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Q1500半自動焊煙凈化設備設計
摘要
在焊接操作中經(jīng)常會產(chǎn)生一些有毒的物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)正嚴重的吞噬人類的健康，因此，焊煙凈化設備對保證員工的健康與安全有著重要意義。
本文根據(jù)現(xiàn)有除塵器的特點和原理，結(jié)合焊煙凈化的要求，設計了本焊煙凈化設備，本凈化設備由灰斗，濾筒，反吹系統(tǒng)，及風機組成，含塵氣體進入除塵器灰斗后，氣流中一部分粗大顆粒在動和慣性力作用下沉降在灰斗；粒度細、密度小的塵粒進入濾塵室通過濾筒過濾，凈化后的氣體進入凈氣室由排氣管經(jīng)風機排出。當除塵器阻力達到設定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。
本文所設計的凈化設備，由于采用濾筒過濾，結(jié)構(gòu)尺寸小，基座上安裝有腳輪，方便移動。
關鍵詞：焊煙凈化 濾筒 反吹系統(tǒng) 清灰
ABSCTACT
In the welding operation often will produce some toxic substances, phagocytosis of human health, is a serious of these toxic substances are therefore, welding fume purification equipment is very important to ensure the health and safety of our employees.
In this paper, according to the characteristics and principles of existing dust collector, with welding fume purification request, the design of the welding fume purification equipment, purification equipment by the ash hopper, filter cartridge, cleaning system, and a blower fan, the dust laden gas into the dust hopper, a part of coarse particles in the air and inertial force the settlement in the hopper; fine grain size, low density of the dust into the dust filtering chamber through the filter cartridge filter, the purified air enters a clean air chamber by an exhaust pipe through the fan discharge. When the resistance of the dust remover reaches the set value, the control system sends out the cleaning instructions, ash cleaning system began to work.
Purification equipment is designed in this paper, the cartridge filter, the structure of small size, base is installed with castor, easy to move.
Keywords: welding smoke purifying filter blowback system cleaning
目錄
摘要 I
ABSCTACT II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1 課題的意義 1
1.2 國內(nèi)外除塵技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 1
1.3 焊煙凈化器的分類 4
第二章 焊煙凈化設備原理方案擬定 5
2.1 除塵原理 5
2.2 過濾器材的選擇 6
2.3 清灰方案 7
第三章 動力設計與計算 9
3.1 過濾風速及過濾面積計算 9
3.2 濾筒個數(shù)計算 9
3.3 氣流上升速度 10
3.4 電機及風機的設計計算 11
3.4.1 風機全壓計算 11
3.4.2 電機及風機的選用 13
第四章 結(jié)構(gòu)設計與計算 16
4.1 灰斗組件的結(jié)構(gòu)設計 16
4.2 進風裝置的設計 16
4.3中箱體的結(jié)構(gòu)設計 17
4.4 上箱體的結(jié)構(gòu)設計 17
4.5上箱體橫截面高度 18
4.6 氣包容量的確定 18
4.7 噴嘴直徑及數(shù)量 19
4.8 噴吹短管的設計 20
第五章 ProE三維建模 22
5.2.1 箱體建模 24
5.2.2 濾筒建模 25
5.2.3 基座建模 26
5.2.4 蓋板建模 27
5.2.5灰斗建模 27
結(jié)論 30
參考文獻 31
致謝 32
32
第一章 緒論
1.1 課題的意義
在焊接操作中經(jīng)常會產(chǎn)生一些有毒的物質(zhì)。如：乙醛、松香酸、異氰酸鹽、氮氧化物、硫化物、碳氫化合物等。并在空氣中飛揚。它通過呼吸道侵入到人的肝、肺、心血管及血液中。這些有毒物質(zhì)正嚴重的吞噬人類的健康。導致許多職業(yè)病的出現(xiàn)。如：肺癌、哮喘、濕疹、支氣管炎、皮膚過敏、呼吸道感染等等，重則紊亂中樞神經(jīng)，破壞消化系統(tǒng)，導致并發(fā)癥而衰竭死亡。
因此，工業(yè)空氣凈化設備對提高國民經(jīng)濟，對每個企業(yè)有著重要意義：能保證員工的健康與安全，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)利潤。
1.2 國內(nèi)外除塵技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀
為了防止粉塵對人體的危害，世界各國制定了愈來愈嚴格的控制標準，大力發(fā)展凈化氣體的除塵設備。袋式除塵器近年來得到了很快發(fā)展；電除塵器作為高效除塵設備得到各國廣泛重視，但它們在國內(nèi)外還沒有得到大量應用。
80年代以來，世界各國的除塵設備有了很大的發(fā)展。
（1）對環(huán)境污染的控制標準趨于嚴格
粉塵作為對人體健康及大氣環(huán)境污染的重要有害物，越來越為人們所重視，因而世界各國也采取了相應的限制措施，其中之一是制定嚴格的法律、法規(guī)和標準。
在美國，1963年頒布了潔凈空氣法(Clean Air Act)以后，于1970年、1975年、1977年多次修訂，1990年修訂和補充的潔凈空氣法經(jīng)國會通過后成為一部目前國際上最為嚴格和詳盡的法規(guī)。它的主要內(nèi)容包括確定有害空氣污染物的種類，并將全國劃分成達標區(qū)，未達標區(qū)(隨污染物不同而不同)，對后者限期達標，同時實行排放許可證制度，此外還有關于汽車排放、酸雨和臭氧層保護等有關條款。
在標準方面，美國制定了國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準(NAAQS),國家有害污染物排放標準(NE-SNAPS)以及新污染源性能標準(NSPS)等，這些標準控制了污染物排放，而且愈來愈趨于嚴格，例如對電站，本世紀初美國的排放標準是0. 6lb/10^6Btu. 1971年的NSPS規(guī)定為0.116/10^6Btu，而1978年的NSPS進一步降低到0. 031b/Btu，僅為本世紀初的1/20。
在德國，規(guī)定各種工業(yè)污染物的排放標準為50mg/m^3，不久前公布的17B1mSchV標準中規(guī)定日平均濃度為l0mg/m^3, 1/2小時的平均濃度為30mg/m^3。
由于采用了嚴格的排放標準，德國粉塵排放量自60年代以來逐步降低，三十年來約降低了65%，并有進一步的降低趨勢，而環(huán)境中總懸浮物(TSP)濃度也降低了約65%。
日本對于通常的燃煤電廠煙氣凈化系統(tǒng)要求其出口粉塵排放濃度小于30mg/Nm^3，而在大城市附近的燃煤電廠，其要求與燃油電廠相似，要求低于10mg/Nm^3。
從以上可以看出，依照發(fā)達國家的排放標準，煙囪上已經(jīng)看不見煙塵。
我國自1973年第一次公布13種物質(zhì)的試行排放標準以來，各個工業(yè)部門都相繼制定了本行業(yè)的粉塵排放標準。例如，工業(yè)鍋爐的排放標準是按照大氣環(huán)境標準的一、二、三類地區(qū)來確定的，1983年的標準(GB3841- 83)分別為200, 400, 600mg/Nm^3, 1992年公布的標準(GB13271一91)對于1992年8月1日前安裝的分別為200, 300, 400mg/Nm^3，而8月1日以后安裝的則分別為100,250, 350mg/Nm^3，同時對SO2的排放濃度也提出了要求。顯然要達到新標準就需要采用更高效率的除塵設備。
（2）著眼于對人體特別有害的粉塵
細小的粉塵對人體危害較粗顆粒為大，因此從70年代以來各國都著重于研究微細粉塵(通常稱為微粒)的控制技術(shù)，并提出了許多相應的技術(shù)措施。在美國1992年潔凈空氣法中明確提出對小于lO微米的粉塵(PM10)進行分類。其達標區(qū)與非達標區(qū)是按PM10劃分的。在非達標區(qū)內(nèi)，中等程度的要求在1994年底前達標，再嚴重的要求在2001年底達標。
毒性粉塵對人體危害最大，1990年前NESHAPS僅對7種有毒污物染規(guī)定了標準，其中包括:汞、被、石棉、砷等。但在1990的潔凈空氣法中提出了189種有毒污染物(其中許多是固態(tài)粉塵)，涉及到許多工業(yè)部門，例如燃煤鍋爐的排放物中就有37種之多。1988年美國這些有毒污染物排放的總量超過24億磅。
目前對這些毒物尚未制定標準，潔凈空氣法要求分期分批在10年內(nèi)完成對這些毒物的標準制定工作，而在未制定前要求降低90%，對粉塵要求降低96% 。
德國對某些毒物制定了標準，1986年的TA一Lnft標準規(guī)定第I級的毒物:Hg, Cd,Ti的總量要小于0.2mg/m^3，第I級Ag,Co, Ni, Se, T。的總量要小于1. Omg/m3，第.級Pb, Sb, Cr,Co,Cu,Mn,V,Sn的總量要小于5mg/m'，但是新近頒布的標準17BLmSch V有所提高，規(guī)定Cd,Ti總量小于0. 05mg/m';Sb,As,小于0. 5mg/m3，并且對DioXius及呋喃的總量規(guī)定為0. OOOOOO1mg/m'。
我國的衛(wèi)生標準對工作區(qū)內(nèi)不同毒性的粉塵有著不同的標準，但是在排放標準中尚未得到反映，只是根據(jù)不同工業(yè)、不同工藝規(guī)定了具體的排放標準。
（3）除塵設備的市場不斷擴大
據(jù)美國R. W. Meilvaine報道，1992年全世界的電除塵器及袋式除塵器的市場如表所示。
1992年除塵器的市場(百萬美圓)
美國歐洲/非洲 亞洲 總計
電除塵器 600 6001200 2400
袋式除塵器 800 700700 2200
合計 1400 1300 1900 4600
這兩類除塵器的銷售總和為46億美元。兩者的市場相差不大。但是電除塵器在亞洲的市場遠遠大于美國和歐洲，而袋式除塵器則在美國占首位。
美國1993年粉塵控制設備的市場為1.53X 10^9，美元，略高于氣體處理設備1.456X10^9美元，其中的一個原因是電廠的煙氣脫硫設備減少。在空氣污染控制設備中，電站占第一位，其次是化工，造紙占第3位，石油精煉占第4位，再其次是冶金、水泥、礦山等。
我國的除塵設備自80年代以來也得到很大發(fā)展，全國生產(chǎn)各類除塵設備的制造廠約900多家，發(fā)展較快的是電除塵器和袋式除塵器。以電除塵器為例，70年代我們只有1-2個廠生產(chǎn)電除塵器，而目前電除塵器的生產(chǎn)廠已達136個，其中年產(chǎn)值超干萬元的20多家。全行業(yè)產(chǎn)值近10億元。到1992年為止已制造電除塵器2800余臺，特別在電力工業(yè)中1979年全國僅18臺電除塵器，占火電廠鍋爐容量的4.8%,而到1989年10年間發(fā)展到165臺，占29. 96 0 o，目前在200MW及以上的大型發(fā)電機組已經(jīng)全部采用高效電除塵器。
（4）結(jié)合氣體凈化設備發(fā)展除塵設備
由于對環(huán)境要求的提高，對有害氣體如SO,, NO:等也要求控制。在國外發(fā)展較快的一種形式是在噴霧吸收有害氣體的同時，用電除塵器或袋式除塵器回收其中的固體顆粒，這樣除塵設備成為氣體凈化系統(tǒng)中的重要組成之一。
近年來，意大利、日本以及我國的許多單位，都在開展用脈沖供電的電除塵器來同時清除煙氣中的so，并取得了較好的效果。
（5）發(fā)展高效除塵器
由于各國排放標準日趨提高，特別是對微?？刂频囊笤絹碓絿?，致使高效除塵設備得到特別迅速的發(fā)展，同時也促進了高效除塵器的研究和開發(fā)，其中最為突出的是電除塵器和袋式除塵器。
在發(fā)展高效除塵器的同時，也出現(xiàn)了多種用不同機理組合的除塵設備，如電一袋式除塵器等，但此類除塵器無論在國內(nèi)還是國外都沒有得到大量應用。
1.3 焊煙凈化器的分類
根據(jù)工作原理的不同，焊煙凈化器可分為靜電式焊煙凈化器和機械式焊煙凈化器。
根據(jù)安裝方式的不同，焊煙凈化器可分為臥式焊煙凈化器和移動式焊煙凈化器。
根據(jù)吸氣臂的數(shù)量，焊煙凈化器可分為單臂焊煙凈化器和雙臂焊煙凈化器。
焊煙凈化器的焊煙凈化器的清灰方式有手動清灰和脈沖自動清灰，比較方便工人作業(yè)。
第二章 焊煙凈化設備原理方案擬定
2.1 除塵原理
含塵氣體進入除塵器灰斗后，由于氣流斷面突然擴大及氣流分布板作用，氣流中一部分粗大顆粒在動和慣性力作用下沉降在灰斗；粒度細、密度小的塵粒進入濾塵室后，通過布朗擴散和篩濾等組合效應，使粉塵沉積在濾料表面上，凈化后的氣體進入凈氣室由排氣管經(jīng)風機排出。
隨著濾袋表面粉塵不斷增加，除塵器進出口壓差也隨之上升。當除塵器阻力達到設定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。首先電磁閥接到信號后立即開啟，使小膜片上部氣室的壓縮空氣被排放，由于小膜片兩端受力的改變，使被小膜片關閉的排氣通道開啟，大膜片上部氣室的壓縮空氣由此通道排出，大膜片兩端受力改變，使大膜片動作，將關閉的輸出口打開，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)由輸出管和噴吹管噴入袋內(nèi)，實現(xiàn)清灰。當控制信號停止后，電磁閥關閉，小膜片、大膜片相繼復位，噴吹停止。
圖2-1 除塵原理
2.2 過濾器材的選擇
目前市面主要的過濾器材有濾袋式過濾器和濾筒式過濾器：
圖1 濾筒式過濾器和濾袋式過濾器
（1）濾料對比
濾袋濾料：是三維網(wǎng)狀滌綸針刺氈。延伸率達20%，主要靠纖維纖度阻當粉塵，建立一次粉餅層后提高過濾精度，隨著清灰脈沖氣流使三維壯結(jié)構(gòu)松弛，粉塵易進入濾料內(nèi)部。濾料與粉塵易吸潮。濾料厚度為2.5毫米。實際為深層過濾。
濾筒濾料：用細紗連續(xù)長纖維紡粘聚酯熱軋無紡布做基布，涂覆高分子微孔塑料燒結(jié)膜，延伸率達0.5-2%，主要依靠濾料表面的微孔膜來阻擋粉塵顆粒進入濾料的內(nèi)部。燒結(jié)膜濾料具有防水性能布易吸潮。濾料厚度為0.5毫米。起到表面過濾。
（2）過濾元件結(jié)構(gòu)對比
濾袋結(jié)構(gòu)：圓柱形濾料展開是平面的，為實際面積。列如直徑150mm*2000mm的面積是1平方。濾袋形狀有圓袋和扁袋，安裝時需要另加籠架支撐，安裝更換麻煩。
濾筒結(jié)構(gòu)：圓柱形濾料展開是波浪型。（類似汽車濾芯，濾料硬挺可打摺波紋狀，增加過濾面積）實際面積大。列如：150mm*2000mm的過濾面積是4—5平方，是濾袋面積的4—5倍，濾筒形狀有園柱型和方型。
安裝時不需要另加籠架，安裝更換方便。
（3）清灰與過濾精度及阻力
濾袋除塵：以往的濾袋除塵器過濾風速設計的偏高，在1.5—2.5m/min，有于迎面速度過高粉塵極易進入濾料內(nèi)部，造成清灰困難，阻力高常在1200Pa—2000 Pa 濾速高阻力大，且濾料松弛易造成濾料透粉，排放超標。特別在含濕糊袋的工況超速高阻力易造成濾袋破損。一般過濾精度大于5微米99.9%。
濾筒除塵：濾筒式除塵器過濾風速常設計在0.85 m/min以下（根據(jù)粉塵的細度定）。迎面風速低、表面的高分子燒結(jié)膜、延伸率低。在清灰時粉塵難以進入濾料內(nèi)部，清灰頻率低，阻力上升的慢。阻力常在800-900Pa.。過濾精度大于1微米99.9%。
（4）除塵器的鋼耗與占地對比
濾袋除塵：由于單個濾袋過濾面積小使袋式除塵器殼體外形大，每平方濾料耗鋼量在20.5公斤。
濾筒除塵：由于單個濾筒的過濾面積大，使得濾筒式除塵器殼體外形較小，每平方濾料耗鋼量在8.5公斤。耗鋼量是濾袋除塵器的35—40%。占地面積是濾袋除塵器的60%。有于小的鋼耗節(jié)約了制造周期和安裝周期，獲得了低的制造成本，投資是濾袋式除塵器的80—85%。給除塵器使用企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)場地的空間。使除塵器使用企業(yè)獲得了更大的利益。
綜合以上比較，本設計所設計的焊煙凈化設備要求能移動，因此，要求結(jié)構(gòu)更緊湊，重量更輕；因此，采用濾筒式過濾器材更合理。
2.3 清灰方案
??? (1) 在線清灰和離線清灰。脈沖袋式除塵器可采用在線清灰和離線清灰兩種方法。在線清灰是指在進行脈沖噴吹時,濾袋仍然進行含塵氣體過濾,在線清灰過濾及清灰時對系統(tǒng)波動影響小,但清灰不徹底,不能在線檢修。離線清灰是指把除塵器內(nèi)部分成若干個過濾室,每個袋室的凈氣室上獨立安裝離線閥、氣缸和電磁脈沖閥等壓縮氣控制系統(tǒng),在對每個過濾室進行脈沖清灰噴吹前,通過離線閥首先關閉這個袋室,使該濾室在沒有煙氣過濾情況下進行清灰,因此離線清灰效果更徹底,且能在線檢修,缺點是增加離線機構(gòu)、造價高、清灰時對系統(tǒng)煙氣波動有影響等。
如何選擇在線或離線清灰,應視除塵工藝及用戶條件等諸多方面進行綜合考慮,對于小型且入口粉塵濃度低的除塵器,一般采用在線清灰,反之采用離線；對于大型除塵器一般設計為離線結(jié)構(gòu)并具有離線、在線兩種可以切換的清灰功能,當工況條件允許不離線清灰時,可切換為在線清灰。
??? (2) 管式噴吹和箱式噴吹。管式噴吹是在每排濾袋上方設噴吹管,屬有序噴吹,即通過管上的噴嘴向每條濾袋內(nèi)噴吹清灰氣流,噴吹孔徑各不相同,保證各條濾袋清灰強度均勻,對于大型長袋脈沖除塵器管式噴吹結(jié)構(gòu)大大優(yōu)于箱式噴吹。箱式噴吹不設噴吹管,屬無序噴吹,清灰氣流靠脈沖閥直接噴入上箱體并使之增壓,進而將能量傳遞至該室每條濾袋以實現(xiàn)清灰；箱式脈沖噴吹除塵器中,處于不同部位的各條濾袋,清灰強度存在較大差異,且一般氣耗量較大,濾筒長度受到限制,清灰效果對離線閥的氣密性依賴較大,所以箱式噴吹多用于中小型除塵器。
基于以上分析，本次設計屬于小型移動式除塵設備，采用在線清灰的方法，采用管式噴吹的方法，能使結(jié)構(gòu)更緊湊，成本更低。
第三章 動力設計與計算
?3.1 過濾風速及過濾面積計算
本焊煙凈化設備處理風量:18立方/min
根據(jù)已知條件選擇過濾風速
一般的過濾風速的選擇范圍是在0.8~1.5m/min
此時根據(jù)除塵設備大小和濾帶選擇風速,本設計選擇的是1m /min
根據(jù)過濾風速和處理風量計算過濾面積
公式為：S=Q/V
V---------過濾風速
S---------過濾面積
Q---------處理風量
計算后得S=Q/V=10/1=18平方米
3.2 濾筒個數(shù)計算
濾筒的過濾面積的選擇濾筒過濾面積是指濾筒上濾材展開的有效面積。當我們把濾筒垂直布置時，濾筒越高對節(jié)約整體成本越有利。但濾筒過高，清灰會較困難，目前國際上一般最長的濾筒也是2米。如果除塵器進口粉塵濃度越高，濾材折疊數(shù)可選少一點，折寬選淺一點，即過濾面積少一點，這樣更有利于清灰。對于濾筒式除塵器過濾風速一般為0.6～1.8m/min。最理想的過濾風速為0.9m/min。當粉塵濃度較高時，可以考慮選擇較低的過濾風速，降低了過濾風速有利于提高除塵器的過濾效率，延長濾筒使用壽命，降低工作阻力，改善通風性能。但除塵器造價有所提高，但在有些特殊情況下，濾筒除塵器的過濾風速也可選到3m/min以上。
濾筒有效過濾面積計算公式：
A=L×2×N×M
A-過濾面積m2
L-濾材褶皺寬度m
N-濾材褶皺數(shù)量（個）
M-濾筒高度m
本次設計所選濾筒為美國進口Ultra-Web FR型帶阻燃功能濾筒，規(guī)格為為：350mm/250mm/660mm的濾筒，褶皺寬度為：0.04m，褶皺數(shù)為170個，N-濾材褶皺數(shù)量為2個
A=0.04×2×170×0.66=8.97M2
?所需濾筒個數(shù) K=S/A=18/8.97=2.0 取為2個。
3.3 氣流上升速度
??? 在除塵器內(nèi)部,濾袋低端含塵氣體能夠上升的實際速度,就是氣流上升速度。氣流上升速度的大小對濾袋被過濾的含塵氣體磨損及因脈沖清灰而脫離濾袋的粉塵隨氣流重新返回除塵布袋表面有重要影響。氣流上升速度是除塵器內(nèi)煙氣不應超過的最大速度,達到和超過這個速度,煙氣中的顆粒物就會磨壞濾筒或帶走粉塵,甚至導致設備運行阻力偏大。
除塵器氣流上升速度按下式計算:
?????????? Vk = Sa?Vc/S
? 式中 Vk———除塵器氣流上升速度,m/min;
???????? ?Sa———濾筒過濾面積,m2;
????????? Vc———過濾速度,m/min;
????????? S ———濾筒口的截面積,m2。
計算
Vk = Sa?Vc/S
=18×1/0.08
=112s/min
3.4 電機及風機的設計計算
3.4.1 風機全壓計算
風機全壓是配風機的一個重要參數(shù)，由于空氣流動是依靠見機運轉(zhuǎn)的抽吸作用產(chǎn)生的。因此，風機全壓的計算尤其重要。風機全壓Pw的計算包括：吸風罩和吸風管的總壓力損失Pwl；過濾筒的壓力損失，Pw2，設備出風品的壓力損失Pw3；機外必要的余壓Pw4。
吸風罩及吸風管的總壓力損失
式中 ——沿程壓力損失，
——沿程阻力系數(shù)，根據(jù)已知條件，查文獻【8】，=0.013
——空氣密度=1.293kg/m3
——局部壓力損失，局部壓力損失由90度彎形引起。
式中
——吸風罩局部壓力損失
——彎形局部壓力損失
——吸風罩局部壓力損失系數(shù)，根據(jù)已知條件，
——彎形局部壓力損失系數(shù)
過濾筒的壓力損失由文獻【8】可知，取最大時的數(shù)值，；
設備出風口的壓力損失??；機外必要的余壓取，則風機全壓
3.4.2 電機及風機的選用
除塵器的工作機理是含塵煙氣通過過濾材料,塵粒被過濾下來,過濾材料捕集粗粒粉塵主要靠慣性碰撞作用,捕集細粒粉塵主要靠擴散和篩分作用,濾料的粉塵層也有一定的過濾作用。
??? 處理風量決定著袋式除塵器的規(guī)格大小。一般處理風量都用工況風量。設計時一定要注意除塵器使用場所及煙氣溫度,若袋式除塵器的煙氣處理溫度已經(jīng)確定,而氣體又采取稀釋法冷卻時,處理風量還要考慮增加稀釋的空氣量；考慮今后工藝變化,風量設計指值在正常風量基礎上要增加5%～10%的保險系數(shù),否則今后一旦工藝調(diào)整增加風量,袋式除塵器的過濾速度會提高,從而使設備阻力增大,甚至縮短濾袋使用壽命,也將成為其他故障頻率急劇上升的原因,但若保險系數(shù)過大,將會增加除塵器的投資和運轉(zhuǎn)費用；過濾風速因袋式除塵器的形式、濾料的種類及特性的不同而有很大差異,處理風量一經(jīng)確定,即可根據(jù)確定的過濾風速來決定所必須的過濾面積。
??? 袋式除塵器的使用溫度是設計的重要依據(jù),使用溫度與設計溫度出現(xiàn)偏差,會釀成嚴重后果,因為溫度受下述兩個條件所制約: 一是不同濾料材質(zhì)所允許的最高承受溫度(瞬間允許溫度和長期運行溫度)有嚴格限制；二是為防止結(jié)露,氣體溫度必須保持在露點20℃以上。對高溫氣體,必須將其冷卻至濾料能承受的溫度以下,冷卻方式有多種,較為典型的有自然風管冷卻、強制風冷、水冷等,具體可按不同的工藝及冷卻溫度、布置尺寸要求等進行設計選型。
??? 除特殊情況外,袋式除塵器所處理的氣體,多半是環(huán)境空氣或爐窯煙氣,通常情況下袋式除塵器的設計按處理空氣來計算,只有在密度、黏度、質(zhì)量熱容等參數(shù)關系到風機動力性能和管道阻力的計算及冷卻裝置的設計時,才考慮氣體的成分。在許多工況的煙氣中多含有水分,隨著煙氣中水分的增加,袋式除塵器的設備阻力和風機能耗也隨之變化。含塵氣體中的含水量,可以通過實測來確定,也可以根據(jù)燃燒、冷卻的物質(zhì)平衡進行計算。煙氣中有無腐蝕性氣體是決定濾料、除塵器殼體材質(zhì)及防腐等選擇所必須考慮的因素。另外,若煙氣中有有毒氣體,一般都是微量的,對裝置的性能沒有多大影響,但在處理此類含塵煙氣時,袋式除塵器必須采用不漏氣的結(jié)構(gòu),而且要經(jīng)常維護,定期檢修,避免有毒氣體泄露造成安全事故。
基于以上分析及上面計算，
電機選用YB2系列三相異步電動機。電機功率為1.1KW。
參考額定處理風量及所計算風機全壓，風機選用CF-2A-1型離心風機，該風機參數(shù)為：
風量：2258m3/h
全壓：1150Pa
3.5 選型電磁閥
根據(jù)脈沖閥廠家還提供關于噴吹氣量、工作壓力與噴吹脈寬的曲線圖。注意噴吹氣量是標準狀態(tài)下的氣量，不是工作壓力下的氣量。我們可以將標準狀態(tài)下的氣量轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)下的氣量設計計算。
一般常用的電磁閥廠家有澳大利亞高原、SMC、等等。
本設計選擇的是澳大利亞GOYEN的電磁脈沖閥。本次選的GOYEN的電磁閥的幾個參數(shù)很重要
MM型淹沒式電磁脈沖閥
1).閥門標稱尺寸
有三種? ?25/40/76
對應的口內(nèi)徑尺為 25mm/40mm/76mm??換成英尺為1"/1.5"/3"
2).流動系數(shù)Cv
相對上述三種尺寸的Cv 值為30/51/416
3）脈沖長度0.15sec(可以理解為膜片打開到關閉的時間）
電磁閥的吐出流量
（1）選用GOYEN??Φ40mm電磁閥
Q----------吐出流量
Cv---------流動系數(shù)
P1---------表壓（就是氣包上壓力表值，低壓為0.4MPa以下，超過0.4算高壓，此處選3kg/cm2,即0.3MPa)
G----------氣體比重（這個可以無視，常溫下空氣比重為1.14）
=28442.8/min
=474.1/sec
=71.1/0.15sec
（2）壓力容器的必要容積（這里就是算氣包的直徑和長度）
能夠吐出71/0.15sec的壓力容器的流量
V=Q/（P1-P2）
V----------流量
P1---------清灰前壓力
P2---------脈沖清灰后的壓力（這個根據(jù)工況確定，本人選1.5）
V=71100/1.5kg=47.41L
第四章 結(jié)構(gòu)設計與計算
焊煙除塵設備屬于小型除塵設備，在結(jié)構(gòu)設計上講究結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，方便移動，生產(chǎn)制造成本低。
4.1 灰斗組件的結(jié)構(gòu)設計
灰斗上部與中箱體相連，設計灰斗，除根據(jù)工藝要求確定灰斗的容積和下灰口尺寸外，灰斗組件同其后介紹的進風裝置、中箱體和上箱體一樣，是屬于負壓裝置。為防止發(fā)生被細癟（凹陷）的現(xiàn)象?；叶繁诎宓暮穸纫话銥?mm。本設計中，灰斗采用抽屜式結(jié)構(gòu)。
圖4-1 灰斗
4.2 進風裝置的設計
對進風裝置進行設計，一般采用5mm厚度的16Mn鋼板制作。此外，進風裝置的合理布置也很重要：應保證煙塵在經(jīng)過進風裝置時，煙氣流向合理，對管壁的沖刷降低到最低。
為防止高濃度含塵煙氣對中箱體內(nèi)濾袋及壁板的沖刷，煙氣離開進風裝置，通過矩形進風管的風速一般控制在4m/s以下。
圖4-2 進風口
4.3中箱體的結(jié)構(gòu)設計
中箱體由若干件壁板連接后連續(xù)焊接而成。中箱體壁板一般采用厚度為5mm的普通鋼板制造。在靠近中箱體中間部位有斜隔板組件，負責將塵氣室和凈氣室隔離開。中箱體的結(jié)構(gòu)設計，主要是考慮壁板的耐負壓程度和斜隔板的耐負壓程度。一般采用5mm厚鋼板。
4.4 上箱體的結(jié)構(gòu)設計
上箱體在整個除塵器的設計中是屬于關鍵部位的設計，它的設計好壞直接關系到除塵器能否正常運行。設計上箱體時，應考慮到孔在上箱體內(nèi)的合理布置、上箱體橫截面高度、離線孔的大小及方位。在有內(nèi)旁通的情況下，還要考慮到離線孔與內(nèi)旁通孔的位置關系。當然，對上箱體結(jié)構(gòu)強度的驗算也是同等的重要。
圖4-3 上箱體
4.5上箱體橫截面高度
對上箱體橫截面高度進行控制，主要是保證凈化后的氣體在通過上箱體內(nèi)部空間時，氣流流向均衡，不會發(fā)生由于上箱體截面太小而造成氣流阻力太大，甚至造成風機吸力不夠、無法正常工作的情況發(fā)生。
根據(jù)多年來的設計經(jīng)驗，通過上箱體橫截面的風速不應當超過3m/s。因此，上箱體橫截面為 1500*988mm .
4.6 氣包容量的確定
氣包的工作最小容量為單個脈沖閥噴吹一次后，氣包內(nèi)的工作壓力下降到原工作壓力的70%。在進行氣包容量的設計時，應按最小容量進行設計，確定氣包的最小體積，然后在此基礎上，對氣包的體積進行擴容。氣包體積越大，氣包內(nèi)的工作氣壓就越穩(wěn)定。我們也可以先設計氣包的規(guī)格，然后用最小工作容量進行校正，設計容量要大于（最好遠遠大于）最小工作容量，一般來說，氣包工作容量為最小容量的2～3倍為好。
本設計中，氣包容量為80L，
圖4-4 氣包
4.7 噴嘴直徑及數(shù)量
噴嘴直徑及噴嘴數(shù)量是整個噴吹管設計的核心。在脈沖閥型號確定后的情況下，噴嘴數(shù)量不能無限制增多，它要受到噴吹氣量、噴吹壓力及噴吹濾袋長度等各類因素的綜合影響。目前，3寸脈沖閥所帶領的噴嘴數(shù)量建議最多不要超過20只（一般來說，16只以下比較合適）。根據(jù)澳大利亞高原公司和國內(nèi)上海袋配等知名廠家的多年試驗，在中壓噴吹的狀態(tài)下，噴吹管上所有噴嘴口徑的面積之和應該為噴吹管內(nèi)徑的60～80%，即：
（60～80%）A噴吹管=nA噴嘴。
應當注意，靠近脈沖閥側(cè)的噴嘴比遠離脈沖閥側(cè)的噴嘴口徑大0.5～1mm（澳大利亞高原公司建議），這樣設計的目的，是要保證噴吹管上所有噴嘴噴射出的壓縮氣流均衡（壓縮氣量和壓力的差別控制在10%以內(nèi)）。
若采用低壓噴吹，噴嘴口徑還要進一步加大2～3mm。
圖4-5 噴嘴
4.8 噴吹短管的設計
噴吹短管的作用是導向和引流（誘導噴嘴周圍的數(shù)倍于噴吹氣流的上箱體內(nèi)凈氣流一同對濾袋進行噴吹清灰）。根據(jù)澳大利亞高原控制有限公司的多年噴吹試驗，高速脈沖噴吹氣流通過噴嘴后，氣流沿噴吹軸線成20°角度（0.3Mpa的工作壓力下）向軸線周圍超音速膨脹（擴散錐形角為40°）。還有些時候，由于噴吹管上噴嘴的加工制造有缺陷，造成噴嘴略微歪向一邊。這樣，當噴吹氣流通過噴嘴后，將不會垂直于噴吹管，產(chǎn)生吹偏現(xiàn)象。為了解決這個問題，便引入了噴吹短管的概念（有些除塵設備制造廠家稱其為導流管）。
澳大利亞高原公司提供的噴吹短管的規(guī)格：在使用3寸脈沖閥時，建議采用φ36×3的圓管，長度L=50mm。在遠離噴吹管一段距離20mm處，鉆一φ20通孔（初次誘導氣流與輔助糾偏）。噴吹短管與噴吹管間點焊固定即可。需要特別注意的是，噴吹短管與噴嘴的同軸度至少應控制在φ2內(nèi)。
第五章 ProE三維建模
5.1 ProE三維軟件建模的一般過程
Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關軟件Pro/DESINGER（造型設計），Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設計、鑄造件設計、工業(yè)設計、逆向工程、自動測量、機構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時間并簡化了開發(fā)的流程；國際上有27000多企業(yè)采用了Pro/E軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標準軟件進行產(chǎn)品設計。
Pro/E軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過一系列完全相關的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。Pro/E能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。
Pro/E軟件包括： Pro/3DPAINT(3D建模)、 Pro/ANIMATE(動畫模擬)、 Pro/DESIGNER(概念設計)、Pro/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡動畫合成)、Pro/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、Pro/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個子模塊。
機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。在實際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。用 Pro/E生成曲面僅需2步～3步。Pro/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點陣等。由于生成曲面的方法較多，因此Pro/E可以迅速建立任何復雜曲面。
它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結(jié)合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。包括：Pro/ASSEMBLY（實體裝配）、Pro/CABLING（電路設計）、Pro/PIPING（彎管鋪設）、Pro/REPORT（應用數(shù)據(jù)圖形顯示）、ProSCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）、Pro/SURFACE（曲面設計）、Pro/WELDING（焊接設計）。
功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。我們中國有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎上，便可充分優(yōu)化零件的設計。著名的可口可樂公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項就取得了極大的經(jīng)濟效益。
包括：Pro/FEM~POST（有限元分析）、Pro/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）、Pro/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序連接）、Pro/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運動分析）、Pro/MECHANICA THERMAL（熱分析）、Pro/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動力仿真）、Pro/MECHANICA VIBRATION（震動分析）、Pro/MESH （有限元網(wǎng)格劃分）。
Pro/E建模的一般過程
特征造型是幾何造型技術(shù)的發(fā)展，它對諸如零件形狀、尺寸、工藝、功能等相關信息的綜合描述更直觀和更具工程含義?；谔卣鞯脑煨拖到y(tǒng)一般先將大量的標準特征或用戶自定義特征存入數(shù)據(jù)庫，在設計階段調(diào)用特征庫中的特征作為基本造型單元進行建模，再逐步輸入幾何信息、工藝信息，建立零件的特征數(shù)據(jù)模型，并將其存入數(shù)據(jù)庫?；谔卣鞯脑煨头椒ù蟠蟮靥岣吡嗽O計效率和質(zhì)量，同時在設計過程中設計人員可方便地進行特征的合法性、相關性檢查，便于組織復雜的特征。特征建模過程實際上是一系列特征的累加過程。
在三維建模中主要有以下3種特征：
(1)實體特征 它是構(gòu)建三維模型的基本單元和主要設計對象。實體特征可以是正空間特征(如實體的突出部分)，也可以是負空間特征(如實體上的孔、槽等)。在Pro/E中，根據(jù)建模方式和原理的差異，把實體特征進一步分為基礎特征和工程特征基礎特征是三維模型設計的起點，包括拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描特征和混合特征等。工程特征是在基礎特征上的附加特征，它的創(chuàng)建依賴于已存在的基礎特征，是有一定工程應用價值的特征，包括孔特征、肋特征、倒角特征和拔模特征等。
(2)曲面特征 它是一種沒有質(zhì)量和體積的幾何特征，對曲面的精確描述比較復雜，在目前三維造型中通常采用“B樣條曲線”為基礎，通過曲率分布圖對曲線進行編輯，進而得到高質(zhì)量的曲面造型曲面特征主要用于產(chǎn)品的概念設計、外形設計和逆向工程等設計領域。
(3)基準特征 指參數(shù)化設計的基準點、基準軸、基準曲線、基準平面和坐標系等。一般來說，基準特征主要用于輔助三維模型的創(chuàng)建。
利用Pro/E建模首先從整體研究將要建模的零件，分析其特征組成，明確不同特征之間的關系和內(nèi)在聯(lián)系，確定零件特征的創(chuàng)建順序，在此基礎上進行建模、添加工程特征等設計。通過二維平面草繪圖的旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描和混合等工具來實現(xiàn)三維實體模型的構(gòu)建。Pro/E三維模型將線框、曲面和實體三者有機地結(jié)合起來，形成一個整體，整個建模過程是基于特征為基本單位的參數(shù)化設計過程。其中參數(shù)包括幾何參數(shù)和尺寸參數(shù)。幾何參數(shù)確定了實體特征基本位置的固定關系，尺寸參數(shù)決定了產(chǎn)品外觀尺寸和相對距離。利用參數(shù)可以準確控制和修改所建立的三維模型。
Pro/E建模的一般過程如下：
(1) 建立或選取基準特征作為模型空間定位的基準：如基準面、基準軸和基準坐標系等。建立每個實體特征時，都要利用基準特征作為參照;
(2) 建立基礎實體特征：拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等;
(3) 建立工程特征：孔、倒角、肋、拔模等;
(4) 特征的修改：特征陣列、特征復制等編輯操作；
5.2 ProE三維零件建模
5.2.1 箱體建模
箱體建模主要利用拉伸，抽殼等命令，創(chuàng)建出如下箱體焊接件。
圖5-1 外筒
5.2.2 濾筒建模
箱體建模主要利用拉伸，旋轉(zhuǎn)等命令，創(chuàng)建出如下濾筒組件。
圖5-2 濾筒
5.2.3 基座建模
基座建模主要利用旋轉(zhuǎn)等命令，打孔命令，創(chuàng)建出如下離心風機基座。
圖5-3 基座
5.2.4 蓋板建模
蓋板建模主要利用旋轉(zhuǎn)等命令，拉伸命令創(chuàng)建，創(chuàng)建出如下蓋板。
圖5-4 蓋板
5.2.5灰斗建模
灰斗建模主要利用拉伸命令，抽殼命令，創(chuàng)建出如下抽屜式灰斗。
圖5-5 抽屜式灰斗
5.3 Pro/E三維虛擬裝配
虛擬裝配是在產(chǎn)品設計過程中，為了更好地幫助進行與裝配有關的設計決策，在虛擬環(huán)境下對計算機數(shù)據(jù)模型進行裝配關系分析的一項計算機輔助設計技術(shù)．它結(jié)合面向裝配設計(DesignForAssembly，DFA)理論和方法，基本任務就是從設計原理方案出發(fā)在各種因素制約下尋求裝配結(jié)構(gòu)的最優(yōu)解，由此擬定裝配草圖．它以產(chǎn)品可裝配性的全面改善為目的，通過模擬試裝和定量分析，找出零部件結(jié)構(gòu)設計中不適合裝配或裝配性能不好的結(jié)構(gòu)特征，進行設計修改．最終保證所設計的產(chǎn)品從技術(shù)角度來講裝配是合理可行的，從經(jīng)濟角度來講應盡可能降低產(chǎn)品總成本，同時還必須兼顧人因工程和環(huán)保等社會因素．
圖5-6 總裝圖
結(jié)論
在焊接操作中經(jīng)常會產(chǎn)生一些有毒的物質(zhì)。如：乙醛、松香酸、異氰酸鹽、氮氧化物、硫化物、碳氫化合物等。并在空氣中飛揚。它通過呼吸道侵入到人的肝、肺、心血管及血液中。這些有毒物質(zhì)正嚴重的吞噬人類的健康。導致許多職業(yè)病的出現(xiàn)。如：肺癌、哮喘、濕疹、支氣管炎、皮膚過敏、呼吸道感染等等，重則紊亂中樞神經(jīng)，破壞消化系統(tǒng)，導致并發(fā)癥而衰竭死亡。
因此，設計了本焊煙凈化設備，本凈化設備由灰斗，濾筒，反吹系統(tǒng)，及風機組成，含塵氣體進入除塵器灰斗后，由于氣流斷面突然擴大及氣流分布板作用，氣流中一部分粗大顆粒在動和慣性力作用下沉降在灰斗；粒度細、密度小的塵粒進入濾塵室后，通過布朗擴散和篩濾等組合效應，使粉塵沉積在濾料表面上，凈化后的氣體進入凈氣室由排氣管經(jīng)風機排出。
隨著濾袋表面粉塵不斷增加，除塵器進出口壓差也隨之上升。當除塵器阻力達到設定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，清灰系統(tǒng)開始工作。首先電磁閥接到信號后立即開啟，使小膜片上部氣室的壓縮空氣被排放，由于小膜片兩端受力的改變，使被小膜片關閉的排氣通道開啟，大膜片上部氣室的壓縮空氣由此通道排出，大膜片兩端受力改變，使大膜片動作，將關閉的輸出口打開，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)由輸出管和噴吹管噴入袋內(nèi)，實現(xiàn)清灰。當控制信號停止后，電磁閥關閉，小膜片、大膜片相繼復位，噴吹停止。
本設備結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)制造成本低，移動方便，適合大部分工廠需求。
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致謝
在本次畢業(yè)設計過程中,我的指導老師 教授給了我很多重要的參考意見,并定期和我討論設計過程中遇到的難題,給予了我極大的鼓勵和耐心的教誨.無論是剛開始總體方案的確定,還是畢業(yè)論文的撰寫和圖紙的繪制,都凝聚了他們大量的心血和汗水.使我的設計設計在原有基礎上更合理更完美.
在此,我衷心的向 老師致以誠摯的謝意;感謝他們在設計過程給予我大力幫助和極大的鼓勵;最后,感謝各位參閱教師在百忙之中給我的設計評閱與指導.