談旋風除塵器尺寸關聯(lián)與阻力計算

1、談旋風除塵器尺寸關聯(lián)與阻力計算胡寶林旋風除塵器是利用旋轉氣流的慣性離心力將灰塵從空氣中分離出來的干式凈化除塵設備，所以也稱作離心除塵器或沙克龍除塵器（cyclone）。旋風除塵器的發(fā)明至今已有百余年歷史，隨著研究的不斷深入，制作技術已很成熟，各部分的尺寸有一定的比例關系。除塵器主要由進口、筒體、錐體和排風口組成，通過大量試驗研究取得了一些實用阻力計算公式。由于它結構簡單、安全防火、制作和運行成本低，對10Nm以上的粉塵凈化效率高于90%,得到普遍推廣，多年來在棉花加工廠除塵系統(tǒng)中廣泛應用。棉花加工廠主要靠氣力輸送，含塵廢氣很多，一般需要配置旋風除塵器80100個，但除塵效率較低、性能差異較大，

2、主要原因有兩個，一是生產線設計人員只注重主機設備而忽視通風除塵器系統(tǒng)設計。二是有些具體制作人員文化水平低、缺乏理論基礎、不具備設計計算能力、僅憑師傅傳授的一點經(jīng)驗數(shù)據(jù)，缺乏科學性和系統(tǒng)性，因此出現(xiàn)了通風除塵系統(tǒng)漏風大、阻力大、能耗大、效率低等問題。除塵器效率低不僅造成環(huán)境污染，而且也會影響氣力輸送系統(tǒng)正常運行，其風量、風壓與氣力輸送管網(wǎng)系統(tǒng)密切相關。因此，本文將從基本原理入手，分析各部尺寸關聯(lián)，并以常見的下旋55型和60型旋風除塵器為例進行尺寸計算和阻力計算。一、工作原理含塵氣流由切向進口進入除塵器后，沿筒體和錐體內壁自上而下做高速旋轉運動，向下旋轉的氣流稱為外渦旋。外渦旋到達錐體底部后，轉而

3、向上，沿軸心向上旋轉，向上旋轉的氣流叫內渦旋，最后經(jīng)排風管排出。氣流做旋轉運動時，塵粒在慣性離心力的推動下，向氣流形成的旋轉體外援移動，當?shù)竭_內壁邊緣時，粉塵顆粒會與內壁接觸釋放能量并在重力的作用下，沿壁面滑落到底部的出雜口。如圖一所示。凈化空氣圖一旋風除塵器工作原理示意圖氣流從頂部向下旋轉時，頂部壓力下降，部分氣流會帶著細小塵粒沿外緣旋轉向上，到達頂部后再沿排風管外壁旋轉向下，經(jīng)排風管排除，這部分旋轉氣流稱為上渦旋。顯然上渦旋的存在會影響除塵效率，應盡量避免。除掌握上述基本原理外，還要把握下面幾個關鍵技術點：1、外渦旋的切向速度隨半徑r的減少而增加，在內、外渦旋交界面上達到最大值。內外渦旋交

4、界面的半徑廣(0.60.65rp),%排風管半徑。內渦旋的切向速度隨r的減小而減小，類似于剛體的旋轉運動。2、由于內渦旋氣流高速向上旋轉，即使除塵器在正壓下工作，其底部仍有較大的負壓。因此除塵器必須做好密封，如果底部漏氣就會使大量氣流從底部補入形成向上的氣流，將已分離下來的粉塵重新帶走。據(jù)有關資料介紹：漏風率1%,除塵效率降低5%10%;漏風率5%,除塵效率降低50%;漏風率10%15%,除塵效率接近于零。二、尺寸關聯(lián)適應不同粉塵性質的旋風式除塵器種類很多，分下旋、內旋、外旋、擴散型等多種，其尺寸規(guī)格、處理風量、壓損、除塵效率都有一定差異，沒有統(tǒng)一的規(guī)格標準，但其總體比例關系是有一定范圍的。棉

5、花加工廠含塵氣流性質與糧食加工行業(yè)及棉紡企業(yè)相類似?？蓞⒄账麄兂Ｓ玫男L除塵器規(guī)格進行設計。目前棉花加工行業(yè)制作的旋風除塵器規(guī)格較亂、性能較差?，F(xiàn)將收集整理的常見旋風除塵器尺寸比例關系介紹如下，供設計人員參考。如表一所示。表一常見旋風除塵器各部尺寸比例關系名稱一般常用外筒直徑（。）直筒高（L1）L1=(0.5-2)D0L1=2D0錐筒高（L2）L1=(2-2.5)D0L2=2D0排風管直徑（De）De=(0.3-0.6)DoDe=0.5Do排風管長（L）L=(0.3-0.75)DoL=0.33Do進風口高（C）C=(0.4-0.5)D)C=0.5Do進風口寬（B）B=(0.2-0.25)DoB

6、=0.25Do排灰口直徑（Dd）Dd=(0.15-0.4)DoDd=0.25Do進風口面積（A）A=BCA=BC半錐角（a）13°-15°進口高寬比2-4表一中尺寸比例關系并不是唯一標準，要結合實際需要靈活運用。但不要大幅度的偏離這些比例關系。另外還要注意以下幾點：1、在相同的切向速度下，筒體直徑越小，粉塵顆粒所受的離心力越大，除塵器所能分離的粉塵顆粒越小，除塵效率越高。但如果筒體直徑過小，大顆粒粉塵也可能反彈到中心氣流中被帶走；2、合適的長度可使進入除塵器的塵粒增加停留時間，增加被分離的機會；3、排風管直徑越小，除塵效率越高，但壓損也越大，一般取Dp=（0.50.6）D;

7、4、排氣管的下部至氣流下降的最低點的距離叫特征長度，可參照亞歷山大公1“DD2'式設計，l=2.3DpA）下面以糧食加工行業(yè)常用的下旋55型和下旋60型旋風除塵器為例，列表并結合結構示意圖進行詳細的說明。表中的數(shù)值是以外筒直徑軻200mm為基準進行計算的，請重點關注計算公式欄中各部尺寸與外筒尺寸之間的比例關系1、下旋55型旋風除塵器D之間的尺55型旋風除塵器是指中間的排風管直徑Dp與上部圓柱形筒體直徑p寸關系，即Dp=0.55D。如圖二所示。其各部分尺寸關系如表二所示p下旋55型旋風除塵器結構示意圖二卜旋55型旋風除塵器規(guī)格表二名稱單位數(shù)值計算公式外筒直徑（D）mm1200設定基本規(guī)格

8、排風管直徑（d）mm660d=0.55D外筒高（h）mm960h=0.8D錐筒高（hl）mm2400h1=2D進風口高（C）mm540C=0.45D進風口寬（b）mm270b=0.225D進風口面積（A）2m0.1458A=Cb排風管下端長（E）mm120E=0.1D排雜口寬（a）mm100-200尺寸范圍2、下旋60型旋風除塵器60型旋風除塵器是指中間的排風管直徑Dp與上部圓柱形筒體直徑D之間的尺p寸關系，即Dp=0.6D。如圖三所示。其各部分尺寸關系如表三所示。下旋6。型旋風除塵器結構示意圖三下旋60型旋風除塵器規(guī)格表三名稱單位數(shù)值計算公式外筒直徑（D）mm1200設定基本規(guī)格排風管直徑（

9、d）mm720d=0.6D外筒總高（L）mm5004L=4.17D外筒高（h）mm2604h=2.17D錐筒高（h1）mm2400h1=2D進風口高（C）mm696C=0.58D進風口寬（b）mm240b=0.2D進風口面積（A）2m0.16704A=Cb排風管下端長（E）mm936E=0.78D排雜口寬（a）mm100-200尺寸范圍三、阻力計算1、風量計算除塵器的處理風量是由物料輸送系統(tǒng)決定，必須大于或等于輸送系統(tǒng)風量，除塵器進口風速由進口風量和截面積決定，55型進口風速一般在1017m/s,60型進口風速一般在1218m/s。風量的計算公式：Q=3600Au=3600hbu。式中Q-為進

10、口風量，m3/h；A一為進口截面積，m2；u一為進口風速，m/s。選擇的風速大小直接關系到除塵器的體積大小和壓損大小，風速低，體積大；風速高，壓損大。同一風速，筒體直徑越大處理風量越大，但壓損也會逐漸增加。實踐證明，入口風速宜低不宜高，如表四和表五所示。下旋55型旋風除塵器處理風量（m3/h）表四Du(m/s).2A(m)H(Pa)10111213141516173434124915796687858839912500.00632302502702853203403653853000.00912303603954254604905255553500.0124445490535580625670

11、7157604000.01625856407007608158759359904500.020473581088095510301100117512505000.025391010001095118512751370146015506000.0364131014401570170018351965210022307000.0496179019652145232025002680260030408000.0648233525702800305032703500373539709000.08202950324535403840413544304725502010000.10123645401043

12、754740510554705835620012000.14585250577063006820735078708400892014000.198571407860857092901000010720114301215016000.259293301026011200121301306014000149301586018000.32811181012990141701535016530177101890020070下旋60型旋風除塵器處理風量（Ah）表五Dv(m/s)A,2-A(m)H(Pa)121314151617183924615306086977858732500.00713072333

13、583834094344603000.01034454825195565936306673500.01396006507017518018519014000.01827868529179831048111411794500.02309941076115912421325140814905000.028512311334143615391642174418475500.034514901615173918631987211122366000.041017711919206622142360250926577000.056824602660287030803270349037008000.0742

14、32103470374040104270454048109000.0940406044004740507054105750609010000.1160501054305850626066807100752012000.167072207820842090209620102201082014000.2274982010640114601228013100139101473016000.2970128301390014970160401710018110191802、阻力計算表四和表五中給出的阻力只是入口風速確定情況下各種規(guī)格的平均數(shù)，要細算各個規(guī)格除塵器的壓損還需要進行公式計算。阻力計算方法有多

15、種，分別介紹如下:速度分布指數(shù)（也稱旋轉速度指數(shù)或渦旋指數(shù)）n有以下兩個計算公式：n=1一10.35D0,40.3n=1（10.67D0.14I,公式二（亞歷山大公式Alexander）283公式一中D為圓筒直徑，cm；公式二中D為圓筒直徑，m；T為氣體的絕對溫度，K0除塵器阻力系數(shù)各種規(guī)格的旋風除塵器的局部阻力系數(shù)，一般通過實測再反推取得，據(jù)資料介紹，55型阻力系數(shù)實測值5.7,60型阻力系數(shù)實測值4.6?？梢宰鳛樵O計的參考。也可以通過已經(jīng)推導出的旋風除塵器局部阻力系數(shù)公式進行計算，但計算結果可能與實測結果有一定差異，這也不是誰更準確的問題，因為實測的條件不同可能結果也不同，公式也是按某一特

16、定狀態(tài)下計算的，所以需要綜合分析確定。下面介紹局部阻力系數(shù)的計算公式。0.65rp,-10.65Dpj-1式中之一除塵器的局部阻力系數(shù);、一排風管半徑;r一筒體半徑；n一速度分布指數(shù)，可按公式計算，也可直接取值n=0.50.9A之=16唉公式（四）Dp2式中之一除塵器的局部阻力系數(shù);A一除塵器進口截面積，m2；Dp一排風管直徑，m。"KA®公式（五）Dp2hhi式中自一除塵器的局部阻力系數(shù)；K一系數(shù)，2040,一般取30;A一除塵器進口截面積，m2；Dp一排風管直徑，m；h一直筒高，m;h1錐筒高，m。阻力計算：2八八、H=±公式（7）2式中H一旋風除塵器局部阻力

17、，Pa；之一除塵器的局部阻力系數(shù)；P空氣密度，kg/m3；u除塵器進口氣流速度，m/s。3、計算實例分析例如：外吸籽棉管道直徑4360mm,輸送量8.5t/h,輸送風速24m/s,風量8817m3/h,管道及卸料器等總漏風率30%,已選擇籽棉輸送（兼卸料排塵）風機5-29-11M8.5C2450r/min,電動機額定功率45kW,風量1225015590m3/h<按風機出口風量計算，應配置兩臺下旋60型圓筒直徑41200mm的旋風除塵器并聯(lián)工作，每臺除塵器入口風速按12m/s,處理風量7220m3/h（溫度20C,空氣密度P=1.205kg/m3）,合計處理風量14440m3/h,與風機排風量基本吻合，實際上如果漏風率更小，風機還有調速節(jié)能的余量。除塵器在并聯(lián)使用時，處理的總風量為各個除塵器風量之和，阻力相等。下面按前面的公式計算單個除塵器的阻力273+20)父III283j0.3=0.684速度分布指數(shù)n一0.14n=1-1-0.67x(1200/1000)局部阻力系數(shù)10.6841200/220.684IR0.65父1200M0.6/2J-110.684/、i1200j10.65M1200M0.6J20.684-1=3.84J2=16心=5.150.7