圖
根據(jù)所查資料確定其他結(jié)構(gòu)與筒體直徑的比例關(guān)系，從而確定其尺寸。
表2 旋風(fēng)除塵器的基本尺寸
名稱
筒體直徑
升氣管直徑
排灰口直徑
筒體長度
錐體長度
升氣管長度
入口高度
入口寬度
排氣管插入深度
符號
比例
1
0.5
0.25
1.33
2.85
1.025
0.24
0.24
0.9
尺寸（m）
0.8
0.4
0.2
1.064
2.28
0.82
0.192
0.192
0.72
3.2旋風(fēng)除塵器的基本參數(shù)計算
3.2.1入口速度的計算
旋風(fēng)除塵器入口風(fēng)速的使用范圍在之間，一般取。風(fēng)速過小，分離效率較低，入口管會造成積塵和堵塞；風(fēng)速過大，阻力相應(yīng)較大，同時已分離粉塵的返混、反彈等現(xiàn)象加劇，分離效率也會下降。在實用中，小型除塵器多用較低的風(fēng)速，大型除塵器則用較高的風(fēng)速。
（3）
帶入數(shù)據(jù)得，可以看出假定的速度大小合適，其他數(shù)據(jù)可用。
但由于XCX型旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口截面較小，在處理相同的氣量情況下與其他除塵器相比其進(jìn)口速度較高，所以計算的結(jié)果符合實際情況。
3.2.2計算漩渦指數(shù)n
（4）
帶入，得
3.2.3計算流體粘度μ
（5）
代入數(shù)據(jù)，得
3.2.4計算分割粒徑
特征長度 （6）
（7）
平均徑向速 （8）
切向速度 （9）
（10）
l—除塵器旋風(fēng)自然折返長度，
帶入相應(yīng)數(shù)據(jù)得:
要求處理的滑石粉粒徑為30μm，因此計算合理。
3.2.5壓力損失的計算
旋風(fēng)除塵器阻力損失主要包括進(jìn)口損失、出口損失及旋渦流場損失，其中排氣管中的損失占較大分量。旋風(fēng)除塵器阻力損失一般用下式表示：
（11）
其中ζ--阻力系數(shù)，由于選用的是XCX型旋風(fēng)除塵器，這里。
--氣體密度，。
帶入數(shù)據(jù)計算得
現(xiàn)取
符合XCX型旋風(fēng)除塵器的實際情況。
3.2.6分級除塵效率
粒徑
質(zhì)量百分?jǐn)?shù)
平均粒徑
分級除塵效率
總除塵效率
（12）
由于要求設(shè)計的分離效率為，故上述設(shè)計滿足要求。
3.3旋風(fēng)除塵器的其他附件的設(shè)計及選用
3.3.1風(fēng)機(jī)的選型
根據(jù)處理量，含塵量，計算的壓降。因此選用以下風(fēng)機(jī)
機(jī)號
轉(zhuǎn)速()
流量
全壓
電機(jī)型號
NO.4.5
2900
10580
1667
Y132S2-2B35
表3 風(fēng)機(jī)的參數(shù)
3.3.2法蘭的計算選用與校核
1.法蘭選型
法蘭的技術(shù)要求應(yīng)符合GB/T9119-2000的規(guī)定。鋼制平面法蘭材料選用Q235。
圖6 平面（FF）板式平焊鋼制管法蘭
公稱通徑DN
連接尺寸
密封面
法蘭厚度C
法蘭外徑D
螺栓中心圓直徑K
螺栓孔徑L
螺栓
d
f
數(shù)量n
螺紋規(guī)格
400
580
130
30
16
M27
480
2
38
500
715
320
33
20
M30
619
2
46
800
915
880
40
28
M38
845
5
52
表4 平面（FF）板式平焊鋼制管法蘭尺寸系列表
2.法蘭強(qiáng)度的校核
根據(jù)GB/T 17186-1997 對法蘭進(jìn)行校核。
1 符號或代號
Aa — 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積，mm2 ;
— 實際使用的螺栓總截面積，,mm2;
Am — 需 要的螺栓總截面積，取Aa與Ap中的較大值，mm2;
Ap — 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積，mm2 ;
bD — 墊片寬度，mm;
CA — 重心與頸部小端距離，mm;
DG — 墊片平均直徑，mm;
D — 法蘭外徑，mm；
Di — 法蘭內(nèi)徑，mm;
Db — 法蘭螺栓中心圓直徑，mm;
Di — 接管內(nèi)徑，mm;
d6 — 螺栓孔直徑，mm;
db'—螺栓孔計算直徑，mm;
do— 計 算需要的螺栓螺紋小徑，mm
dk— 實 際選用的螺栓螺紋小徑，mm;
e — 重心距離，mm;
fa— 密封安全系數(shù)，fa=1.2;
FG—預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N;
Fp— 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N;
F— 流體靜壓總軸向力，F(xiàn)=0.78 5，N;
FD— 流體靜壓力作用在法蘭內(nèi)徑截面上的軸向力，F(xiàn)D=0.78 5，N;
FT — 流體靜壓總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的軸向力之差，F(xiàn)T=F-FD，N;
Ft — 操作狀態(tài)下最大允許墊片壓緊力，N;
h— 法蘭頸部高度，mm;
k1— 預(yù)緊墊片系數(shù)，mm;
k0— 操作墊片系數(shù)，mm;
KD — 常溫下墊片材料的變形阻力，MPa;
KD t— 設(shè)計溫度下墊片材料的變形阻力，MPa;
L— 設(shè)計螺栓載荷，N；
La — 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷，N;
Lp — 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷，N;
Ma —預(yù)緊狀態(tài)下需要的法蘭力矩,N·MM;
Mp— 操作狀態(tài)下需要的法蘭力矩，N·MM;
N — 螺栓數(shù)量，個；
c— 螺栓的設(shè)計裕度，mm;
p— 設(shè)計壓力，MPa;
S— 力臂,mm；
tf— 法蘭厚度，mm；
tn— 接管厚度，mm;
ts— 接管計算厚度，mm;
y — 墊片松弛系數(shù)，對于金屬墊片，y=1.0； 對于軟墊片和金屬軟墊片，y=1.1;
— 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力（見GB1 50第4章）,MPa;
— 設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力（見GB1 50第4章），MPa;
— 常溫下法蘭材料的許用應(yīng)力（見GB1 50第4章),MPa;
— 設(shè)計溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力（見GB1 50第4章）,MPa;
— 管 道材料的屈服極限；
δ0— 法 蘭頸部小端有效厚度，mm;
δ1— 法 蘭頸部大端有效厚度，mm；
Z — 齒形墊片的齒數(shù)；
W — 法蘭抗彎截面系數(shù)，mm3,
2 計算
相關(guān)材料的選用
據(jù)GB150，螺栓材料為40Cr，法蘭材料選用35號鋼。
3 墊片的選用
由于旋風(fēng)除塵器操作溫度為常溫200C，查閱相關(guān)手冊在t<800C時選擇橡膠平墊片。查表得其墊片系數(shù):
在預(yù)緊狀態(tài)下 N/mm
在操作狀態(tài)下 k1=0.5bD mm
墊片壓緊力
a) 預(yù)緊狀態(tài)下需要的墊片最小壓緊力按式計算：
FG = 3.14DGk0KD N （13）
b） 操 作 狀態(tài)下需要的墊片最小壓緊力按式計算：
Fp = 3.14DGk1pfs N （14）
c） 操 作 狀態(tài)下墊片最大允許的壓緊力
對于金屬平墊片按式計算：
Fpt= 3.14DGk0KDt N （15）
對于金屬齒形墊片按式計算：
N （16）
要求 Fpt >Fp，但不超過墊片的允許壓縮載荷。
4 螺栓
螺栓載荷
a)預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計算：
（17）
b)操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計算：
Lp=y(F十F p)=y(0.78 5＋3.14DGk1pfs) N （18）
若La>Lp，對于軟墊片或金屬軟墊片可按式計算，La'代替La:
（19）
螺栓總截面積
a)預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積按下式計算：
mm2 （20）
b)操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總截面積按下式計算：
mm2 （21）
c)需要的螺栓總截面積Am，取Aa與Ap中的較大值；
d)螺栓的螺紋根徑按下式計算：
（22）
式中，：值按以下規(guī)定：
對于剛性螺栓：
當(dāng)時，c=3mm；當(dāng)時，c=1mm；
對于中間值，可用內(nèi)插法計算c,
對于彈性螺栓：c=0
實際選用的剛性螺栓的螺紋小徑或彈性螺栓芯桿直徑dk應(yīng)不小于do。
螺栓設(shè)計載荷
a）預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷按下式計算：
N （23）
b）操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計載荷按下式計算：
L＝L p N （24）
5 法蘭類型
a)對焊法蘭，包括帶頸對焊法蘭
b)平焊法蘭，包括帶頸平焊和承插焊法蘭及板式平焊法蘭
c)松套法蘭，包括翻邊環(huán)和平焊環(huán)板式松套法蘭
我們在這里選擇板式平焊法蘭
法蘭力矩
預(yù)緊狀態(tài)下法蘭力矩按式計算：
Ma ＝ L·SG N·mm （25）
b）操作狀態(tài)下法蘭力矩按式（30)計算：
Mp = FD·SD ＋ FT·ST 十 FG·SG N·mm （26）
力臂按下表計算，且FG=Fp
表5 操作狀態(tài)下法蘭載荷的力臂 mm
圖7 平焊法蘭
法蘭抗彎截面系數(shù)
焊接法蘭
危險截面 A-A的法蘭抗彎截面系數(shù)：
（27）
以上各式中：
（28）
對于的法蘭，；Di<500mm的法蘭，
強(qiáng)度條件
在預(yù)緊或操作狀態(tài)下，法蘭力矩在每一截面上引起的應(yīng)力必須滿足下列強(qiáng)度條件：
（29）
（30）
經(jīng)過計算結(jié)果如下：
計算應(yīng)力
許用應(yīng)力
DN
結(jié)果
Mpa
Mpa
Mpa
Mpa
400
2.620
44.257
166
166
500
2.873
51.254
166
166
800
3.813
61.810
166
166
表6 法蘭校核結(jié)果
由結(jié)果可知，所選用的法蘭滿足要求。
3.3.3灰斗的設(shè)計
1.灰斗容積的計算
旋風(fēng)除塵器每小時集塵量
（31）
其中L為含塵量（g/m3）
Q處理量(m3/s)
η為除塵效率
帶入數(shù)據(jù)得：
即得每小時集塵的體積
圖8 灰斗的基本結(jié)構(gòu)尺寸
從結(jié)構(gòu)圖可知灰斗的容積為上半部圓筒和下半部錐體（將下半部近視為圓錐）的體積，即
錐底部分是旋風(fēng)除塵器壓力最低的地方，杜絕錐底漏風(fēng)是保證旋風(fēng)筒分離效率的重要措施。旋風(fēng)除塵器一般都裝有卸灰裝置，其作用是保證已分離粉塵的順利下卸及除塵器運行中卸灰時錐底的氣密性。卸灰裝置分干式和濕式兩種，旋風(fēng)除塵器多采用干式卸灰裝置。
回轉(zhuǎn)式卸灰閥是依靠旋轉(zhuǎn)的剛性分格輪來實現(xiàn)除塵器的卸灰和密封的。剛性分格輪由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，粉塵充滿由刮板組成的扇形空間后連續(xù)排出，電機(jī)適宜轉(zhuǎn)速由卸灰量的大小來確定。在這里我們選擇星形卸灰閥。
名稱
數(shù)據(jù)
型號
YJD
2
YJD
4
YJD
6
YJD
8
YJD
10
YJD
12
YJD
14
YJD
16
YJD
18
YJD
20
YJD
26
YJD
30
YJD
40
YJD
50
卸料量l/r
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
26
30
40
50
r/min
Z型
25-40
工作溫度℃
T≤80℃ T≤200℃
物料
粉狀，顆粒狀
電機(jī)
型號
Y801-4
Y802-4
Y90S-4
Y90L-4
Y100L1-4
Y100L2-4
Y112M-4
Y132S-4
KW
0.55
0.75
1.1
1.5
2.2
3
4
5.5
r/min
1390
1400
1430
1430
1430
重量（kg）
53
71
86
101
121
141
161
181
191
221
251
301
491
681
表7 YJD卸灰閥技術(shù)數(shù)據(jù)
根據(jù)初步計算結(jié)果選擇YJD-2型卸灰閥，該型號的卸灰閥每小時卸灰量為3.6m3/h，根據(jù)安裝要求設(shè)定灰斗直徑D=2500mm，每隔3小時卸一次灰。則3小時內(nèi)灰斗內(nèi)收集的滑石粉為1.5726m3,由于灰斗不可能裝滿滑石粉后才開啟卸灰閥，因此，取一個系數(shù)C=1.5，則灰斗的容積V0=1.5x1.5726=2.3589m3，經(jīng)過計算取h1=400mm ，h2=900mm 。
灰斗卸灰法蘭選擇圓形的，即與之對應(yīng)的卸灰閥也選擇YJD-B型。法蘭尺寸參照一下設(shè)計：
型號
фA
фB
фC
E
F
M
H
h
ф
YJD02型
250
210
150
650
420
122.5
225
12
9
YJD04型
280
240
180
758
526
140
280
15
11
YJD06型
300
260
200
778
536
150
300
15
11
YJD08型
320
280
220
798
546
160
320
15
13
YJD10型
340
300
240
880
628
170
340
18
13
YJD12型
360
320
260
900
638
180
360
`18
17
YJD14型
380
340
280
920
648
190
380
20
17
YJD16型
400
360
300
960
678
200
400
20
17
YJD18型
420
380
320
980
688
220
440
22
17
YJD20型
440
400
340
1000
698
230
460
22
17
YJD26型
500
460
400
1150
740
260
520
24
17
YJD30型
540
500
440
1190
755
280
560
24
17
圖9 B型卸灰閥外形結(jié)構(gòu)及尺寸
灰斗的壁厚設(shè)計，灰斗蓋要承受上部旋風(fēng)除塵器的重力，因此此處設(shè)計比較重要，查閱相關(guān)資料，結(jié)合實際情況，當(dāng)壁厚取20mm時，通過計算機(jī)分析，結(jié)果如下：
圖10 灰斗上蓋位移圖
圖11 灰斗上蓋應(yīng)力圖
由位移圖可知，灰斗蓋最大位移在其中心部位，最大位移量為0.2439mm，由應(yīng)力圖可知，最大應(yīng)力在灰斗蓋邊緣，σmax=21.597Mpa ?；叶飞仙w材料選用中低碳鋼，選用30號碳鋼，其屈服強(qiáng)度為294Mpa>σmax=21.597Mpa，故滿足強(qiáng)度要求，厚度設(shè)計合格。
3.4旋風(fēng)除塵器的安裝形式
通過前面的計算分析，旋風(fēng)除塵器采用四筒并聯(lián)，并聯(lián)除塵器數(shù)目不多時（一般不超過8個）可以采用單管并聯(lián)，這時，每個除塵器有其自己的進(jìn)氣管和排氣管，各自與近期干管和排氣干管相連，或者各自單獨向大氣排氣；每個除塵器可以有單獨的灰斗，也可以合用一個灰斗。
3.4.1進(jìn)氣管并聯(lián)方式
單個旋風(fēng)除塵器并聯(lián)，進(jìn)氣幾乎都是切向的。進(jìn)氣管和排氣管不同并聯(lián)方式如下。圖12（a）是最簡單的入口并聯(lián)方式，在進(jìn)氣管中氣體和灰塵的流動是堆成的，兩個除塵器中的工作情況相同，效率和阻力相同的。圖12（b）所示的連接，難使所有支管入口壓力相同，但安裝比較方便。圖12（c）是另一種連接方式，每經(jīng)過一個除塵器的入口以后，主管道就會縮小一些，進(jìn)入并聯(lián)的除塵器氣流可以自我補(bǔ)償，達(dá)到氣流基本平衡；這是因為最大的氣流產(chǎn)生的最大壓力降，從而使流量減少。通過對比，本設(shè)計選用第三種進(jìn)口方式。
圖12 旋風(fēng)除塵器進(jìn)氣并聯(lián)方式
3.4.2排氣管并聯(lián)方式
并聯(lián)除塵器與排氣干管連接時，往往為了回收壓力而采用蝸卷式出口。因為這種出口的方式可以隨意安排，故可根據(jù)具體情況采用不同的連接方式，圖13是幾個例子，其中，圖13（a）為對稱并聯(lián)，圖13（b）、（c）、（d）、（e）為不對稱并聯(lián)。由于排氣管設(shè)計比較自由，因此采用常規(guī)設(shè)計。
圖13 除塵器出口的并聯(lián)方式
3.4.3排灰口并聯(lián)方式
并聯(lián)的旋風(fēng)除塵器共用一個灰斗比各自有一個灰斗的優(yōu)點是可以減輕清除積灰時的麻煩。缺點是一旦漏風(fēng)將嚴(yán)重破除塵器正常工作。圖4是共用灰斗示意?；覊m從旋風(fēng)除塵器C1和C2經(jīng)過孔口E1和E2進(jìn)入灰斗D。如果兩個除塵器相同，則它們從入口到出口的壓力降是一樣的，灰斗D中的氣體是靜止的。如果由于某種原因，例如其中一個除塵器被灰塵堵塞，氣流受到限制，以致在E1點的壓力大于E2點的，則氣體就從E1帶著一些灰塵經(jīng)過D流道E2，而從除塵器C2的排氣管流出去。因此，必須控制壓力和流動狀況。把旋風(fēng)除塵器做的完全一樣，并且注意這個問題使并聯(lián)的除塵器的差異盡量減少，也防止各個除塵器中的流動狀況變的不同。針對這一情況在工程應(yīng)用中應(yīng)按組合除塵器數(shù)量將灰斗分格如圖14所示。因此，灰斗的設(shè)計采用分格設(shè)計。
圖14 灰斗結(jié)構(gòu)形式
3.5焊接工藝
3.5.1筒體焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.筒體與筒體以及筒體與上灰環(huán)焊縫焊接接頭型式和尺寸選用
計算流體動力學(xué)的基本理論
GB/T9119-2000。
2.根據(jù)GB/T518-95選用焊絲的牌號H10Mn，根據(jù)GB12470-70選用焊劑的牌號HJ431型號HJ401-H08A。
3.焊接采用埋弧焊，對焊縫進(jìn)行100%的射線探傷檢測，要求GB3325-87中的II級為合格。
4.灰斗的焊接也按上述標(biāo)準(zhǔn)施行。
3.5.2接管與筒體焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.筒體與接管的焊接接頭型式和尺寸選用GB/T9119-2000。
2.根據(jù)GB/T 518-95《低合金鋼電焊條》選用焊條牌號J502，型號E5003。
3.焊接采用手工電弧焊，對焊縫進(jìn)行100%的射線探傷檢測，要求GB3325-87中的II級為合格。
3.5.3板式平焊法蘭與接管焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.板式平焊法蘭與接管焊接接頭尺寸選用GB/T9119-2000選用。
2.根據(jù)GB/T518-95《低合金鋼電焊條》選用焊條牌號J507型號E5015。
3.焊后對焊縫進(jìn)行100%的射線探傷檢測，要求GB3325-87中的II級為合格。
4計算流體動力學(xué)的基本理論
4.1計算流體動力學(xué)的基本方程
對于所有的流動，F(xiàn)LUENT都是解質(zhì)量和動量守恒方程。對于包括熱傳導(dǎo)或可壓性的流動，需要解能量守恒的附加方程。對于包括組分混合和反應(yīng)的流動，需要解組分守恒方程或者使PDF模型來解混合分?jǐn)?shù)的守恒方程以及其方差。當(dāng)流動是湍流時，還要解附加的輸運方程。
1.質(zhì)量守恒方程
質(zhì)量守恒方程又稱連續(xù)性方程：
（32）
該方程是質(zhì)量守恒方程的一般形式，它適用于可壓流動和不可壓流動。源項Sm是從分散的二級相中加入到連續(xù)相的質(zhì)量（比方說由于液滴的蒸發(fā)），源項也可以是任何的自定義源項。
二維軸對稱問題的連續(xù)性方程為：
（33）
2. 動量守恒方程
在慣性（非加速）坐標(biāo)系中i方向上的動量守恒方程為：
（34）
其中p是靜壓，tij是下面將會介紹的應(yīng)力張量，r gi和Fi分別為i方向上的重力體積力和外部體積力（如離散相相互作用產(chǎn)生的升力）。Fi包含了其它的模型相關(guān)源項，如多孔介質(zhì)和自定義源項。
應(yīng)力張量由下式給出：
（35）
上式的物理意義可以參閱流體力學(xué)教科書，其中會講得很清楚。
對于二維軸對稱幾何外形，軸向和徑向的動量守恒方程分別為：
（36）
以及
其中：
（37）
w是漩渦速度（具體可以參閱模擬軸對稱渦流中漩渦和旋轉(zhuǎn)流動的信息）
4.2標(biāo)準(zhǔn) κ -ε 模型的控制方程統(tǒng)一形式
由于旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流體處于湍流狀態(tài)，而標(biāo)準(zhǔn) κ -ε 模型是目前使用最廣泛的湍流模型，所以采用該模型對旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場進(jìn)行模擬。模擬時，控制方程包括連續(xù)性方程、動量守恒方程、κ 方程及ε 方程。為了便于對各個控制方程進(jìn)行分析，并用同一個程序?qū)Ω鱾€控制方程進(jìn)行求解，在數(shù)值計算中發(fā)展了黏性流體力學(xué)的統(tǒng)一形式
（38）
其展開形式為
結(jié)果分析過程
（39）
式中：φ 為通用變量，可以代表 u、v、w 和 T 等求解變量；Γ 為廣義擴(kuò)散系數(shù)；S 為廣義源項。式 (1) 中各項依次為瞬態(tài)項、對流項、擴(kuò)散項和源項。對于特定的方程，φ 、Γ 和 S 具有特定的形式，表 7給出了3個符號與各特定方程的對應(yīng)關(guān)系。
表 7 通用控制方程中各符號的具體形式
所有控制方程都可以經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，將方程中的因變量、時變項、對流項和擴(kuò)散項寫成標(biāo)準(zhǔn)形式，然后將方程右端的其余各項集中在一起定義為源項，從而化為通用微分方程，只需要考慮通用微分方程 (37) 的解，寫出求解方程 (37) 的源程序，就足以求解不同類型的流體流動及傳熱問題。對于不同的φ，只要重復(fù)調(diào)用該程序，并給出 Γ 和 S 的適當(dāng)表達(dá)式以及適當(dāng)?shù)某跏紬l件和邊界條件，便可求解。
5結(jié)果分析過程
5.1前處理
GAMBIT是專用的前處理軟件包，用來為CFD模擬生成網(wǎng)格文件。它提供了多種網(wǎng)格單元，可以根據(jù)用戶的要求自動完成網(wǎng)格的劃分。根據(jù)設(shè)計尺寸進(jìn)行三維造型并導(dǎo)入GAMBIT。分割實體并劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件。
圖15 劃分網(wǎng)格圖
啟動FLUENT導(dǎo)入網(wǎng)格文件，檢查網(wǎng)格模型，選擇求解器并設(shè)定運行環(huán)境，選定計算模型，設(shè)置材料特性，設(shè)置邊界條件，調(diào)整用于控制求解的有關(guān)參數(shù)，初始化流場，計算求解。
圖16 殘差圖
5.2結(jié)果分析
5.2.1旋風(fēng)除塵器內(nèi)流場速度分布
在旋風(fēng)除塵器工作過程中，切向速度起主要分離作用，粉塵在切向速度作用下高速旋轉(zhuǎn)運動，在離心力作用下粉塵被分離沉降。氣體旋轉(zhuǎn)切向速度（可視同入口氣體速度）是個關(guān)鍵參數(shù)，切向速度越大，處理氣量增大，最重要的是顆粒受離心力大，易甩向外筒內(nèi)壁被分離收集。但是切向速度過大會引起以下現(xiàn)象：
（1） 氣體湍流及甩到邊壁的顆粒因切向速度過大發(fā)生碰撞被重新?lián)P起，返回氣相形成返混現(xiàn)象。
（2） 使徑向氣體速度變大，上行軸向氣體速度也增大，顆粒停留時間縮短灰斗返氣夾帶變多。
（3） 壓降增大。
圖16 X=0切向速度
由上圖可知沿X=0面上的最大切向速度分布在旋風(fēng)除塵器升氣管底部附近，前兩種現(xiàn)象嚴(yán)重是會影響分離效率。通過大量的理論計算和實驗結(jié)果表明切向速度在12—26m/s時較適合。
由圖16可知, 在排氣管下端的分離空間內(nèi), 切向速度分布云圖的軸對稱性較好。在圓柱形筒體部分, 氣流的流動較為穩(wěn)定, 渦核在軸線中心; 在圓錐形筒體及排灰斗部分, 氣流擾動比較厲害, 旋流出現(xiàn)了明顯的擺尾現(xiàn)象, 渦核也偏離了軸心,在漩渦的中心部分, 切向速度較小。
圖17 Z=0切向速度
上圖可明顯看出旋風(fēng)除塵器內(nèi)部z=0平面上外旋氣體與內(nèi)旋氣體分布。
5.2.2壓力分布
旋風(fēng)除塵器壓力損失是由于渦旋能量、固體負(fù)荷以及氣體壁面摩擦作用的結(jié)果。其中,前者占主要部分,但是由于該項會影響分離效率,所以不能減小。由圖18可以看出靜壓沿徑向由外向內(nèi)減小,中心軸向附近靜壓較低,甚至出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)域。此時,在旋風(fēng)除塵器中心位置出現(xiàn)真空區(qū)域,在中心線附近氣體沿徑向壓力梯度最大,主要因為除塵器中心線附近存在很強(qiáng)的強(qiáng)制渦。中心軸線附近的靜壓遠(yuǎn)低于進(jìn)口處的壓力, 并從排灰斗延伸至排氣管出口均為負(fù)壓, 這樣使得除塵器圓錐體底部及排灰斗易出現(xiàn)滯流或返流現(xiàn)象, 不利于粉塵分離[ 4 ] 。同時,沿著軸向位置壓力降低很小,也說明相比切向速度徑向速度變化顯得很小,不再同一數(shù)量級上。圖19的動壓云圖則反映旋風(fēng)除塵器內(nèi)速度分布,在強(qiáng)制渦與準(zhǔn)自由渦交界面處動壓最大。在準(zhǔn)自由渦區(qū),隨徑向半徑減小,動壓增大;在強(qiáng)制渦區(qū),隨半徑較小,動壓逐漸減小。其中,動壓分布呈不完全對稱性,這是由于切向速度不對稱性造成的?？倝悍植荚谥行膮^(qū)域都存在著明顯的擺動現(xiàn)象。
圖18 x=0靜壓分布云圖
圖19 x=0動壓分布云圖
圖20 x=0總壓分布云圖
5.2.3分離效率分析
圖21 滑石粉體積濃度分布云圖
由滑石粉體積分布云圖可知：滑石粉主要分布在旋風(fēng)除塵器的內(nèi)壁面，當(dāng)滑石粉顆粒由于離心力作用向外運動，滑石粉在壁面積累，因此壁面處滑石粉體積濃度比較大。顆粒在離心力作用下與壁面相撞，原有的徑向動量幾乎變?yōu)榱?，速度也急劇減小，此時顆粒由于重力作用沉降。因此凡是到達(dá)壁面的顆粒都可以認(rèn)為被收集。
分離效率的計算：
進(jìn)口面的平均體積濃度為：7.00x10-6，出口面的平均體積濃度為：4.2328x10-7。則效率：
由于設(shè)計要求的除塵效率為90%以上。因此分析合理。
5.2.4旋風(fēng)除塵器磨損
在許多旋風(fēng)分離器中，侵蝕磨損是工廠運行和維修部門最關(guān)心的問題。當(dāng)旋風(fēng)分離器分離工作時，顆粒會磨損金屬傳送管線和旋風(fēng)分離器。
一般采用以下兩種方法來減少磨損：一是降低旋風(fēng)分離器內(nèi)的速度，另一種是通過改進(jìn)硬件設(shè)施來減少旋風(fēng)分離器的磨損。降低速度，意味著增加入口或出口面積，這種方法很少采用，尤其是對于已建成的裝置來說，因為降低速度必然會降低分離效率。因此，作為一個實際問題，如果磨損影響到旋風(fēng)分離器的運行時，一般需改變旋風(fēng)分離器的硬件設(shè)施。典型的硬件改變方法有以下幾種。
① 安裝防磨板（固定的或可拆卸的，安裝在內(nèi)部或外部）。
② 采用相同的方法更換旋風(fēng)分離器磨損部位。
③ 用厚板更換磨損部分。
④ 用硬的、耐磨性能高的結(jié)構(gòu)材料來更換磨損部分．
⑤ 用耐火材料、陶瓷、磚或其他類型的襯里來修理或代替磨損掉的金屬。
⑥ 改善設(shè)計缺陷或結(jié)構(gòu)缺陷的方法如下。
a . 凸出的焊縫或凹痕會使得顆粒以一定的角度沖擊下游部位。入口管道、排氣管道或排料管道的封頭、接管或料腿都會出現(xiàn)這類問題。
b ．伸到流場內(nèi)的法蘭會嚴(yán)重影響穎粒在內(nèi)壁附近流動的平穩(wěn)性。
c ．可視孔、觀察孔、人孔以及伸入壁面測量探頭與壁面不平齊時或高出壁面。
d ．回轉(zhuǎn)閥或底部密封不嚴(yán)出現(xiàn)的泄漏會使部分氣體進(jìn)人旋風(fēng)分離器內(nèi)部后，會將顆?！皯腋 逼饋矶p旋風(fēng)分離器下部區(qū)域，同時還會增加顆粒本身的磨碎程度。這尤其是適用于吸風(fēng)式系統(tǒng)，因為此時如果底部密封不好的話，氣體就會進(jìn)人旋風(fēng)分離器底部。
由上圖可知：最大磨損發(fā)生在錐段和筒體的連接部分及筒體下部分，最大腐蝕量為。
則每年的沖蝕量為：
因此旋風(fēng)除塵器內(nèi)要加內(nèi)襯或涂防磨損涂層。金屬殼里面涂一層耐磨材料。耐磨涂層的材料為聚氨脂。聚氨脂是指在主鏈結(jié)構(gòu)中臺有氨基甲酸醋重復(fù)單元鏈節(jié)的一類
影響xcx旋風(fēng)除塵器效率
高分子彈性體材料。它具有較高的抗拉、抗壓和抗撕裂強(qiáng)度。它的機(jī)械性能是聚氯乙烯的3-4倍，耐磨性是天然橡膠的5倍，耐油性是丁睛橡膠的5倍。耐寒性保證脆性溫度低達(dá)-30℃～-50℃，耐高溫最高達(dá)130℃。另外還具有許多較好的綜合物理機(jī)械性能，例如耐輻射、耐臭氧、耐疲勞性、彈性好、延伸率高(可達(dá)50％以上)等優(yōu)點。聚氨脂的這些特點本可以滿足旋風(fēng)除塵器工況特點，并且耐磨性好，因此本文選用聚氨脂作為耐磨襯材料。制作方法采用澆鑄的方式。根據(jù)GB11647-89對旋風(fēng)除塵器上部分面缺陷的規(guī)定，根據(jù)計算結(jié)果，在這里耐磨涂層在磨損比較嚴(yán)重的地方應(yīng)加厚，因此筒體和錐段內(nèi)壁涂層厚度為3mm。
6影響XCX旋風(fēng)除塵器效率的因素
6.1除塵器結(jié)構(gòu)尺寸對其性能的影響
XCX旋風(fēng)除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個比例關(guān)系的變動，都 能影響旋風(fēng)除塵器的效率和壓力損失。其中除塵器直徑、進(jìn)氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。
6.1.1進(jìn)氣口
XCX旋風(fēng)除塵器的進(jìn)氣口是形成旋轉(zhuǎn)氣流的關(guān)鍵部件，是影響除塵效率和 壓力損失的主要因素。切向進(jìn)氣的進(jìn)口面積對除塵器有很大的影響，進(jìn)氣口面積相對于筒體斷面小時，進(jìn)入除塵器的氣流切線速度大，有利于粉塵的分離。
6.1.2圓筒體直徑和高度
圓筒體直徑是構(gòu)成XCX旋風(fēng)除塵器的最基本尺寸。旋轉(zhuǎn)氣流的切向速度對粉塵產(chǎn)生的離心力與圓筒體直徑成反比，在相同的切線速度下，筒體直徑D越小，氣流的旋轉(zhuǎn)半徑越小，粒子受到的離心力越大，塵粒越容易被捕集。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇較小的圓筒體直徑，但若筒體直徑選擇過小，器壁與排氣管太近，粒子又容易逃逸；筒體直徑太小還容易引起堵塞，尤其是對于粘性物料。當(dāng)處理風(fēng)量較大時，因筒體直徑小處理含塵風(fēng)量有限，可采用幾臺除塵器并聯(lián)運行的方法解決。并聯(lián)運行處理的風(fēng)量為各除塵器處理風(fēng)量之和，阻力僅為單個除塵器在處理它所承擔(dān)的那部分風(fēng)量的阻力。但并聯(lián)使用制造比較復(fù)雜，所需材料也較多，氣體易在進(jìn)口處被阻擋而增大阻力。因此，并聯(lián)使用時臺數(shù)不宜過多。筒體總高度是指除塵器圓筒體和錐筒體兩部分高度之和。增加筒體總高度，可增加氣流在除塵器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，使含塵氣流中的粉塵與氣流分離的機(jī)會增多，但筒體總高度增加，外旋流中向心力的徑向速度使部分細(xì)小粉塵進(jìn)入內(nèi)旋流的機(jī)會也隨之增加，從而又降低除塵效率。筒體總高度一般以4倍的圓筒體直徑為宜，錐筒體部分，由于其半徑不斷減小，氣流的切向速度不斷增加，粉塵到達(dá)外壁的距離也不斷減小，除塵效果比圓筒體部分好。因此，在筒體總高度一定的情況下，適當(dāng)增加錐筒體部分的高度，有利提高除塵效率。一般圓筒體部分的高度為其直徑的1.5倍，錐筒體高度為圓筒體直徑的2.5倍時，可獲得較為理想的除塵效率。
6.1.3排風(fēng)管
排風(fēng)管的直徑和插入深度對XCX旋風(fēng)除塵器除塵效率影響較大。排風(fēng)管直徑必須選擇一個合適的值，排風(fēng)管直徑減小，可減小內(nèi)旋流的旋轉(zhuǎn)范圍，粉塵不易從排風(fēng)管排出；有利提高除塵效率，但同時出風(fēng)口速度增加，阻力損失增大。若增大排風(fēng)管直徑，雖阻力損失可明顯減小，但由于排風(fēng)管與圓筒體管壁太近，易形成內(nèi)、外旋流“短路”現(xiàn)象，使外旋流中部分未被清除的粉塵直接混入排風(fēng)管中排出，從而降低除塵效率。一般認(rèn)為排風(fēng)管直徑為圓筒體直徑的0.5~0.6倍為宜。排風(fēng)管插入過淺，易造成進(jìn)風(fēng)口含塵氣流直接進(jìn)入排風(fēng)管，影響除塵效率；排風(fēng)管插入過深，易增加氣流與管壁的摩擦面，使其阻力損失增大，同時，使排風(fēng)管與錐筒體底部距離縮短，增加灰塵二次返混排出的機(jī)會。排風(fēng)管插入深度一般以略低于進(jìn)風(fēng)口底部的位置為宜。
6.2操作工藝參數(shù)
在XCX旋風(fēng)除塵器尺寸和結(jié)構(gòu)定型的情況下，其除塵效率關(guān)鍵在于運行因素的影響。
6.2.1流速
旋風(fēng)除塵器是利用離心力來除塵的，離心力愈大，除塵效果愈好。在圓周運動(或曲線運動)中粉塵所受到的離心力為：F=ma
式中：F——離心力，N；
m——粉塵的質(zhì)量，kg；
a——粉塵的離心加速度，m/s2。
因為，a=VT2/R
式中：VT——塵粒的切向速度，m/s；
R——氣流的旋轉(zhuǎn)半徑，m。
所以，F(xiàn)=mVT2/R
可見，在旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)固定(R不變)，粉塵相同(m穩(wěn)定)的情況下，增加旋風(fēng)除塵器入口的氣流速度，旋風(fēng)除塵器的離心力就愈大。而旋風(fēng)除塵器的進(jìn)口氣量為：Q=3600AVT
式中：Q