关 键 词：

旋风 除尘器 设计 CAD

资源描述：

E型旋风除尘器设计含7张CAD图.zip,旋风,除尘器,设计,CAD

内容简介：

设计课题任务书学院： XX 专业：XX 指导教师学生姓名课题名称E型旋风除尘器设计内容及任务拟设计一旋风除尘器，用于锅炉烟气净化。给定设计参数如下：烟气流量： 3500m3/h除尘效率： 85%设计压力： 0.15MPa 设计温度： 150 进口粉尘浓度：90g/m3(标) 需完成的主要内容如下：1、绪论2、总体设计3、零部件结构设计及材料选择4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要，关键词的个数一般取5个左右；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合4号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定进度安排起止日期工作内容备注2月26日3月9日3月12日3月23日3月26日5月25日5月29日6月1日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1 金国淼.化工设备设计全书-除尘设备.北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19866 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20157 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，20148 张殿印，申丽.工业除尘设备设计手册.北京：化学工业出版社，2012教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 R本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书教研室主任（签章）：年 月 日设计开题报告 题 目E型旋风除尘器设计学生姓名班级学号专业1 选题的目的与意义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等样的污染物质，使大气遭到了严重的污染，影响人类生存的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任务。我国目前是世界上以燃煤为主要能源的国家，大量燃烧煤碳造成的大气污、水质污染和颗粒物污染从而导致的环境恶化问题，已成为世界各国关注的热点。在排放的燃煤烟气里，含有大量的水蒸气、SO2、N2、O2、CO、CO2碳氢化合物以及氮氧化合物等，影响环境质量，严重危害人体健康。由此可见控制粉尘烟气排放治理的紧迫性。目前，我国大部分重工业地区，空气中PM2.5指标严重超标。因此，早日解决我国的环境问题，迫切需要加大加强对燃煤烟气的除尘系统的研究与推广应用。 除尘器是大气污染控制运用最多的设备，本课题所设计的旋风除尘器是除尘装置的一种。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、运行作业率。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。本次设计为旅风除尘器设计，设计的目的在于设计出符合要求的能够净化指定环境空气的除尘设备，为环保工作贡献一份力量。设计时力求层次分明、图文结台、内容详细。此设计主要由简体、锥体、进气管、排气管、排灰口的设计计算以及风口的选择计算等组成，在获得符合条件的性能的同时力求达到加工工艺简单、经济美观、维护方便等特点。 优点：（1）结构简单 （2）易于制造、安装和维护管理（3）设备投资和操作费用都较低 （4）动力消耗不大 （5）已广泛用于从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体粒子 旋风除尘器属于中效除尘器，且可用于高温烟气的净化，是应用广泛的一种除尘器，多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。它的主要缺点是对细小尘粒(5m)的去除效率较低。给定参数如下：烟气流量： 3500m3/h 除尘效率： 85%设计压力： 0.15MPa设计温度： 150进口粉尘浓度： 90g/m3（标）2 国内外发展现状 2.1发展历程旋风除尘器于1885年开始使用，已发展成为多种型式。按其流进入方式，可分为切向进入式和轴向进入式两类。在相同压力损失下，后者能处理的气体约为前者的3倍，且气流分布均匀。普通旋风除尘器由简体、锥体和进、排气管等组成。旋风除尘器结构简单，易于制造、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低，已广泛用来从气流中分离固体和液体粒子，或从液体中分离固体离子。在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的52500倍，所以旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室。大多用来去除0.3m以上的粒子，后来，随着数学模型的完善和计算机仿真的引入，旋风除尘器的研究与设计将更为深入，新发明的并联的多管旋风除尘器装置对3m的粒子也具有8085%的除尘效率。又因为高分子材料的应用，材料领域的高速发展，选用耐高温、耐磨蚀的特种金属或陶瓷材料构造的旋风除尘器，可在温度高达1000，压力达500105Pa的条件下操作。从技术、经济诸方面考虑旋风除尘器压力损失控制范围一般为5002000Pa。 2.2国内情况 张吉光等于1991年根据旋风器内气流的轴向速度分布规律确定尘粒在旋风器内的平均停留时间分析了旋风器内气流的三维速度分布规律对固相颗粒分离的影响及旋风器各主要结构参数和运行参数的影响，并考虑筒体与锥体边界层内颗粒的分离效应，建立了旋风除尘器的分级效率数学模型。陈建义、时铭显等于1993年在对PV型旋风除尘器内部流场及浓度测定的基础上，考虑了颗粒间的相互碰撞、反混等对分离性能的影响，建立了旋风除尘器分级效率的多区计算模型。王广军、陈红于2001年考虑了径向浓度梯度以及重力沉降和径向加速过程对固相颗粒分离的影响，建立了锅炉细粉分离分离效率的计算模型。沈恒根等在假设：不考虑边界层作用；忽略边壁作用，尘粒到达外边壁就被捕集；进入旋风除尘器前，尘粒浓度分布均匀；不考虑重力作用，提出了平衡尘粒模型。运用涡汇升降流三维气流分析尘粒运动，提出平衡尘粒分布，给出了平衡尘粒计算公式。清华大学的王连泽、彦启森认为：旋风除尘器内的流动主要受切向速度支配，旋风除尘器的性能，也主要与切向速度相关，同时，他们应用粘性流体力学理论，推导出了旋风除尘器内切向速度的计算公式。张晓玲、亢燕铭、付海明等通过对旋风除尘器内尘粒粒子的运动和捕集特性的分析，讨论了无量纲准则数Reynolds和Stokes与粒子分离过程的关系，并在对经典文献给出的试验数据进行回归分析的基础上，得到了一个有影响除尘效率的主要无量纲数表示的旋风除尘器分级效率半经验计算式。2.3国外情况 Sproull于1970年采用与电除尘器类似的方法，给出了旋风除尘器效率的分离计算公式8。D.Leith和W.Licht于1972年考虑湍流扩散对固相颗粒分离的影响，基于边界层分析理论，把气流中悬浮颗粒的横向混合理论与旋风除尘器内气流的平均停留时间相结合，从理论上严格推导出了分级效率模型。 60年代，美国炼油厂应用了Shell石油公司研制的高效多管旋风除尘器后，使催化裂化装置内高温再生烟气的能量回收技术得到推广。1966年美国燃烧工程公司开发了双旋流型旋风管，在粉煤锅炉上工业应用。 大于15mm颗粒基本除净，对分离5mm颗粒的效率可达91%。到了70年代，Shell石油公司又对旋风管进行了改进，获得了无底板旋风管的专利。这种除尘器是将旋风管的排尘板去掉后，在旋转的排尘气排出旋风管底部时，犹如在该处建立了一道气体屏障，灰斗返回气中夹带的细尘不会进入。3 课题的主要工作 3.1 绪论 对E型旋风除尘器的背景、发展历程、国内外发展现状、组成和工作原理进行初步了解。 3.2 总体设计 了解除尘器工作的基本原理，并大致分析了主要影响除尘器除尘效率的因素。3.3 零部件结构设计及材料选择选择各零部件的材料选择，选择旋风除尘器的类型与结构，操作条件的选择 操作方式的选择。旋风除尘器几何设计和结构设计。3.4 强度计算与校核 对旋风除尘器进行强度计算、校核。 3.5 加工工艺、装配程序、安全防腐等 选择加工工艺，及编写装配程序，考虑安全性能及采取防腐措施。 3.6 绘制装配图及零部件图 利用AutoCAD绘图软件绘制出旋风除尘器的装备图及各个零件图。 3.7 翻译外文文献，编写说明书 翻译外文文献，并按要求编写说明书。 4 课题的进度安排第一阶段 2018年1月13日至2018年3月11日，收集资料，阅读文献，完成开题报告。 第二阶段 2018年2月26日至2018年4月30日，参加毕业实习，为毕业设计做好资料准备。第三阶段 2018年5月1日至2018年5月6日，查阅文献资料，拟定设计方案，开始课题设计。第四阶段 2018年5月7日至2018年5月18日，完成设计说明书的撰写第五阶段 2018年5月18日至2018年5月24日，依据设计步骤绘制零件图，装配图。第六阶段 2018年5月25日至2018年5月28日，交论文正式稿，做好答辩前准备。第七阶段 2018年5月29日至2018年6月1日，毕业设计答辩 参考文献1 金国淼.化工设备设计全书-除尘设备.北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工大学出版社，19866 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20157 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，20148 张殿印，申丽.工业除尘设备设计手册.北京：化学工业出版社，2012指导教师批阅意见指导教师(签名)： 年 月 日E型旋风除尘器设计摘 要旋风除尘器是一种利用离心力将粉尘颗粒从粉尘气体中分离出来的装置。自从用于工业生产以来，被广泛用于石油、化工、冶金、矿山、机械等各个行业。本论文主要诠释了E型旋风除尘器，涵盖有除尘器的整体结构、原理性的概述、关键零部件的强度校核及其选材等等。本次设计以普通旋风除尘器为基础，在指导老师的指导下和自己去图书馆查阅大量有关除尘设备的书籍网页等一步一步完善的。在论文的完善过程中，我深入了解了许多与化工有关的知识，分析了主要影响除尘效率的因素，结合现代研究方法，根据所学习的相关专业，查阅资料，设计出符合课题所给条件的旋风除尘器。并且借助于于CAD/CAM等相关软件，绘制出除尘器的零件图、装配图。关键词：E型旋风除尘器；强度校核；结构设计；压力损失；除尘效率ABSTRACTCyclone dust remover is a device that separates dust particles from dust gas by centrifugal force. Ever since it was used in industrial production, it has been widely used in petroleum, chemical, metallurgy, mining, machinery and other industries. This paper mainly interprets the E cyclone dust collector, covering the overall structure of the dust collector, the outline of the principle, the strength checking of the key parts and the selection of the material and so on. The design is based on the common cyclone dust collector, and is improved by the guidance of the guidance of the teacher and the library web pages of a large number of dust removal equipment to be consulted by the library. In the process of perfecting the paper, I have deeply understood a lot of knowledge related to the chemical industry, analyzed the factors that mainly affect the efficiency of dust removal, and combined with the modern research methods, based on the related specialties of study, and consulted the data, and designed the cyclone dust catcher that meets the conditions given by the subject. With the help of CAD/CAM and other related software, the parts drawing and assembly drawing of the duster are plotted.Key words pressure loss;strength checking;Structural design;dust removal efficiency;E cyclone dust collector目录1 序言12 E型旋风除尘器的工作原理及各项性能参数22.1 旋风除尘器的基本工作原理22.2 E型旋风除尘器内部的压力损失和除尘效率62.3 影响性能的几何因素93 E型旋风除尘器的零部件结构设计及材料选择143.1 E型旋风除尘器各部分尺寸的确定143.2 E型旋风除尘器强度的校核163.3 计算E型旋风除尘器的压力损失233.4 风机的选择243.5 排尘阀的选择243.6 连接方式的选择27 结论29参考文献30 致 谢311 序言自工业革命以来，工业发展速度也越来越快，所以不可避免的废气排放也越来越多，会严重污染我们居住的地球。地球是我们人类赖以生存的家园，地球是我们的母亲，我们不能自私的为了发展经济、改善生活就以破坏地球生态环境为代价，所以说营造一个可持续发展的生态环境是当下刻不容缓的任务。旋风除尘器是利用含尘气体进入一个容器后，发生旋转之后产生了离心力，将粉尘从含尘气体中分离开来的一种干式气-固分离装置。自工业革命以来旋风除尘器发展至现在已有百余年历史。现在已被广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、机械、等需要除尘的地方。旋风除尘器作为控制较大直径的排放颗粒物，其对于510um以上的粉尘效率较高。具有以下几个特点：结构简单，器身无运动部件，不需要特殊的附属设备，制造、投资少、安装简单方便，占地面积很小实用；易于维护操作简便，较小的压力损失而且需要动力不不大，运转、维护费用较低；因为结构较为简单所以性能稳定，操作弹性较大，不受含尘气体的浓度、温度限制。本次设计具体课题是 E型旋风除尘器，属于异性进口型旋风除尘器，用于锅铲烟气净化，保证排出气体达标为环保工作贡献一份力量。该除尘器是近年开发研制的一种新型高效旋风除尘器。其结构特点为拥有异性进口及结合渐缩形导流挡板。此设计主要由筒体、锥体、进气管、排气管和排灰口等组成，在获得符合条件的性能的同时力求达到加工工艺简单、经济、美观、易于维护等特点。设计时力求层次分明，图形结合，内容详细。本次设计参考和引用了一些关于除尘器的论著、教材、手册等，由于经验、知识和水平有限，殷切希望我的指导老师批评指正，提出宝贵意见。2 E型旋风除尘器的工作原理及各项性能参数2.1 旋风除尘器的基本工作原理2.1.1 旋风除尘器的结构如下图1所示：当含尘气体以一定的速度从进气口进入除尘器时候，由直线运动渐变为圆周运动。旋转气流的大部分气体沿着除尘器壁沿着圆筒体呈螺旋形向下朝着锥体底部运动，这样的气流称为外旋气流。旋转向下的外旋气流在达到锥体时，因为圆锥形而进行收缩而向着除尘器的下中部分靠拢，根据“旋转矩”不变原理，除尘器底部就会形成真空负压，其切向速度不断提高。当气流到达某一位置时，即以同样的旋转方向在除尘器内部由下而上沿着除尘器几何中心继续做螺旋运动，最后净化气经排气管排向器外，我们称这样的气流为内旋气流。含尘气体受到旋转将会产生离心力，就会把密度大的粉尘颗粒甩向器壁。粉尘颗粒跟器壁接触后，因为失去惯性，所受向下的重力和入口时的初速度沿着器壁滑落，掉入排灰管，从而达到除尘的目的。其中，有一部分的粉尘颗粒从气流中逃出，还有另一小部分气体，携带着粉尘向除尘器顶盖流动，然后沿着排气管管壁朝下运动，运动到排气管下部分后，反向朝上上随着上升的气流从排气管排出到大气中，分散在此的粉尘颗粒也就一起被带走。图1 旋风除尘器1排气管；2顶盖；3排灰管；4-圆锥体；5原筒体；6进气管2.1.2 E型旋风除尘器内部气体流通状况实际上含尘气体在旋风除尘器中的运动特别复杂并无太大规律的。在1949年的时候Ter.linden通过实验把气体的运动分为三个部分：径向运动速度、切向运动速度和轴向运动速度。（1）切向运动速度含尘气体因为切向速度作用，迫使里面的粉尘颗粒进行离心沉降。除尘器顶盖部分以下任意一个截面上的沿半径变化规律大致分为三大块区域：靠近器壁为区，切向速度=常数。Alexander在通过实验后得出以下公式： （1）式中：含尘气体在区内的切向速度，m/s；含尘气体进入除尘器的初始速度，m/s；旋风除尘器圆筒直径，m；旋风除尘器排气管直径，m；旋风除尘器进口截面积，。旋风除尘器几何中心到 “最大切向速度面”，也就是排气管下部的中心气流，称之为强制旋流区。与旋转半径r之比为一固定常数，也就是角速度w。Vtr-1=常数 （2）、区之间的区域称之为区。 （3）其中n称速度分布指数，一般在0.50.9范围内。图2 切向速度分布假设除尘器内部气体运动产生的摩擦力忽略不计的话，根据角动量守恒，那么n=1.此时与其旋转半径r的乘积，也就是旋转矩为一常数的气流，我们称它为自由旋流。由于摩擦力不可能忽略不计，我们可以把区的气流近似看作自由旋流。下表1为不同研究者根据实验测得的n值。表1 速度分布指数n的测定值测定者n值测定者n值Lissman1Ter.Linden0.52Rosin0First0.88Stairmand0.5Alexander0.50.75ShepherdLapple0.50.7池森龟鹤0.70.8procket0.5井伊谷钢一0.8其中，Alexander给出了n值的关系式: （4）式中：D0旋风除尘器圆筒直径，m；T绝对温度，K；n速度分布指数。n值与数Re是有关的，Re越大的话n越向1靠拢，反之。n也随着排气管直径减小而减小，反之。n也随着排灰管直径的减小而增大，反之。当排灰管直径跟圆筒体直径相等，也就是没有锥体的时候，n的值可以取1。（2）径向运动速度Vr径向速度即含尘气体沿着圆筒体半径方向的速度，它可以使得含尘颗粒沿着半径方向，由筒壁向旋涡中心运动，阻碍含尘颗粒的下降，影响分离。即径向速度越大分离效率也就会更低。（3）轴向运动速度Vz经过实验可知，零轴向速度面与除尘器器壁是平行的，包括锥体部位，外层流厚度也基本恒定。轴向速度分布构成了气流的外层下行、内层上行的气体双层旋转流动结构。2.1.3 涡流 涡流也叫二次涡流，在除尘器当中称为次流，它由轴向速度Vz与径向速度Vr构成且对除尘器的性能有很大的影响。下面四种为常见涡流，并给出分析：（1）短路流由于径向速度和轴向速度的双重作用，旋风除尘器排气管、其顶盖外面与圆筒内壁之间将会形成局部涡流（上涡流），这会导致大量粉尘颗粒向除尘器几何中心流动，沿着排气管外表面下降，最后随中心气流排出气体的气体一起排出排气管，严重影响除尘效率。（2）纵向旋涡流因为排气管内含尘气体的有效流通面积会小于排气管管端以下内旋流的有效流通面积，这会导致在排气管下端部分产生了节流，导致排气管附近气体径向流动速度增大，使得气体对粉尘的曳力超过了其所受的离心力而造成了“短路”，这种现象被称作为纵向旋涡流。（3）外层旋流中的局部涡流除尘器器壁都不是绝对光滑的，比如焊缝等，这种不光滑的器壁导致会产生与主流方向垂直的涡流，虽然影响较小，但是可能会造成除尘器器壁附近，或者已经被分离的粉尘重新进入内层旋流从而大大影响了除尘器的除尘效率。（4）底部夹带因为排灰管附近形成的局部真空导致气体由上而下变为由下而上的运动，形成的局部真空，重新将粉尘卷起，特别是细粉尘，从而经过排气管排到大气中，大大影响了除尘效率。2.2 E型旋风除尘器内部的压力损失和除尘效率2.2.1 压力损失P主要的压力损失有：含尘气体在除尘器内部与筒壁摩擦；进口管的摩擦；气体从直线运动渐变为曲线运动；含尘气体进入旋风除尘器内部，会膨胀或者压缩等。实验表明在通常情况下，压力损失P=1000Pa2000Pa。测量压力损失时，我们可以测得气体进入进气管和排出排气管之间的差来表示。即：而全压 （Pq）=静压（Pz）+动压（PD） （5）又 其中旋风除尘器进、出口全压，Pa；旋风除尘器进、出口静压，Pa；旋风除尘器进、出口动压，Pa；旋风除尘器进、出口速度，m/s；气体密度，。为了方便计算压力损失时我们可以引用一个阻力系数。定义为旋风除尘器的压力损失与进口动压头之比，即：=即：式中：阻力系数；P旋风除尘器压力损失，单位Pa；其他符号意义不变。下表2为几种常见的阻力系数计算公式参考：表2 阻力系数计算式作者公式Shepherd-LappleFirstAlexanderStairmandBarth注：Shepherd-Lapple的公式是常用的阻力系数计算式。2.2.2 除尘效率除尘效率一般分为总除尘效率和分级效率，计算时候通常用到以下步骤进行运算。第一步：测定粉尘的粒级质量百分数f，包括进口粉尘的百分数补集粉尘的百分数或者出口处的粉尘粒径分布的百分数，粉尘粒级分布的积分分数E和大于粒径x的质量累计百分数。其中=1-E。第二步：用理论或者半经验公式，计算出E型旋风除尘器在气体密度，粉尘密度，进口气速，粘度等情况下的条件下对某一粉尘粒径x的分离效率。第三步：计算出总效率其中： （6）通常与x的经验式为： （7）其中： （8）其中：C旋风除尘器尺寸比的函数；L旋风除尘器的自然长度，l=2.3，单位m；该点的圆锥部分直径，单位m；排灰口直径，单位m；排气管插入筒体深度，单位m；h除尘器筒体长度，单位m；a进口高度，单位m；b进口宽度，单位m；筒体直径，单位m；排气管直径，单位m；H除尘器高度，单位m；修正的惯性参数，其中；分别为固体、气体的密度，单位；气体粘度，单位Pa.s；气体进口速度，单位；d粉尘颗粒直径，单位m；n速度分布指数。由于各种原因，上述（1）、（2）即压力损失和除尘效率有一定的局限性，是计算结果存在一定误差，其主要原因如下所述：上述计算公式是理论公式，并没有考虑粉尘颗粒间的相互影响。事实上，被补集的颗粒可能会被二次夹带，影响计算。2.3 影响性能的几何因素2.3.1 几何尺寸 （1） 除尘器筒体直径实验证明，旋风筒筒体直径越小含尘气体的旋转半径就越小随之粉尘颗粒所受的离心力越大，从而提高除尘效率。但是，如果筒体直径过小，导致排气管器壁与除尘器圆筒越相接近的话可能会造成较大直径的颗粒分离到除尘器筒壁时反弹到中心气流再次逸出，大大降低了除尘效率。而且，如果是粘性粉尘的话除尘器圆筒直径太小很会容易引起堵塞。经研究表明，一般筒体直径不小于5070mm。工程上常用的除尘器（多管式旋风除尘器除外）在200mm以上。（2） 旋风除尘器的高度H较大的高度可以提高其除尘效率。因为较大的高度可以使粉尘进入筒体的停留的时间比较长，有利于除尘，而且可以让未进入排气管的粉尘颗粒从中心气流分离出来。而且，当除尘器尺寸增大时，还可以避免对灰斗的磨损与腐蚀。但是，如果说无限延长高度的话，将会占用较大的空间，而且还会浪费材料。在选取H时候，往往取圆通段的高度，即h=（1.52）。在设计时，我们可以采用圆锥结构，通过减小旋转半径使得切向速度不断提高，从而提高离心率，增大除尘效率。而且，圆锥体可以迫使已经分离出来的粉尘可以更好地进入排灰管。圆锥高度与圆锥体的半锥角和排灰口直径有关，当高度不变时，椎体角度较大时，导致气流旋转半径减小，气流在除尘器内部旋转较快，从而导致了气流与器壁撞击，降低除尘效率。通常情况下半锥角一般不大于，或者不大于减粉尘颗粒的内摩擦角，另外，它还取决于粉尘的物理性质。通常为。在此，为了方便引入了除尘器自然长度l这一概念，其意义为排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的最小距离。 （9）为防止在锥壁已分离出来的粉尘颗粒被二次夹带，排灰管直径。而一般取。圆锥高度（H-h）=（22.5）。（3） 旋风除尘器进口进口型式旋风除尘器的进口型式主要有切向进口、螺旋面进口、渐开线进口、螺壳进口和轴向进口。其中因为切向进口制造简单、结构紧凑已被广泛应用工业除尘系统。进口管的型式与位置进口管分为矩形和圆形两种。矩形进口管与器壁整个相切，而圆形进口管与器壁只有一点相切，显而易见所以采用矩形比较合适。有一种位置是与顶盖相平，可以更好地消除旋流；另一种与顶盖有一定距离，这可以使得粉尘集中在顶盖下的上旋流中，然后进入主流进行分离，可以减少短路。但是矩形高度a和宽度b比例要合适，长而窄的可以增加接触面，但是太长的话，为保证气体在圆筒中的旋转圈数N，必须加长筒体。宽度b越小，临界粒径越小，除尘效率越高。下面公式为进口管高度和宽度的比例：A/b=23其中b=（0.20.25）;a=（0.40.75）（4） 排气管通常来说排气管型式有下面两种型式，在排气管直径相同的情况下，排气管下端既可以采用收缩式，也可以采用常规圆筒式。第一种型式可以优先考虑，因为收缩式既不影响其除尘效率，也可以大幅度降低阻力损失。通常情况下，排气管直径越小的话，其除尘效率会增加，但压力损失也会随着增大。研究表明当时，会获得最大的除尘效率。而通常（0.30.5）。（5） 排气管的插入深度也对除尘器的性能有较大影响。如果插入过深，会减少含尘气体在除尘器中的旋转圈数N从而增加二次夹带，同事，插入过深也会增加气体与排气管管壁的摩擦力，增加了压力损失。如果深度过低或者不插入，会造成正常旋流核心的弯曲或者因为破坏而导致其处于不稳定状态。经验表明，。（6） 灰斗灰尘被排出的装置，此处气流接近于高湍流，很可能会造成二次夹带。而且，灰斗处为负压，如果没妥善处理可能会造成灰斗漏气，导致被补集的灰尘在此进入中心旋流中逸出。2.3.2 操作条件（1） 进口气速及气体流量Q进口气速通常情况下，越高，除尘效率越高。但是太高的话，气流的湍动程度增加，从而导致二次夹带更加严重。而且，太高的话，粉尘微粒与器壁的摩擦增大，会导致大的粉尘颗粒粉碎，大大降低了除尘效率。气体通过旋风除尘器的压力损失和气体进口速度的平方成正比，所以，太高时虽然会增加除尘效率，但是会大大增加压力损失，会造成大量能量损失，既不经济也不环保。而且，太大的会增加气体与除尘器之间的摩擦，会降低除尘器的使用寿命。所以取一个合适的值。经验表明的范围为1020m/s。气体流量Q气体流量Q对除尘效率的影响可以用下式估算： （10）式中：分别为a、b条件下的总除尘效率，%；分别为a、b条件下的气体体积流量，。（2） 气体的密度、粘度、压力P和温度T经研究表明：当气体的密度越大时，临界粒径也会越大，从而影响了除尘效率。但是在除尘器当中，固体的密度往往大于气体的密度，所以在除尘器的设计中，应该优先考虑固体的密度，也就是说，气体的密度可以忽略不计。通常来说，当温度升高时，除尘器压力损失会减少。压力损失随着气体密度的增加而增加。至于粘度，除尘器的除尘效率会随着气体粘度的增加而降低，但是通常我们不考虑粘度对除尘器压力的影响。当温度升高时，所通过气体的粘度会增大，除尘效率会适当降低。下式为当气体流量不变即为一固定常数时候，粘度对除尘效率的影响的近似计算公式： （11）其中：分别为a、b条件下的总除尘效率，%；分别为a、b条件下的气体体积流量，。（3）气体含尘浓度当气体中含尘浓度增加时，粉尘颗粒的凝聚性和团聚性能提高，从而提高了除尘器的除尘效率。而且，当粉尘大颗粒移动产生了空气曳力，会带着较小直径的粉尘颗粒分离。下式为总除尘效率随含尘浓度的估算变化式： （12）式中：分别为a、b条件下的含尘浓度，单位（标）。因为摩擦力的作用，当气体中有少量含尘颗粒时，会使得气体内部的摩擦力增加会使得旋流速度降低，从而减小了离心力，所以在有些时候，含有尘粒的气体压力损失会小于清洁气体。当粉尘浓度为12时，压力损失可以降低到清洁气体的60%，浓度增加到250时，压力损失较少。但超过了50时候，会有较大的压力损失。下式可以近似计算含尘气体浓度对压力损失的影响： （13）式中：含尘气体的压力损失，单位Pa；清洁气体的压力损失，单位Pa；C进口粉尘的浓度，单位（标）。（4）固体粉尘的物理性质：粒径d对旋 风尘器性能有较大影响。实验表明，大的粉尘颗粒会受到大的离心力，所以，较大的粉尘颗粒越多，除尘效率就会相对应的提高。：粉尘颗粒的密度对除尘效率也有较大影响。越大，除尘效率越高。总结：影响除尘器工作效率的有很多因素，除了上述主要的几点外，还有很多因素。比如说：除尘器内壁是否光滑也会影响除尘器的效率。当内壁比较粗糙时，会引起旋流，使得一些分离的粉尘颗粒重新进入到中心气流，进入排气管逸出，最后降低除尘效率；除尘器轴心处是很大的负压，在此处应该保证密封性足够强，否则的话会大大降低了除尘效率甚至破坏除尘器的作用；气体的相对湿度也会影响，如果气体的含水量比较多的话，很有可能会造成粉尘附着在器壁上，最后形成堵塞，从而影响除尘器的性能。3 E型旋风除尘器的零部件结构设计及材料选择3.1 E型旋风除尘器各部分尺寸的确定3.1.1 型式的选择E型旋风除尘器是近年来新发明的一种旋风除尘器，属于异形进口型旋风除尘器。采用异形进口型是因为气流在流速较大的区域有很大的流通面积，这可以更好地消除工涡流对除尘效率的影响。而且之所以采用E 型旋风除尘器，是因为此除尘器具有渐缩形导流挡板。渐缩形导流挡板可以使得含尘气体进入除尘器由直线运动变为圆周运动，在此挡板的作用下颗粒的径向分离距离变得更小，从而提高了离心力从而增加了除尘效率。另外，导流挡板会与除尘器圆筒顶端保持一定的缝隙，这样可以较大幅度的减少空气阻力。3.1.2 确定进口风速根据推荐取 3.1.3 确定E型旋风除尘器的尺寸：下表3为几种较为典型的比例关系：表3 常用旋风除尘器几何尺寸的比例关系项目比例关系b（0.20.25）a（0.40.75）（0.30.5）（0.30.75）h（1.52.0）H-h（2.02.5）（1）进口面积的确定取a=2b，则a=0.32m，b=0.16m（2）筒体尺寸筒体直径:因为b=（0.20.25） 取b=0.20那么=5b=5x0.16=0.80m符合前面所述的在5075mm以上。筒体长度h：因为h=（1.52.0）取h=1.5=1.5x0.80=1.20m（3）锥体尺寸锥体长度H-h：因为H-h=（2.02.5）取H-h=2.0=2.0x0.8=1.60m；排灰口直径：因为D2=（0.150.4）取=0.2=0.20.80=0.16m；（4）出口管直径与插入深度出口管直径：因为取=0.4=0.4x0.80=0.32m；插入深度：因为取=0.5=0.5x0.80=0.40m；（5）E型旋风除尘器高度的确定a:旋风除尘器高度H因为H-h=1.6m其中h=1.2m则H=1.2+1.6=2.8mb:旋风除尘器自然长度l （14）则3.2 E型旋风除尘器强度的校核3.2.1 筒体和锥体的强度校核（1） 材料选择因为除尘器的工作压力0.15MPa和温度150度根据化工设备机械基础第四版表8-30选用Q-235B材料。（2） 确定参数设计压力：0.15MPa，为0.80m，由主编谭蔚化工设备设计基础附录1表可知=113Mpa。（3） 计算厚度由化工设备设计基础式（3-12）圆筒的计算壁厚公式的计算公式为： （15）式中：为壁厚，单位mm；为圆筒设计壁厚，单位mm；为容器设计压力，单位MPa；为圆通内径，单位mm；为设计温度在下筒体材料的许用应力，单位MPa；为焊接接头系数；C为壁厚附加量，单位mm；其中式中：钢板厚度负偏差，mm；腐蚀裕量，mm。表4 焊接接头系数无损检测的长度比例焊接接头形式全部局部双面焊对接接头或相当于双面焊的对接接头1.00.85单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板）0.90.8因为该除尘器为单面焊对接接头（沿焊缝根部全长有紧贴基本金属的垫板），所以根据表4取0.9。表5 钢板负偏差 （mm）钢板厚度22.22.52.83.02.23.53.844.55.5负偏差0.130.140.150.160.180.20.2钢板厚度6782526303234425042455260负偏差0.60.80.911.21.21.3腐蚀速度不大于0.05mm/a时，低合金钢和碳素钢管在单面腐蚀和双面腐蚀的情况下分别取1mm、 2mm，而不锈钢不考虑；当腐蚀速度大于0.05mm/a时，单面腐蚀和双面腐蚀分别取时2mm、双面为4mm。不锈钢不作考虑。所以本次取为1mm，根据上表3-3取负偏差=0.18mm。圆整后取为2mm，又因为碳素钢和低合金钢不能小于3mm高合金钢不能小于2mm。本次所用材料为Q235-B的碳素钢所以取3mm。综合初次可以取3mm厚的Q235-B碳素钢钢板作为制作除尘器的材料。（4） 校核气压强度 （16）查化工设备机械基础书中式4-7得： （17） 显而易见。所以，符合强度要求。（5） 排气管的校核对于的圆筒：假设： （18）查化工设备设计基础书中图5-5知道A=0.0001，由附表2查得碳素钢常温时弹性模量为148 MPa，系数B为115MPa。用化工设备设计基础书中计算外压力公式： （19）有上述可知,所以符合要求。3.2.2 支座选择与计算除尘器应该为立式容器。立式容器的支座有耳式支座（又称为悬挂式支座）、支承式支座和裙式支座等等。由上述计算得到壁厚比较薄，由化工设备机械基础一书表6-18，假设选定AN型吊耳式支座1：其中支座材料选用Q235A。当高度与直径比不大于5，且总高度不大于10m圆筒形立式容器，其每个支座实际承受的载荷可用下列式子计算： （20）式中：为设备总质量，（包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量），单位kg；g为重力加速度，取10m/s；为偏心载荷，单位N；为偏心距，单位mm；Q为支座实际承受的载荷，单位KN；D为支座安装尺寸，单位mm；h为水平力作用点至地板高度，单位mm；K为不均匀系数，安装三个支座时候，K=1；3个以上时，K=0.83；n为支座数量，单位（个）；为螺栓分布圆直径，计算公式为： （21）P为水平力，取水平风载荷和水平地震力的组合两者中的最大者，单位N。其中： （22） （23）式中： 为地震系数，由下表选取； 为容器外径，单位mm；为风压高度变化系数，不高于10m取1.0；为容器总高度，单位mm；为10m高度处的基本风压值，单位。 表6 地震影响系数地震烈度789最大地震加速度0.1g0.15g0.2g0.3g0.4g0.080.120.160.240.32求偏心载荷设备总质量取m0=1500kg，地震系数取=0.16，则水平地震力为：风压高度变化系数取=1.0，则水平风载荷为：由于，所以取。取支座个数n=4个，所以不均匀系数k=0.83；水平力作用点到底板的高度h=250mm；Se=250mm。由以上条件可以求出： 显而易见，QQ，所以AN型耳式支座1符合要求。3.2.3 支腿的强度校核 初选定支腿所用材料为Q235-B，d为40.00mm、l为2.50m，所以由静力平衡方程求出支反力：剪力和弯矩方程为： Q=2817.50 (0x2.5) M(x)=2817.5-1127x （0x2.5） （24）即支腿的剪力图和弯矩图如下图3所示： 图3： 剪力弯矩图即最大弯矩运用弯矩截面系数公式： （25）所以支腿的抗弯截面系数为：根据材料力学式6.4-1中的公式： （26）代入上式可得：根据材料力学6.4-3中的公式: （27）求得：因为。所选择的支腿符合强度要求。3.3 计算E型旋风除尘器的压力损失Shepherd-Lapple的经验压力损失计算公式： （28）由于E 型旋风除尘器为标准切向进口，有上述表格可知K取16，那么：在本次旋风除尘器中假设尘样为滑石粉，空气密度取。所以：3.4 风机的选择根据离心式风机在规定下转速下所产生的压力大小，可分为低压、中压和高压。因为本次除尘器的设计压力为0.15MPa，所以选用高压风机。设计任务书里面所给的烟气流量为，根据金国淼主编化工设备设计全书-除尘设备表7-22选择No4风机，Y801-2型号的电动机。则：N=1450r/minP=530360Pa3.5 排尘阀的选择除尘器中排灰装置是其中一个重要的组成部分，它的工作情况、性能会直接影响除尘器的本身运行的和除尘效率。如果选用排灰装置时考虑除尘器的形式、灰斗内压力状态和粉尘的性质等，将会大大提高除尘效率。如下图4所示。首先考虑选择蛇板式排尘阀。其蛇板位置处有一个倾斜角度。适用于在负压下工作。其工作原理为：在除尘器运行时，靠着灰斗中的负压推动蛇板紧贴管口，当阀内积尘压力大于灰斗时，蛇板的自重和锤重使得蛇板自动开启，排除灰尘。图4 蛇板式排尘阀蛇板式排尘阀有公称直径为80、100、150、200四种规格。在此处除尘器设计中，我们选定公称直径为150的规格，其结构尺寸如下表7：表7 蛇板式排尘阀尺寸公称直径DNH1502422021626487502508032570390530420480200公称直径DNAB总重kg排灰能力15080402003001172402601906010524361753500其中灰封高度H可用下式计算： （29）式中：灰封高度，单位m；-除尘器的压力损失，单位；-灰柱粉尘堆积密度，单位；-斜管与垂直线夹角，；g-重力加速度，。3.6 连接方式的选择装配的概念：装配是将若干个零件接合成部件或将若干个零件和部件接合成产品的劳动过程，称为装配。前者称为部件装配，后者称为总装配。它一般包括装配、调整、检验和试验、涂装、包装等工作。装配是在此次设计中的最后一个程序。在一些石油、化工、冶金等工业设备的管道中，因为生产工艺的需要，有时为了运输、安装、检查维修、制造等方面的便利，需要采用可拆卸式结构。法兰连接具有很高的强度和较好的气密性，也适用于各种尺寸的装备，所以在设备和管道上都比较常用。但是缺点为用法兰连接时，制造成本相对较高且不能快速的装配与拆卸。法兰尺寸如下图5所示：图5 法兰连接3.6.1 锥体与灰斗的链接根据任务书的各种参数以及说明书的确定的结构，工艺条件、温度、压力和公称直径，由化工设备设计基础表3-20可知甲型平焊法兰较为适合。由化工设备设计基础表3-19采用平面密封面，因为橡胶石棉板适用于水、空气、蒸汽、惰性气体、变换气、氨、氟里昂、普通酸碱盐等一般介质，所以选用橡胶石棉橡胶板合适本次设计，从表6-3中查得垫片宽度为17.50mm。法兰的各部分尺寸从化工设备设计手册附录中查得DN=60mm D=160mm K=130mm L=14mm其中螺栓规格为M12，共4个。3.6.2 筒体与锥体连接根据任务书的各种参数以及说明书的确定的结构，工艺条件、温度、压力和公称直径，由化工设备设计基础表6-4可知甲型平焊法兰较为合适。由表6-1可采用平面密封面和选用石棉橡胶板，法兰的各部分尺寸通过查表查得DN=800mm,D=915mm,D1=880mm,D2=850mm，D3=840mm,D4=837mm,b=36mm,d=18mm。螺栓规格为M16，共32个。3.6.3 进气口与外部管道的连接根据任务书的各种参数以及说明书的确定的结构，工艺条件、温度、压力和公称直径，选择矩形进口，因为圆形进口的话与E型旋风除尘器器壁只有一点相切，但是矩形进口的话其整个高度均与器壁相切，综上所述，采用矩形进口比较合适。3.6.4 出气口与外部管道的连接根据任务书的各种参数以及说明书的确定的结构，工艺条件、温度、压力和公称直径，由化工设备设计基础表6-4可知采用甲型平焊法兰比较合适。由表6-1可采用平面密封面和选用石棉橡胶板。法兰的各部分尺寸为： DN=240mm,D=355mm,D1=320mm,D2=290mmD3=280mm,D4=277mm,b=30mm,d=18mm，共12个规格为M16螺栓。结论时光荏苒，在这大学四年的最后一个学期当中，我的任务就是做本次的毕业设计，并没有什么课程实验。刚开始我以为会很轻松，但是自从上手之后感觉不是这么简单。此次毕业设计，让我能够更好地把在大学所学的所有相关的专业知识运用到实践当中，也教会了我怎么处理相关问题的方法。在此次设计中，我碰到了很多以前没有接触过的东西，比如支腿的校核、排尘阀的选择等，后来我问了我的设计辅导老师、同学并通过去图书馆借阅相应的书籍去学习一些我不知道的知识点，这让我受益良多。而且，本次设计也大大地提高了我的CAD制图能力，也让我的看图能力有了很大的提升。在整个过程中，我既要掌握整体思路，又要对其中一些相关专业知识细节的把握，整个过程可以说很复杂，但是