長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計【說明書+CAD】
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目 錄長錐體旋風(fēng)除塵器的設(shè)計摘要XIII1前言12選題背景22.1國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢22.2本設(shè)計研究的方向32.3 XCX旋風(fēng)除塵器的工作原理和優(yōu)缺點33計算53.1旋風(fēng)除塵器的基本尺寸設(shè)計53.2旋風(fēng)除塵器的基本參數(shù)計算83.3旋風(fēng)除塵器的其他附件的設(shè)計及選用103.4旋風(fēng)除塵器的安裝形式203.5焊接工藝224計算流體動力學(xué)的基本理論234.1計算流體動力學(xué)的基本方程234.2標(biāo)準(zhǔn) - 模型的控制方程統(tǒng)一形式245結(jié)果分析過程255.1前處理255.2結(jié)果分析266影響XCX旋風(fēng)除塵器效率的因素326.1除塵器結(jié)構(gòu)尺寸對其性能的影響327影響XCX旋風(fēng)除塵器壓降的因素358結(jié)論與建議358.1 保證排灰口的嚴(yán)密性358.2 設(shè)置灰塵隔離室368.3改進除塵器的結(jié)構(gòu)369總結(jié)36參考文獻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)的英文文獻進行翻譯并完成設(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 collectorStudent: 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)境保護普遍重視,制定了嚴(yán)格的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn),從而促進了除塵技術(shù)的進一步發(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、進氣管、排氣管以及頂蓋組成。XCX型旋風(fēng)除塵器其進氣口采用了蝸殼斜底板的形式,進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。按氣流進入的方式,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(fēng)除塵器由簡體、椎體和進、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52500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8085%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)濟諸方面考慮旋風(fēng)除塵器壓力損失控制范圍一般為5002000Pa。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(5m)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理,提出紊流混摻邊界層分離理論,并提出通過這機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0.4m的顆粒,向超微顆粒進軍邁出了第一步。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烈灰塵環(huán)并發(fā)生灰聚集現(xiàn)象,經(jīng)回風(fēng)口再進入除器,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0.40.7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)?,F(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。現(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?,F(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10.50.251.332.851.0250.240.240.9尺寸(m)0.80.40.21.0642.280.820.1920.1920.723.2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 (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30m,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-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)機機號轉(zhuǎn)速()流量全壓電機型號NO.4.52900105801667Y132S2-2B35表3 風(fēng)機的參數(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df數(shù)量n螺紋規(guī)格4005801303016M274802385007153203320M306192468009158804028M38845552表4 平面(FF)板式平焊鋼制管法蘭尺寸系列表2.法蘭強度的校核根據(jù)GB/T 17186-1997 對法蘭進行校核。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,mmdk 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,NMM;Mp 操作狀態(tài)下需要的法蘭力矩,NMM;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;0 法 蘭頸部小端有效厚度,mm;1 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tFp,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 53.14DGk1pfs) N (18) 若LaLp,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:LL 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 LSG Nmm (25)b)操作狀態(tài)下法蘭力矩按式(30)計算:Mp = FDSD FTST 十 FGSG Nmm (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,;Dimax=21.597Mpa,故滿足強度要求,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進氣管并聯(lián)方式單個旋風(fēng)除塵器并聯(lián),進氣幾乎都是切向的。進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,進入并聯(lián)的除塵器氣流可以自我補償,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)計選用第三種進口方式。圖12 旋風(fēng)除塵器進氣并聯(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) - 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) - 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)的流場進行模擬。模擬時,控制方程包括連續(xù)性方程、動量守恒方程、 方程及 方程。為了便于對各個控制方程進行分析,并用同一個程序?qū)Ω鱾€控制方程進行求解,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: 為通用變量,可以代表 u、v、w 和 T 等求解變量; 為廣義擴散系數(shù);S 為廣義源項。式 (1) 中各項依次為瞬態(tài)項、對流項、擴散項和源項。對于特定的方程, 、 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,只要重復(fù)調(diào)用該程序,并給出 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1226m/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的強制渦。中心軸線附近的靜壓遠(yuǎn)低于進口處的壓力, 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。總壓分布在中心區(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)榱悖俣纫布眲p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。 安裝防磨板(固定的或可拆卸的,安裝在內(nèi)部或外部)。 采用相同的方法更換旋風(fēng)分離器磨損部位。 用厚板更換磨損部分。 用硬的、耐磨性能高的結(jié)構(gòu)材料來更換磨損部分 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。 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、抗壓和抗撕裂強度。它的機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、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。6.1.1進氣口 XCX旋風(fēng)除塵器的進氣口是形成旋轉(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。切向進氣的進口面積對除塵器有很大的影響,進氣口面積相對于筒體斷面小時,進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)小粉塵進入內(nèi)旋流的機會也隨之增加,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0.50.6倍為宜。排風(fēng)管插入過淺,易造成進風(fēng)口含塵氣流直接進入排風(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會。排風(fēng)管插入深度一般以略低于進風(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)除塵器的進口氣量為:Q=3600AVT式中:Q
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