真空系统设计（速度）

2.4.1.1切向速度

切向速度是决定气流全速度大小的主要速度分量和决定气流质点离心力大小的主要因素,其表达式为:

式中,r为质点的旋转半径,即质点到轴心的距离;k为常数;n为由流型决定的指数,n=+1~-1。n=1是理想气体的有势流动,即自由涡流;n=0.5~0.9是外旋流中的实际流动,即准自由涡流; n=0时,v1=k,处在内旋流外侧面上;n=-1时,是内旋流中的流动,即强制涡流。外旋流的指数n,不同文献的试验数值亦不同,一般皆在0.5~0.9之间变化。若n=0.5,则外旋流的切线速度为:

式中,R为质点沿圆筒的旋转半径。上式表明,外旋流中气流质点的切线速度与旋转半径的平方根成反比。因为v1=R,故a=32,表明外旋流中气流质点的旋转角速度,不是常数,而是随旋转半径增大而减小。在内旋转流中,n=-1,则切线速度为:

而v=ar,则k=,表明内旋流中气流质点的切线速度与气流的旋转半径成正比;其比例常数等于内旋流的旋转角速度。回转速度在圆筒部分沿径向的变化和除尘器内的气流状态如图2-82所示。切线速度的最高值,位于内旋流的外边界处,根据检测,在2/3倍出口管径附近,即位于(0.6~0.7)d处,d为出口管径。上述回转速度分布情况在圆锥部分也基本相同。

图2-82旋风除尘器内气流流型示意图

2.4.1.2径向速度

气流的径向速度因内、外旋流的性质不同,其矢量方向也不同。在外旋流中,径向速度由器壁指向轴芯,即是汇流。内旋流中径向速度由轴芯指向器壁,即为源流。

2.4.1.3轴向速度

由于内旋流的径向速度向外,外旋流的径向速度向内,则在内旋流的外侧面处,形成较强的向上轴向运动。外旋流的轴向速度向下,内旋流的轴向速度向上,则在内、外旋流之间有一个轴向速度等于零的交界面,该面大致位于外旋流的内侧面处。关于旋风除尘器内气流是具有倒锥体,并在倒锥体的底部装有反射屏。工作时含尘气体经矩形进气口1,进入圆筒体2,产生高速旋转,在离心力的作用下,粉尘被抛到器壁上,随旋转气流向下做旋转运动,经反射屏5的反射作用,大部分旋转气流旋转上升经排气管6排出,而少量气流则随粉尘经反射屏与器壁之间的环形间隙进入受尘斗4。由于惯性的作用,粉尘碰撞器壁而坠落,小股气流则由透气孔上升至排气管排出。在其他形式的除尘器中,当这种进入受尘斗的气流返回旋风除尘器时,便带走了一定量的灰尘而降低了除尘效率。扩散式旋风除尘器即可避免这种现象,因此,它的效率高于一般除尘器效率。反射屏的角度、透气孔径的大小决定着此种除尘器的效率高低。扩散式旋风除尘器有三大优点:(1)除尘效率高。对较粗的粉尘(20~60μm)可达99%;较细粉尘(2~20m)可达96%,皆高于其他除尘器。(2)结构简单,易制造,与相同除尘能力的其他除尘器比较外形尺寸小。(3)可避免物料在卸料口结料。

选用扩散式除尘器的计算公式为：

式中,Q为每台除尘器的处理气量,m3/h;A进为进气口的截面积,m2;v进为气流在进气口的速度,m/s,一般取v进=10~20m/s;△p为压力降(阻力),Pa;r气为气体密度,kg/m3;g为重力加速度, m/s2;进为阻力系数,一般取进=9.0。也可由表2-26按系列公称直径选择,然后校核其压力降。

实践表明,旋风除尘器的内旋气流到达锥体底部返回流动时,即自下而上流向出口管时产生涡流;由于涡流的低压作用,将一部分已经分离落下的粉尘重新卷起,随出口旋流夹带出去,即污染了真空泵又降低了除尘效率,这就迫使研究者进一步研究和发展了精除尘设备。但在真空冶金中大多是重熔金属,粉尘较少,只有在大吨位的内液真空处理中,夹带大量微细灰尘等,此时在旋风除尘器的真空管路上串接另一种除尘装置。

表 2-26 扩散式除尘器选型表