2.2　操作工位吸風罩設計

局部排風罩是局部排風系統的重要組成部分。通過局部排風罩口的氣流運動，可在污染物質散發地點直接捕集污染物或控制其在車間的擴散，保證室內工作區污染物濃度不超過國家衛生標準的要求。設計完善的局部排風罩，用較小的排風量即可獲得最佳的控制效果。

按照工作原理不同，局部排風罩可分為以下幾種基本形式：

①密閉罩；

②柜式排風罩（通風柜）；

③外部吸氣罩（包括上吸式、側吸式、下吸式用槽邊排風罩等）；

④接受式排風罩；

⑤吹吸式排風罩。

2.2.1　密閉罩

密閉罩的結構如圖2.3所示，它把污染物源全部密閉在罩內，在罩上設有工作孔，從罩外吸入空氣，罩內污染空氣由上部排風口排出。它只需較小的排風就能有效控制污染物的擴散，排風罩氣流不受周圍氣流的影響。它的缺點是，影響設備檢修，有的看不到罩內的工作狀況。其中用于產塵設備的密閉罩稱為防塵密閉罩。

2.2.1.1　整體密閉罩

如圖2.4所示，產塵設備大部分或全部密閉，只有傳動部分留在罩外。適用于有振動或含塵氣流速度高的設備。

2.2.1.2　大容積密閉罩（密閉小室）

如圖2.5所示的是振動篩的密閉小室，振動篩、提升機等設備全部密閉在小室內。工人可直接進入小室檢修和更換篩網。密閉小室容積大，適用于多點產塵、陣發性產塵、含塵氣流速度高和設備檢修頻繁的場合。它的缺點是占地面積大，材料消耗多。

2.2.1.3　密閉罩的安放形式

根據工藝設備的操作特點，密閉罩有固定式和移動式兩種形式。圖2.6是用于小型振動落砂機的固定式密閉罩。圖2.7是大型振動落砂機上的移動式密閉罩。砂箱落砂前，由電動機驅動，使移動罩右移。把大型砂箱用吊車安放在落砂機上，移動罩向左移動，使砂箱密閉在罩內，然后開動風機和落砂機進行落砂。

2.2.1.4　密閉罩排風量的確定

從理論上分析，密閉罩的排風量可根據進、排風量平衡確定。

qV=qV1+qV2+qV3+qV4

式中　qV——密閉罩的排風量，m3/s；

qV1——物料下落時帶入罩內的誘導空氣量，m3/s；

qV2——從孔口或不嚴密縫隙吸入的空氣量，m3/s；

qV3——因工藝需要鼓入罩內的空氣量，m3/s；

qV4——在生產過程中因受熱使空氣膨脹或水分蒸發而增加的空氣量，m3/s。

在上述因素中，qV3取決于工藝設備的配置，只有少量設備如自帶的鼓風機的混砂機等才需要考慮。qV4在工藝過程發熱量大、物料含水率高時才需要考慮，如水泥廠的轉筒烘干機等。在一般情況下，上面的公式可簡化為：

qV=qV1+qV2

對不同的設備，它們的工作特點、密閉罩的結構形式及塵化氣流的運動規律各不相同。難以用一個統一的公式對上述兩部分風量進行計算。目前大部分按經驗數據或經驗公式確定，設計時可參考有關的手冊。但從簡化公式中可以看出，要減少除塵密閉罩的局部排風童，應盡可能減小工作孔或縫隙面積，并設法限制誘導空氣隨物料一起進入罩內。

2.2.2　柜式排風罩

柜式排風罩的結構和密閉罩相似，由于工藝操作需要，罩的一面可全部敞開。圖2.8（a）是小型排風罩，適用于化學試驗室、小零件噴漆等；圖2.8（b）是大型排風罩，操作人員在柜內工作，主要用于大件噴漆、粉料裝袋等。按照氣流運動特點，柜式排風罩分為吸氣式和吹吸式兩類。吸氣式通風柜單純依靠排風的作用，在工作孔上造成一定的吸入速度，防止污染物外逸。

送風式排風柜的風量計算：

qV=qV1+vSβ

式中　qV1——柜內的污染氣體發生量，m3/s；

v——工作孔上的氣流速度，m/s；

S——工作孔或縫隙的面積，m2；

β——安全系數，一般取1.1～1.2。

2.2.3　外部吸氣罩

由于工藝條件的限制，生產設備不能密閉時，可把排風罩設在污染物源附近，依靠罩口的抽吸作用，在污染物發散地點造成一定的氣流運動，把污染物吸入罩內。這類排風罩統稱為外部吸氣罩，如圖2.9所示。

2.2.3.1　移動式吸氣罩

在實際生產中，固定式吸氣罩有時會對車間的正常生產造成一定的阻礙，因此產生了移動式吸氣罩，以骨架活動臂的原理將風管和活動臂結合起來，做成移動臂形式的吸氣罩，與固定式吸氣罩比較，移動式吸氣罩操作靈活，能適應各類無法安裝吸氣管路的復雜工況，可任意置于最佳的補集位置，從而有效的補集煙塵廢氣，如圖2.10所示。

2.2.3.2　吸氣罩風量的計算

（1）側吸式

為保證污染物全部吸入罩內，必須在距吸氣口最遠的污染物散發點（即控制點）上造成適當的空氣流動，如圖2.11所示。控制點的空氣運動速度稱為控制風速（也稱吸入速度）。

根據流體力學，位于自由空間的點匯吸氣口見圖2.12（a）的排風量為：

式中　v1，v2——點1、點2的空氣流，m/s；

r1，r2——點1、點2至吸氣口的距離，m。

吸氣口設在墻上時，吸氣范圍受到限制見圖2.12（b），它的排風量為：

從以上兩個公式中可以看出，吸氣口外某一點的空氣流速與該點至吸氣口距離的平方成反比，而且它是隨吸氣口吸氣范圍的減小而增大的。因此，設計時罩口應盡量靠近污染物源，并設法減小其吸氣范圍。

（2）上吸式

排風罩如果設在工藝設備上方，由于設備的限制，氣流只能從側面流入罩內，如圖2.13所示。

上吸式排風罩的尺寸及安裝位置按圖2.13確定。為了避免橫向氣流的影響，要求H盡可能小于或等于0.3a（罩口長邊尺寸），其排風量按下式計算。

qV=KPHvx

式中　P——排風罩口敞開面的周長，m；

H——罩口至污染源的距離，m；

vx——邊緣控制點的控制風速，m/s；

K——考慮沿高度速度分布不均勻的安全系數，通常取K=1.4。

2.2.4　熱源上部接受式排風罩

有些生產過程或設備本身會產生或誘導一定的氣流運動，帶動污染物一起運動，如髙溫熱源上部的對流氣流及砂輪磨削時拋出的磨屑及大顆粒粉塵所誘導的氣流等。對這種情況，應盡可能把排風罩設在污染氣流前方，讓它直接進入罩內。這類排風罩稱為接受罩，如圖2.14所示。

接受罩在外形上和外部吸氣罩完全相同，但兩者的作用原理不同。對接受罩而言，罩口外的氣流運動是生產過程本身造成的，接受罩只起接受作用。它的排風量取決于接受的污染空氣量的大小。接受罩的斷面尺寸應不小于罩口處污染氣流的尺寸。粒狀物料高速運動時所誘導的空氣量，由于影響因素較為復雜，通常按經驗公式確定。

熱源上部的熱射流主要有兩種形式，一種是生產設備本身散發的熱射流，如煉鋼爐爐頂散發的熱煙氣；另一種是髙溫設備表面對流散熱時形成的熱射流。

當熱物體和周圍空間有較大溫差時，通過對流散熱把熱量傳給相鄰空氣，周圍空氣受熱上升，形成熱射流。

對熱射流觀察發現，在離熱源表面（1.0～2.0）B（B為熱源直徑，m）處（通常在1.5B以下）射流發生收縮，在收縮斷面上流速最大，隨后上升氣流逐漸緩慢擴大。可以把它近似看作是從一個假想點源以一定角度擴散上升的氣流，如圖2.15所示。

（1）熱射流的流量計算

熱源上方的熱射流呈不穩定的蘑菇狀脈沖式流動，難以對它進行較精確的測量。采用實驗研究實測的公式進行計算的方法如下。

在H/B=0.90～7.4的范圍內，在不同高度上熱射流的流量為：

Z=H+1.26B

式中　Q——熱源的對流散熱量，kJ/s；

H——熱源至計算斷面距離，m；

B——熱源水平投影的直徑或長邊尺寸，m。

在某一高度上熱射流的斷面直徑為：

通常近似認為熱射流收縮斷面至熱源的距離（Ap為熱源的水平投影面積）。當熱源的水平投影面積為圓形時，因此，收縮斷面上的流量按下式計算：

熱源的對流散量：

Q=αSΔt

式中　S——熱源的對流放熱面積，m2；

Δt——熱源表面與周圍空氣溫度差，℃；

α——對流放熱系數，J/（m2·s·℃）。

式中　A——系數，水平散熱面A=1.7；垂直散熱面A=1.13。

（2）排風量的計算

從理論上說，只要接受罩的排風量等于罩口斷面上熱射流的流量，接受罩的斷面尺寸等于罩口斷面上熱射流的尺寸，污染氣流就能全部排除。實際上由于橫向氣流的影響，熱射流會發生偏轉，可能逸入室內。接受罩的安裝高度H越大，橫向氣流的影響越嚴重。因此，生產上采用的接受罩，罩口尺寸和排風量都必須適當加大。

根據安裝高度H的不同，熱源上部的接收罩可分為兩類，的稱為低懸罩，的稱為高懸罩。

由于低懸罩位于收縮斷面附近，罩口斷面上的熱射流橫斷面積一般是小于（或等于）熱源的平面尺寸。在橫向氣流影響小的場合，排風罩口尺寸應比熱源尺寸擴大150～200mm。

橫向氣流影響較大的場合，按下式確定：

圓形

D1=B+0.5H

矩形

A1=a+0.5H，B1+b+0.5H

式中　D1——罩口直徑，m；

A1，B1——罩口尺寸，m；

a，b——熱源水平投影尺寸，m。

高懸罩的罩口尺寸按下式確定：

D=Dz+0.8H

接受罩的排風量按下式計算：

L=Lz+v'S'

式中　Lz——罩口斷面上熱射流流量，m3/s；

S'——罩口的擴大面積，即罩口面積減去熱射流的斷面積，m2；

v'——擴大面積上空氣的吸入速度，v'=0.5～0.75m/s。

2.2.5　槽邊排風罩

槽邊排風罩是外部吸氣罩的一種特殊形式，專門用于各種工業槽，它是為了不影響工人操作而在槽邊上高置的條縫形吸氣口。槽邊排風罩分為單側和雙側兩種，單側適用于槽寬B<700mm，B>700mm時用雙側，B>1200mm時宜采用吹吸式排風罩。

目前常用的有兩種形式，平口式（見圖2.16）和條縫式（見圖2.17）。平口式槽邊排風罩因吸氣口上不設法蘭邊，吸氣范圍大。但是當槽靠墻布置時，如同設置了法蘭邊一樣，吸氣范圍由3/2π減小為π/2，如圖2.18所示。減小吸氣范圍，排風量會相應減小。條縫式槽邊排風罩的特點是截面高度E較大，E=250mm的稱為高截面，200mm的稱為低截面。增大截面高度如同設置了法蘭邊一樣，可以減小吸氣范圍。因此，它的排風量比平口式小。其缺點是占用空間大，對手工操作有一定影響。目前條縫式槽邊排風罩廣泛應用于電鍍車間的自動生產線上。

條縫式槽邊排風罩的布置除單側和雙側外，還可按圖2.19所示的形式布置，稱為周邊型槽邊排風罩。

條縫式槽邊排風罩上的條縫口高度沿長度方向不變的，稱為等高條縫。條縫口高度按下式確定，如圖2.20所示。

計算公式：

h=qV/3600v0l

式中　qV——排風罩排風量，m3/h；

l——條縫口長度，m；

v0——條縫口上的吸入速度，m/s。

通常v0取7～10m/s，排風量大時還可以適當提高。一般取h≤50mm。

排風量的計算如下。

①高截面單側風。

②低截面單側排風

③高截面雙側排風（總量）

④低截面雙側排風（總風量）

⑤高截面周邊型排風

qV=1.57vxD2

⑥低截面周邊型排風

qV=2.36vxD2

式中　A——槽長，m；

B——槽寬，m；

D——圓槽直徑，m；

vx——邊緣控制點的控制風速，m/s。

條縫式槽邊排風罩的阻力為：

式中　ζ——局部阻力系數，ζ=2.34；

v0——條縫口上空氣流速，m/s；

ρ——周圍空氣密度，kg/m3。

2.2.6　吹吸式排風罩

吹吸式排風罩是利用吹風口吹出的射流，將塵源散發的含塵氣流吹向吸風口（排風罩的罩口），在吸風口前匯流的作用下被吸入罩內。它具有風量小、控制效果好、抗干擾能力強、不妨礙視線、不影響工藝操作等優點，近年來更廣泛地應用于工業塵源中，并有進一步應用的趨勢。當由于受到生產和工藝條件限制，既不能將塵源密閉，又不能在塵源旁設置外部罩，或采用接受罩后由于設置高度太高排風量很大時，可以考慮采用吹吸罩。在控制距離相同的情況下，采用吹吸罩可以節省風量。吸風口至塵源越遠（例如大于2m），效果越明顯。

吹吸式通風示意如圖2.21所示。

吹吸式排風罩的風量計算如下。

要使吹吸式通風系統在經濟的前提下獲得最佳的使用效果，必須依據吹吸氣流的運動規律，使兩者協調一致地進行工作。國內外研究吹吸式通風的學者很多，他們提出了各種計算方法。由于吹吸氣流的運動情況較為復雜，雖然對某些基本觀點有了一致的認識，但還缺乏統一的計算方法，下面介紹一種具有代表性的計算方法。

速度控制法　只要吸風口前射流末端的平均速度保持一定數值（通常要求不小于0.75～1.0m/s），就能保證對污染物的有效控制。這種方法只考慮吹出氣流的控制和輸送作用，不考慮吸風口的作用，把它看作是一種安全因素。

對工業槽，其設計要點如下。

①對于有一定溫度的工業槽，吸風口前必需的射流平均速度v'2按下列經驗數值確定：

t=70～95℃　　v'1=H（吹、吸風間的距離m）

t=60℃　　　　v'1=0.85H

t=40℃　　　　v'1=0.75H

t=20℃　　　　v'1=0.5H

②為了避免吹出氣流逸出吸風口處，吸風口的排風量應大于吸風口前射流的流量，一般為射流末端流量的1.10～1.25倍。

③吹風口高度b0一般為0.010～0.015H，為了防止吹風口發生堵塞，應大于5.0～7.0mm，吹風口出口流速不宜超過10～12m/s，以免液面波動。

④要求吸風口上的氣流速度仍v1≤（2.0～3.0）v'1，v1過大，吸風口高度b1過小，污染氣流容易逸入室內。但是h也不能過大，以免影響操作。