E型旋風除塵器設計含7張CAD圖.zip,旋風,除塵器,設計,CAD
設計課題任務書
學院： XX 專業(yè)：XX
指導教師
學生姓名
課題名稱
E型旋風除塵器設計
內容及任務
擬設計一旋風除塵器，用于鍋爐煙氣凈化。
給定設計參數(shù)如下：
煙氣流量： 3500m3/h
除塵效率： 85%
設計壓力： 0.15MPa
設計溫度： 150℃
進口粉塵濃度：90g/m3(標)
需完成的主要內容如下：
1、緒論
2、總體設計
3、零部件結構設計及材料選擇
4、強度計算與校核
5、加工工藝、裝配程序等
6、繪制裝配圖及零部件圖
7、翻譯外文文獻
擬達到的要求或技術指標
1、首先需在互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、工廠廣泛查閱相關科技資料
2、進行結構、材料及裝置選擇論證時，要求資料詳實，數(shù)據(jù)充分
3、進行強度校核時，要求計算準確，分析詳細，公式的字母含義應標明
4、查閱15篇以上與題目相關的文獻，其中近三年的文獻不少于5篇，鼓勵引用一定的外文文獻；按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書；寫出不少于400字的中文摘要，關鍵詞的個數(shù)一般取5個左右；鼓勵翻譯一篇本專業(yè)外文文獻
5、完成不少于3張零號圖紙的結構設計圖、裝配圖和零件圖，其中應包含一張以上用計算機繪制的具有中等難度的1號圖紙，同時至少有折合4號圖幅以上的圖紙用手工繪制，并要求圖面整潔，視圖齊全，布局合理，線條、文字及尺寸標注等均應符合有關標準規(guī)定
進度安排
起止日期
工作內容
備注
2月26日—3月9日
3月12日—3月23日
3月26日—5月25日
5月29日—6月1日
畢業(yè)設計調研
集中實習
畢業(yè)設計
畢業(yè)答辯
主要參考資料
[1] 金國淼.化工設備設計全書-除塵設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2003
[2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002
[3] 朱有庭.化工設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2005
[4] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2011
[5] 華南理工大學化工原理教研組.化工過程及設備設計［Ｍ］.廣州：華南理工
大學出版社，1986
[6] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2015
[7] 譚蔚.化工設備設計基礎［Ｍ］.天津：天津大學出版社，2014
[8] 張殿印，申麗.工業(yè)除塵設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2012
教研室
意見
本課題符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，設計任務飽滿，同意下達任務書 R
本課題不符合專業(yè)人才培養(yǎng)要求，不同意下達任務書□
教研室主任（簽章）：
年 月 日
設計開題報告
題 目
E型旋風除塵器設計
學生姓名
班級學號
專業(yè)
1 選題的目的與意義
隨著人類社會的發(fā)展與進步，人們對生活質量和自身的健康越來越重視，對空氣質量也越來越關注，然而人們在生產(chǎn)和生活中，不斷的向大氣中排放各種等樣的污染物質，使大氣遭到了嚴重的污染，影響人類生存的在大氣污染物中粉塵的污染占重要部分，可吸入顆粒物過多的進入人體，會威脅人們的健康。所以防治粉塵污染、保護大氣環(huán)境是刻不容緩的任務。我國目前是世界上以燃煤為主要能源的國家，大量燃燒煤碳造成的大氣污、水質污染和顆粒物污染從而導致的環(huán)境惡化問題，已成為世界各國關注的熱點。在排放的燃煤煙氣里，含有大量的水蒸氣、SO2、N2、O2、CO、CO2碳氫化合物以及氮氧化合物等，影響環(huán)境質量，嚴重危害人體健康。由此可見控制粉塵煙氣排放治理的緊迫性。目前，我國大部分重工業(yè)地區(qū)，空氣中PM2.5指標嚴重超標。因此，早日解決我國的環(huán)境問題，迫切需要加大加強對燃煤煙氣的除塵系統(tǒng)的研究與推廣應用。
除塵器是大氣污染控制運用最多的設備，本課題所設計的旋風除塵器是除塵裝置的一種。其設計制造是否優(yōu)良，應用維護是否得當直接影響投資費用、除塵效果、運行作業(yè)率。所以掌握除塵器工作機理，精心設計、制造和維護管理除塵器，對搞好環(huán)保工作具有重要作用。
本次設計為旅風除塵器設計，設計的目的在于設計出符合要求的能夠凈化指定環(huán)境空氣的除塵設備，為環(huán)保工作貢獻一份力量。設計時力求層次分明、圖文結臺、內容詳細。此設計主要由簡體、錐體、進氣管、排氣管、排灰口的設計計算以及風口的選擇計算等組成，在獲得符合條件的性能的同時力求達到加工工藝簡單、經(jīng)濟美觀、維護方便等特點。
優(yōu)點：
（1）結構簡單 （2）易于制造、安裝和維護管理
（3）設備投資和操作費用都較低 （4）動力消耗不大
（5）已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子，或從液體中分離固體粒子
旋風除塵器屬于中效除塵器，且可用于高溫煙氣的凈化，是應用廣泛的一種除塵器，多應用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預除塵。它的主要缺點是對細小塵粒(<5μm)的去除效率較低。
給定參數(shù)如下：
煙氣流量： 3500m3/h
除塵效率： 85%
設計壓力： 0.15MPa
設計溫度： 150℃
進口粉塵濃度： 90g/m3（標）
2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1發(fā)展歷程
旋風除塵器于1885年開始使用，已發(fā)展成為多種型式。按其流進入方式，可分為切向進入式和軸向進入式兩類。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。普通旋風除塵器由簡體、錐體和進、排氣管等組成。旋風除塵器結構簡單，易于制造、安裝和維護管理，設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離子。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，所以旋風除塵器的效率顯著高于重力沉降室。大多用來去除0.3μm以上的粒子，后來，隨著數(shù)學模型的完善和計算機仿真的引入，旋風除塵器的研究與設計將更為深入，新發(fā)明的并聯(lián)的多管旋風除塵器裝置對3μm的粒子也具有80～85%的除塵效率。又因為高分子材料的應用，材料領域的高速發(fā)展，選用耐高溫、耐磨蝕的特種金屬或陶瓷材料構造的旋風除塵器，可在溫度高達1000℃，壓力達500×105Pa的條件下操作。從技術、經(jīng)濟諸方面考慮旋風除塵器壓力損失控制范圍一般為500～2000Pa。
2.2國內情況
張吉光等于1991年根據(jù)旋風器內氣流的軸向速度分布規(guī)律確定塵粒在旋風器內的平均停留時間分析了旋風器內氣流的三維速度分布規(guī)律對固相顆粒分離的影響及旋風器各主要結構參數(shù)和運行參數(shù)的影響，并考慮筒體與錐體邊界層內顆粒的分離效應，建立了旋風除塵器的分級效率數(shù)學模型。
陳建義、時銘顯等于1993年在對PV型旋風除塵器內部流場及濃度測定的基礎上，考慮了顆粒間的相互碰撞、反混等對分離性能的影響，建立了旋風除塵器分級效率的多區(qū)計算模型。
王廣軍、陳紅于2001年考慮了徑向濃度梯度以及重力沉降和徑向加速過程對固相顆粒分離的影響，建立了鍋爐細粉分離分離效率的計算模型。沈恒根等在假設：不考慮邊界層作用；忽略邊壁作用，塵粒到達外邊壁就被捕集；進入旋風除塵器前，塵粒濃度分布均勻；不考慮重力作用，提出了平衡塵粒模型。運用渦匯升降流三維氣流分析塵粒運動，提出平衡塵粒分布，給出了平衡塵粒計算公式。清華大學的王連澤、彥啟森認為：旋風除塵器內的流動主要受切向速度支配，旋風除塵器的性能，也主要與切向速度相關，同時，他們應用粘性流體力學理論，推導出了旋風除塵器內切向速度的計算公式。
張曉玲、亢燕銘、付海明等通過對旋風除塵器內塵粒粒子的運動和捕集特性的分析，討論了無量綱準則數(shù)Reynolds和Stokes與粒子分離過程的關系，并在對經(jīng)典文獻給出的試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析的基礎上，得到了一個有影響除塵效率的主要無量綱數(shù)表示的旋風除塵器分級效率半經(jīng)驗計算式。
2.3國外情況
Sproull于1970年采用與電除塵器類似的方法，給出了旋風除塵器效率的分離計算公式[8]。D.Leith和W.Licht于1972年考慮湍流擴散對固相顆粒分離的影響，基于邊界層分析理論，把氣流中懸浮顆粒的橫向混合理論與旋風除塵器內氣流的平均停留時間相結合，從理論上嚴格推導出了分級效率模型。
60年代，美國煉油廠應用了Shell石油公司研制的高效多管旋風除塵器后，使催化裂化裝置內高溫再生煙氣的能量回收技術得到推廣。1966年美國燃燒工程公司開發(fā)了雙旋流型旋風管，在粉煤鍋爐上工業(yè)應用。 大于15mm顆粒基本除凈，對分離5mm顆粒的效率可達91%。到了70年代，Shell石油公司又對旋風管進行了改進，獲得了無底板旋風管的專利。這種除塵器是將旋風管的排塵板去掉后，在旋轉的排塵氣排出旋風管底部時，猶如在該處建立了一道氣體屏障，灰斗返回氣中夾帶的細塵不會進入。
3 課題的主要工作
3.1 緒論
對E型旋風除塵器的背景、發(fā)展歷程、國內外發(fā)展現(xiàn)狀、組成和工作原理進行初步了解。
3.2 總體設計
了解除塵器工作的基本原理，并大致分析了主要影響除塵器除塵效率的因素。
3.3 零部件結構設計及材料選擇
選擇各零部件的材料選擇，選擇旋風除塵器的類型與結構，操作條件的選擇
操作方式的選擇。旋風除塵器幾何設計和結構設計。
3.4 強度計算與校核
對旋風除塵器進行強度計算、校核。
3.5 加工工藝、裝配程序、安全防腐等
選擇加工工藝，及編寫裝配程序，考慮安全性能及采取防腐措施。
3.6 繪制裝配圖及零部件圖
利用AutoCAD繪圖軟件繪制出旋風除塵器的裝備圖及各個零件圖。
3.7 翻譯外文文獻，編寫說明書
翻譯外文文獻，并按要求編寫說明書。
4 課題的進度安排
第一階段 2018年1月13日至2018年3月11日，收集資料，閱讀文獻，完成開題報告。
第二階段 2018年2月26日至2018年4月30日，參加畢業(yè)實習，為畢業(yè)設計做好資料準備。
第三階段 2018年5月1日至2018年5月6日，查閱文獻資料，擬定設計方案，開始課題設計。
第四階段 2018年5月7日至2018年5月18日，完成設計說明書的撰寫
第五階段 2018年5月18日至2018年5月24日，依據(jù)設計步驟繪制零件圖，裝配圖。
第六階段 2018年5月25日至2018年5月28日，交論文正式稿，做好答辯前準備。
第七階段 2018年5月29日至2018年6月1日，畢業(yè)設計答辯
參考文獻
[1] 金國淼.化工設備設計全書-除塵設備［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2003
[2] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊［Ｍ］.北京：中國標準出版社，2002
[3] 朱有庭.化工設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2005
[4] 朱振華，邵澤波.過程裝備制造技術［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2011
[5] 華南理工大學化工原理教研組.化工過程及設備設計［Ｍ］.廣州：華南理工
大學出版社，1986
[6] 趙惠清，蔡紀寧.化工制圖 ［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2015
[7] 譚蔚.化工設備設計基礎［Ｍ］.天津：天津大學出版社，2014
[8] 張殿印，申麗.工業(yè)除塵設備設計手冊［Ｍ］.北京：化學工業(yè)出版社，2012
指導教師批閱意見
指導教師(簽名)： 年 月 日
E型旋風除塵器設計
摘 要
旋風除塵器是一種利用離心力將粉塵顆粒從粉塵氣體中分離出來的裝置。自從用于工業(yè)生產(chǎn)以來，被廣泛用于石油、化工、冶金、礦山、機械等各個行業(yè)。本論文主要詮釋了E型旋風除塵器，涵蓋有除塵器的整體結構、原理性的概述、關鍵零部件的強度校核及其選材等等。本次設計以普通旋風除塵器為基礎，在指導老師的指導下和自己去圖書館查閱大量有關除塵設備的書籍網(wǎng)頁等一步一步完善的。在論文的完善過程中，我深入了解了許多與化工有關的知識，分析了主要影響除塵效率的因素，結合現(xiàn)代研究方法，根據(jù)所學習的相關專業(yè)，查閱資料，設計出符合課題所給條件的旋風除塵器。并且借助于于CAD/CAM等相關軟件，繪制出除塵器的零件圖、裝配圖。
關鍵詞：E型旋風除塵器；強度校核；結構設計；壓力損失；除塵效率
ABSTRACT
Cyclone dust remover is a device that separates dust particles from dust gas by centrifugal force. Ever since it was used in industrial production, it has been widely used in petroleum, chemical, metallurgy, mining, machinery and other industries. This paper mainly interprets the E cyclone dust collector, covering the overall structure of the dust collector, the outline of the principle, the strength checking of the key parts and the selection of the material and so on. The design is based on the common cyclone dust collector, and is improved by the guidance of the guidance of the teacher and the library web pages of a large number of dust removal equipment to be consulted by the library. In the process of perfecting the paper, I have deeply understood a lot of knowledge related to the chemical industry, analyzed the factors that mainly affect the efficiency of dust removal, and combined with the modern research methods, based on the related specialties of study, and consulted the data, and designed the cyclone dust catcher that meets the conditions given by the subject. With the help of CAD/CAM and other related software, the parts drawing and assembly drawing of the duster are plotted.
Key words pressure loss;strength checking;Structural design;dust removal efficiency;E cyclone dust collector
目錄
1 序言 1
2 E型旋風除塵器的工作原理及各項性能參數(shù) 2
2.1 旋風除塵器的基本工作原理 2
2.2 E型旋風除塵器內部的壓力損失和除塵效率 6
2.3 影響性能的幾何因素 9
3 E型旋風除塵器的零部件結構設計及材料選擇 14
3.1 E型旋風除塵器各部分尺寸的確定 14
3.2 E型旋風除塵器強度的校核 16
3.3 計算E型旋風除塵器的壓力損失 23
3.4 風機的選擇 24
3.5 排塵閥的選擇 24
3.6 連接方式的選擇 27
結論 29
參考文獻 30
致 謝 31
1 序言
自工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展速度也越來越快，所以不可避免的廢氣排放也越來越多，會嚴重污染我們居住的地球。地球是我們人類賴以生存的家園，地球是我們的母親，我們不能自私的為了發(fā)展經(jīng)濟、改善生活就以破壞地球生態(tài)環(huán)境為代價，所以說營造一個可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境是當下刻不容緩的任務。
旋風除塵器是利用含塵氣體進入一個容器后，發(fā)生旋轉之后產(chǎn)生了離心力，將粉塵從含塵氣體中分離開來的一種干式氣-固分離裝置。自工業(yè)革命以來旋風除塵器發(fā)展至現(xiàn)在已有百余年歷史?，F(xiàn)在已被廣泛應用于石油、化工、冶金、礦山、機械、等需要除塵的地方。旋風除塵器作為控制較大直徑的排放顆粒物，其對于5~10um以上的粉塵效率較高。具有以下幾個特點：結構簡單，器身無運動部件，不需要特殊的附屬設備，制造、投資少、安裝簡單方便，占地面積很小實用；易于維護操作簡便，較小的壓力損失而且需要動力不不大，運轉、維護費用較低；因為結構較為簡單所以性能穩(wěn)定，操作彈性較大，不受含塵氣體的濃度、溫度限制。
本次設計具體課題是 E型旋風除塵器，屬于異性進口型旋風除塵器，用于鍋鏟煙氣凈化，保證排出氣體達標為環(huán)保工作貢獻一份力量。該除塵器是近年開發(fā)研制的一種新型高效旋風除塵器。其結構特點為擁有異性進口及結合漸縮形導流擋板。此設計主要由筒體、錐體、進氣管、排氣管和排灰口等組成，在獲得符合條件的性能的同時力求達到加工工藝簡單、經(jīng)濟、美觀、易于維護等特點。設計時力求層次分明，圖形結合，內容詳細。
本次設計參考和引用了一些關于除塵器的論著、教材、手冊等，由于經(jīng)驗、知識和水平有限，殷切希望我的指導老師批評指正，提出寶貴意見。
2 E型旋風除塵器的工作原理及各項性能參數(shù)
2.1 旋風除塵器的基本工作原理
2.1.1 旋風除塵器的結構
如下圖1所示：當含塵氣體以一定的速度從進氣口進入除塵器時候，由直線運動漸變?yōu)閳A周運動。旋轉氣流的大部分氣體沿著除塵器壁沿著圓筒體呈螺旋形向下朝著錐體底部運動，這樣的氣流稱為外旋氣流。旋轉向下的外旋氣流在達到錐體時，因為圓錐形而進行收縮而向著除塵器的下中部分靠攏，根據(jù)“旋轉矩”不變原理，除塵器底部就會形成真空負壓，其切向速度不斷提高。當氣流到達某一位置時，即以同樣的旋轉方向在除塵器內部由下而上沿著除塵器幾何中心繼續(xù)做螺旋運動，最后凈化氣經(jīng)排氣管排向器外，我們稱這樣的氣流為內旋氣流。含塵氣體受到旋轉將會產(chǎn)生離心力，就會把密度大的粉塵顆粒甩向器壁。粉塵顆粒跟器壁接觸后，因為失去慣性，所受向下的重力和入口時的初速度沿著器壁滑落，掉入排灰管，從而達到除塵的目的。其中，有一部分的粉塵顆粒從氣流中逃出，還有另一小部分氣體，攜帶著粉塵向除塵器頂蓋流動，然后沿著排氣管管壁朝下運動，運動到排氣管下部分后，反向朝上上隨著上升的氣流從排氣管排出到大氣中，分散在此的粉塵顆粒也就一起被帶走。
圖1 旋風除塵器
1—排氣管；2—頂蓋；3—排灰管；
4-圓錐體；5—原筒體；6—進氣管
2.1.2 E型旋風除塵器內部氣體流通狀況
實際上含塵氣體在旋風除塵器中的運動特別復雜并無太大規(guī)律的。在1949年的時候Ter.linden通過實驗把氣體的運動分為三個部分：徑向運動速度、切向運動速度和軸向運動速度。
（1）切向運動速度
含塵氣體因為切向速度作用，迫使里面的粉塵顆粒進行離心沉降。除塵器頂蓋部分以下任意一個截面上的沿半徑變化規(guī)律大致分為三大塊區(qū)域：靠近器壁為Ⅰ?區(qū)，切向速度=常數(shù)。Alexander在通過實驗后得出以下公式：
（1）
式中：
—含塵氣體在Ⅰ?區(qū)內的切向速度，m/s；
—含塵氣體進入除塵器的初始速度，m/s；
—旋風除塵器圓筒直徑，m；
—旋風除塵器排氣管直徑，m；
—旋風除塵器進口截面積，。
旋風除塵器幾何中心到 “最大切向速度面”，也就是排氣管下部的中心氣流，稱之為強制旋流區(qū)Ⅲ??。與旋轉半徑r之比為一固定常數(shù)，也就是角速度w。
Vtr-1=常數(shù) （2）
Ⅰ、?Ⅲ??區(qū)之間的區(qū)域稱之為Ⅱ區(qū)。
（3）
其中n稱速度分布指數(shù)，一般在0.5~0.9范圍內。
圖2 切向速度分布
假設除塵器內部氣體運動產(chǎn)生的摩擦力忽略不計的話，根據(jù)角動量守恒，那么n=1.此時與其旋轉半徑r的乘積，也就是旋轉矩為一常數(shù)的氣流，我們稱它為自由旋流。由于摩擦力不可能忽略不計，我們可以把Ⅱ區(qū)的氣流近似看作自由旋流。下表1為不同研究者根據(jù)實驗測得的n值。
表1 速度分布指數(shù)n的測定值
測定者
n值
測定者
n值
Lissman
1
Ter.Linden
0.52
Rosin
0
First
0.88
Stairmand
0.5
Alexander
0.5~0.75
Shepherd﹠Lapple
0.5~0.7
池森龜鶴
0.7~0.8
procket
0.5
井伊谷鋼一
0.8
其中，Alexander給出了n值的關系式:
（4）
式中：
D0—旋風除塵器圓筒直徑，m；
T—絕對溫度，K；
n——速度分布指數(shù)。
n值與數(shù)Re是有關的，Re越大的話n越向1靠攏，反之。n也隨著排氣管直徑減小而減小，反之。n也隨著排灰管直徑的減小而增大，反之。當排灰管直徑跟圓筒體直徑相等，也就是沒有錐體的時候，n的值可以取1。
（2）徑向運動速度Vr
徑向速度即含塵氣體沿著圓筒體半徑方向的速度，它可以使得含塵顆粒沿著半徑方向，由筒壁向旋渦中心運動，阻礙含塵顆粒的下降，影響分離。即徑向速度越大分離效率也就會更低。
（3）軸向運動速度Vz
經(jīng)過實驗可知，零軸向速度面與除塵器器壁是平行的，包括錐體部位，外層流厚度也基本恒定。軸向速度分布構成了氣流的外層下行、內層上行的氣體雙層旋轉流動結構。
2.1.3 渦流
渦流也叫二次渦流，在除塵器當中稱為次流，它由軸向速度Vz與徑向速度Vr構成且對除塵器的性能有很大的影響。下面四種為常見渦流，并給出分析：
（1）短路流
由于徑向速度和軸向速度的雙重作用，旋風除塵器排氣管、其頂蓋外面與圓筒內壁之間將會形成局部渦流（上渦流），這會導致大量粉塵顆粒向除塵器幾何中心流動，沿著排氣管外表面下降，最后隨中心氣流排出氣體的氣體一起排出排氣管，嚴重影響除塵效率。
（2）縱向旋渦流
因為排氣管內含塵氣體的有效流通面積會小于排氣管管端以下內旋流的有效流通面積，這會導致在排氣管下端部分產(chǎn)生了節(jié)流，導致排氣管附近氣體徑向流動速度增大，使得氣體對粉塵的曳力超過了其所受的離心力而造成了“短路”，這種現(xiàn)象被稱作為縱向旋渦流。
（3）外層旋流中的局部渦流
除塵器器壁都不是絕對光滑的，比如焊縫等，這種不光滑的器壁導致會產(chǎn)生與主流方向垂直的渦流，雖然影響較小，但是可能會造成除塵器器壁附近，或者已經(jīng)被分離的粉塵重新進入內層旋流從而大大影響了除塵器的除塵效率。
（4）底部夾帶
因為排灰管附近形成的局部真空導致氣體由上而下變?yōu)橛上露系倪\動，形成的局部真空，重新將粉塵卷起，特別是細粉塵，從而經(jīng)過排氣管排到大氣中，大大影響了除塵效率。
2.2 E型旋風除塵器內部的壓力損失和除塵效率
2.2.1 壓力損失?P
主要的壓力損失有：含塵氣體在除塵器內部與筒壁摩擦；進口管的摩擦；氣體從直線運動漸變?yōu)榍€運動；含塵氣體進入旋風除塵器內部，會膨脹或者壓縮等。實驗表明在通常情況下，壓力損失?P=1000Pa~2000Pa。測量壓力損失時，我們可以測得氣體進入進氣管和排出排氣管之間的差來表示。即：
而全壓
（Pq）=靜壓（Pz）+動壓（PD） （5）
又
其中
—旋風除塵器進、出口全壓，Pa；
—旋風除塵器進、出口靜壓，Pa；
—旋風除塵器進、出口動壓，Pa；
—旋風除塵器進、出口速度，m/s；
ρ—氣體密度，。
為了方便計算壓力損失時我們可以引用一個阻力系數(shù)ξ。定義為旋風除塵器的壓力損失與進口動壓頭之比，即：
ξ=
即：
ξ
式中：
ξ—阻力系數(shù)；
?P—旋風除塵器壓力損失，單位Pa；
其他符號意義不變。
下表2為幾種常見的阻力系數(shù)計算公式參考：
表2 阻力系數(shù)計算式
作者
公式
Shepherd-Lapple
First
Alexander
Stairmand
Barth
注：Shepherd-Lapple的公式是常用的阻力系數(shù)計算式。
2.2.2 除塵效率
除塵效率一般分為總除塵效率和分級效率，計算時候通常用到以下步驟進行運算。
第一步：測定粉塵的粒級質量百分數(shù)f，包括進口粉塵的百分數(shù)補集粉塵的百分數(shù)或者出口處的粉塵粒徑分布的百分數(shù)，粉塵粒級分布的積分分數(shù)E和大于粒徑x的質量累計百分數(shù)。其中=1-E。
第二步：用理論或者半經(jīng)驗公式，計算出E型旋風除塵器在氣體密度，粉塵密度，進口氣速，粘度等情況下的條件下對某一粉塵粒徑x的分離效率。
第三步：計算出總效率η
其中：
（6）
通常與x的經(jīng)驗式為：
（7）
其中：
（8）
其中：
C—旋風除塵器尺寸比的函數(shù)；
L—旋風除塵器的自然長度，l=2.3，單位m；
—該點的圓錐部分直徑，，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，單位m；
a—進口高度，單位m；
b—進口寬度，單位m；
—筒體直徑，單位m；
—排氣管直徑，單位m；
H—除塵器高度，單位m；
—修正的慣性參數(shù)，其中；
—分別為固體、氣體的密度，單位；
—氣體粘度，單位Pa.s；
—氣體進口速度，單位；
d—粉塵顆粒直徑，單位m；
n—速度分布指數(shù)。
由于各種原因，上述（1）、（2）即壓力損失和除塵效率有一定的局限性，是計算結果存在一定誤差，其主要原因如下所述：
①上述計算公式是理論公式，并沒有考慮粉塵顆粒間的相互影響。
②事實上，被補集的顆?？赡軙欢螉A帶，影響計算。
2.3 影響性能的幾何因素
2.3.1 幾何尺寸
（1） 除塵器筒體直徑
實驗證明，旋風筒筒體直徑越小含塵氣體的旋轉半徑就越小隨之粉塵顆粒所受的離心力越大，從而提高除塵效率。但是，如果筒體直徑過小，導致排氣管器壁與除塵器圓筒越相接近的話可能會造成較大直徑的顆粒分離到除塵器筒壁時反彈到中心氣流再次逸出，大大降低了除塵效率。而且，如果是粘性粉塵的話除塵器圓筒直徑太小很會容易引起堵塞。經(jīng)研究表明，一般筒體直徑不小于50~70mm。工程上常用的除塵器（多管式旋風除塵器除外）在200mm以上。
（2） 旋風除塵器的高度H
較大的高度可以提高其除塵效率。因為較大的高度可以使粉塵進入筒體的停留的時間比較長，有利于除塵，而且可以讓未進入排氣管的粉塵顆粒從中心氣流分離出來。而且，當除塵器尺寸增大時，還可以避免對灰斗的磨損與腐蝕。但是，如果說無限延長高度的話，將會占用較大的空間，而且還會浪費材料。在選取H時候，往往取圓通段的高度，即h=（1.5~2）。在設計時，我們可以采用圓錐結構，通過減小旋轉半徑使得切向速度不斷提高，從而提高離心率，增大除塵效率。而且，圓錐體可以迫使已經(jīng)分離出來的粉塵可以更好地進入排灰管。圓錐高度與圓錐體的半錐角α和排灰口直徑有關，當高度不變時，椎體角度α較大時，導致氣流旋轉半徑減小，氣流在除塵器內部旋轉較快，從而導致了氣流與器壁撞擊，降低除塵效率。通常情況下半錐角α一般不大于，或者不大于減粉塵顆粒的內摩擦角，另外，它還取決于粉塵的物理性質。通常α為~。在此，為了方便引入了除塵器自然長度l這一概念，其意義為排氣管下端至旋風除塵器自然旋轉頂端的最小距離。
（9）
為防止在錐壁已分離出來的粉塵顆粒被二次夾帶，排灰管直徑≥。而一般取。圓錐高度（H-h）=（2~2.5）。
（3） 旋風除塵器進口
①進口型式
旋風除塵器的進口型式主要有切向進口、螺旋面進口、漸開線進口、螺殼進口和軸向進口。其中因為切向進口制造簡單、結構緊湊已被廣泛應用工業(yè)除塵系統(tǒng)。
②進口管的型式與位置
進口管分為矩形和圓形兩種。矩形進口管與器壁整個相切，而圓形進口管與器壁只有一點相切，顯而易見所以采用矩形比較合適。有一種位置是與頂蓋相平，可以更好地消除旋流；另一種與頂蓋有一定距離，這可以使得粉塵集中在頂蓋下的上旋流中，然后進入主流進行分離，可以減少短路。但是矩形高度a和寬度b比例要合適，長而窄的可以增加接觸面，但是太長的話，為保證氣體在圓筒中的旋轉圈數(shù)N，必須加長筒體。寬度b越小，臨界粒徑越小，除塵效率越高。下面公式為進口管高度和寬度的比例：
A/b=2~3
其中
b=（0.2~0.25）;a=（0.4~0.75）
（4） 排氣管
通常來說排氣管型式有下面兩種型式，在排氣管直徑相同的情況下，排氣管下端既可以采用收縮式，也可以采用常規(guī)圓筒式。第一種型式可以優(yōu)先考慮，因為收縮式既不影響其除塵效率，也可以大幅度降低阻力損失。通常情況下，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。研究表明當時，會獲得最大的除塵效率。而通常（0.3~0.5）。
（5） 排氣管的插入深度
也對除塵器的性能有較大影響。如果插入過深，會減少含塵氣體在除塵器中的旋轉圈數(shù)N從而增加二次夾帶，同事，插入過深也會增加氣體與排氣管管壁的摩擦力，增加了壓力損失。如果深度過低或者不插入，會造成正常旋流核心的彎曲或者因為破壞而導致其處于不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)驗表明，。
（6） 灰斗
灰塵被排出的裝置，此處氣流接近于高湍流，很可能會造成二次夾帶。而且，灰斗處為負壓，如果沒妥善處理可能會造成灰斗漏氣，導致被補集的灰塵在此進入中心旋流中逸出。
2.3.2 操作條件
（1） 進口氣速及氣體流量Q
進口氣速
通常情況下，越高，除塵效率越高。但是太高的話，氣流的湍動程度增加，從而導致二次夾帶更加嚴重。而且，太高的話，粉塵微粒與器壁的摩擦增大，會導致大的粉塵顆粒粉碎，大大降低了除塵效率。氣體通過旋風除塵器的壓力損失和氣體進口速度的平方成正比，所以，太高時雖然會增加除塵效率，但是會大大增加壓力損失，會造成大量能量損失，既不經(jīng)濟也不環(huán)保。而且，太大的會增加氣體與除塵器之間的摩擦，會降低除塵器的使用壽命。所以取一個合適的值。經(jīng)驗表明的范圍為10~20m/s。
氣體流量Q
氣體流量Q對除塵效率的影響可以用下式估算：
（10）
式中：
—分別為a、b條件下的總除塵效率，%；
—分別為a、b條件下的氣體體積流量，。
（2） 氣體的密度ρ、粘度、壓力P和溫度T
經(jīng)研究表明：當氣體的密度越大時，臨界粒徑也會越大，從而影響了除塵效率。但是在除塵器當中，固體的密度往往大于氣體的密度，所以在除塵器的設計中，應該優(yōu)先考慮固體的密度，也就是說，氣體的密度可以忽略不計。
通常來說，當溫度升高時，除塵器壓力損失會減少。壓力損失隨著氣體密度的增加而增加。至于粘度，除塵器的除塵效率會隨著氣體粘度的增加而降低，但是通常我們不考慮粘度對除塵器壓力的影響。當溫度升高時，所通過氣體的粘度會增大，除塵效率會適當降低。
下式為當氣體流量不變即為一固定常數(shù)時候，粘度對除塵效率的影響的近似計算公式：
（11）
其中：
—分別為a、b條件下的總除塵效率，%；
—分別為a、b條件下的氣體體積流量，。
（3）氣體含塵濃度
當氣體中含塵濃度增加時，粉塵顆粒的凝聚性和團聚性能提高，從而提高了除塵器的除塵效率。而且，當粉塵大顆粒移動產(chǎn)生了空氣曳力，會帶著較小直徑的粉塵顆粒分離。
下式為總除塵效率隨含塵濃度的估算變化式：
（12）
式中：
—分別為a、b條件下的含塵濃度，單位（標）。
因為摩擦力的作用，當氣體中有少量含塵顆粒時，會使得氣體內部的摩擦力增加會使得旋流速度降低，從而減小了離心力，所以在有些時候，含有塵粒的氣體壓力損失會小于清潔氣體。當粉塵濃度為1~2時，壓力損失可以降低到清潔氣體的60%，濃度增加到2~50時，壓力損失較少。但超過了50時候，會有較大的壓力損失。下式可以近似計算含塵氣體濃度對壓力損失的影響：
（13）
式中：
—含塵氣體的壓力損失，單位Pa；
—清潔氣體的壓力損失，單位Pa；
C—進口粉塵的濃度，單位（標）。
（4）固體粉塵的物理性質
①：粒徑d對旋 風塵器性能有較大影響。實驗表明，大的粉塵顆粒會受到大的離心力，所以，較大的粉塵顆粒越多，除塵效率就會相對應的提高。
②：粉塵顆粒的密度對除塵效率也有較大影響。越大，除塵效率越高。
總結：影響除塵器工作效率的有很多因素，除了上述主要的幾點外，還有很多因素。比如說：除塵器內壁是否光滑也會影響除塵器的效率。當內壁比較粗糙時，會引起旋流，使得一些分離的粉塵顆粒重新進入到中心氣流，進入排氣管逸出，最后降低除塵效率；除塵器軸心處是很大的負壓，在此處應該保證密封性足夠強，否則的話會大大降低了除塵效率甚至破壞除塵器的作用；氣體的相對濕度也會影響，如果氣體的含水量比較多的話，很有可能會造成粉塵附著在器壁上，最后形成堵塞，從而影響除塵器的性能。
3 E型旋風除塵器的零部件結構設計及材料選擇
3.1 E型旋風除塵器各部分尺寸的確定
3.1.1 型式的選擇
E型旋風除塵器是近年來新發(fā)明的一種旋風除塵器，屬于異形進口型旋風除塵器。采用異形進口型是因為氣流在流速較大的區(qū)域有很大的流通面積，這可以更好地消除工渦流對除塵效率的影響。而且之所以采用E 型旋風除塵器，是因為此除塵器具有漸縮形導流擋板。漸縮形導流擋板可以使得含塵氣體進入除塵器由直線運動變?yōu)閳A周運動，在此擋板的作用下顆粒的徑向分離距離變得更小，從而提高了離心力從而增加了除塵效率。另外，導流擋板會與除塵器圓筒頂端保持一定的縫隙，這樣可以較大幅度的減少空氣阻力。
3.1.2 確定進口風速
根據(jù)推薦取
3.1.3 確定E型旋風除塵器的尺寸：
下表3為幾種較為典型的比例關系：
表3 常用旋風除塵器幾何尺寸的比例關系
項目
比例關系
—
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
（2.0~2.5）
（1）進口面積的確定
取a=2b，則a=0.32m，b=0.16m
（2）筒體尺寸
筒體直徑:
因為b=（0.2~0.25） 取b=0.20
那么=5b=5x0.16=0.80m
符合前面所述的在50~75mm以上。
筒體長度h：
因為h=（1.5~2.0）
取h=1.5=1.5x0.80=1.20m
（3）錐體尺寸
錐體長度H-h：
因為H-h=（2.0~2.5）
取H-h=2.0=2.0x0.8=1.60m；
排灰口直徑：
因為D2=（0.15~0.4）
取=0.2=0.20.80=0.16m；
（4）出口管直徑與插入深度
出口管直徑：
因為
取=0.4=0.4x0.80=0.32m；
插入深度：
因為
取=0.5=0.5x0.80=0.40m；
（5）E型旋風除塵器高度的確定
a:旋風除塵器高度H
因為H-h=1.6m
其中h=1.2m
則
H=1.2+1.6=2.8m
b:旋風除塵器自然長度l
（14）
則
3.2 E型旋風除塵器強度的校核
3.2.1 筒體和錐體的強度校核
（1） 材料選擇
因為除塵器的工作壓力0.15MPa和溫度150度根據(jù)《化工設備機械基礎》第四版表8-30選用Q-235B材料。
（2） 確定參數(shù)
設計壓力：0.15MPa，為0.80m，由主編譚蔚《化工設備設計基礎》附錄1表可知=113Mpa。
（3） 計算厚度
由《化工設備設計基礎》式（3-12）圓筒的計算壁厚公式的計算公式為：
（15）
式中：
為壁厚，單位mm；
為圓筒設計壁厚，單位mm；
為容器設計壓力，單位MPa；
為圓通內徑，單位mm；
為設計溫度在下筒體材料的許用應力，單位MPa；
為焊接接頭系數(shù)；
C為壁厚附加量，單位mm；
其中
式中：
—鋼板厚度負偏差，mm；
—腐蝕裕量，mm。
表4 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
因為該除塵器為單面焊對接接頭（沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板），所以根據(jù)表4取0.9。
表5 鋼板負偏差
（mm）
鋼板厚度
2
2.2
2.5
2.8~3.0
2.2~3.5
3.8~4
4.5~5.5
負偏差
0.13
0.14
0.15
0.16
0.18
0.2
0.2
鋼板厚度
6~7
8~25
26~30
32~34
42~50
42~45
52~60
負偏差
0.6
0.8
0.9
1
1.2
1.2
1.3
腐蝕速度不大于0.05mm/a時，低合金鋼和碳素鋼管在單面腐蝕和雙面腐蝕的情況下分別取1mm、 2mm，而不銹鋼不考慮；當腐蝕速度大于0.05mm/a時，單面腐蝕和雙面腐蝕分別取時2mm、雙面為4mm。不銹鋼不作考慮。所以本次取為1mm，根據(jù)上表3-3取負偏差=0.18mm。
圓整后取為2mm，又因為①碳素鋼和低合金鋼不能小于3mm高合金鋼不能小于2mm。本次所用材料為Q235-B的碳素鋼所以取3mm。綜合初次可以取3mm厚的Q235-B碳素鋼鋼板作為制作除塵器的材料。
（4） 校核氣壓強度
（16）
查《化工設備機械基礎》書中式4-7得：
（17）
顯而易見。。所以，符合強度要求。
（5） 排氣管的校核
對于的圓筒：
假設：
（18）
查《化工設備設計基礎》書中圖5-5知道A=0.0001，由附表2查得碳素鋼常溫時彈性模量為148 MPa，系數(shù)B為115MPa。
用《化工設備設計基礎》書中計算外壓力公式：
（19）
有上述可知,所以符合要求。
3.2.2 支座選擇與計算
除塵器應該為立式容器。立式容器的支座有耳式支座（又稱為懸掛式支座）、支承式支座和裙式支座等等。由上述計算得到壁厚比較薄，由《化工設備機械基礎》一書表6-18，假設選定AN型吊耳式支座1：其中支座材料選用Q235A。
當高度與直徑比不大于5，且總高度不大于10m圓筒形立式容器，其每個支座實際承受的載荷可用下列式子計算：
（20）
式中：
為設備總質量，（包括殼體及其附件，內部介質及保溫層的質量），單位kg；
g為重力加速度，取10m/s；
為偏心載荷，單位N；
為偏心距，單位mm；
Q為支座實際承受的載荷，單位KN；
D為支座安裝尺寸，單位mm；
h為水平力作用點至地板高度，單位mm；
K為不均勻系數(shù)，安裝三個支座時候，K=1；3個以上時，K=0.83；
n為支座數(shù)量，單位（個）；
為螺栓分布圓直徑，計算公式為：
（21）
P為水平力，取水平風載荷和水平地震力的組合兩者中的最大者，單位N。
其中：
（22）
（23）
式中：
為地震系數(shù)，由下表選取；
為容器外徑，單位mm；
為風壓高度變化系數(shù)，不高于10m取1.0；
為容器總高度，單位mm；
為10m高度處的基本風壓值，單位。
表6 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
求偏心載荷
設備總質量取m0=1500kg，地震系數(shù)取=0.16，則水平地震力為：
風壓高度變化系數(shù)取=1.0，則水平風載荷為：
由于，所以取。
取支座個數(shù)n=4個，所以不均勻系數(shù)k=0.83；；水平力作用點到底板的高度h=250mm；Se=250mm。
由以上條件可以求出：
顯而易見，Q<[Q]，所以AN型耳式支座1符合要求。
3.2.3 支腿的強度校核
初選定支腿所用材料為Q235-B，d為40.00mm、l為2.50m，所以由靜力平衡方程求出支反力：
剪力和彎矩方程為：
Q=2817.50 (0
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