第三章 局部排风罩.ppt

第三章局部排风罩 通风的范围限制在有害物形成比较集中的地方 或是工作人员经常活动的局部地区的通风方式 称为局部通风 局部通风系统分为局部送风和局部排风两大类 它们都是利用局部气流 使工作地点不受有害物污染 以改善工作地点空气条件的 在生产车间设局部排风罩的目的是要通过排风罩将有害物质在生产地点就地排除 来防止有害物质向室内扩散和传播 设计完善的局部排风罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下 能够有效地防止有害物对人体的危害 使工作区有害物浓度不超过国家卫生标准的规定 又能大大减少通风量 3 1 3 2 3 3 密闭罩 外部吸气罩 柜式排风罩 3 4 3 5 槽边排风罩 3 6 3 7 吹吸式排风罩 接受式排风罩 大门空气幕 局部排风罩的分类 局部排风罩的形式很多 按其作用原理可分为以下几种基本类型 1 密闭罩如图3 1所示 它把有害物源全部密闭在罩内 在罩上设有工作孔 以观察罩内工作情况 并从罩外吸入空气 罩内污染空气由风机 排出 2 柜式排风罩 通风柜 如图3 2所示 它的结构形式与密闭罩相似 只是罩一侧可全部敞开或设操作孔 操作人员可以将手伸入罩内 或人直接进入罩内工作 图3 1密闭罩 图3 2柜式排风罩 3 外部吸气罩如图3 3所示 由于工艺条件限制 生产设备不能密闭时 可把排风罩设在有害物源附近 依靠风机在罩口造成的抽吸作用 在有害物散发地点造成一定的气流运动 把有害物吸入罩内 这类排风罩统称为外部吸气罩 4 接受式排风罩有些生产过程中或设备本身会产生或诱导一定的气流运动 带动有害物一起运动 如高温热源上部的对流气流 砂轮磨削时抛出的磨屑及大颗粒粉尘所诱导的气流等 对这种情况 应尽可能把排风罩设在污染气流前方 让它直接进入罩内 这类排风罩称为接受罩 见图3 4 图3 3外部吸气罩 图3 4接受罩 5 吹吸式排风罩由于生产条件的限制 有时外部吸气罩距有害物源较远 单纯依靠罩口的抽吸作用在有害物源附近造成一定的空气流动比较困难 在工程中 人们设想可以利用射流作为动力 把有害物输送到排风罩口 再由其排除 或者利用射流阻挡 控制有害物的扩散 这种把吹和吸结合起来的通风方法称为吹吸式通风 图3 5是吹吸式排风罩 图3 5吹吸式排风罩 3 1 1密闭罩的形式它把有害物源全部密闭在罩内 在罩上设有工作孔 从罩外吸入空气 罩内污染空气经风机排入上部排风口排出 它只需较小的排风量就能在罩内造成一定的负压 能有效控制有害物的扩散 并且排风罩气流不受周围气流的影响 它的缺点是工人不能直接进入罩内检修设备 有的看不到罩内的工作情况 3 1密闭罩 将发生区域或产尘的整个设备完全密闭起来 以隔断在生产过程中一次尘化气流和室内二次气流的联系 是控制有害物扩散的最有效办法 它的形式较多 可分为三类 1 局部密闭罩将有害物源部分密闭 工艺设备及传动装置设在罩外 这种密闭罩罩内容积较小 所需排风量较小 如图3 6所示 图3 6圆盘给料器密闭器 2 整体密闭罩将产生有害物的设备大部分或全部密闭起来 只把设备的传动部分设置在罩外 如图3 7所示 3 大容积密闭罩将有害物源及传动机构全部密闭起来 形成一独立小室 如图3 8所示 图3 6圆筒筛密闭罩 图3 7振动筛的密闭小室 振动筛 小室排风口 泄料口 排风口 5 密闭小室 提升机 3 1 2排风口位置的确定在密闭罩内设备及物料的运动 如碾压 摩擦等 使空气温度升高 压力增加 于是罩内形成正压 因为密闭罩结构并不严密 有孔或缝隙 粉尘随着一次尘化过程 沿孔隙冒出 为此在罩内还必须排风 使罩内形成负压 这样可以有效地控制有害物外溢 罩内所需负压值可参见表3 1 为了避免把物料过多地被排尘系统排出 密闭罩的形式 罩内排风口的位置 排风速度等要选择得当 合理 防尘密闭罩的形式应根据生产设备的工作特点及含尘气流运动规律规定 排风点应设在罩内压力最高的部位 以利于消除正压 排风口不能设在含尘气流浓度高的部位或飞溅区内 罩口风速不宜过高 通常采用下列数值 筛落的极细粉尘 0 4 0 6m s粉碎或磨碎的细粉 2m s粗颗粒物料 3m s 表3 1各种设备密闭罩内所必须保持的最小负压值 多数情况下防尘密闭罩的排风量由两部分组成 即运动物料进入罩内的诱导空气量 如物料输送 或工艺设备供给的空气量 如设有鼓风装置的混砂机 和为消除罩内正压由孔口或不严密缝隙处吸入的空气量 3 1 式中 防尘密闭罩排风量 m3 s 物料或工艺设备带入罩内的空气量 m3 s 由孔口或不严密缝隙处吸入的空气量 m3 s 式中可按下列计算m3 s 3 2 式中 敞开的孔口及缝隙总面积 m2 孔口及缝隙的流量系数 罩内最小负压值 Pa 见表3 1 敞开孔口及缝隙处进入空气的密度 kg m3 3 1 3密闭罩的排风量 3 2柜式排风罩 柜式排风罩俗称通风柜 与密闭罩相似 小零件喷漆柜 化学实验室通风柜是柜式排风罩的典型结构 通风柜一侧面完全敞开 工作窗口 柜的工作口对通风柜内的气流分布影响很大 气流分布又直接影响柜式排风罩的工作效果 如工作口的气流速度分布是不均匀的 有害气体会从速度小的地点逸入室内 因此 在设计或选用通风柜时 应保证 1 工作口平面上由抽风作用造成的速度分布与有害物向外扩散的速度分布相对应 2 排风空气量应保证 在工作口平面的吸入速度大于有害物向外扩散的速度 通风柜的排风量按下计算 m3 s 3 3 式中 柜内的有害气体发生量 m3 s 工作孔上的控制风速 m s 操作口或缝隙的面积 m2 安全系数 1 1 1 2 对化学实验室用的通风柜 工作孔上的控制风速可按表3 2确定 对某些特定的工艺过程 其控制风速可参照表3 3确定 表3 2通风柜的控制风速 表3 3通风柜的控制风速 外部吸气罩是通过罩口的抽吸作用在距离吸气口最远的有害物散发点 即控制点 上造成适当的空气流动 从而把有害物吸入罩内 零点 控制点 尘化距离 控制距离 控制风速 3 3外部吸气罩 图3 8外部吸气罩的控制风速 控制点的空气运动速度为控制风速Vx 也称吸入速度 罩口要控制扩散的有害物 需要造成必须的控制风速Vx 为此要研究罩口风量L 罩口至控制点的距离X与控制风速Vx之间的变化规律 当污染气流的运动方向与罩口的吸气方向不一致时 需要较大的排风量 图3 8外部吸气罩的控制风速 1 点汇吸气口根据流体力学 位于自由空间的点汇吸气口 图3 9 的排风量为 4 4 式中 点1和点2的空气流速 m s 点1和点2至吸气口的距离 m 吸气口在平壁上 吸气气流受到限制 吸气范围仅半个球面 它的排风量为 2 2由公式可以看出 吸气口处某一点的空气流速与该点至吸气口距离的平方成反比 而且它是随吸气口吸气范围的减小而增大的 因此设计时罩口应尽量靠近有害物源 并设法减小其吸气范围 3 3 1吸气罩口气体流动规律 图3 9点汇吸气口 a 自由的吸气口 b 受限的吸气口 2 圆形或矩形吸气口工程上应用的吸气口都有一定的几何形状 一定的尺寸 它们的吸气口外气流运动规律和点汇吸气口有所不同 目前还很难从理论上准确解释出各种吸气口的流速分布 一般借助实验测的各种吸气口的流速分布图 而后借助此图推出所需排风量的计算公式 图3 10和图3 11就是通过实验求得四周无法兰边和四周有法兰边的圆形吸气口的速度分布图 两图的实验结果可用下两式表示 对于四周无边的圆形或矩形吸气口有 对于四周有边的圆形或矩形吸气口有式中 吸气口的平均流速 m s 控制点的吸入速度 m s 控制点至吸气口的距离 m F 吸气口面积 m2 上两式仅适用于 1 5的场合 当 1 5时 实际的速度衰减要比计算值大 图3 10四周无边圆形吸气口的速度分布图 图3 11四周有边圆形吸气口的速度分布图 3 3 2排风量的确定 圆形或矩形的吸气口四周无边 10 m3 s四周有边 0 75 10 m3 s 工作台侧吸罩四周无边 5 m3 s四周有边 0 75 5 m3 s式中 实际排风罩的罩口面积 m2 上两式适用于 2 4的场合 宽长比 b a 0 2的条缝形吸气口 其排风量按下式计算自由悬挂无法兰边时 3 7m3 s自由悬挂有法兰边或无法兰边设在工作台上时 2 8m3 s有法兰边设在工作台上时 2m3 s式中 条缝口长度 m 控制风速的确定控制风速值与工艺过程和室内气流运动情况有关 一般通过实例求得 若缺乏现场实测的数据 设计时可参考表3 4和表3 5确定 表3 4控制点的控制风速 表3 5控制风速 3 3 3前面有障碍物时排风罩风量计算 排风罩如果设在工艺设备上方 由于设备的限制 气流只能从侧面流入罩内 上吸式排风罩的尺寸及安装位置按图3 12确定 为了避免横向气流的影响 要求H尽可能小于或等于0 3a a 罩口长边尺寸 图3 12冷过程的上吸气式排风罩 前面有障碍物的罩口尺寸可按下列确定A 0 8HmB 0 8Hm式中A B 罩口长 短边尺寸 m s 污染源长 短边尺寸 m 罩口距污染源的距离 m 其排风量可按下式计算 m3 s式中P 排风罩口敞开面的周长 m 边缘控制点的控制风速 m s K 安全系数 通常K 1 4 以上确定外部吸气罩排风量的计算方法称为控制风速法 这种方法仅适用于冷过程 3 4热源上部接受式排风罩 利用生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气流运动 而且这种气流运动的方向是固定的 只需把排风罩设在污染气流前方 让其直接进入罩内排出即可 接受罩只起接受作用 污染气流的运动是生产过程本身造成的 而不是由于罩口的抽吸作用造成的 接受罩的排风量取决于所接受的污染空气量的大小 它的断面尺寸不应小于罩口处污染气流的尺寸 1 热源上部的热射流接受罩接受的气流可分为两类 粒状物料高速运动时所诱导的空气流动 如砂轮机等 热源上部的热射流 前者影响因素较多 多由经验公式确定 热源上部的热射流可分为生产设备本身散发的热烟气 如炼钢炉散发的高温烟气 高温设备表面对流散热时形成的热射流两类 通常生产设备本身散发的热烟气由实测确定 因而我们着重分析设备表面对流散热时形成的热射流 图3 13热源上部接受罩 热射流的形态如图3 13所示 热设备将热量通过对流散热传给相邻空气 周围空气受热上升 形成热射流 我们可以把它看成是从一个假想点源以一定角度扩散上升的气流 根据其变化规律 可以按以下方法确定热射流在不同高度的流量 断面直径等 热源 在H B 0 9 7 4的范围内 在不同高度上热射流的流量 0 04式中Q 热源的对流散热量 kJ s Z H 1 26Bm式中H 热源至计算断面的距离 m B 热源水平投影的直径或长边尺寸 m 对热射流观察发现 在离热源表面 1 2 B处射流发生收缩 通常在1 4B以下 在收缩断面上流速最大 随后上升气流逐渐缓慢扩大 近似认为热射流收缩断面至热源的距离 1 5 为热源的水平投影面积 收缩断面上的流量按下式计算 0 167m3 s 在某一高度上热射流的断面直径 0 36H Bm 热源的对流散热量Q J s式中 热源的对流放热面积 m2 热源表面与周围空气的温度差 对流放热系数 J m2s 1 3式中 系数 对于水平散热面 1 7 垂直散热面 1 13 2 罩口尺寸的确定理论上只要接受罩的排风量 断面尺寸等于罩口断面上热射流的流量 尺寸 污染气流就会被全部排除 实际上由于横向气流的影响 热射流会发生偏移 可能溢向室内 且接受罩的安装高度越大 横向气流的影响愈重 因此需适当加大罩口尺寸和排风量 热源上部接受罩可根据安装高度的不同分成两大类 低悬罩 H 1 5 高悬罩 H 1 5 低悬罩 H 1 5时 对横向气流影响小的场合 排风罩口尺寸应比热源尺寸扩大150 200mm 若横向气流影响较大 按下式确定圆形 B 0 5Hm矩形 a 0 5Hm b 0 5Hm式中 罩口直径 m 罩口尺寸 m a b 热源水平投影尺寸 m 高悬罩 H 1 5 高悬罩的罩口尺寸按下式确定 均采用圆形 直径用表示 0 8H 3 热源上部接受罩的排风量计算 低悬罩 m3 s式中 收缩断面上的热射流流量 m3 s 罩口的扩大面积 即罩口面积减去热射流的断面积 m2 扩大面积上空气的吸入速度 0 5 0 75m s 高悬罩 m3 s式中 罩口断面上的热射流流量 m3 s 同上 高悬罩排风量大 且易受气流干扰 工作不稳定 应视工艺条件尽量降低其安装高度 如工艺条件允许 可在接受罩上装设活动卷帘 3 5槽边排风罩 槽边排风罩 专门用于各种工艺槽 如电镀槽 酸洗槽等 它是为了不影响工人操作而在槽边上设置的条缝形吸气口 常用的槽边排风罩的形式有 平口式 条缝式 平口式槽边排风罩因吸气口上不设法兰边 吸气范围大 但是当槽靠墙布置时 如同设置了法兰边一样 吸气范围由3 2减少为 2 见图3 14 减少吸气范围 排风量会相应减少 图3 14平口式槽边排风罩 a 靠墙布置 b 自由布置 条缝式槽边排风罩的特点是截面高度E较大 E 250mm的称为高截面 E 200mm的称为低截面 增大截面高度如同设置了法兰边一样 可以减少吸气范围 因此 它的排风量小 它的缺点是占用空间大 对于手工操作有一定影响 图3 15条缝式槽边排风罩 槽宽B 700mm需用单侧排风 B 700mm时采用双侧 B 1200mm时宜采用吹吸式排风罩 条缝式槽边排风罩的布置除单侧和双侧外 还可按图3 16的形式布置 它们称为周边式槽边排风罩 图3 16周边型槽边排风罩 条缝式槽边排风罩的条缝口有等高条缝 图3 17 a 和楔形条缝 图3 17 b 两种 式中 排风罩排风量 m3 h 条缝口长度 m 条缝口的吸入速度 m s 7 10m s 排风量大时可适当提高 图3 17条缝口 采用等高条缝 条缝口上速度分布不易均匀 末端风速小 靠近风机的一端风速大 条缝口上速度分布是否均匀 对槽边排风罩的控制效果有很大影响 设计时可采取以下措施 1 条缝口的速度分布与条缝口面积 与罩子断面面积 之比 有关 越小 速度分布越均匀 2 槽长大于1500mm时可沿槽长度方向分设两个或三个排风罩 如图3 18所示 3 采用楔形条缝 楔形条缝的高度可按表3 6确定 图3 18多风口布置 表3 6楔形条缝口高度的确定 条缝式槽边排风罩的排风量可按下列公式计算 1 高截面单侧排风 2m3 s 2 低截面单侧排风 3m3 s 3 高截面双侧排风 总风量 2m3 s 4 低截面双侧排风 总风量 3m3 s 4 高截面周边型排风 1 57m3 s 6 低截面周边型排风 2 36m3 s 式中 槽长 m 槽宽 m 圆槽直径 m 边缘控制点的控制风速 m s 条缝式槽边排风罩的局部阻力用下式计算 Pa式中 局部阻力系数 2 34 条缝口上空气流速 m s 周边空气密度 kg m3 平口式槽边吸气罩的排风量可根据相应的条缝式低截面槽边吸气的排风量乘以修正系数K 单侧吸气K为1 15 双侧吸气K为1 20 单侧 3 45双侧 3 6 例3 2 长1m 宽0 8m的酸性镀铜槽 槽内溶液温度等于室温 设计该槽上的槽边排风罩 解因B 700mm 采用双侧 选用高截面E F 250 250mm 国家标准设计共有250 250 250 200 200 200mm三种断面尺寸 控制风速查附录4 1 得 0 3m s总排风量L 2AB 2 0 3 1 0 8 0 4m3 s每一侧排风量 0 4 0 2m3 s取条缝口风速 8m s 采用等高条缝条缝口面积 0 2 8 0 025m2条缝口高度 A 0 025m 25mm 0 025 0 25 0 25 0 4 0 3为保证条缝口速度分布均匀 在每一侧分设两个罩子 设两根排气立管 0 2 0 3 2 34 1 2 90Pa 3 6大门空气幕 3 6 1大门空气幕的形式 空气幕是利用条形空气分布器喷出一定速度和温度的幕状气流 借以封闭大门 门厅 通道 门洞 柜台等 减少或隔断外界气流的侵入 以维持室内或某一工作区的环境条件 同时还可以阻挡粉尘 有害气体及昆虫的进入 空气幕的隔断 隔冷 隔虫特性不仅可以维护室内环境而且还可以节约建筑能耗 空气幕按照空气分布器的安装位置可以分为上送式 侧送式 下送式三种 1 上送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门上方 气流由上而下 如图3 19所示 喷出气流的卫生条件较好 安装简便 占空间面积小 不影响建筑美观 适用于一般的公共建筑 如影剧院 会堂 商场 体育馆等 仪表 纺织 电子等工业厂房也常采用该种形式空气幕 尽管上送式空气幕阻挡室外冷风的效率不如下送式空气幕 但它仍然是目前最有发展前途的一种型式 2 侧送式空气幕是把条缝形吹风口设在大门的侧面 设在一侧的称为单侧 在大门两侧设吹风口的称为双侧 如图3 20所示 单侧空气幕适用于宽度小于4m的门洞和车辆通过门洞时间较短的工业厂房 双侧空气幕适用于门洞宽度大于4m 或车辆通过门洞时间较长的场合 工业建筑的门洞较高时常采用侧送式空气幕 但由于它占据建筑面积使用时受到一定的限制 为了不阻挡气流 装有侧送式空气幕的大门严禁向内开启 图3 19设有回风口的上送式空气幕 图3 20侧送式空气幕 3 下送式空气幕气流由下部地下风道吹出 如图3 21所示 冬季阻挡室外冷风的效果最好 而且不受大门开启方向的影响 由于它采用下部送风 风口容易被脏物堵塞 送风射流会受到运输工具的阻挡 而且会把地面的灰尘吹起 因此 仅适用于运输工具通过时间较短 工作场地较为洁净的车间 空气幕按送出气流温度的不同 可分为热空气幕 等温空气幕和冷空气幕三种 1 热空气幕在空气幕内设有加热器 以热水 蒸汽或电为热媒 将送出空气加热到一定温度 它适用于寒冷地区 图3 21下送式空气幕 2 等温空气幕空气幕内不设加热 冷却 装置 送出空气不经处理 因而构造简单 体积小 适用范围更广 是目前非寒冷地区主要采用的型式 3 冷空气幕空气幕内设有冷却装置 送出一定温度的冷风 主要用于炎热地区而且有空调要求的建筑物大门 一般的大门空气幕其目的只是阻挡室外冷 热 空气 通常只设吹风口 不设回风口 让射流和地面接触后自由向室内外扩散 这种大门空气幕称为简易空气幕 3 7吹吸式排风罩 由于外部吸气罩罩口外的气流速度衰减很快 图3 22 b 是二维吸风口 条缝形吸风口 的速度分布图 从图上可以看出 在罩口中心的轴线上 2b0 b0为条缝口宽度 处 空气的吸入速度v 0 1v0 v0为罩口风速 因此罩口至有害物源距离较大时 需要较大的排风量才能在控制点造成所需的控制风速 图3 22 a 是二维吹风口的速度分布 由于射流的能量密集程度高 速度衰减慢 即使在x 40b0处 中心轴线上的速度v 0 4v0 v0为吹风口出口平均风速 因此 人们设想可以利用射流能量密度高 速度衰减慢的特点 用吹出气流把有害物吹向设在另一侧的吸风口 由于吹吸式通风依靠吹 吸气流的联合工作进行有害物的控制和输送 它具有风量小 污染控制效果好 抗干扰能力强 不影响工艺操作等特点 在某些情况下 还可以利用吹出气流在有害物源周围形成一道气幕 像密闭罩一样使有害物的扩散控制在较小的范围内 保证局部排风系统获得良好的效果 3 7 1吹吸式通风的原理 图3 22吹和吸的速度分布比较 图3 23精炼电炉上带气幕的排风罩1 电炉 2 环形排风风管 3 环形送风口 4 形成气幕的定向气流 5 由室内吸入的空气 6 精炼时的排气气流 图3 23是精炼电炉上带有气幕的局部排风罩 它利用气幕