0026-雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)
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旋風(fēng)分離器對(duì)稱蝸管進(jìn)口的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)
Bingtao Zhao, Henggen Shen, Yanming Kang
翻譯：于亮亮
摘要：設(shè)計(jì)三種具有不同幾何形狀進(jìn)口的旋風(fēng)分離器,一種是傳統(tǒng)的單一切向進(jìn)口(CTSI),一種是對(duì)稱的直蝸管進(jìn)口(DSSI),還有一種是對(duì)稱的收斂蝸管進(jìn)口(CSSI)。進(jìn)口類型對(duì)旋風(fēng)分離器工作特性的效果,包括收集效率和壓降,本文研究并比較其與粒子大小和流速的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)稱的蝸管進(jìn)口(SSI),尤其是CSSI形狀進(jìn)口,隨著新增的可忽略壓降的條件下越來(lái)越多的對(duì)收集效率有重要的影響。另外,收集效率和壓降的研究結(jié)果也包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論模型之間的比較。
關(guān)鍵字:旋風(fēng)分離器;對(duì)稱的蝸管進(jìn)口;收集效率;壓降。
⒈介紹：
旋風(fēng)分離器廣泛應(yīng)用于空氣污染控制領(lǐng)域，為含懸浮微粒氣體進(jìn)行氣–固分離等工業(yè)應(yīng)用[1］。由于其制造簡(jiǎn)單,操作成本低,和對(duì)極端的苛刻條件的適應(yīng)性好,因此無(wú)論是應(yīng)用在工程上還是操作過(guò)程上旋風(fēng)分離器成為最主要的除塵裝置之一。然而,越來(lái)越多的提倡環(huán)境保護(hù)，氣–固分離都強(qiáng)調(diào)應(yīng)該分離出最大量的微塵粒子。為達(dá)到這個(gè)要求,旋風(fēng)分離器幾何學(xué)和性能的改善要比替換可更換件來(lái)得重要。許多專家認(rèn)為擴(kuò)大旋風(fēng)室是提高旋風(fēng)分離器性能的主要因素,通過(guò)引進(jìn)新設(shè)計(jì)的進(jìn)口與操作變量。這包括對(duì)一臺(tái)分離試樣的旋風(fēng)分離器的裝有多個(gè)進(jìn)口葉片的分餾器的測(cè)試并結(jié)合其他的研究[2］,德奧特建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)算小型圓柱多諧振蕩器旋風(fēng)分離器的收集效率[3］,穆?tīng)柡望溈朔▊愐匀R普勒的典型幾何學(xué)為基準(zhǔn)測(cè)試一個(gè)有多個(gè)進(jìn)口的旋風(fēng)分離器[4］,高塔姆和斯蒂納斯設(shè)計(jì)和測(cè)試一個(gè)可換氣的多進(jìn)口旋風(fēng)分離器取樣器的最小方向偏差[5］,通過(guò)分離后的清潔空氣來(lái)比較一個(gè)雙進(jìn)口旋風(fēng)分離器的性能[6］。在本文中,介紹了一些形狀研究員設(shè)計(jì)的不同形狀進(jìn)口的新式進(jìn)口,和它們對(duì)旋風(fēng)分離器的性能效果的實(shí)驗(yàn)性研究。
⒉試驗(yàn)性的研究
三種具有不同幾何形狀進(jìn)口的旋風(fēng)分離器,包括傳統(tǒng)的單一切向進(jìn)口(CTSI),對(duì)稱的直蝸管進(jìn)口(DSSI),和對(duì)稱的收斂蝸管進(jìn)口(CSSI),已經(jīng)研制出了。它們的幾何形狀和尺寸見(jiàn)Fig1和Table⒈為了測(cè)試不同的進(jìn)口類型所帶來(lái)的效果,其它的尺寸設(shè)計(jì)完全相同,僅進(jìn)口的幾何形狀不同。
Fig.1 旋風(fēng)分離器形狀示意圖：(a) Model A 傳統(tǒng)的單一切向進(jìn)口 (b) Model B 對(duì)稱的收斂蝸管進(jìn)口 (c) Model C 對(duì)稱的收斂蝸管進(jìn)口。.
Table 1：旋風(fēng)分離器尺寸統(tǒng)計(jì)：（單位mm）
Fig.2：試驗(yàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖
圖⒉所示為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)。 壓降是由接在旋風(fēng)分離器進(jìn)口和出口管的兩壓力計(jì)測(cè)量的。通過(guò)一數(shù)字微壓計(jì)(SINAP ,壓差1000-IIIC )讀得。收集效率是通過(guò)微顆粒大小分析器(SPSI,LKY -2)所得粒度分布計(jì)算的。由于Model B,C具有一樣對(duì)稱的進(jìn)口,所以組合式旋風(fēng)分離器各進(jìn)口的流速是相等的。并且流速可由閥來(lái)控制;運(yùn)行條件也相同,將濃度為5.0g/m3的粒子用雙噴管螺旋給料機(jī)喂到進(jìn)口管中。固體顆粒為滑石粉核心密度的2700kg/m3,按原標(biāo)準(zhǔn)尺寸分配,平均直徑的5.97Am,幾何偏差為2.08。在這次測(cè)試過(guò)程中平均大氣壓,環(huán)境溫度,和相對(duì)濕度分別是99.93kPa,293K,75%。
⒊結(jié)果和討論
3.1 收集效率
圖3顯示所測(cè)量的旋風(fēng)分離器總效率與流速或者進(jìn)口速度的關(guān)系。正如預(yù)料的那樣收集效率隨進(jìn)口速度的增加而增加。然而,Model B Model C兩旋風(fēng)分離器有著對(duì)稱的蝸管進(jìn)口,在同一進(jìn)口速度下,兩者的總效率永遠(yuǎn)要高于傳統(tǒng)的單一切向進(jìn)口旋風(fēng)分離器(Model A)，特別是有CSSI的旋風(fēng)分離器(Model C)的總效率最高。在測(cè)試給定的相同速度條件下,通過(guò)改善進(jìn)口幾何形狀所帶來(lái)的旋風(fēng)分離器總效率的增加率分別為0.15–1.15%和0.40–2.40%。
圖4(a)–(d) 比較不同進(jìn)口類型的旋風(fēng)分離器的分級(jí)收集效率。在進(jìn)口速度分別為11.99,16.04,20.18,和23.85m/s時(shí)的流速分別為388.34,519.80,653.67,和772.62 m3/h?？梢?jiàn),旋風(fēng)分離器的摩擦效率隨粒子大小的增加而增加。所有旋風(fēng)分離器的分級(jí)收集效率曲線都呈S形。DSSI(Model b)和CSSI(Model c)旋風(fēng)分離器的摩擦效率分別比CTSI旋風(fēng)分離器(Model a)大2–10%,5–20%。這表明進(jìn)口的幾何形狀對(duì)旋風(fēng)分離器的收集效率有著重要的影響。進(jìn)入有對(duì)稱的蝸管進(jìn)口的旋風(fēng)分離器(Model B和C)的粒子容易聚集在旋風(fēng)分離器壁上,因?yàn)榱Ｗ又荒芤苿?dòng)很短的位移,尤其CSSI(Model C)改變了粒子分布濃度并使粒子在進(jìn)入旋風(fēng)分離器的筒體前就從氣體中分離了出來(lái).圖5根據(jù)傳統(tǒng)的理論[7–11］比較了流速為653.67m3/h(進(jìn)口速度為20.18m/s)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。很明顯,以Mothes /Loffler模型Iozia/ Leith 理論得出的效率曲線比其它的學(xué)說(shuō)所得的曲線更符合試驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果與研究進(jìn)行經(jīng)過(guò)Dirgo、Leith 和Xiang 等人的研究結(jié)果相吻合。
Fig.3 不同進(jìn)口速度下旋風(fēng)分離器的總效率
比較表明有些模型可以推斷一個(gè)還沒(méi)有公開(kāi)的理論結(jié)果。但是現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)理論還不足以推斷出流態(tài)和粒子濃度分布的變化是對(duì)稱的蝸管進(jìn)口對(duì)旋風(fēng)分離器性能產(chǎn)生的效果。為了更清楚地驗(yàn)證對(duì)稱的蝸管進(jìn)口對(duì)旋風(fēng)分離器性能的作用效果,再看圖6,表示隨著流速或進(jìn)口速度的變化引起的各個(gè)模型的50%切截尺寸。在相同進(jìn)口速度下model c和model b的50%切截尺寸比model a要低。與進(jìn)口速度的減少一樣,50%切截尺寸也是近似呈線性減少的。例如，當(dāng)進(jìn)口速度為20.18m/s時(shí),50%切截尺寸的減少率由model b的9.88%和model c的24.62%決定。這表明新型進(jìn)口可以促進(jìn)旋風(fēng)分離器的收集效率。
3.2.壓降
旋風(fēng)分離器得壓差數(shù)值通常表示為一定數(shù)量的氣體入口速度壓頭高度差，用壓差數(shù)值系數(shù)表示，壓差數(shù)值系數(shù)是進(jìn)口動(dòng)壓壓差數(shù)值的分度。表2列出了在不同的入口速度時(shí)這三個(gè)旋風(fēng)分離器的壓差數(shù)值系數(shù)值。
顯然,旋風(fēng)分離器的壓降高低與流速高低有關(guān)。然而,一定流速或者入口速度下,A、B和C模式的壓力降系數(shù)有所不同，在5.21和5.76之間變化，其平均值為5.63。例如模式B在5.22–5.76之間變化，平均值為5.67；模式C在5.16–5.70之間變化平均值為5.55；模式A根據(jù)回歸分析計(jì)算。這是一個(gè)重點(diǎn)，因?yàn)橛纱擞锌赡茉跊](méi)有有效的壓差值增加的情況下提高氣旋收集效率。
表3列出了壓降的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與電流理論的比較結(jié)果。結(jié)果顯示Alexander和Barth模式與試驗(yàn)數(shù)據(jù)最符合,盡管Shepherd ，Lapple 和Dirgo 氣旋模式推算也很出色。
Fig.4 不同進(jìn)口速度時(shí)的選粉效率等級(jí)：(a)進(jìn)口速度為11.99 m/s (b)進(jìn)口速度為16.04 m/s (c) 進(jìn)口速度為20.18 m/s (d) 進(jìn)口速度為23.85 m/s.
Fig.5 試驗(yàn)所得效率等級(jí)與理論的比較 Fig.6 旋風(fēng)分離器的50%切截尺寸
Table 2 ：旋風(fēng)分離器的壓力損失系數(shù)：
Table 3 ：與理論壓力損失系數(shù)比較：
4、結(jié)論
人們發(fā)明了一種具有對(duì)稱的蝸管進(jìn)口(SSI)，DSSI和CSSI的新型旋風(fēng)分離器,并且測(cè)試和比較了這種進(jìn)口類型的旋風(fēng)分離器的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這種DSSI旋風(fēng)分離器和CSSI旋風(fēng)分離器的總效率分別比CTSI旋風(fēng)分離器高出0.15–1.15%和0.40–2.40%。此外,DSSI旋風(fēng)分離器、CSSI旋風(fēng)分離器和CTSI旋風(fēng)分離器的壓力損失系數(shù)分別是5.63、5.67和5.55。盡管這些并聯(lián)進(jìn)口增加了旋風(fēng)分離器的復(fù)雜程度并加大了其成本,然而具有SSI尤其是CSSI的旋風(fēng)分離器具有更好的收集效率,而且顯著的減少了壓力損失。這篇文章介紹了借助于改進(jìn)進(jìn)氣道幾何形狀設(shè)計(jì)而改善旋風(fēng)分離器性能的可能性。
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