第四節(jié)　紡織除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、紡織除塵系統(tǒng)的組成

圖2-12是紡織除塵系統(tǒng)示意圖。從圖中可以看出，除塵系統(tǒng)是和紡織生產(chǎn)設(shè)備緊密相連的，該系統(tǒng)包括粉塵收集、過(guò)濾、分離等工藝。紡織除塵系統(tǒng)可分為三個(gè)組成部分，即管網(wǎng)、除塵設(shè)備和風(fēng)機(jī)。

管網(wǎng)的作用是連接每一臺(tái)紡織生產(chǎn)設(shè)備上的排塵口，把生產(chǎn)設(shè)備上排出或散發(fā)的纖維塵雜收集起來(lái)，由氣力輸送到除塵設(shè)備之中。除塵系統(tǒng)對(duì)管網(wǎng)的要求是：管網(wǎng)中的任何一根管道、任何一個(gè)部位都不允許積塵；管道內(nèi)光滑、密封、干燥；凡是性能相同的紡織設(shè)備排塵口的吸風(fēng)量和風(fēng)壓應(yīng)該基本一致。

二、管網(wǎng)內(nèi)空氣流動(dòng)的阻力

1—抓棉機(jī)　2—除鐵雜裝置　3—混棉機(jī)4—開(kāi)棉機(jī)　5—多倉(cāng)混棉機(jī)　6—開(kāi)棉機(jī)7—雙棉箱給棉機(jī)　8—單打手成卷機(jī)9—圓盤(pán)預(yù)過(guò)濾器　10—平板式過(guò)濾器11—主風(fēng)機(jī)　12—吸塵風(fēng)機(jī)13—纖維分離器　14—吸塵風(fēng)機(jī)15—集塵器

管網(wǎng)內(nèi)空氣流動(dòng)的阻力有兩種，一種是由于空氣本身的黏滯性及其與管壁間的摩擦而產(chǎn)生的沿程能量損失，稱為摩擦阻力；另一種是空氣流經(jīng)風(fēng)管中的管件及設(shè)備時(shí)，由于流速的大小和方向變化以及產(chǎn)生渦流造成比較集中的能量損失，稱為局部阻力。

1.摩擦阻力　根據(jù)流體力學(xué)原理，空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力（Pa）按下式計(jì)算：

式中：λ——摩擦阻力系數(shù)；

v——風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m/s；

ρ——空氣的密度，kg/m3；

l——風(fēng)管長(zhǎng)度，m；

Rs——風(fēng)管的水力半徑，m。

式中：f——管道中充滿流體部分的橫斷面積，m2；

C——濕周，在除塵、空調(diào)系統(tǒng)中即為風(fēng)管的周長(zhǎng)，m。

圓形風(fēng)管的摩擦阻力（Pa）計(jì)算公式為：

式中：D——圓形風(fēng)管直徑，m。

圓形風(fēng)管單位長(zhǎng)度的摩擦阻力稱比摩阻（Pa/m）：

摩擦阻力系數(shù)λ與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度有關(guān)。在除塵系統(tǒng)中，風(fēng)管的空氣流動(dòng)狀態(tài)大多數(shù)屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)。在紊流過(guò)渡區(qū)內(nèi)目前廣泛的采用的計(jì)算式為：

式中：K——風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mm；

D——風(fēng)管直徑，mm。

風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度K與管材有關(guān)。鍍鋅鋼板K=0.10～0.18mm；塑料板K=0.01～0.05mm；玻璃K=0.01mm；光滑石棉水泥板K=0.10～0.20mm；水磨石K=0.133mm。

進(jìn)行除塵管道設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免煩瑣的計(jì)算，可采用由式（2-9）和式（2-10）制成的線解圖計(jì)算。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可利用圖2-13求得其余的兩個(gè)參數(shù)。

圖2-13是按圓形風(fēng)管繪出的。為利用該圖進(jìn)行矩形風(fēng)管計(jì)算，需先把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑，即折算成當(dāng)量直徑。再由此求得矩形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力。

工程中常用流速當(dāng)量直徑計(jì)算。假設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流速與矩形風(fēng)管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓風(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑，以DV表示。根據(jù)這一定義，從式（2-7）可以看出，圓形風(fēng)管和矩形風(fēng)管的水力半徑必須相等。

圓形風(fēng)管的水力半徑：

矩形風(fēng)管的水力半徑：

式中：a——矩形風(fēng)管橫截面的長(zhǎng)，mm；

b——矩形風(fēng)管截面的寬，mm。

當(dāng)Rs′=Rs″時(shí)，有：

則

DV稱為邊長(zhǎng)為a×b的矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑。如果矩形風(fēng)管內(nèi)的流速與管徑為DV的圓形風(fēng)管內(nèi)的流速相同，兩者的單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等。這樣，可根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑DV和實(shí)際流速v，由圖2-13查得的Rm即為矩形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力。

2.局部阻力　當(dāng)空氣流過(guò)斷面變化的管件（如各種變徑管、風(fēng)管進(jìn)出口、閥門(mén)）、流向變化的管件（如彎頭）和流量變化的管件（如三通、四通、排風(fēng)口）都會(huì)產(chǎn)生局部阻力。在除塵系統(tǒng)中，局部阻力在系統(tǒng)中的總壓力損失中占有很大的比例。因此，在風(fēng)管的設(shè)計(jì)與制作時(shí)要特別注意減小局部阻力。

布置管道時(shí)，應(yīng)盡量取直線，減少?gòu)濐^。圓形風(fēng)管彎頭的曲率半徑一般應(yīng)大于（1～2）倍管徑，如圖2-14所示。三通、四通的連接方式也應(yīng)注意，應(yīng)該盡量地減小其夾角，如圖2-15和圖2-16所示。管道變徑處要做成漸擴(kuò)或漸縮形式，如圖2-17所示。

三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時(shí)的碰撞，以及氣流速度改變時(shí)形成渦流是造成局部阻力的原因。兩股氣流在匯合過(guò)程中的能量損失一般是不相同的，它們的局部阻力應(yīng)分別計(jì)算。合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時(shí)，會(huì)發(fā)生直管氣流引射支管氣流的現(xiàn)象，即流通大的直管氣流失去能量，流速小的支管氣流得到能量。因而支管的局部阻力有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值。同理，直管的局部阻力有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。但是，不可能同時(shí)為負(fù)值。必須指出，引射過(guò)程會(huì)有能量損失，為了減小三通的局部阻力，應(yīng)避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象。

局部阻力z（Pa）可按下式計(jì)算：

式中：ζ——局部阻力系數(shù)。

局部阻力系數(shù)一般用實(shí)驗(yàn)方法確定。除塵系統(tǒng)中常見(jiàn)管件的局部阻力系數(shù)可以從有關(guān)的資料中查到。計(jì)算局部阻力時(shí)，必須注意ζ值所對(duì)應(yīng)的氣流速度。

三、風(fēng)管內(nèi)的壓力分布

空氣在風(fēng)管中流動(dòng)時(shí)，由于風(fēng)管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風(fēng)管內(nèi)空氣壓力的分布規(guī)律，有助于更好地解決除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理問(wèn)題。圖2-18示出了風(fēng)管系統(tǒng)中的壓力分布情況。

從圖2-18可看出空氣在管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律為：

①風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓pf等于風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口的全壓差，或者說(shuō)等于風(fēng)管的阻力及出口動(dòng)壓損失之和，即等于風(fēng)管總阻力?？捎孟率奖硎荆?/p>

②風(fēng)機(jī)吸入段的全壓和靜壓均為負(fù)值，在風(fēng)機(jī)入口處負(fù)壓最大；風(fēng)機(jī)壓出段的全壓和靜壓一般情況下均是正值，在風(fēng)機(jī)出口正壓最大。因此，風(fēng)管連接處不嚴(yán)密，會(huì)有空氣漏入或逸出，以致影響風(fēng)量分配或造成粉塵和有害氣體向外泄漏。

③各并聯(lián)支管的阻力總是相等。如果設(shè)計(jì)時(shí)各支管阻力不相等，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，各支管會(huì)按其阻力特性自動(dòng)平衡，同時(shí)改變預(yù)定的風(fēng)量分配。

④壓出段上斷面9的靜壓出現(xiàn)負(fù)值是由于斷面9處收縮得很小，使流速大大增加，當(dāng)動(dòng)壓大于全壓時(shí)，該處的靜壓出現(xiàn)負(fù)值。若在斷面9處開(kāi)孔，將會(huì)吸入空氣而不是壓出空氣。

四、除塵管道的阻力計(jì)算

除塵管道的阻力計(jì)算是在系統(tǒng)和設(shè)備布置、風(fēng)管材料、各送排風(fēng)點(diǎn)的位置和風(fēng)量均已確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。其主要任務(wù)是，確定各管段的管徑和阻力，以保證系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到要求的風(fēng)量分配。然后選定風(fēng)機(jī)的型號(hào)。或者在風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓已經(jīng)確定的情況下，確定風(fēng)管的管徑。

常用的風(fēng)管阻力計(jì)算方法是假定流速法。假定流速法的特點(diǎn)是，先按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選定風(fēng)管的流速，再根據(jù)風(fēng)管的風(fēng)量確定風(fēng)管的斷面尺寸和阻力。

假定流速法的計(jì)算步驟和方法如下。

①繪制除塵風(fēng)管系統(tǒng)軸測(cè)圖，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)注長(zhǎng)度和風(fēng)量。管段長(zhǎng)度一般按兩管件間中心線長(zhǎng)度計(jì)算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長(zhǎng)度。

②確定合理的管內(nèi)輸送流速。對(duì)于輸送含有塵雜的除塵管道，粉塵在管道內(nèi)的輸送速度vs必須大于粉塵的自由沉降速度vc。因而這種輸送速度與物料性質(zhì)有關(guān)。不同性質(zhì)的物料，自由沉降速度不同。根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料得到的紡織雜質(zhì)的自由沉降速度見(jiàn)表2-5。

表2-5　紡織雜質(zhì)的自由沉降速度vc

輸送速度與還與料氣比有關(guān)。料氣比不同時(shí)，輸送速度的選擇也應(yīng)有所不同。料氣比大，表示空氣中物料濃度大，則物料與管壁之間的相互摩擦、黏附現(xiàn)象增多，物料間相互碰撞增多，故輸送速度應(yīng)增大。在紡織廠由于物料輕而蓬松，故料氣比較小，通常輸送棉花、羊毛時(shí)的料氣比為0.2～0.5。紡織廠目前所采用的實(shí)際輸送速度vs的經(jīng)驗(yàn)值列于表2-6。

表2-6　輸送速度vs的經(jīng)驗(yàn)值

一般在紡織工廠中常用的輸送速度vs值為，棉花10～14（m/s）；羊毛12～15（m/s）；麻12～16（m/s）；落棉13～14（m/s）；破籽14～16（m/s）；棉塵8～12（m/s）。

③根據(jù)各風(fēng)管的風(fēng)量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計(jì)算摩擦阻力和局部阻力。風(fēng)管斷面尺寸確定后，應(yīng)按管內(nèi)實(shí)際流速計(jì)算阻力。阻力計(jì)算應(yīng)從最不利環(huán)路（即阻力最大的環(huán)路）開(kāi)始。

④并聯(lián)管路的阻力平衡。為了保證各送、排風(fēng)點(diǎn)達(dá)到預(yù)期的風(fēng)量，兩并聯(lián)支管的阻力必須保持平衡。對(duì)除塵管網(wǎng)系統(tǒng)，兩支管的阻力差應(yīng)不超過(guò)10%。若超過(guò)上述規(guī)定，可采用調(diào)整支管管徑的方法使其阻力平衡。調(diào)整后的管徑按下式計(jì)算

式中：D——調(diào)整前的管徑，mm；

D′——調(diào)整后的管徑，mm；

Δp——調(diào)整前的支管阻力，Pa；

Δp′——調(diào)整后的支管阻力，Pa。

⑤計(jì)算除塵系統(tǒng)的總阻力。整個(gè)除塵管網(wǎng)的各串、并聯(lián)支管的相關(guān)連接形式確定后，計(jì)算得出總阻力和總風(fēng)量，供選配除塵風(fēng)機(jī)時(shí)采用。

⑥選配除塵系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)。根據(jù)除塵系統(tǒng)的總阻力和總風(fēng)量，選擇風(fēng)機(jī)。然后，校核此選配的風(fēng)機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)是否滿足設(shè)計(jì)要求。

思考題

1.紡織粉塵有哪些特性？描述紡織粉塵的物理參數(shù)有哪些？

2.紡織粉塵燃爆必備的基本條件有哪些？如何防止紡織車(chē)間發(fā)生燃爆？

3.如何計(jì)算紡織除塵設(shè)備的效率？

4.機(jī)組化二級(jí)除塵設(shè)備是如何工作的？

5.板式除塵器有哪些主要部件？板式除塵器采用的濾料有什么特點(diǎn)？

6.何謂風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑？空氣在管網(wǎng)內(nèi)流動(dòng)的阻力是如何產(chǎn)生的？

7.如何確定風(fēng)管里的空氣流速？

8.紡織除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟和內(nèi)容有哪些？紡織除塵系統(tǒng)水力計(jì)算的主要任務(wù)是什么？