D型旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì),旋風(fēng),除塵器,設(shè)計(jì)
D型旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)
摘 要
此畢業(yè)設(shè)計(jì)的介紹了旋風(fēng)除塵器的各部分結(jié)構(gòu)尺寸的確定以及旋風(fēng)除塵器性能的計(jì)算，以普通旋風(fēng)除塵器為基礎(chǔ)，結(jié)合此課題的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一臺符合一定壓力損失和除塵效率的D型旋風(fēng)除塵器，并繪制了該旋風(fēng)除塵器的裝配圖、零件圖。本畢業(yè)設(shè)計(jì)由以下幾步完成：第一步，通過查閱各種資料了解旋風(fēng)除塵器的型號選擇和設(shè)計(jì)原理，并計(jì)算出旋風(fēng)除塵器各部分的尺寸；第二步，根據(jù)資料上的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)以及強(qiáng)度校核公式，對旋風(fēng)除塵器各零部件的材料進(jìn)行選擇并進(jìn)行強(qiáng)度校核；第三步，對旋風(fēng)除塵器進(jìn)行耐磨、防腐處理，并完成裝配設(shè)計(jì)；第四步，用CAD軟件繪制該旋風(fēng)除塵器的裝配圖、零件圖；第五步，整理資料，選取與畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯完成設(shè)計(jì)說明書。旋風(fēng)除塵器的除塵效率影響繁多，想要進(jìn)一步提高旋風(fēng)除塵器的效率，還需要對其結(jié)構(gòu)尺寸、密封性等方面進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：旋風(fēng)除塵器；壓力損失；除塵效率；強(qiáng)度
ABSTRACT
This graduation design introduces the determination of the size of the structure of the cyclone dust collector and the calculation of the performance of the cyclone dust collector. Based on the conventional cyclone dust collector and the modern design method of this topic, a design method is designed to meet the pressure loss and dust Efficiency of the D-type cyclone dust collector, and draw the cyclone dust collector assembly drawings, parts drawings. The graduation design is completed by the following steps: The first step, through access to a variety of information to understand the cyclone dust collector model selection and design principles, and calculate the various parts of the cyclone dust; the second step, according to the material on the material selection Standard and strength check formula, the cyclone dust collector parts of the material selection and strength check; the third step, the cyclone dust collector wear, corrosion treatment, and complete the assembly design; the fourth step, with CAD Software to draw the assembly of the cyclone dust collector, part of the map; the fifth step, sorting out the information, select and graduate design related to the English literature to complete the design instructions. The efficiency of the cyclone dust collector has many advantages, and it is necessary to further improve the efficiency of the cyclone dust collector, and it needs to be further optimized for its structural size and sealing.
Key words: cyclone dust collector；pressure loss；dust Efficiency；strength
目錄
1 緒論 1
1.1引言 1
1.2 旋風(fēng)除塵器的介紹 1
1.3 旋風(fēng)除塵器的工作原理和氣體流動狀況 1
1.4影響旋風(fēng)除塵器性能的因素 4
1.5旋風(fēng)除塵器的分類 5
1.6 D型旋風(fēng)除塵器 6
1.7擬定設(shè)計(jì)方案 7
2 確定旋風(fēng)除塵器各部分的尺寸 7
2.1給定的設(shè)計(jì)參數(shù) 7
2.2 確定進(jìn)口風(fēng)速 7
2.3 計(jì)算旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸 7
2.4 壓力損失的計(jì)算 8
2.5總除塵效率的計(jì)算 9
3 零部件的數(shù)據(jù)計(jì)算及材料選擇 10
3.1 風(fēng)機(jī)的選擇 10
3.2 排塵閥的選擇 10
3.3殼體的設(shè)計(jì)與材料選擇 11
3.4 密封圈的設(shè)計(jì) 12
3.5 殼體端蓋的設(shè)計(jì) 12
3.6 支座的選擇與計(jì)算 12
3.7 支腿的設(shè)計(jì) 12
3.8 氣體管道的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4 強(qiáng)度計(jì)算與校核 13
4.1 筒體和椎體的氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核 13
4.2 排氣管的厚度的確定及強(qiáng)度校核 14
4.3 支座的載荷校核 14
4.4 支腿的強(qiáng)度校核 16
5 主要零件的加工工藝 17
5.1箱體零件的主要技術(shù)要求 17
5.2 筒體及錐體的加工 18
6旋風(fēng)除塵器的耐磨措施與制造要求 18
6.1 耐磨措施 18
6.2制造安裝要求 20
7 旋風(fēng)除塵器的裝配 20
7.1裝配的概念 20
7.2 連接方式的選擇 20
結(jié)論 22
致謝 23
參考文獻(xiàn) 24
1 緒論
1.1引言
旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)是我通過學(xué)習(xí)了全部課程后進(jìn)行的一次綜合性的設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際的宗旨，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到作為一名工作人員我們不僅要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，還要有良好的技術(shù)水平、以及嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作態(tài)度，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我查閱資料自我學(xué)習(xí)的能力。
隨著人類社會的發(fā)展與進(jìn)步，人們對生活質(zhì)量和自身的健康越來越重視，對空氣質(zhì)量也越來越關(guān)注。而我國是世界上以燃煤為主要能源的國家，也是燃煤污染物排放的第一大國，燃煤多造成的酸雨污染和顆粒物污染而導(dǎo)致的環(huán)境問題，已成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)。在排放的燃煤煙氣里，含有大量的粉塵和二氧化硫，影響環(huán)境質(zhì)量，危害人體健康。粉塵的性質(zhì)，決定了其控制的緊迫性。目前，我國部分地區(qū)，空氣中PM2.5指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。因此，早日解決我國的環(huán)境問題，迫切需要加大加強(qiáng)對燃煤煙氣的除塵系統(tǒng)的研究與推廣應(yīng)用。
工業(yè)中常見的除塵器可分為：機(jī)械式除塵器、電除塵器、袋式除塵器、濕式除塵器等。機(jī)械式除塵器包括重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器等。重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣體中沉降分離的除塵裝置，主要用于高效除塵的預(yù)除塵裝置，除去大于40μm以上的粒子。慣性除塵器是借助塵粒本身的慣性力作用使其與氣流分離，主要用于凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵。旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力是塵粒從氣體中分離的裝置，多用作小型燃煤鍋爐消煙除塵和多級除塵、預(yù)除塵設(shè)備。
1.2 旋風(fēng)除塵器的介紹
旋風(fēng)除塵器是通過旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣體中分離出來的一種干式固-氣分離裝置。
旋風(fēng)除塵器已有百余年的歷史，現(xiàn)已廣泛用于石油、化工、機(jī)械、冶金、建筑等工業(yè)部門。旋風(fēng)除塵器的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單；操作、維護(hù)方便；操作彈性大，性能穩(wěn)定，不受含塵氣體的濃度、溫度限制。一般認(rèn)為，旋風(fēng)除塵器對于捕集、分離5～10以上的粉塵效率較高，而用用以捕集含塵氣體中大部分徑粒在10以下粉塵時效率大幅度降低，不適合用于該情況下的除塵。
1.3 旋風(fēng)除塵器的工作原理和氣體流動狀況
1.31 工作原理
旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)見圖1。當(dāng)含塵氣流以12～25m/s速度由進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)除塵器時，氣流由原來的直線運(yùn)動變?yōu)閳A周運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)的氣流絕大部分延器壁自圓筒體呈螺旋形向下，朝著錐體流動。通常稱此氣流為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生了離心力，將密度大于氣體的塵粒甩向器壁。當(dāng)塵粒與器壁接觸時便失去慣性力，轉(zhuǎn)而靠入口速度的動量和向下的重力加速度延著器壁下落，進(jìn)入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在到達(dá)錐體時，由于倒圓錐形的收縮而向旋風(fēng)除塵器的中心靠攏。根據(jù)“旋轉(zhuǎn)矩”的不便原理，其切向速度不斷提高。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流到達(dá)錐體的某一個位置時，就以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風(fēng)除塵器的中部開始由下而上的做螺旋形流動，及內(nèi)旋氣流。最后已經(jīng)凈化的氣體經(jīng)過排氣管排出器外。另外一部分未被捕集的塵粒由此逃離。
自氣體流入的另外一小部分氣體，轉(zhuǎn)向旋風(fēng)除塵器的頂蓋流動，然后向排氣光外側(cè)向下流動。當(dāng)?shù)竭_(dá)排氣管的下端時，反向向上隨上升的中心氣流共同從排氣管排出。而在這一部分上旋氣流中的塵粒也隨同被排出。
圖1 旋風(fēng)除塵器
1-排灰管 2-圓錐體 3-圓筒體
4-進(jìn)氣管 5-排氣管 6-頂蓋
1.32 氣體流動狀況
旋風(fēng)除塵器內(nèi)的氣體運(yùn)動實(shí)際是非常復(fù)雜的。1949年Ter.Linden通過實(shí)驗(yàn)對旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣體運(yùn)動時的三維速度：即切向、徑向和軸向速度，以及全壓和靜壓分布提出了一種具有代表性的理論。經(jīng)過許多研究者的研究得出了以下結(jié)論。
(1) 切向加速度
切向速度對粉塵顆粒的捕集與分離起著至關(guān)重要的作用。含塵氣體在切向速度的作用下，使塵粒由里向外離心下降。
排氣管以下任意截面上的切向加速度沿半徑的變化規(guī)律可分為三個區(qū)域，如下圖2。Ⅰ區(qū)內(nèi)，切向速度=常數(shù)。Alexander通過實(shí)驗(yàn)提出了以下公式：
式中： 含塵氣在Ⅰ區(qū)內(nèi)切向加速度（m/s）；
含塵氣進(jìn)入旋風(fēng)除塵氣的速度（m/s）；
旋風(fēng)除塵器圓筒直徑（m）；
旋風(fēng)除塵器排氣管直徑(m)；
旋風(fēng)除塵器進(jìn)口截面積（m2）
2 切向速度分布圖
排氣管下部的中心氣流稱為強(qiáng)制旋流區(qū)Ⅲ。類似于剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。切向速度與半徑之比為一常數(shù)。
常數(shù)
此常數(shù)為角速度。
半自由旋流區(qū)Ⅱ的分布規(guī)律為：
常數(shù)
n為速度分布指數(shù)，一般在0.5～0.9之間。
不同的研究者由各自的實(shí)驗(yàn)條件與測定方法得出的n值如下表：
表1 速度分布系數(shù)測定值
測定者
n值
測定者
n值
Lissman
1
Alexander
0.5～0.75
Procket
0.5
Ter.Linden
0.52
Rosin
0
First
0.88
Shepherd
0.5～0.7
井伊谷鋼一
0.8
Stairmand
0.5
池森龜鶴
0.7～0.8
Alexander給出了計(jì)算n值得公式：
式中： 旋風(fēng)除塵器筒體直徑（mm）；
絕對溫度（K）；
速度分布指數(shù)。
影響n值得因素是很復(fù)雜的，與數(shù)有關(guān)，Re越大，n值越趨向于1。n值隨排灰管直徑減小而增大，隨排氣管的減小而減小，當(dāng)排灰管趨近圓筒直徑時，n可以近似等于1。
（2） 徑向速度
徑向速度是影響旋風(fēng)除塵器分離性能的重要因素。因?yàn)閺较蛩俣绕渲颠h(yuǎn)比切向速度小的多，所以極難測定。中國科學(xué)院力學(xué)研究所測得Φ400mmB型旋風(fēng)除塵器約為（1～5）m/s，且徑向速度分布呈非對稱性的特點(diǎn)。
（3） 軸向速度
軸向速度分布構(gòu)成了旋風(fēng)除塵器的外層下行、內(nèi)層上行的氣體雙層旋轉(zhuǎn)流動結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，零軸向的速度面與器壁是平行的。即使是在錐體部分，也能保證外層流厚度基本不變。
（4）渦流
渦流也稱二次渦流，在旋風(fēng)除塵器中也稱次流，是由軸向速度和徑向速度構(gòu)成。渦流對旋風(fēng)除塵器的分離效率和壓力損失影響較大。常見的渦流有4種，短路流:旋風(fēng)除塵器排氣管外面、頂蓋與筒體內(nèi)壁之間，由于徑向速度和軸向速度的存在，將形成局部渦流（上渦流），夾帶著相當(dāng)數(shù)量的塵粒向中心流動，并沿著排氣管的表面下降，最后隨著中心上升氣流逃逸出排氣管?？v向旋渦流：縱向旋渦流是以旋風(fēng)除塵器內(nèi)外旋流分界面為中心的器內(nèi)再循環(huán)形成的縱向流動。外層旋流中的局部渦流：由于旋風(fēng)除塵器制造問題，如焊縫、表面凸起等，產(chǎn)生與主流方向垂直的渦流，雖然其量只有主流的1/5左右，但是這種流動還是會使壁面附近或已被分離的粒子從新甩到內(nèi)層旋流，降低了旋風(fēng)除塵器的分離能力。底部夾帶：外層旋流在錐體底部向上返轉(zhuǎn)時可以產(chǎn)生局部渦流，會將塵粒重新卷起，假使旋流一直延伸到灰斗，同樣會把灰斗中的粉塵，特別是細(xì)的粉塵攪動帶起，被上層氣流帶走。
1.4影響旋風(fēng)除塵器性能的因素
旋風(fēng)除塵器的性能一般由其尺寸大小、排灰裝置氣密性、工作條件而決定。
其中在旋風(fēng)除塵器的尺寸因素中最主要的是筒體直徑和椎體高度。一般，旋風(fēng)除塵器的直徑越小所受離心力越大，除塵效率也就越高。但過小也會降低除塵效率。因此，一般筒體的直徑不應(yīng)小于50～75mm。筒體長度增加，除塵效率也會增加，但過大阻力會增大，因此同體長度不大于5倍筒體直徑。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，旋風(fēng)除塵器各部件的尺寸比例對旋風(fēng)除塵器的性能也會造成一定的影響，如下表：
表2 旋風(fēng)除塵器部件尺寸影響因素
尺寸變化
性能趨勢
壓力損失
效率
除塵器直徑增大
降低
降低
加長筒體
稍有降低
提高
入口面積加大（流量保持不變）
降低
降低
入口面積加大（速度保持不變）
提高
降低
加長錐體
稍有降低
提高
錐體排出孔變大
稍有降低
－
錐體排出孔變小
稍有提高
－
增加排出孔在筒體內(nèi)的長度
提高
－
排出管直徑變大
提高
降低
排灰裝置是旋風(fēng)除塵器中一個不可忽視的部分，除塵器錐度處氣流處于湍流狀態(tài)，而粉塵由此排出容易出現(xiàn)二次夾帶的可能性，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成排灰裝置漏氣，會導(dǎo)致除塵效率的大幅度降低，以下為除塵效率與漏氣率之間的關(guān)系表：
表3 排灰裝置氣密性對除塵效率的影響
實(shí)驗(yàn)號
排灰裝置氣密性（漏氣率）
旋風(fēng)除塵器效率
1
0
90%
2
5%
50%
3
15%
0%
對于工作條件來說，關(guān)鍵因素一般為入口速度、粉塵粒徑、氣體物理性質(zhì)等。當(dāng)入口 速度上升時，分割直徑將下降、效率提升、提升，但入口速度不宜過大，當(dāng)其過大時，將導(dǎo)致二次揚(yáng)塵增加，所以入口速度一般控制在12～25m/s。
1.5旋風(fēng)除塵器的分類
旋風(fēng)除塵器的種類繁多，分類方法也各有不同。
按性能分：可分為高效旋風(fēng)除塵器。筒體直徑小，分離較細(xì)的粉塵，除塵效率在95%以上；高流量旋風(fēng)除塵器。筒體直徑大，用于處理很大的氣流量，除塵效率為50%～80%；通用旋風(fēng)除塵器。處理中等氣體流量，其除塵效率80%～95%。
按結(jié)構(gòu)型式分，可分為長錐體、圓筒形、擴(kuò)散性、旁通型。
按組合、安裝情況分為內(nèi)旋風(fēng)除塵器、外旋風(fēng)除塵器、立式與臥式以及單筒與多管旋風(fēng)除塵器。
按氣流導(dǎo)入情況分：可分為切向?qū)牖蜉S向?qū)?，氣流進(jìn)入旋風(fēng)除塵器后的流動路線-反轉(zhuǎn)、直流，以及帶二次風(fēng)的形式，可概括的分為切流反轉(zhuǎn)式旋風(fēng)除塵器、軸流式旋風(fēng)除塵器。
1.6 D型旋風(fēng)除塵器
D型旋風(fēng)除塵器是一種新型高效旋風(fēng)除塵器。開始用與石油煉制，如流化床Ⅳ型催化裝置，作為反應(yīng)器、再生器的內(nèi)旋風(fēng)分離器。
D型旋風(fēng)除塵器，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，可以分為DⅠ、DⅡ與DⅢ型三種。如下圖3所示。
圖3 DⅠ型旋風(fēng)除塵器 DⅡ型旋風(fēng)除塵器 DⅢ型旋風(fēng)除塵器
DⅠ型旋風(fēng)除塵器屬于螺旋面進(jìn)口型旋風(fēng)除塵器。DⅠ型旋風(fēng)除塵器由于其長徑比H/D0較小，所以體型緊湊，鋼耗較小，也便于耐磨材料的襯里，常作為內(nèi)旋風(fēng)除塵器，以便處理含塵濃度較高、塵粒較粗的含塵氣體。由于它的進(jìn)口截面較小，在處理相同的氣量情況下，與其他除塵器相比起進(jìn)口速度較高，因此，壓力損失也就比較別的旋風(fēng)除塵器大些。另外，對于回收比較細(xì)的粉塵，其效率也不夠理想。
DⅡ、DⅢ型旋風(fēng)除塵器的區(qū)別僅僅在于DⅡ型是900蝸殼進(jìn)口。DⅢ型是切向進(jìn)口。它們的特點(diǎn)是圓筒段為平頂，分離式高度較DⅠ型大，排氣管與圓筒體的直徑較DⅠ型小，用以提高除塵效率。對回收含塵濃度較高的細(xì)粉塵極為理想。
D型旋風(fēng)除塵器阻力系數(shù)的影響因素有以下幾點(diǎn)：
（1） 進(jìn)口氣速 進(jìn)口氣速對D型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)基本沒有影響。
（2） 結(jié)構(gòu)型式 de/D0越大,D型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)越小，在相同的情況下，DⅠ型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)最小，DⅢ其次，DⅡ型的阻力系數(shù)最大。
（3） 排氣管直徑 同一結(jié)構(gòu)的D型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)隨著排氣管直徑的增加而減小，對于不同型號的旋風(fēng)除塵器，阻力系數(shù)的降低速率也是不一樣的。
（4） 筒體直徑及排氣管形狀 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，同一結(jié)構(gòu)型式不同直徑的D型旋風(fēng)除塵器在排氣管形狀與de/D0相同條件下測得的阻力系數(shù)基本相同。但收縮型排氣管較之直管型排氣管其阻力系數(shù)要小。
1.7擬定設(shè)計(jì)方案
首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將該D型旋風(fēng)除塵器的各個部位的相關(guān)尺寸計(jì)算好，并求出其壓力損失、除塵效率。再對該旋風(fēng)除塵器的各個部位進(jìn)行相關(guān)的材料選擇、強(qiáng)度校核，對不符合要求的地方進(jìn)行改正。最后做好加工工藝的選擇、防腐和耐磨措施以及裝配方案的選擇。
2 確定旋風(fēng)除塵器各部分的尺寸
2.1給定的設(shè)計(jì)參數(shù)
煙氣流量： 1500m3/h
除塵效率： 80%
設(shè)計(jì)壓力： 0.18MPa
設(shè)計(jì)溫度： 100℃
進(jìn)口粉塵濃度： 110g/m3
旋風(fēng)除塵器類型：D型
2.2 確定進(jìn)口風(fēng)速
根據(jù)推薦進(jìn)口風(fēng)速取vj=18m/s
2.3 計(jì)算旋風(fēng)除塵器的幾何尺寸
2.31進(jìn)口面積Fj的確定
進(jìn)氣口的截面一般為長方形，尺寸為a和b，根據(jù)處理氣量Q和進(jìn)氣速度vj可以得到
由于處理氣量Q為煙氣流量等于1500m3/h
Fj=a×b=×18=0.03㎡
取a=2b,則a=0.24m,b=0.12m。
2.32筒體尺寸的確定
根據(jù)離心力公式，旋風(fēng)除塵器的直徑越小，其旋轉(zhuǎn)半徑也越小導(dǎo)致粉塵顆粒的離心力越大，除塵效率也就越高。但是當(dāng)筒體直徑過小時，旋風(fēng)除塵器器壁與排氣管太近，可能導(dǎo)致較大直徑顆粒有可能反彈到中心氣流被帶走，降低除塵效率。另外，筒體太小會導(dǎo)致堵塞。因此，一般直徑不要小于50-75mm。
因?yàn)閎和筒體直徑D0的比例關(guān)系一般在0.2到0.5之間，這里取0.2，即b=0.2D0，則D0=0.6m。
筒體長度取h=1.5D0=1.5×0.6=0.9m。
2.33椎體尺寸的確定
椎體長度H-h與D0的比例關(guān)系一般在2.0到2.5之間，這里取2.0，
H-h=2.0D0=2×0.6=1.2m
排灰口長度D2與D0的比例關(guān)系一般在0.15到0.4之間，這里取0.25，
D2=0.25D0=0.25×0.6=0.15m
2.34出口管直徑d0與插入深度h0的確定
出口管直徑d0與D0的比例關(guān)系一般在0.3到0.5之間，這里取0.5，
d0=0.5D0=0.5×0.6=0.3m
插入深度h0與D0的比例關(guān)系一般在0.3到0.75之間，這里取0.4，
h0=0.4D0=0.4×0.6=O.24m
2.4 壓力損失的計(jì)算
根據(jù)Shepherd-Lapple的壓力計(jì)算公式
式中： 阻力系數(shù)
氣體重度（kg/m3）
g 重力加速度（m/s2）
Vj 進(jìn)口氣速（m/s）
由于旋風(fēng)除塵器類型為D型，D型旋風(fēng)除塵器的阻力計(jì)算公式
式中：d0 旋風(fēng)除塵器排氣管直徑（m）；
D0 旋風(fēng)除塵器直徑（m）；
m、n 系數(shù)（與旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)），m=2.02～2.50，n=2.23～2.41。
DⅠ型、DⅡ型、DⅢ型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)見下表
表4 DⅠ型、DⅡ型、DⅢ型旋風(fēng)除塵器的阻力系數(shù)
DⅠ型
DⅡ型
DⅢ型
a=0.453m
直管型排氣管
直管型
收縮性排氣管
b=0.191m
d0=0.525D0
=7.82
=2.26(d0/D0)-2.41
=2.5（d0/D0）-2.23
=2.02(d0/D0)-2.35
本設(shè)計(jì)選用DⅡ型直管型排氣管除塵器，所以
=2.26×（）-2.41
=12
在100℃、0.18Mpa的條件下，空氣重度
=1.293×（）×()
=1.7 kg/m3
則壓力損失
=12××1.7
=337.2 mm H2o
=3304.56 pa
2.5總除塵效率的計(jì)算
在一定的進(jìn)口含塵濃度范圍內(nèi)，D型旋風(fēng)除塵器的總除塵效率與進(jìn)口氣含塵濃度成正比。通過實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果與數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)得到D型旋風(fēng)除塵器的總除塵效率與進(jìn)口粉塵濃度之間的計(jì)算公式：
式中： 旋風(fēng)除塵器的總除塵效率（%）；
C 進(jìn)口含塵濃度（g/Nm3）；
p 系數(shù)（由旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)及粉塵性質(zhì)決定），一般p=0.1～0.3。
q 系數(shù)（和旋風(fēng)除塵器操作條件有關(guān)），一般q=0.05～0.5。
查閱資料得，p=0.247，q=0.098。
則總除塵效率
=1-0.25×110-0.098
=84.2%
3 零部件的數(shù)據(jù)計(jì)算及材料選擇
3.1 風(fēng)機(jī)的選擇
根據(jù)風(fēng)機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生壓力大小，可分為高壓、中壓、低壓風(fēng)機(jī)。在除塵系統(tǒng)中一般為中、高壓風(fēng)機(jī)。
根據(jù)設(shè)計(jì)條件，本設(shè)計(jì)選用選用鍋爐離心通風(fēng)機(jī)Y-9-35-12。
3.2 排塵閥的選擇
旋風(fēng)除塵器下部出現(xiàn)漏風(fēng)時，除塵效率會出現(xiàn)較為明顯的下降。怎樣在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰是旋風(fēng)除塵器的一個重要問題。
參考《除塵設(shè)備》的除塵器排灰裝置，選擇翻板式排料閥。
翻板式排料閥的結(jié)構(gòu)原理是靠重力作用的杠桿機(jī)構(gòu)，密封作用取決于灰柱高度?；抑叨扔梢韵鹿酱_定：
式中： 灰柱高度（m）；
灰斗中的負(fù)壓值（mm H2O）
粉塵堆積重度(kg/m3)
翻板式排料閥的進(jìn)口接管直徑可由下式確定：
式中： 翻板式排料閥進(jìn)口接管直徑（m）；
捕集的粉塵量（kg/s）；
翻板式排料閥的單位負(fù)荷，可在60～100kg/m2s范圍內(nèi)選取。
Φ100型和Φ150型翻版式排料閥的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖4。
圖4 翻板式排料閥
（注：括號內(nèi)為Φ150型，不加括號為共有）
3.3殼體的設(shè)計(jì)與材料選擇
3.31殼體的介紹
這種零件的內(nèi)外結(jié)構(gòu)復(fù)雜，他是用來支撐、包容運(yùn)動零件或其它的零件，因此其內(nèi)部常有空腔。箱體的內(nèi)腔常用來安裝軸、齒輪、套、軸承等零件，因此兩端都有裝軸承蓋及套的孔。雖然箱體的結(jié)構(gòu)樣式多種多樣，但有其主要的共同特點(diǎn)：形狀復(fù)雜、壁薄且不均勻，內(nèi)部呈腔形，加工部位多，加工難度大，既有精度要求較高的孔系和平面，也有許多精度要求較低的緊固孔。
旋風(fēng)除塵器中的箱體材料可以選Q245R，殼體分為筒體和錐體兩部分。
3.32筒體和椎體壁厚的計(jì)算
《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式3-12筒體的計(jì)算壁厚公式
式中： 計(jì)算壓力(MPa)；
圓筒內(nèi)徑（mm）；
設(shè)計(jì)溫度t℃下筒體材料的許用應(yīng)力（MPa）；
焊接接頭系數(shù)；
壁厚附加量（mm）；
鋼板負(fù)偏差（或鋼管負(fù)偏差）（mm）；
腐蝕裕量（mm）；
=0.18MPa，=600mm，查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表1得=求147Mpa。
由于采用單面焊對接接頭，局部無損探傷，所以，由《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表3-10得到=0.8。
碳素鋼和低合金鋼單面腐蝕取=1mm，查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表3-11得到=0.25mm，則C=0.25+1=1.25mm。
=0.46+1.25=1.71mm
圓整后取厚度為3mm。
復(fù)驗(yàn)×15%=3×%15
=0.45>0.25符合要求。
該旋風(fēng)除塵器的筒體和椎體可用3mm厚的碳素鋼板制作。
3.4 密封圈的設(shè)計(jì)
為了減小因設(shè)計(jì)和裝配誤差引起的漏風(fēng)量，需要在殼體端蓋和殼體之間設(shè)計(jì)一個密封圈，起密封作用。密封圈材料選擇橡膠材料，密封圈的內(nèi)徑要小于殼體內(nèi)徑，可以確定為580mm，厚度和寬度不需要設(shè)計(jì)很大，可以確定為6mm和10mm。一半嵌在殼體端蓋一半嵌在殼體端邊。
3.5 殼體端蓋的設(shè)計(jì)
殼體端蓋有著多方面的作用，可以密封防漏氣?？紤]到與殼體配合端蓋的內(nèi)徑確定為301mm，外徑確定為600mm。在殼體的內(nèi)面設(shè)計(jì)一個槽配合密封圈，槽的寬度與密封圈的厚度相等為6mm，深度為其寬度的一半為5mm。
3.6 支座的選擇與計(jì)算
立式容器支座主要有耳式支座、支撐式支座、裙式支座三種。因?yàn)橥搀w壁厚較小，故采用不帶墊板的AN型耳式支座。根據(jù)JB/4721.3-2007《耳式支座》，初選AN型吊耳式支座1，支座材料選用Q235A,如圖3-1所示
3.7 支腿的設(shè)計(jì)
初選材料為Q235-B，d=40mm，l=2.5
3.8 氣體管道的設(shè)計(jì)計(jì)算
氣體管道是旋風(fēng)除塵器系統(tǒng)一個不可缺少的部分，需要凈化的氣體由氣體管道進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，凈化后的氣體也是由管道排出。因此，氣體管道的設(shè)計(jì)對除塵系統(tǒng)的能耗、除塵效率、工作能力等有巨大的影響。
3.81 除塵管道的直徑計(jì)算
根據(jù)《除塵設(shè)備》7-3的公式：
式中： 氣體流量（m3/s）；
圓形管道的內(nèi)徑（m）；
管道內(nèi)的氣體流速（m/s）；
計(jì)算出管道的直徑為
=0.17m
=170mm
3.82 管道材質(zhì)的選用與管壁厚度的確定
本設(shè)計(jì)選用（GB3092—1993）焊接鋼管，根據(jù)《除塵設(shè)備》表7-5得到管壁厚度為5mm。
3.83管道內(nèi)氣速的確定
管道內(nèi)的氣速應(yīng)合理的確定。氣速太小，氣體中的粉塵易沉積，嚴(yán)重的會破壞除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；氣速太大，壓力損失會成平方的增長，粉塵對管壁的磨損加劇，使管道使用壽命縮短。
除塵管道內(nèi)氣速參照《除塵設(shè)備》表7-6、表7-7，由于管道材料選用的鋼管，所以管道內(nèi)氣速vg=12m/s。
4 強(qiáng)度計(jì)算與校核
4.1 筒體和椎體的氣壓試驗(yàn)強(qiáng)度校核
根據(jù)已求得的條件可得
根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》式4-7得
可見，所以符合強(qiáng)度要求。
4.2 排氣管的厚度的確定及強(qiáng)度校核
由于排氣管是D/Se≥20的圓筒，可以假設(shè)Sn=2.5mm，由《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表3-11及對腐蝕裕量的取值可以得出C=2mm,因此Se=Sn-C=2.5-2=0.5mm，
==0.83
=300
由《由化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》查得A=0.0001，碳素鋼在常溫時的彈性模量為194×10-3Mpa，系數(shù)B為115Mpa。
按計(jì)算需要用《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》外圧力公式5-19：
=
=0.38Mpa
由此可見，[p]>pc,所以，出氣管可以用2.5mm的碳素鋼制作。
4.3 支座的載荷校核
由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》耳式支座實(shí)際承受的載荷可按下面的式子進(jìn)行近似計(jì)算
式中：Q 支座實(shí)際承受的載荷（KN）；
D 支座安裝尺寸（mm）；
g 重力加速度，取g=9.8m/s；
Ge 偏心載荷（N）；
h 水平力作用點(diǎn)到底板的高度（mm）；
k 不均勻系數(shù)，安裝3個支座時，取k=1；安裝3個以上的
支座時，取k=0.83；
m0 設(shè)備總質(zhì)量（包括殼體及其附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層的質(zhì)
量）（kg）；
n 支座數(shù)量；
P 水平力，取Pw和Pe的最大值（N）；
當(dāng)容器高徑比不大于5，且總高度H0不大于10m時，Pw和Pe可按下式計(jì)算，超出此范圍的容器本標(biāo)準(zhǔn)不推薦使用耳式支座。
水平地震力：
Pe=0.5aem0g（N）
式中： ae 地震系數(shù)，對7、8、9級地震分別為0.23、0.45、0.90。
水平風(fēng)載荷：
式中： 容器外徑（mm）有保溫層時取保溫層外徑；
風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按設(shè)備質(zhì)心所取高度??；
容器總高度（mm）；
10m高度處的基本風(fēng)壓值（N/m2）；
偏心距（mm）；
求支座安裝尺寸
mm
求偏心載荷
Ge=(a0-bo)l0ρ
=(0.283×0.143-0.28×0.14)×0.6×7.85×103
=6N
設(shè)備總質(zhì)量取m0=1500kg，地震系數(shù)取ae=0.23，則水平地震力為：
=0.5×0.23×1500×9.8
=1690N
風(fēng)壓高度變化系數(shù)取=0.54，則水平風(fēng)載荷為：
=0.95×0.54×250×606×3500×10-6
=272N
由于，所以取。
取不均勻系數(shù)k=0.83；支座個數(shù)n=4個；水平力作用點(diǎn)到底板的高度h=250mm；Se=200mm。
由以上條件可以求出
=5.03KN
由以上結(jié)果可見，Q<[Q]，所以AN型耳式支座1符合要求。
4.4 支腿的強(qiáng)度校核
由靜力平衡方程求出支反力
Fb=1127N
剪力和彎矩方程為
Q=2817.5 (0
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