13.第十三章_集气罩

第四节 冷过程集气罩的设计和计算
一．冷气流上部伞形罩的外形尺寸
h：罩口距产尘源的距离 根据实际设备需要确定

为避免横向气流干扰，要求其距离
污染源高度h尽可能小于0.3倍的罩口
长边尺寸L
伞形罩设计计算
h2：罩口边 h2≥0.25 A h1：由角度和L确定 圆锥夹角一般≤600 L：罩口长 L＝a+(2×0.4) h B：罩口宽 B＝b+(2×0.4) h
吸气流谱图
四周无边圆形吸气口 速度分布图
四周有边圆形吸气口 速度分布图
宽长比为1：2的矩形吸气口的速度分布
集气罩的集气机理
2.吸气口气流分布的基本特点：

在吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随距吸
气口距离的x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。 吸气口气流速度衰减较快。 对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小，其

等速面形状大致相同；

吸气口结构形式不同，则其气流衰减规律不同。
集气罩的集气机理
二.吹出气流（射流）
1.喷嘴形式：圆形、矩形、扁矩形（长短边比大于10） 2..分类： 按孔口形状： 圆射流、矩形射流、扁射流（条缝射流） 按空间界壁对射流的约束条件： 自由射流、受限射流 按射流温度与周围空气温度是否相等： 等温射流、非等温射流 按射流产生的动力来源： 机械射流、热射流
翻砂、脱模、高速皮 带运输机的转运点、 混合、装袋或装箱 磨床，重破碎机，在 岩石表面工作，砂轮 机，喷砂，热落砂机
控制速度/ms-1
0.25～0.5
0.5～1.0
1.0～2.5
2.5～10
伞形罩设计计算
3.按周围气流情况及有害气体的危害性选择控制速度
控制速度（m/s）
周围气流运动情况
无气流或容易安装挡板的地方
危害性小时
0.20～0.25
危害性大时
0.25～0.30
中等程度气流的地方 较强气流或不安挡板的地方 强气流的地方 非常强气流的地方
0.25～0.30 0.35～0.40 0.5 1.0
0.30～0.35 0.35～0.50 1.0 2.5
伞形罩设计计算
三.流量Q的计算
Q＝kPhV X

（m3/s）
Q C(10x 2 A0 )vx
密闭罩
2.排风量的计算： 组成：由运动物料带入的诱导空气、由开口或不严密 缝隙吸入的空气 计算： 按开口或缝隙处空气的吸入速度v0和开口总面积F0 计算（一般取v0＝0.5～1.5m/s） Q＝F0 V0 按经验公式或数据确定。 从手册中查找。
2. 除尘器的配置 1）单级 2）多级：综合考虑技术和经济因素 第一级： 重力降尘室，惯性除尘器，旋风除 尘器，重力喷雾塔 第二级：袋式除尘器，文丘里洗涤除尘器，电 除尘器 3．系统布置形式 1）就地式：直接坐落在产尘设备上或附近 2）分散式：几个相邻产尘点合为一个系统 3）集中式：全车间或全厂为一个系统
五.吹吸式集气罩
集气罩的类型
集气罩的类型
集气罩的类型
集气罩的类型
六.集气罩的设计原则





集气罩应尽可能将污染源包围起来，使污染物扩散限制在最 小范围内，以防止横向气流影响，减少排风量 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致，充分利 用污染气流的初始动能； 尽量减少密闭集气罩的开口面积，以减少排风量； 集气罩的吸气气流不允许先经过工人的呼吸区再进入罩内； 集气罩的结构不应妨碍工人操作和设备检修 一般伞形罩的罩口面积一般不应小于有害物扩散区的水平面 积，侧吸罩的罩口长度不应小于有害物扩散区的边长，当有 害物扩散区很宽时，则可做成多个侧吸罩
侧吸罩
三.条缝罩（指宽长比W/L<0.2的矩形侧吸罩）
条缝罩
沿罩口轴线的气流速度衰减公式和排风量（m3/s）:
v0 / vx CxL / A0 Q CxLvx

x: 污染源到罩口中心的距离，即控制距离，m L：条缝罩开口长度，m A0：条缝罩罩口面积，m2 C: 与条缝罩结构形式和设置情况有关的系数。四 周无边条缝罩取C＝3.7；四周有边条缝罩取C=2.8； 操作平台上的条缝罩取C＝2
Q 2vx AB(B / A)0.2 Q 3vx AB( B / A)0.2
Q 2vx AB( B / 2 A)0.2
Q 3v x AB( B / 2 A) 0.2 Q 1.57v x D 2 Q 2.36v x D 2
五.
热源上部集气罩的设计和计算
1.低悬罩 H< 1.5 A • 近似认为热射流流量和横断面积基本不变
第五节 其他类型集气罩的设计方法
一.密闭罩




1.一般要求： 尽可能将污染源密闭； 密闭罩内应保持一定的均匀负压，避免污染物从罩上 缝隙外逸；（负压一般不小于5－12Pa） 吸风点位置不宜设在物料集中地点和飞溅区内，以避 免把大量物料吸入到净化器中； 处理热物料时，吸风点宜设在罩子顶部，同时时当加 大罩子容积； 设计密闭罩应不妨碍工艺生产操作和方便检修
a、b为产尘源的长和宽
60°
伞形罩设计计算
二.污染源的控制速度
1.控制速度：罩口前污染物扩散方向的任意点上，均 能使污染物随吸入气流流入罩内，并将其捕集所必须 的最小吸气速度。 2.控制点及控制距离
伞形罩设计计算
2.控制速度选择原则

按有害物散发条件选择控制速度 按周围气流情况及有害气体的危害性选择控制速度 对于某些特定作业的吸入速度 按有害物危害性及排气罩形式选择控制速度
集气罩的设计原则





为保证排风罩的排风均匀，可以采用多个吸风口、加挡 板、加条缝、加分层板、采用条缝口等措施。 伞形罩的截面和形状应尽可能与有害物扩散区的水平投 影相似； 伞形罩的开口角度宜等于或小于90º，最大不应大于120º。 为减小伞形罩的高度，对边长较长的矩形伞形罩，可将 长边分段设置，使其分割成多个小罩； 伞形罩应设罩裙（垂直边），罩裙高度为 h2 0.25 A 排除热气体或潮湿性气体时，应在伞形罩罩裙内部设置 檐沟，并设置有连接排水管的接口
四.槽边集气罩
1.结构形式
平口式：吸气范围大，排风量大 条缝式：气流速度分布均匀， 条缝吸气速度一般采用6～9m/s 2.布置方式 单侧：槽宽B≤700mm 双侧: 槽宽B>700mm 周边：见下图
Байду номын сангаас
槽边集气罩的布置
周边布置
槽边集气罩
3.罩口形式
槽边集气罩



采用等高条缝，条缝口上气流速度不易均匀。 其速度分布的均匀性和条缝面积f与吸气管截面F之比有 关，f/F越小，速度分布越均匀。 f/F≤0.3时，可近似认为是均匀的； f/F>0.3时，最好采用楔形条缝。
集气罩的集气机理
1.点汇流的流动情况

吸气口面积很小；流动没有阻力 通过各等速面的流量相等，并且 等于吸气口的流量
Q 4 r12v1 4 r22v2


点汇流外某一点的流速与该点至 吸气口距离平方成反比。尽量减 少罩口到污染源的距离。 若吸气口四周加挡板，吸气范围 减少一半，有利于增强控制效果
四.吹吸气流
吹吸气流的形状 以抵抗侧风和侧压能力大，动力消耗小综合评价，C图 流动形式好。
第三节. 集气罩的类型和设计原则

类型



密闭罩 排气柜 外部集气罩 接受式集气罩 吹吸式集气罩
集气罩的类型
一.密闭罩
1.局部密闭罩 适于污染气流速度较 小，且连续散发 2.整体密闭罩 一般适用于有振动， 且气流速度较大 3.大容积密闭罩 适用于多点、阵发性、 污染气流速度大
二.侧吸罩（圆形或矩形罩口）
1.沿罩口轴线的气流速度衰减公式： v0 / vx C(10x2 A0 ) / A0



C：与集气罩的结构形状和设置情况有关的系数。前面无 障碍，四周无边的侧吸罩取C＝1；操作台上的侧吸罩取C ＝0.75;前面无障碍，有边的侧吸罩取C＝0.75 x：控制距离，m A0：罩口面积，m2 V0：罩口吸入风速,m/s 2.排风量计算公式（m3/s）：
净化系统
二.局部排气系统设计的基本内容 1.集气罩：
结构形式、安装位置、性能参数 2.净化设备选择和设计： 经济、合理、成熟、达标 3.管道系统设计： 管道布置、流速确定、管径选择、压力损失计算、 通风机选择 4.排放烟囱： 结构尺寸、工艺参数（烟囱高度、出口直径、排气 速度）
第二节
一.吸入气流：
集气罩的设计原则



伞形罩和侧吸罩上的排风管，应尽量设置在有害物扩散区的 中心，罩口面积与排风管面积之比最大可为16：1，喇叭形侧 吸罩的长度应为管道直径的3倍，以保证侧吸罩吸风均匀； 侧吸罩的罩口一般均应有边，以防止罩口背后的气流形成涡 流，从而减少罩口有效面积；边宽应与罩口直径或边长相等， 但不应超过150mm。（有边罩口的排风量可较无边罩口减少20 －30％） 在保证气流分布均匀和不妨碍操作的情况下，侧吸罩的罩口 面积应尽量加大，以降低罩口速度和压力损失，扩大排风罩 的吸气区域；
集气罩的集气机理
3.一般特性

圆射流可向上下左右扩散； 扁射流只向条缝吹出口两侧方向扩散；

方形吹出口及长宽接近1的矩形风口喷出的矩形射 流，在距离大于10倍吹出口直径后，射流断面几乎 成为圆形。 由于热浮力的作用，非等温射流的轴线将产生弯曲。 射流温度高于室内空气温度时，轴线向上弯曲，反 之轴线向下弯曲。
楔形条缝口高度的确定
f/F
条缝末端高度h1 条缝始端高度h2
≤0.5
1.3h0 0.7h0
≤1.0
1.4h0 0.6h0
h0:条缝口平均高度
4.条缝式槽边集气罩排风量计算

高截面单侧排风： 低截面单侧排风： 高截面双侧排风（总风量）： 低截面双侧排风（总风量） 高截面周边环形排风 低截面周边环形排风 A: 槽长，m B: 槽宽，m D: 圆槽直径，m Vx:控制速度，m/s



吹出气流由于卷吸作用，沿射流方向流量不断增加， 射流呈锥形；吸入气流的等速面为椭球面，通过各等 速面的流量相等，并等于吸入口的流量。 射流轴线上的速度基本上与射程成反比；而吸气区内 气流速度与距气流口的距离平方成反比。吸气口能量 衰减快，其作用范围较小。 吹出气流的控制能力大；吸入气流有利于接受。利用 吹出气流把污染物输送到吸气口，或利用吹出气流阻 挡、控制污染物的扩散
P：罩口周长，m h：罩口至污染源距离，m Vx: 污染源控制速度，m/s K：考虑沿高度速度分布 不均匀的安全系数，通常 取1.4。
伞形罩设计计算
四.设有活动挡板的伞形罩
为提高效率，上部集 气罩最好靠墙布置或在罩 口四周加活动挡板
伞形罩设计计算
五.罩口气流分布均匀的措施
为保证罩口吸气速度均匀: a-集气罩扩张角不应大于60° b-分成几个小罩可降低高度 c-加挡板或气流分布板
集气罩的类型
二.排气柜
a 排气点设于下部的排气柜
b 排气点设于上部的排气柜 c 上下均设排气点的排气柜
集气罩的类型
三.外部集气罩
a b c d 上部集气罩 下部集气罩 侧吸罩 槽边集气罩
集气罩的类型
四.接受式集气罩
本身产生诱导气流，并带动污染物一起运动
a 热源上方接受罩 b 砂轮机接受罩
集气罩的类型
因外界干扰气流影响对控制速度增加修正
伞形罩设计计算
3.按有害物散发条件选择控制速度 污染物产生状况
以轻微的速度放散到相 当平静的空气中 以轻微的速度放散到尚 属平静的空气中
以相当大的速度放散出 来，或放散到空气运动 迅速的区域 以高速放散出来，或放 散到空气运动迅速的区 域
举例
蒸汽的蒸发，气体或 烟从敞口容器中外逸 喷漆室内喷漆，断续 的倾倒有尘屑的干物 料到容器中，焊接
第十三章 集气罩
本章内容
1. 净化系统的组成及系统设计的主要内容
2. 集气罩的集气机理 3. 集气罩的类型和设计原则 4. 冷过程集气罩的设计和计算 5. 其他类型集气罩的设计方法
第一节
净化系统的组成 及系统设计的主要内容
一.净化系统
1.组成 •集气罩
•风管
•净化设备 •风机 •烟囱 •辅助设施
净化系统

集气罩的集气机理
4.等温圆射流结构示意图
吹气口半径R0、圆射流断面半径R、极点m、扩散角 α 、射流核心段、射流起始段长度S0、轴心速度Vm、断 面流量Qx、断面平均速度Vx。 用扁矩形吹气口半高度b0代替R0，上图也可表示扁 射流的结构
集气罩的集气机理
三.吸入气流与吹出气流的差异
吸入气流与吹出气流