旋风除尘器的设计

旋风除尘器的设计
分类号编号
烟台大学
毕业论文(设计)
闪速炉用旋风除尘器设计
The design of cyclone dust collector used by flash furnace
申请学位: 工学学士学位
院系: 机电汽车工程学院
专业: 机械设计制造及其自动化
姓名:
学号:
指导老师:
2013年5月31日
烟台大学
闪速炉用旋风除尘器设计
姓名:
指导教师:
2013年5月31日
烟台大学
烟台大学毕业论文(设计)任务书
院(系):机电汽车工程学院
机械设计制造及其毕业届姓名学号 200923501213 2013 专业别自动化毕业论文(设计)题目闪速炉用旋风除尘器设计
职所学专指导教师学历本科副教授机械设计称业
具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等):
1( 阅读与设计相关的文献5--10篇。

2( 熟练使用UG等软件建模～熟练使用AUTOCAD软件绘制二维图。

3( 绘制零件图。

装配图。

4( 认真完成毕业论文～字数不少于一万五千字～格式按学院要求～主张图文并茂～条理清晰。

阐述设计过程～完成设计体会。

进度安排:
1.2013-03-10---2013-03-31: 查阅资料～熟悉UG,掌握旋风除尘器的原理与设计。

2.2013-04-01---2013-04-30: 完成旋风除尘器的零件参数设计。

3.2013-05-01---2013-05-10: 完成受力分析计算～改进相应零件～完成建模。

4.2013-05-11---2013-05-25: 完成旋风除尘器零件图和装配图。

5.2013-05-26---2013-06-05: 撰写毕业论文及指导教师审查。

指导教师(签字):
年月日院,系,意见:
同意
教学院长(主任)(签字):
年月日备注:
摘要
旋风除尘器是现在社会中一种常用的除尘装置，它的优点是结构简单，加工方便，可以设计成不同使用性能的种类，。

它还具有易于维修，价格低廉的优点，所以在现代化的工厂中，旋风除尘器是一种必不可少的除尘装置。

本次毕业设计的目的是通过自己的努力设计出符合要求的能够净化指定空气的除尘设备。

设计中应该具有设计的详细内容，设计完成的图纸和指定的计算分析。

并且把设计内容完善成册。

各部件设计内容设计主要包括筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口的设计计算以及风机的选择计算等组成，筒体与锥体的法兰密封连接方式。

设计成型之后需要进行强度校核等一系列强度计算。

在获得规定的性能的同时设计力求结构简单，维护方便。

设计完成之后，尽量参考文献进行优化设计。

关键词:旋风除尘器各部件设计法兰密封连接强度校核
ABSTRACT
In the modern world，Cyclone dust collector is a common device。

It has some advantages，
like simple structure，easy to process，and it has mand kinds of the machine。

It has other
advantages，like ease of maintenance，inexpensive。

So，in the modern factory，it is a
essential Equipment。

The purpose of curriculum design is through their own efforts design products that meet removal equipment，who can specified the air。

Design should have the details of
computational analysis，then put them into a book.The parts of my design should has barrel,cone,into the trachea,exhaust pipe,hopper and so on.After the design we should carry on the calculate of the cyclone dust collector’s strength.If we
Guarantee the performance,so we should find ways to make it simple and inexpensive.
Key words: Cyclone dust collector Each component design Flange connection Strength check
目录
绪论 (1)
第一章
第二章旋风除尘器的工作原理与性能指
标 (2)
2.1闪速炉的简介 ....................................................
3
3 2.2旋风除尘器的工作原
理 ............................................
2.3旋风除尘器的分类 ................................................
4
2.4旋风除尘器的特点 ................................................
4
2.5旋风除尘器内的流场 ..............................................
4
2.6旋风除尘器内的压力分布 ..........................................
7
2.7旋风除尘器的性能及其影响因素 ....................................
7 第三章旋风除尘器各部分尺寸的确定 ......................................
13
3.1形式的选择 (13)
3.2确定旋风除尘器的尺寸 ...........................................
13
3.3筒体尺寸的确定 .................................................
13
3.4压力试验及其强度校核 ...........................................
17 第四章各个零部件的设
计 (20)
4.1筒体的设计 .....................................................
20
4.2锥体的设计 .....................................................
22
4.3排尘阀的设计 ...................................................
23
4.4支座的选择计算 .................................................
24
4.5 其他部分的设计 .................................................
27
4.6支架的设计计算 .................................................
27 第五章典型零件的建模过
程 (32)
5.1 筒体的建模 .....................................................
32
5.2 锥体的建模 ....................................................
34
5.3除尘阀的建模 ...................................................
34 第六章计算压力损
失 ................................................... 35 后
记 (39)
致谢 ..................................................................
40 参考文
献 (41)
烟台大学毕业论文(设计)
第一章绪论
毕业设计是每位大学生毕业之前的一次综合性的检测。

毕业设计需要每位学生通过大学四年里面所学的专业课、公共课的理论知识，然后通过查阅资料等实际方式，理论结合实际从而设计出符合要求的产品。

毕业设计锻炼了我们作为大学生应当具备的发现问题，解决问题的能力，为我们以后走上工作岗位打下了一个良好的基础。

我的毕业设计是旋风除尘器，在拿到毕业设计题目之前，我对于旋风除尘器知之甚少。

所以不断地搜集资料，最终拿出设计方案。

通过这次的毕业设计，我加深了专业课所学的知识，又学习了专业软件的使用。

我相信这次毕业设计对我以后的工作是很有帮助的。

随着人类发展和社会进步，我们越来越感激现代科技带给我们的便利，同时我们也面临着越来越严重的污染问题。

水污染，大气污染等已经严重影响到了我们的健康。

前段时间，全国持久不散的雾霾天气现在依然让人们感到大气污染的严峻形势。

环境污染的原因是多方面的，有一些生活垃圾的污染，还有一些工业生产带来的污染。

对我们影响最大的其实是工业生产中一些企业排放不达标所致。

在一些工厂，我们随处可见飘散的微尘，高耸的烟囱。

可想而知，这些污染物，特别是
PM2.5以下的可吸入污染物对我们身体的健康有着很大的影响。

经济发展应当以人为本，可持续发展，所以，环境污染的防止是迫在眉睫的。

现在在工业生产上常用的除尘方式是使用除尘器除尘。

主要的除尘器的除尘方式有湿式除尘装置、机械式除尘、电除尘和袋式除尘器等。

我毕业设计所做的课题是旋风除尘器的设计。

旋风除尘器是机械式除尘装置的一种，机械式除尘还有重力沉降等几种常见的除尘方式。

旋风除尘器对于除去直径较大的尘粒效果显著，而在处理一些污染物尘粒较小的情况下，效果不好。

旋风除尘器是一种在大气污染防治中使用最多的设备。

由于旋风除尘器结构简单，没有运动部件，设备成本低廉，维修保养方便。

所以旋风除尘器是除尘设备中应用最多，使用最广的设备。

旋风除尘器的设备费用，维护保养成为旋风除尘器的主要参考指标。

旋风除尘器的设计主要包括:旋风除尘器的结构设计，各个零件的设计以及风机的选择。

同时，需要对旋风除尘器进行受力计算分析，以保证可靠性达到理想水平。

旋风除尘器的设计在结构上力求简单、经济。

在使用上力求效率高、维护方便，外观美观等。

首先明确旋风除尘器的工作原理，根据查阅到的文献对旋风除尘器内部流场惊醒了而一些概括的介绍。

这样做的目的是能够宏观的了解到整个旋风除尘器内部每个位置的气流的运动规律，如各点的运动方向，运动速度等一些参数。

了解了旋风除尘器内部的流场分布之后，有利于设计出一个合理的除尘器。

其次，根据除尘要求，及选出旋风除尘器所需要的能够满足要求的整体尺寸，一些附件的
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尺寸在整体要求尺寸的基础上进行分析，这样做的好处在于能够使整个设计过程有条不紊，一目了然。

第三，我便是对旋风除尘器的各个部件的结构尺寸进行设计。

由于尺寸的设计实在已经计算好的参数上进行的，所以设计过程变得很简
单。

在确定了各个零部件尺寸的基础上，对设计好的部件进行受力分析，强度校核，以确保他们满足实际生产使用要求，如果不满足就进行修改，直到满足为止。

本次毕业设计的目的是通过自己的努力设计出符合要求的能够净化指定空气的除尘设备。

设计中应该具有设计的详细内容，设计完成的图纸和指定的计算分析。

并且把设计内容完善成册。

设计主要包括筒体、锥体、进气管、排气管、排灰口的设计计算以及风机的选择计算等组成，在获得规定的性能的同时设计力求结构简单，维护方便。

设计完成之后，尽量参考文献进行优化设计。

由于学识水平有限，设计错误之处难免，衷心感谢希望各位老师和同学能够给予指导。

第二章旋风除尘器的工作原理与性能指标
2
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2.1闪速炉的简介
闪速炉是在现在铜火法炼金生产中最常用的冶金炉之一，通过控制氧的浓度、总氧气量可以实现反应精确、可控的强化熔炼。

闪速炉还具有节能环保的优点，它的原理是巨大表面面积的铜精矿的粉状物料，在炉内与氧充分接触，在高温的条件下，以极快的速度完成硫化物的可控氧化反应。

反应可以释放出大量的热能，供给冶金过程，通过使用含硫高的一些物料，有可能实现自热熔炼。

闪速炉具有生产率很高、能耗较低、排放的烟气废物中含有很高浓度的二氧化硫的特点。

由于二氧化硫的浓度高，所以如果直接排放到大气中，会造成大气污染，针对这一情况，我这次设计用于为闪速炉除尘的旋风除尘器。

利用此旋风除尘器可以实现二氧化硫的除尘。

2.2旋风除尘器的工作原理
旋风除尘器的结构如图所示，旋风除尘器在工作时，首先含尘气流由进气管进入到旋风除尘器的内部，含尘气流的运动由直线运动转变成圆周运动。

含尘气流在做圆周运动的过程中，会呈螺旋向下，称为外旋气流。

气流在做圆周运动的过程中，不难分析，无论是气体韩式尘粒都会由于圆周运动而产生离心力。

由于尘粒的密度比空气大很多，所以收到的离心力也会大很多，尘粒将会被甩向筒壁，当尘粒接触到筒壁时，由于自身重力的作用，将会向下运动，一致落到最下部的灰斗处，然后被收集起来。

而气流在做螺旋向下的过程中，在接触到锥体的时候，由于锥体的形状，所以，气流不断地收缩，根据旋转矩不变的原理，气流的切向速度会不断地增加，当达到锥体的某一个部位时，将会做螺旋向上运动，一直到排气口，排出除尘器。

图2-1
3
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2.3旋风除尘器的分类
旋风除尘器经历了一百多年的发展历程，由于科技的不断发展，旋风除尘器才会不断的改进，现在旋风除尘器整体的设计比较成熟，但是随着旋风除尘器的应用
的日益广泛，旋风除尘器仍然有很大的改进空间和发展方向。

旋风除尘器在各种场合的使用不尽相同，所以很有必要对旋风除尘器进行分类。

下面根据不同的特点和要求来进行分类。

按照旋风除尘器自身的内部构造，可以分为普通型旋风除尘器、异形旋风除。

尘器、双旋旋风除尘器和组合式旋风除尘器
按照旋风除尘器的效率不同，可以分为通用旋风除尘器(包括普通旋风除尘器和大流量旋风除尘器)和高效旋风除尘器。

按清灰方式可以分为干式旋风除尘器和湿式旋风除尘器两种。

按进气方式和排灰方式，旋风除尘器可以分为以下四类:
切向进气，周边排灰;
轴向进气，轴向排灰;
轴向进气，轴向排灰;
轴向进气，周边排灰;
2.4旋风除尘器的特点
旋风除尘器整体结构简单，全身没有运动部件，所以这就确保了旋风除尘器的耐用性和很好的维护性。

由于，没有运动部件，旋风除尘器的生产制造很将简单很多，这确保了除尘器的造价低廉。

旋风除尘器采用风机提供风力，自身并不采用动力装置，这样使得旋风除尘器的能耗较低，压力损失较低
旋风除尘器由于自身结构的限制，所以除尘效率不高，对于流量大的含尘气体的处理能力不强，同时处理直径小于6以下的尘粒的能力不强。

,m
2.5旋风除尘器内的流场
旋风除尘器内的流场是一个相当复杂的三维流场。

气体在旋风器内作螺旋运vzvr动时，任一点的速度均可分解为切向速度、轴向速度和径向速度。

vt
(1)旋风除尘器筒体内不同方向的速度的分析。

v切向速度 t
对含尘气流内粉尘颗粒的收集和分离起着主导作用的是切向速度，含尘气体在切向速度的作用下发生沉降的过程是由内部向外部在离心力的作用下发生了v沉降，除尘器筒体内部在排气管下方的任何一个平行截面上的切向速度变化t
4
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规律和直径的关系可以总结如下:
气流在旋风除尘器内部发生旋转的时候，它的切向速度的变化过程是随vt着半径不断地增大而将会不断增大，可以比喻成一个和是刚体旋转运动变化有些类似的强制涡旋，在此称其为“内涡旋”，旋转气流在除尘器外部的变化过程可以如下分析，它的切向速度的变化分析为随着半径的的不断增加而在不断地vt 减少，在此可以称为“外涡旋”。

在内涡旋和外涡旋的的相交界的交界面上，他们的综合的切向速度会达到峰值。

旋风除尘器虽然大小不一，样式不一，用途不一，但是他们的切向速度的变化规律却是惊人的相似。

下面是表达的公式: nvr,n t
n为常数
公式中r是指把气流看成一个质点，它的的旋转半径;n是指气流质点速度分布指数，它的值一般在0.5-0.9。

如果忽略了旋风除尘器内部含尘气流所存在的内摩擦力的情况，根据能量守恒定律，理想情况下n=1，此时，=n，称之为自由旋转流。

所以可以得出，1vrt 与n相减的差值便是普通旋转流和自由旋转流的差别，下面的公式可以计算n 的取值
T0.140.3n,1,(1,0.668)D()0 283
上式中 D —除尘器筒壁的直径，单位m;
T —热力学温度，单位K;
n —速度分布指数。

切向速度最大所在的位置称之为强制旋流的半径，查阅相关资料得到
2 r,rme3
r上式中—排气管半径 e
图2-2 压力分布图
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径向速度 vr
能够影响旋风除尘器分离含尘气流的关键性因素是径向速度，因为它将vr会使含尘气流中的尘粒由外部向内侧沿着除尘器内壁直径的方向向漩涡中心靠拢，进而会影响尘粒的沿着筒壁的沉降。

但是径向速度与切向速度相比实在太小，通常情况下在?1-5m/s范围内。

vr
轴向速度 vz
由于轴向速度的存在才构成了旋风除尘器内部的外面的气流向下旋转运vz 动，内部的气流向上旋转运动的双向的旋转流动。

实验表明，在某一个位置始终存在一个和除尘器筒壁平行的轴向速度为零的面，即使这个面存在于除尘器的锥体的部分，同样能够使外层气流的厚度保持不变。

除了上述三种已经叙述的流速外，还存在由于轴向速度和径向速度的的共同作用下而引起的涡流。

他们最终都会影响到除尘效率，而使除尘效率降低。

(2)旋风除尘器内的涡流变化情况分析
根据上文叙述已知，在除尘器的内部，除了主旋转气流外，还存在由于轴向速度和径向速度的的共同作用下而引起的涡流。

能够对旋风除尘器内部的压力损失和分离效率产生较大影响的是涡流。

下面是除尘器内部常见的集中涡流情况: 纵向旋涡流是一种由再循环纵向流动，它的中心是以旋风除尘器内部的内旋流和外旋流的分界面。

节流效应是在排气管的下端的位置产生的，这是因为排气管由于厚度的影响到排气管的有效通流截面，从而使在排气管下部的内旋流的通流截面大于排气管垫额通流截面。

纵向旋涡流对于除尘器分离性能的影响主要在于他会使气流中大尘粒的甩力远远大于尘粒自身所受到的离心力，这样的结果就是造成了分离性能指标的降低。

短路流，是在旋风除尘器上盖、排气管与上盖连接部位与筒体内壁之间，在径向速度与轴向速度的共同作用下，会形成一种局部涡流，这部分涡流中的气体都是未经净化的含尘气流，当气流接触到排气管外壁时，会在重力的作用下沿着排气管内表面向下运动，直到滑落到排气管的下方入口处，在此，尘粒将会结合净化的空气一起进入排气管，进而排除除尘器，这样就会造成旋风除尘器效率的降低。

外层涡流中的局部涡流
旋风除尘器由于加工制造的方便和从经济性上考虑，可能会造成旋风除尘器加工成型之后，其内壁存在不光滑的情况，通常这些情况的原因是由于焊缝的存在或者内壁的突起等。

正是由于这些情况的存在，有可能造成与主要气流方向垂直的一些不规则涡流，这种涡流的总量在整个涡流中很少，一般情况下只在整个
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涡流中占1/5，但是这种涡流在筒壁表面流动，会使同比表面附近的尘粒，或者使经过分离的一些尘粒又一次的带到了内层旋流中，于是，一些尘粒就会跟着内涡流进入排气管进而随着净化后的空气排放到大气中，导致旋风除尘器的分离能力的降低。

受这一涡流影响最严重的尘粒是直径为5以下的尘粒。

,m 底部夹带
在一些情况下，涡流会延伸到灰斗中，会将灰斗里面已经收集的尘粒重新扬起，特别是一些细小的尘粒受此影响最大。

底部夹带是影响除尘器除尘效率的最主要的原因，底部夹带过程中带出的粉尘占整个粉尘的20%-30%。

因此，要首先减少底部夹带，减少底部夹带的措施主要是合理的设计除尘器的结构，比如底部装除尘阀装置，这样可以有效的减少底部夹带，进而提高除尘效率。

2.6旋风除尘器内的压力分布
旋风除尘器的压力损失主要由旋风除尘器的结构形式、工作原理、压力与温度、旋风除尘器自身的尺寸设计以及含尘气流的性质等一些方面影响。

(1)结构形式的影响
压力损失受结构形式的影响主要在于旋风除尘器的自身的构造的不同而不同。

如果旋风除尘器的自身构造相同或者相似则旋风除尘器的压力损失情况基本一致。

(2)温度和压力的影响
温度可以直接影响到气体的密度，根据热胀冷缩原理，随着温度的升高，气体的密度是不断减小的，气体随着压力的增大，其密度是不断增大的。

所以压力损失随着温度升高或者压力增大而在不断地增大。

(3)除尘器尺寸的影响
对于压力损失影响最大的因素是旋风除尘器的尺寸设计。

进气口的面积增大就会造成气流在很短的时间内急剧扩张，造成能量损失。

排气管的直径越小，也会使
气流在短时间内压缩，同样造成了能量损失。

但是圆筒和锥体的长度增加却增加了气流在旋风除尘器内的时间，会是压力损失有所减小。

(4)含尘气流的性质的影响随着含尘气流中尘粒浓度的增加，压力损失会随之减小。

造成这种结果的原因是:旋转气流在旋风除尘器内部会与尘粒发生摩擦，使他的速度下降。

2.7旋风除尘器的性能及其影响因素
2.7.1旋风除尘器的技术性能
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旋风除尘器的主要技术特性包括处理气体流量，压力损失，除尘效率，耗钢量，使用寿命的几个方面。

(1)处理气体流量Q
处理气体流量Q指的是单位时间内通过除尘设备的含尘气体流量，除尘器处理气体流量一般为给定值，用体积流量来表示。

必须是标准状态下的体积流量，如果是高温气体或者不在一个标准大气压下的的气体必须进行换算到标准状态，33单位是m/h或m/min表示。

(2)压力损失
旋风除尘器的压力损失?p是指含尘气流在旋风除尘器内部受到的压力的损失情况，即含尘气体通过除尘器受到的总体阻力情况，是进气口与出气口的压力之差，压力损失是除尘器的最重要参考指标之一。

压力损失越小则旋风除尘器的效率越高。

因为压力损失与风机的功率是呈现一种正比例的关系。

所以在选择风机的时候首先想要考虑到的是管道、风罩的压力损失和除尘器的处理气体流量，特别是除尘器的压力损失。

压力损失主要包含以下几个方面:
进气管的压力损失;气体在进入进气管后，会由于膨胀或者收缩引起能量损失，气体在近期和关内也会与进气管发生摩擦从而乘胜压力损失。

转气管动能转换为静压能所造成的损的损失排气管内气体旋与旋风除尘器筒壁发生摩擦而造成能量损失;
，3，除尘除尘气体因在除尘器内部发生旋转运动旋转而消耗的能量损失;
尘除尘效除以分为分为在额定负压效率和分级率和分(4)耗钢量业但由于工常常是在负常是在负荷有些场些场70%负荷下的除尘总效率和分级级效率作为判别除性能的一项能的一项指定负负荷下的总效率70%负荷下总效率对比中，可以看出除尘以看出除应性。

3旋风除尘器的耗钢量是每小时处理1000m气体除尘器本身所需要的钢材数级分级效分除尘尘器分离能力的一比较较确切的指标。

对一灰尘灰尘粒径的分级越高,除尘高，除尘效在工业工业测试中，一3μμ、5μμ和10μ0灰尘尘的分级效率作为量旋风旋风除尘器分离的一个依据。

量。

在保证除尘效率的情况下要尽量的减少钢材的使用量，这样可以节约能源，风旋风除割粒径和在某程度上也说明除尘器除尘效率高低。

旋节约材料，降低成本。

下面列举一些典型的例子
处理风量与耗钢量的关系图标
3m处理风量(kg/) 耗钢量(kg)
3000-12000 35-50
3小于3000m/h 大于100
大于等于20000 多筒式旋风除尘器90-160
双极旋风除尘器40-60
(5)使用寿命
旋风除尘器的使用寿命与其自身的设计结构，处理气体的性质，是否有耐磨防磨措施的有很大的关系。

在现在的社会实际操作中一般采用在旋风除尘器内部增加抗磨内衬来延长使用寿命。

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2.7.2 影响旋风除尘器性能的主要因素
(1)旋风除尘器几何尺寸的影响
旋风除尘器的直径，进气口的形状，排气管的形状是在旋风除尘器的集合方面对于旋风除尘器性能影响最大的几个因素。

旋风除尘器的直径不能过小，因为如果旋风除尘器的直径过小，含尘气流在筒壁内可以活动的半径也越小，他受到的离心力越大。

尘粒的运动速度就会越高，在这一个方面，是对于提高旋风除尘器的除尘效率有帮助的额，但是从整体的角度考虑，由于筒壁直径过小，气流的额速度过快，会导致一些直径较大的尘粒有可能在接触到筒壁的时候，由于离心力过大，而反弹至气流中，这就会降低了除尘器的效率。

另外，如果旋风除尘器的筒壁直径过小，也会是尘粒比较容易堵塞一些细微结构。

如果想要旋风除尘器能够有一个较高的除尘效率，则应该保证旋风除尘器的各个部分的结构设计的合理性，特别是保证筒体和锥体的长度比例要合适。

这样有利于提高尘粒在旋风除尘器内停留的时间，从来可以分理处一些细小的尘粒。

使尘粒有充足的时间能够从旋风除尘器内部分离出来，提高了旋风除尘器的分离效率。

锥体的角度对于提高旋风除尘器的分离效率也有很大的关系。

因为如果锥体的角度过大，则气流的半径变化就会变得突然，是气流的速度急剧增加，这样就会带来二次夹带，降低了除尘效率。

反之，锥体采用小角度，含尘气流的半径变化时一。