旋风除尘器设计说明书.doc
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1、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07机电一体化技术(1)班 系 别:_崔逊 班 级:_高秀媛姓 名:_指 导 教 师:_2023年6月8日高效旋风除尘器设计摘 要论文重要介绍了旋风除尘器各部分结构尺寸的拟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规定的除尘器,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:一方面,通过查阅资料计算出旋风除尘器各部分尺寸;另一方面,绘制出旋风除尘器装配图及旋风除尘器各零部件
2、图;最后,整理资料,选取与论文相关的英文文献进行翻译完毕设计说明书。关键词:旋风除尘器 压力损失 除尘效率The design of efficiently whirler-type dust catcherAbstractThis paper mainly introduces the determination of the whirler-type dust catchers size of structure for every part and the calculation of the performance for the whirler-type dust catcher .
3、 It is based on the design of ordinary cyclone and combined with modern research methods of such related topics. Then the whirler-type dust catcher which is in accordance with the requirements of pressure drop and the effieieney of dustremoval is designed.The drawing of the assembly drawing ,part dr
4、awing and dust control system schematic is based on the CAD/CAM,a software for aided design.This article is divided into several parts of following to be talked over:at first, calculating the whirler-type dust catchers size of every part by searching materials,then drawing the assembly drawing and p
5、art drawing of the whirler-type dust catcher.at last,collating information and selecting a piece of English literature which is related to the papers and translating it to complete the synopsis for the design.Keywords: Whirler-type dust catcher Effieieney of dustremoval Pressure drop目 录1.引言12.旋风除尘器的
6、除尘机理及性能22.1旋风除尘器的基本工作原理22.1.1旋风除尘器的结构22.1.2旋风除尘器内的流场22.1.3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52.2.1旋风除尘器的技术性能52.2.2 影响旋风除尘器性能的重要因素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拟定123.1.1形式的选择123.1.2 拟定进口风速123.1.3 拟定旋风除尘器的尺寸123.2旋风除尘器强度的校核143.2.1筒体和锥体壁厚s和气压实验强度校核143.2.2排气管尺寸的拟定153.2.3.支座的选择计算173.2.4支腿的设计计算及校
7、核193.3旋风除尘器压力损失及除尘效率203.3.1计算压力损失203.3.2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271.引言旋风除尘器设计是我通过学习所有基础课、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。这次毕业设计更充足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,并且结识到作为一名工作人员我们应当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进一步的理解,纯熟掌握AutoCAD制图
8、,运用所学的知识设计出符合规定的除尘器。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,有些地区环境质量不断恶化,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、运营作业率。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
9、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。机械式除尘器涉及重力沉降室、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,重要用于高效除尘的预除尘装置,除去大于40m以上的粒子。惯性除尘器是借助尘粒自身的惯性力作用使其与气流分离,重要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。旋风除尘器是运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规定的可以净化指定环境空气的除尘设备,为环保工作奉献一份力量。设计时力求层次分明、图文结合、内
10、容具体。此设计重要由筒体、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成加工工艺简朴、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,设计中缺陷乃至不妥之处在所难免,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2.1.1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
11、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,其切向速度不断增长。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21 旋风除尘器2.1.2旋风除尘器内的流场旋风除尘器内的流场是一个相称复杂的三维流场。气体在旋风器内作旋转运动时,任一点的速度均可分解
12、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则随着半径的增长而减少,称为“外涡旋”。在内外涡旋的交界面上,切向速度达成最大值。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0.50.9之间。若
13、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,在抱负情况下n=1,此时,vt r=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22旋风除尘器内的流场分布径向速度vr径向速度vr是影响旋风除尘器分离性能的重要因素,由于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15m/s范围内。轴向速度vz轴向速度vz分布构成了旋风除尘器的
14、外层下行、内层上行的气体双层旋转流动结构。实验表白,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减少。(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互相作用而形成的涡流。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: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),夹带着相称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。纵向旋涡
15、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,而导致“短路”,影响了分离性能。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,减少了旋风除尘器的分离能力。这种湍流对分离5m以下的颗粒尤为不利。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
16、,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2030%。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。2.1.3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22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实验测试,其压力损失的重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
17、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长而减小。(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实验表白,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减少所致。(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减少。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
18、旋风除尘器的技术性能(1)解决气体流量Q解决气体流量Q是通过除尘设备的含尘气体流量,除尘器流量为给定值,一般以体积流量表达。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表达。(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:进气管内摩擦损失;气体进入旋风除尘器内,因膨胀或压缩而导致的能量损失;与容器壁摩擦所导致能量损失;气体因旋转而产生的能量消耗;排气
19、管内摩擦损失,以及由旋转气体转为直线气体导致的能量损失;排气管内气体旋转时的动能转换为静压能所导致的损失等。(3)除尘效率一般指额定负压的总效率和分级效率,但由于工业设备经常是在负荷下运营,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3m、5m和10m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限度上也说明除尘器除尘效率高低。(4)耗钢量旋风除尘器
20、的耗钢量是每小时解决1000m3气体除尘器自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。解决气量为300012023m3/h的旋风除尘器耗钢量一般为3550kg/(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;解决气体流量大于等于20230m3/h时,所配旋风除尘器分两种情况,一是多筒式旋风结构,涉及进出口组合接管、灰斗和支架的耗钢量都很高为90160kg/(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4060kg/(1000m3/h)。(5)使用寿命使用寿命与旋风除尘器自身结构
21、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重要因素(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重要的影响因素。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导致较大直径颗粒有也许反弹至中心气流而被带走,使除尘效率减少。此外,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5075mm;大型化以后己出现筒径大于20O0mm的大型旋风除尘器。较高除尘效率的旋风除尘器都有合适的长
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