局部排风罩设计教程.ppt

局部排风罩1 概述2 密闭罩3 柜式排风罩4 外部吸气罩5 热源上部接受式排风罩6 槽边排风7 吹吸式排罩 返回 1 局部排风罩的作用是捕集有害物 控制污染气流的运动 防止有害物向室内空气扩散 局部排风罩控制有害物的效果主要取决于排风罩的结构参数 排风罩吸口的风流运动规律和排风量等三个因素 基本要求 掌握局部排风罩的类型 结构原理 特点和用途 掌握各种局部排风罩的结构参数和排风量的计算方法 掌握局部排风罩吸气口的气流运动规律 掌握控制风速法的应用 2 第1节概述一 局部排风罩的分类二 局部排风罩的设计原则 返回本章 3 一 局部排风罩的分类按照工作原理的不同 局部排风罩可分为以下几种类型 1 密闭罩把有害物源全部密闭在罩内 从罩外吸入空气 使罩内保持负压 它只需要较小的排风量就能对有害物进行有效控制 用于除尘系统的密闭罩也称防尘密闭罩 密闭罩 防尘密闭罩 返回 4 2 柜式排风罩 通风柜 柜式排风罩的结构与密闭罩相似 只是罩的一面全部敞开 大型的室式通风柜 操作人员可直接进入柜内工作 适用于喷漆 粉状物料装袋等 5 侧吸式外部吸气罩 3 外部吸气罩由于工艺条件限制 生产设备不能密闭时 可采用外部吸气罩 它是利用排风气流的作用 在有害物散发地点造成一定的吸入速度 使有害物吸入罩内 这类排风罩统称外部吸气罩 按照吸气气流运动方向的不同 分为上吸式 侧吸式和下吸式 6 4 接受式排风罩有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气流运动 如高温热源上部的对流气流等 对这类情况 只需把排风罩设在污染气流前方 有害物会随气流直接进入罩内 这类排风罩称为接受罩 7 5 吹吸式排风罩吹吸式排风罩是利用射流能量密集 速度衰减慢 而吸气气流速度衰减快的特点 把两者结合起来 使有害物得到有效控制的一种方法 它具有风量小 控制效果好 抗干扰能力强 不影响工艺操作等特点 8 二 局部排风罩的设计原则 在可能条件下 应当首先考虑密闭罩 将有害物局限于较小空间内 节省风量 尽可能靠近和包围有害物源 减小其吸气范围 便于捕集和控制 被污染的吸入气流不能通过人的呼吸区 设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围 排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致 排风罩应结构简单 造价低 便于制作安装和拆卸维修 排风罩的设置不能妨碍操作和检修 尽可能消除或减小罩口附近的干扰气流影响 返回 9 第2节密闭罩一 工作原理二 密闭罩的形式三 排风口位置的确定四 排风量的计算 返回本章 10 一 工作原理工作原理密闭罩是把有害物源密闭起来 割断生产过程中造成的一次尘化气流和室内二次气流的联系 再利用抽风在罩内造成一定的负压 保证在一些操作孔 观察孔或缝隙处从外向里进风 防止粉尘等有害物向外逸出 特点排风量小 控制有害物的效果好 不受环境气流影响 但影响操作 主要用于有害物危害较大 控制要求高的场合 返回 11 二 密闭罩的形式按照密闭罩和工艺设备的配置关系 防尘密闭罩可分为三种形式 1 局部密闭罩将设备产尘地点局部密闭 工艺设备露在外面的密闭罩 容积较小 适用于产尘气流速度小 瞬时增压不大 且集中 连续扬尘的地点 圆盘给料器密闭罩 返回 12 2 整体密闭罩将产生粉尘的设备或地点大部分密闭 设备的传动部分留在外面的密闭罩 其特点是密闭罩本身为独立整体 易于密闭 这种密闭方式适用于具有振动的设备或产尘气流速度较大的产尘地点 如振动筛等 圆筒筛密闭罩 13 图3 9密闭小室1振动筛2小室排风口3卸料口4排风口5密闭小室6提升机口 3 大容积密闭罩将产生粉尘的设备或地点进行全部封闭的密闭罩 它的特点是罩内容积大 可以缓冲含尘气流 减小局部正压 这种密闭方式适用于多点产尘 阵发性产生和产尘气流速度大的设备或地点 如多交料点的胶带机转运点等 通过罩上的观察孔能监视设备的运行 维修设备在罩内进行 缺点是占地面积大 材料消耗多 14 三 排风口位置的确定尘源密闭后 要防止粉尘外逸 还需进行排风 以消除罩内正压 1 排风口位置确定原则 排风口应设在罩内压力较高部位 有利于消除罩内正压 例如在皮带转运点 当物料落差 1m时 排风口应设在下部皮带处 落差小于1m时 物料诱导的空气量较小 可在上部设置排风口 转落点的密闭抽风 返回 15 斗式提升机输送冷料时 应把排风口设在下部受料点 输送物料温度在1500C以上时 因热压作用需在上部排风所示 物料温度为50 1500C时 需上 下同时排风 提升机的密闭抽风 16 粉状物料下落时 避免在飞溅区内有孔口和缝隙 或者设置宽大的密闭罩 使尘化气流到达罩壁上的孔口前 速度大大地减弱 因此 在皮带运输机上排风口至卸料溜槽的距离至少应保持300 500mm 为尽量减少把粉状物料吸入排风系统 排风口不应设在气流含尘高的部位或飞溅区内 排风口风速不宜过高 通常采用下列数值 筛落的极细粉尘v 0 4 0 6m s粉碎或磨碎的细粉v 2m s粗颗粒物料v 3m s 物料的飞溅 17 2 影响罩内正压形成的主要因素 1 机械设备运动有转运部件的机械 如圆筒筛在工作过程中高速转动时 会带动周围空气一起运动 造成一次尘化气流 高速气流与罩壁发生碰撞时 把自身的动压转化为静压 使罩内压力升高 2 物料运动物料的落差较大时 高速下落的物料诱导周围空气一起从上部罩口进入下部皮带密闭罩 使罩内压力升高 3 罩内外温度差提升机提升高度较小 输送冷料时 主要在下部的物料受料点造成正压 当提升机输送热的物料时 提升机机壳类似于一根垂直风管 热气流带着粉尘由下向上运动 在上部形成较高的热压 18 四 排风量的计算计算密闭罩的排风量时 保证罩内负压状态下 满足罩内进 出风量平衡 即L L1 L2 L3 L4式中L 密闭罩的排风量 m3 s L1 物料下落时带入罩内的诱导空气量 m3 s L2 从孔口或不严密缝隙吸入的空气量 m3 s L3 因工艺需要鼓入罩内的空气量 m3 s L4 生产过程中因受热使空气膨胀 或水分蒸发所增加的空气量 m3 s 返回 19 上述各项中 L3取决于工艺设备配置 只有少量自带鼓风机的设备 如混砂机等才需要考虑 L4在工艺过程发热量大 物料含水率高时才需考虑 如水泥厂的转筒烘干机 因此 对于大多数情况 排风量为L L1 L2由于不同设备工作特点 罩的结构形式以及尘化气流运动规律各不相同 难以用一个统一的公式计算L1和L2 目前大都采用经验数据 可参考采暖通风设计手册选取 20 第3节柜式排风罩 通风柜 一 工作原理二 柜式排风罩的形式三 柜式排风罩排风量计算 返回本章 21 一 工作原理将散发有害物的工艺装置置于柜内 操作过程在柜内进行 排风罩上设有开闭的操作孔和观察孔 为了防止由于罩内机械设备的扰动 化学反应或热源的热压以及室内横向气流的干扰等原因引起的有害物逸出 必须对柜式排风罩进行抽风 使罩内形成负压 由于工艺操作的需要 罩的一面可全部敞开 小型通风柜用于化学实验室 小件喷漆 大型的通风柜 操作人员在柜内工作 主要用于大件喷漆 粉料装袋等 柜式排风罩工作原理 返回 22 二 柜式排风罩的形式按排风形式划分 柜式排风罩有以下四种形式 1 上部排风柜式排风罩当通风柜内产生的有害气体密度比空气小 或通风柜内有发热体时 即有害物的温度比周围空气温度高时 热过程 可选用上部排风通风柜 热过程使柜内热气流要向上浮升 返回 23 下部排风柜式排风罩 2 下部排风柜式排风罩当通风柜内无发热体 且产生的有害气体密度比空气大 即有害物的温度比周围空气温度低时 冷过程 可选用下部排风通风柜 如果像热过程 在上部排风 有害气体就会从下部逸出 24 3 上 下联合排风柜式排风罩当通风柜内既有发热体 又产生密度大小不等的有害气体时 即发热量不稳定时 可选用上 下联合排风 在柜内上 下部均设置排气口 并装设风量调节板 以便调节上 下部排风量的比例 上下同时排风的通风柜 25 4 送 吹 吸混合式柜式排风罩这类柜式排风罩依靠送风或吹风与抽吸风的共同作用控制有害物的逸出 送吸式柜式排风罩送风式通风柜的排风量 有70 左右由上部送风口采用室外空气供给 其余30 从室内流人罩内 在需要供热 冷 的房间内 设置送风式排风柜可节能60 左右 送吸式柜式排风罩 26 吹吸式柜式排风罩 吹吸式柜式排风罩吹吸联合工作的通风柜 可以隔断室内干扰气流 防止柜内形成局部涡流 使有害物得到较好控制 27 三 柜式排风罩排风量计算排风量应满足孔口吸入风速达到控制风速的要求 排风量L按下式计算 L L1 vF m3 s式中L1 柜内有害气体散发量 m3 s v 工作孔上的控制风速 m s F 工作孔及缝隙的面积 m2 安全系数 1 1 1 2 工作孔上的控制风速v选取 对化学实验室用的通风柜 v可按表3 1 教材31页 选取 对某些特定的工艺过程 控制风速v可参照表3 2 教材32页 确定 注意 通风柜上的工作孔的速度分布对其控制效果有很大影响 速度分布要均匀 若不速度分布不均匀 有害气体会从吸入速度低的地方逸入室内 返回 28 第4节外部吸气罩一 工作原理二 吸气口的气流运动规律三 用控制风速法计算排风量四 流量比法计算排风量 返回本章 29 一 工作原理外部吸气罩是通过罩口的抽吸作用 在距吸气口最远的有害物散发点 即控制点 上造成一定的气流速度 有效的把有害物吸入罩内 加以捕集 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 外部吸气罩 返回 30 风速控制法认为 当排风罩抽吸时 为保证有害物全部吸入罩内 必须在距离吸气口最远的有害物散发点 控制点 上造成适当的空气流动 控制点的空气运动速度称为控制风速 也就是指正好克服该尘源散发粉尘的扩散力再加上适当的安全系数的风速 只有当排风罩在该尘源点造成的风速大于控制风速时 才能使粉尘吸入罩内 31 由上式可见 点汇外某点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比 这表明吸气口外气流速度衰减很快 应尽量减少罩口至有害物散发点的距离 二 吸气口的气流运动规律1 点汇气流从四周流向该点时 其流线是以该点为中心的径向线 等速面是以该点为中心的球面 假设点汇吸风量为L 等速面的半径为r1 r2 相应气流速度为v1 v2 由于通过每个等速面的风量相等 则有 1 即 返回 32 比较式 1 式 2 可知 在同样距离上造成同样的吸气速度 即达到同样的控制效果时 自由的吸气口所需的吸气量要比受限的吸气量大一倍 或者说同样的吸风量 有一面遮挡的点汇比悬空设置的点汇 在同样的距离上造成的吸风速度要大一倍 若在吸气口的四周加上挡板 如图所示 吸气范围减少一半 其等速面为半球面 则吸气口的排风量为 2 1 33 2 实际气流实际上 吸气区气体流动的等速面不是球面而是椭球面 根据实验数据 绘制了吸气区内气流流线和速度分布 直观地表现了吸气速度和相对距离的关系 如图为圆形和矩形吸气口的吸气流谱 横坐标是x d x为某点距吸气口的距离 d为吸气直径 等速面的速度值是以吸气口流速v0的百分数表示的 四周无边 四周有边 矩形吸气口 34 吸气口气流速度分布的特点 吸气口附近的等速面近似与吸气口平行 随离吸气口距离x的增大 逐渐变成椭圆面 而在1倍吸气口直径d处已接近为球面 因此 当x d 1时可近似当作点汇 吸气量L可按式 1 式 2 计算 当x d 1时 根据实际测得的气流速度衰减公式计算 吸气口气流速度衰减较快 当x d 1时 该点气流速度已大约降至吸气口流速的7 5 如果d 0 5m x 0 5m 对于结构一定的吸气口 不论吸气口风速大小如何 其等速面形状大致相同 而吸气口结构形式不同 其气流衰减规律则不同 35 三 用控制风速法计算排风量1 前面无障碍的排风罩风量计算DallValle提出的计算式 四周无边的圆形吸气口 3 吸气罩的排风量 m3 s 4 返回 36 式中v0 吸气口的平均流速 m s vx 控制点至吸气口的距离 m x 控制点至吸气口的距离 m F 吸气口面积 m2 L 吸气口排风量 m3 s 四周有边的圆形吸气口 5 吸气罩排风量 m3 s 6 37 工作台上的侧吸罩把它假想为大排风罩的一半 根据式 4 得到假想大排风罩口面积为2F 其排风量为 式中F 实际排风罩的罩口面积 m2 式 7 适用于的情况下 控制点的控制风速vx的值与工艺过程和室内气流运动情况有关 一般通过实测求得 如果缺乏现场实测的数据 设计时可参考表3 3 1 确定P36 m3 s 实际排风罩的排风量 m3 s 7 38 矩形吸气罩排风罩排风量的计算 先计算b a和x b a为长边 b为短边 然后通过图得出vx v0值 得出v0 则排风量为L v0F 8 对四周有边的的矩形吸气罩 排风量为L1 0 75L 39 例3 1有一尺寸为300 600mm的矩形排风罩 四周无边 要求在罩口x 900mm处 造成vx 0 25m s的吸入速度 计算该排风罩的排风量 解 b a 300 600 1 2x b 900 300 3查图得vx v0 0 037罩口上的平均风速v0 vx 0 037 0 25 0 037 6 76m s罩口排风量L v0F 6 76 0 3 0 6 1 22m3 s有边的矩形排风罩其排风量为L1 0 75L 0 75 1 22 0 92m3 s 40 例3 2 焊接工作台上有一侧吸罩 已知罩口尺寸为0 3m 0 6m 工件与罩口的最大距离为0 6m 控制点吸入速度为0 5m s 计算该排风罩的排风量 解 将罩口当成是0 6m 0 6m的假想罩b a 0 6 0 6 1x b 0 6 0 6 1查图得vx v0 0 12罩口上的平均风速v0 vx 0 12 0 5 0 12 4 17m s罩口排风量L v0F 4 17 0 3 0 6 0 75m3 s 41 例3 3 有一圆形排风罩 罩口直径d 0 25m 要在距罩中心0 2m处造成0 5m s的吸入速度 计算该排风罩的排风量 解 采用四周无边的排风罩 m3 s 采用四周有边的排风罩 m3 s 42 条缝罩排风量对于b l 0 2的条缝形排风口 目前国内外的工业通风手册都沿用下列计算公式 自由悬挂无法兰边 L 3 7lxvxm3 s 9 自由悬挂有法兰边或无法兰边设在工作台上L 2 8lxvxm3 s 10 式中l 条缝口长度 m 43 2 前面有障碍的排风罩风量计算上吸式排风罩设在工艺设备上方 受设备的限制 气流只能从侧面流入罩内 如图所示 当发生源只产生有害物而发热量不大时 为冷过程 为了避免横向气流的影响 要求H尽可能小于等于0 3a 罩口长边尺寸 排风量按下式计算 L KPHvx式中P 排风罩口敞开面的周长 m H 罩口至污染源的距离 m vx 边缘控制点的控制风速 m s K 考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数 取K 1 4 44 例3 4 有一浸漆槽槽面尺寸为0 6 1 0m 为排除有机溶剂蒸气 在槽上方设排风罩 罩口至槽面距离H 0 4m 罩的一个长边设有固定挡板 计算排风量 解 根据表 选取vx 0 25m s罩口尺寸长边A 1 0 0 4H 2 1 0 0 4 0 4 2 1 32m短边B 0 6 0 4H 2 0 6 0 4 0 4 2 0 92m因一边有挡板 罩口周长P 1 32 0 92 2 3 16m排风量为L KPHvx 1 4 3 16 0 4 0 25 0 44m3 s 45 外部吸气罩的排风量计算方法的核心是边缘控制点上的控制风速 故该计算方法称为控制风速法 控制风速法计算排风量的依据是实验求得的排风罩口速度分布曲线 这些曲线是在没有污染气流的情况下求得的 当污染体发量L1 0时 外部吸气罩的排风量应为 L L1 L2式中L1 污染气体发生量 L2 从罩口周围吸入的空气量 46 3 外部排风罩设计应注意的事项 1 吸气罩应尽可能靠近污染物发生源 减少敞开部分 2 尽可能避免室内横向气流干扰 必要时在罩口四周固定或活动挡板 如图所示 设有活动挡板的伞形罩 3 在排风罩口四周增设法兰边 可使排风量减少 4 集气吸尘罩的扩张角 对罩口的速度分布及罩内压力损失有较大影响 当 300 600时阻力最小 设计外部集气吸尘气罩时 其扩张角 应小于 或等于 60 47 5 当罩口尺寸大 难以满足上述要求时 应采取适当的措施 以便确保外部吸气罩的效果 把一个大排风罩分隔成若干个小排风罩 如图 a 在罩内设挡板 如图 b 在罩口上设条缝口 如图 c 在罩口设气流分布板 如图 d 保证罩口气流均匀的措施 48 四 流量比法计算排风量1 流量比流量比法综合考虑了排风量L3 周围吸入气流量L2和气体发生量L1三者之间的关系 吸气罩排风量L3愈大 通风效果愈好 对某一热过程的污染源而言 气体发生量L1为一常数 因此L3增大 吸入的气量L2也随之增大 L2的作用在于将污染物包裹起来 使其不外溢 要保证污染物不外溢 L2不要过大 那么吸入气流量L2有一个最佳值 上吸式排风罩 返回 49 排风罩的风量为L3 L1 L2 L1 1 L2 L1 L1 1 K 式中K 流量比 K反映了排风状态 K值越大 L2越大 排除污染气体的能力强 K值越小 则L2越小 污染气体有可能泄漏 在污染气体刚好不发生泄漏的极限状态的K值称为极限流量比KL 这种状态下的排风量称为极限流量L3L L3L L1 1 KL 50 实验研究表明 KL与污染气体量L1无关 只与罩口的相对尺寸有关 对于上吸式排风罩 影响KL的因素可用下式表示 KL f D3 E H E F3 E 式中 罩壳与水平面夹角 D3 排风管的宽度或直径 H 罩口与污染物源的距离 F3 罩口法兰边全宽 如无法兰边即为罩口宽度 E 污染物源直径或宽度 51 实验还表明 对KL基本没影响 D3 E 0 2时 D3 E对KL的影响可忽略 对KL影响较大的因素有H E和F3 E 当D3 E 0 2 H E 0 7 1 0 F3 E 1 5时 极限流量比KL可按下式计算 不同形式排风罩的极限流量比计算式参考其它 工业通风 书籍 如茅清希 工业通风 同济大学出版社 附录7 52 式中KL t 温差为 t时的极限流量比 KL t 0 温差为0时的极限流量比 t 污染气体与周围空气的温度差 0C 上式是在 t 2000C时实验得到的 实用表明 当热源温度低于7500C时仍能适用 当污染气体与周围空气有温差时 极限流量比KL随温差 t增大而增大 可用下式计算 53 2 排风罩排风量计算由于横向气流的影响 风量计算需考虑安全系数m 排风罩的排风量为 式中m 安全系数 按下表选取 KD 设计流量比 m3 s 安全系数m 54 例3 4有一振动筛如图所示 振动筛的平面尺寸为E 800mm l 650mm 粉状物料用手式投向筛上时粉尘的发散速度v1 0 5m s 周围干扰气流速度v0 0 3m s 在该处设计侧吸罩 振动筛上的侧吸罩 解 污染气体发生量L1 Elv1 0 8 0 65 0 5 0 26m3 s侧吸罩罩口尺寸为650 400mm 罩口法兰边全宽800mm U 0 H 0 55 查得极限流量比公式为 1 30 查安全系数表 干扰气流速度v0 0 3m s 取m 8排风量L3 L1 1 mKL 0 26 1 8 1 3 2 96m3 s 56 3 流量比法注意点 1 应用极限流量比的计算公式应符合公式适用条件 2 周围干扰气流对排风量影响很大 应设法减弱其影响 干扰气流速度值应通过实测确定 3 污染气体发生量L1应实测发散速度和发散面积计算确定 如无法计算 应按控制风速法计算 57 第5节热源上部接受式排风罩一 作用原理和特点二 热射流及其计算三 热源上部接受罩排风量计算 返回本章 58 一 作用原理和特点接受罩罩口外气流的运动是生产过程造成的 接受罩起接受作用 与罩子本身无关 它的排风量取决于接受的污染空气量大小 不存在控制风速的问题 而外部吸气罩罩口外气流的运动是罩子的抽吸作用造成的 接受式排风罩的特点是 直接接受生产过程本身诱导出来的污染气流 它的排风量取决于它所接受的污染空气量 生产过程诱导的气流主要是指热源上部的热射流和粉料状物料在空气中高速运动时所诱导的气流 接受罩工作原理图 返回 59 二 热射流及其计算热源设备产生的热气流在上升过程中 由于热诱导作用 沿途不断卷吸周围空气 使热气流体积不断增大 气流断面逐渐扩大 其流动规律类似气体射流运动 如图所示 在离热源表面 1 2 B B为热源直径 处 射流收缩 随后上升气流逐渐缓慢扩大 设计接受罩的关键是计算诱导上升气流流量在不同高度上的横截面大小 热源上部的接受罩 返回 60 热源上部热射流的两种形式 生产设备本身散发的热射流如炼钢电炉炉顶散发的热烟气 需要通过实测确定 高温设备表面对流散热时形成的热射流 可通过计算得到 高温设备表面对流的热射流计算在H B 0 9 7 4的范围内 在不同高度上热射流的流量为 式中Q 热源的对流散热量 kJ s Z H 1 26BmH 热源至计算断面距离 m B 热源水平投影的直径或长边尺寸 m m3 s 61 在某一高度上热射流的断面直径Dz 0 36H Bm通常近似认为热射流收缩断面至热源的距离为式中Ap 为热源的水平投影面积 当热源的水平投影面积为圆形时收缩断面上的流量按下式计算 62 热源的对流散热量Q F tJ s式中F 热源的对流放热面积 m2 t 热源表面与周围空气温度差 0C 对流放热系数 J m2 s 0C A t1 3式中A 系数 水平散热面A 1 7 垂直散热面A 1 13 63 三 热源上部接受罩排风量计算接受罩的排风量等于罩口断面上热射流的流量 接受罩的断面尺寸等于罩口断面上热射流的尺寸 污染气流就可以全部被排除 实际上由于横向气流的影响 热射流会发生偏转 可能泄入室内 接受罩的安装高度H越大 横向气流的影响越严重 因此 生产上采用的接受罩 罩口尺寸和排风量都必须适当加大 1 排风罩口尺寸根据安装高度H的不同 热源上部接受罩可分为以下两类 低悬罩 高悬罩 返回 64 1 低悬罩尺寸在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 横向气流影响较大的场合 按下式确定 圆形D1 B 0 5Hm矩形A1 a 0 5HmB1 b 0 5Hm式中D1 罩口直径 m A1 B1 罩口尺寸 m a b 热源水平投影尺寸 m 2 高悬罩尺寸高悬罩的罩口尺寸按下式确定 D Dz 0 8Hm 65 2 排风量计算接受罩的排风量按下式计算 L LZ v F m3 s式中LZ 罩口断面上热射流流量 m3 s 对于低悬罩 LZ即为收缩断面上的热射流流量 F 罩口的扩大面积 即罩口面积减去热射流的断面积 m2v 扩大面积上空气的吸入速度 v 0 5 0 75m s 高悬罩排风量大 易受横向气流影响 工作不稳定 设计时应尽可能降低其安装高度 在工艺条件允许时 可在接受罩上设活动卷帘 如图所示 66 例3 5 某金属熔化炉 炉内金属温度为5000C 周围空气温度200C 散热面为水平面 直径B 0 7m 在热设备上方0 5m处设接受罩 计算其排风量 解 由于 属低悬罩 J m2 s 0C 对流放热系数 热源对流散热量 J s 2 46kJ s m 67 热射流收缩断面上的流量m3 s罩口断面直径 按横向气流影响小的场合 D1 B 200 700 200 900mm取v 0 5m s接受罩的排风量m3 s 68 第6节槽边排风罩一 槽边排风罩的类型二 槽边排风罩的风量计算 槽边排风罩用于各种工业槽 如酸洗槽 电镀槽等 它的特点是不影响工艺操作 有害气体不经过人的呼吸区就被排走 返回本章 69 一 槽边排风罩的类型1 按布置方式分根据布置方式不同可分为 槽边排风罩分为单侧式 双侧式和周边式 如图所示 槽宽B 700mm采用单侧排风罩 B 700mm采用双侧排风罩 当槽宽B 1200mm时 应采用吹吸式排风罩 当槽的直径为500 1000mm时 应采用环形排风罩 单侧式槽边排风罩 双侧式槽边排风罩 周边式槽边排风罩 返回 70 2 按罩口形式分槽边排风罩的罩口有平口式和条缝式两种形式 1 平口式槽边排风罩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 减小为1 2 减小了吸气范围 排风量会相应减小 槽的布置形式 71 2 条缝式槽边排风罩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 可以减小吸气范围 因此 它的排风量比平口式的小 它的缺点是占用空间大 对手工操作有一定影响 为了使沿条缝口长度方向的风速分布均匀 条缝口的形式可设计成等高条缝 楔形条缝和多风口式 条缝式槽边排风罩 72 等高条缝条缝式槽边排风罩上的条缝口高度沿长度方向不变的 称为等高条缝 等高条缝口的高度h按下式确定 h L 3600v0lm式中L 排风罩排风量 m3 h l 条缝口长度 m v0 条缝口上的吸入速度 m s v0通常取7 10m s 排风量大时还可适当提高 一般取h 50mm 等高条缝 73 楔形条缝采用楔形条缝口时 楔形条缝的高度可近似按下表确定 表中的h0为条缝口的平均高度 条缝口的速度分布与条缝口面积f和排风口罩口断面积F1之比 f F1 有关 f F1愈小 速度分布愈均匀 f F1 0 3时 可认为速度分布是均匀的 f F1 0 3 可以采用楔形条缝以使之能均匀排风 楔形条缝口高度表 楔形条缝 74 等高条缝设计时应考虑 a 减小条缝口面积f和罩横断面积F1之比 b 槽长大于1 5m时 沿槽长度方向设两个或三个排风罩 c 采用楔形条缝口 多风口布置 75 二 槽边排风罩的风量计算1 排风量计算条缝式槽边排风罩的排风量按下列原则计算 L 截修正系数 控制风速 槽面积 维修正系数截修正系数 高截取2 低截取3 维修正系数 单侧取 B A 0 2 双侧取 B 2A 0 2 A为槽长 B为槽宽 槽面积 矩形槽面积 AB 圆形槽面积 D2 4控制风速vx根据控制有害物的特性来定 参考教材附录5 P228 返回 76 2 低截面单侧排风 条缝式槽边排风罩的排风量计算公式 1 高截面单侧排风 m3 s m3 s 3 高截面双侧排风 m3 s 77 5 高截面周边型排风L 1 57vxD2m3 s注 2 4 1 57 6 低截面周边型排风L 2 36vxD2m3 s注 3 4 2 36式中A 槽长 m B 槽宽 m D 圆槽直径 m vx 边缘控制点的控制风速 m s 4 低截面双侧排风 m3 s 78 2 排风罩的阻力计算条缝式槽边排风罩的阻力按下式计算Pa式中 局部阻力系数 2 34 v0 条缝口上空气流速 m s 周围空气密度 kg m3 79 例3 6 长A 1m 宽B 0 8m的酸性镀铜槽 槽内溶液温度等于室温度 设计槽上的槽边排风罩 解 因B 700mm 采用双侧式排风罩 根据国家标准设计 条缝式槽边排风罩的断面尺寸 E F 共有三种 250 200mm 250 250mm 200 200mm 选用250 250mm 控制风速 查教材附录5 P228 取vx 0 3m s总排风量 E 250mm 属高截面 m3 s 每一侧的排风量 m3 s 80 设条缝口风速v0 8m s采用等高条缝条缝口面积 m2 条缝口高度 m 因 为保证条缝口上的速度均匀分布 在槽的每一侧分设两个罩子 设两根立管 则 排风罩阻力 Pa 81 第7节吹吸式排风罩一 吹出气流运动规律二 吹吸式排风罩的原理与应用三 吹吸罩的计算四 排风罩的其它形式 返回本章 82 一 吹出气流运动规律空气从孔口吹出 在空间形成一股气流称为吹出气流或射流 1 射流的分类 1 自由射流和有限射流自由射流是指不受界壁限制 当房间断面积比射流出口面积大得多 射流不受墙壁 地板和顶棚的限制 有限射流是指受到界壁限制的射流 返回 83 2 等温射流和非等温射流等温射流是指各点温度都相同的射流 这只能是射流出口温度和周围静止空气温度相同的情况 非等温射流是指沿射程被不断冷却或加热的射流 3 圆形 矩形和条缝射流圆形射流是指圆喷口射出的射流 其沿程各断面都呈圆形 矩形射流是指矩形喷口射出的射流 当矩形喷口长边与短边比超过10 1时 称为条缝射流 84 2 射流特性 1 卷吸作用气流自半径为r0的圆断面喷嘴喷出 由于射流为紊流型 紊流的横向脉动造成射流与周围介质之间不断发生质量 动量交换 把周围气体带到射流中 随同射流一起流动 即所谓卷吸作用 射流这种带动静止空气的作用 就是射流的卷吸作用 85 2 射流范围不断扩大且流量不断增加由于射流的卷吸作用 周围空气不断被卷进射流范围内 从而使射流的横断面沿射程方向和流量不断增加 形成圆锥体型流场 86 3 射流核心不断缩小由于动量交换 使外界带入气体与射流气体本身的流速平均化 使射流速度沿程减小 各断面速度分布如图所示 把气流具有初速度的区域称为射流核心区 AOD锥体 气体速度保持初速度的边界称为射流的内边界 AO DO 速度等于零的边界线称为射流的外边界 射流内外边界之间的区域称为边界层 87 二 吹吸式排风罩的原理与应用1 原理由于吸气口气流速度衰减快 而吹气气流作用距离较长特点 在槽面的一侧设喷口喷出气流 而另一侧为吸气口中 吸入喷出的气流以及被气幕卷入的周围空气和槽面污染气体 这种由吹吸共同作用的排风罩称为吹吸式排风罩 吹吸罩 返回 88 如图是二维吸风口和二维吹风口的速度分布比较图 在罩口中心的轴线上x 2b0 b0为条缝口宽度 处 空气吸入速度v 0 1v0 v0为罩口风速 吹风口的速度分布与吸风口不同 在x 40b0处 中心轴线速度v 0 4v0 v0为吹风口出口平均风速 因此 利用射流作为动力 将有害物送到排风罩口再由其排走 或者利用射流来阻挡和控制有害物的扩散 吹吸式通风具有风量小 污染控制效果好 抗干扰能力强 有利于工艺操作 89 2 应用 1 在控制金属熔化炉有害物中的应用吹吸气流用于金属熔化的情况如图所示 热源上部接受罩的安装高度较大时 排风量较大 而且容易受横向气流影响 为解决这个矛盾 在热源前方设置吹风口 在操作人员和热源之间组成一道气幕 同时利用吹出的射流诱导污染气流进入上部接受罩 金属熔化炉的吹吸排风罩 90 2 在控制碎机坑粉尘中的应用用气幕控制初碎机坑粉尘的情况见图 当卡车向地坑卸大块物料时 地坑上部无法设置局部排风罩 会扬起大量粉尘 为此 在地坑一侧设吹风口 利用吹吸气流抑制粉尘的飞扬 含尘气流由对面的吸风口吸除 经除尘器后排放 碎机坑的吹吸排风罩 91 3 在控制电解精炼车间有害物中的应用吹吸气流不但可以控制单个设备散发的有害物 而且可以对整个车间的有害物进行有效控制 如图所示为大型电解精炼车间采用吹吸气流控制有害物的实例 在基本射流作用下 有害物被抑制在工人呼吸区以下 最后经屋顶排风机组排除 92 用单向流通风控制铸造车间污染物 4 在控制铸造车间有害物中的应用如图所示 铸造车间采用就地浇铸 有害物源分布面广 难以设置局部排风装置 采用全面稀释通风 通风风量大 效果差 采用单向流通风时 用下部的射流控制烟气和粉尘 由对面的排风口排除 利用上部射流向室内补充空气 可取得良好的控制效果 93 三 吹吸罩的计算计算的目的是确定吹风量 吸风量 吹风口高度 吹出气流速度以及吸风口设计和吸入气流速度 目前较常采用的主要有速度控制法和流量比法 1 速度控制法速度控制法的实质是 只要吸风口前射流末端的平均速度保持一定数值 一般要求不小于0 75 1m s 就能保证对有害物的有效控制 除了要求一定的控制风速外 为了防止吹出气流溢出风口外 要求吸风口的排风量应为射流末端流量的1 1 1 25倍 返回 94 1 确定射流末端的平均速度v1 按下列经验公式计算 v1 CHm s式中C 为槽温系数 s 1 H 吹 吸风口间距 m 槽温系数C的确定表 2 确定吹风口高度b0按下列经验公式计算吹风口高度 b0 0 01 0 15 H为了防止吹风口发生堵塞 b0应大于5 7mm 95 式中a 紊流系数 由实验决定 是表示射流流动结构的特征系数 在此a 0 2 vm 射流末端的轴心风速 vm 2v1 3 确定吹风口出口速度v0吹风口出口流速不宜超过10 12m s 以免液面波动 根据扁平贴附射流 喷口贴壁布置 造成射流的附壁现象 速度分布公式计算吹风口出口流速 根据平面射流有 得吹风口出口流速 96 4 计算吹风口风量L0根据v0及吹风口面积计算 式中l 吹风口的长度 5 确定射流末端流量L1 按射流流量关系式计算 6 确定吸风口排风量L1按下列公式计算 L1 1 1 1 25 L1 97 7 计算吸气口风流v1要求吸风口中的气流速度v1 2 3 v1 v1过大 吸风口高度b1过小 污染气流容易溢入室内 但是b1也不能过大 以免影响操作 8 吸气口高度b1 式中l1 吸气口的长度 98 例3 7 某工业槽宽H 2 0m 长l 2m 槽内溶液温度t 400C 采用吹吸式排风罩 计算吹 吸风量及吹 吸风口高度 解 射流末端的平均速度v1 槽内溶液温度t 400C C 0 75v1 CH 0 75 2 1 5m s 吹风口高度b0b0 0 01 0 15 H取b0 0 015H 0 015 2 0 03m 99 不超过10 12m s 吹风口出口速度v0 m s 吹风口风量L0 m3 s 射流末端流量L1 m3 s 100 吸风口排风量L1L1 1 1 1 25 L1 L1 1 1L1 1 1 2 49 2 74m3 s 吸气口风流v1v1 3v1 3 1 5 4 5m s 吸气口高度b1m选取b1 300mm 101 2 流量比法 1 流量比法原理概念与前述吸气式排风罩的流量比法一致 根据下图所示