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排粉風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-07-08
通風(fēng)機(jī)在輸送含有大量粗粒子的空氣時(shí)給設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列的嚴(yán)重問(wèn)題。其中防止粒子粘附于葉輪上是產(chǎn)個(gè)相當(dāng)重要的間題,同時(shí),還必需設(shè)法使葉輪的磨損降低到最小。已設(shè)計(jì)出了滿足這些要求的特殊軸流葉輪和離心葉輪。
大約在30或40年前,大都是采用葉片很陡,出口角往往是90的離心式葉輪。葉片出口角取90,則有可能防止粒子的附。不過(guò)其效率就不得不降低至約60~70%。這時(shí),具有機(jī)翼型葉片,效率高達(dá)80%的軸流式通風(fēng)機(jī)業(yè)已設(shè)計(jì)成功曾試圖將這種型式的通風(fēng)機(jī)用于輸送含有大量粒子的氣體中。不幸的是,它的磨損是如此之大,以至在抽風(fēng)機(jī)中根本無(wú)法使用。它的磨損正好發(fā)生在機(jī)翼型葉片上那些對(duì)機(jī)翼空氣動(dòng)力特性起著決定性作用的部位,即在機(jī)翼吸入面的前部,這表明這種通風(fēng)機(jī)的效率將劇烈地下降。往往這種通風(fēng)機(jī)的效率在使用了幾天以后即會(huì)降低。
改進(jìn)這種通風(fēng)機(jī)導(dǎo)出了一種完全新型的軸流式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì),即所謂的子年加速軸流式通風(fēng)機(jī)。這種通風(fēng)機(jī)的子午面積沿氣流方向逐漸變小。而且由于其加速氣流的關(guān)系,葉片流道可不用機(jī)翼型而用薄板來(lái)構(gòu)成。雖然如此,它的效率卻達(dá)到了80%或更高些。更重要的是,不可避免的磨損并沒(méi)有使其效率降低。以后即出現(xiàn)了兩種型式的軸流式通風(fēng)機(jī)。一種是由席希特研制的等壓型軸流式通風(fēng)機(jī)另一種是不等壓型軸流式通風(fēng)機(jī)[17)。過(guò)去,幾乎完全采用這兩種型式的通風(fēng)機(jī)。然而,大約在40年前出現(xiàn)了一種效率高達(dá)90%的離心式通風(fēng)機(jī)。因此人們也試圖將這些新型的通風(fēng)機(jī)應(yīng)用于排風(fēng)(1)。但是,試驗(yàn)開始后不久即發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重的運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題。通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生很大的振動(dòng),以致不得不停車。檢査通風(fēng)機(jī)后發(fā)現(xiàn),在葉片的非工作面上沉積了很厚的一層灰塵粒子從而大大地減小了葉片流道間的空間。當(dāng)通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),這些粒子會(huì)突然從葉片上飛逸,因此造成了通風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和不穩(wěn)定性。這樣,通風(fēng)機(jī)就不得不停車。為了克服這一同題,最初的辦法是采用一個(gè)小的拉伐爾噴管,噴管靠壓縮空氣吹氣,并且每隔一定的時(shí)間沿整個(gè)葉片寬度來(lái)回慢慢地移動(dòng)。
圖109d示出了這種裝置。沉積在葉片上的灰塵粒子層就好象是被金屬刀具切割掉那樣被吹除。根據(jù)所輸送氣體中粒子的性質(zhì)可以每隔幾天或一星期吹除一次。某些這樣的裝置現(xiàn)今仍在滿意地運(yùn)轉(zhuǎn)。但是,這一問(wèn)題的合理解決辦法應(yīng)該是采用徑向葉片的通風(fēng)機(jī),這樣就不會(huì)有粒子粘附在葉片上。這種通風(fēng)機(jī)將達(dá)到最大可能高的效率和最小的磨損。
粒子的直徑在設(shè)計(jì)時(shí)是一個(gè)重要的因素。試驗(yàn)指出,只有非常微小的粒子才粘附在葉片上。粒子在進(jìn)入葉輪和在葉片流道中流動(dòng)時(shí)被分離成兩股氣流。由于在進(jìn)入葉輪時(shí)有一個(gè)90°的轉(zhuǎn)彎,所以較大的粒子將沖撞在葉輪的后盤上,而后即沿著后盤流動(dòng)。但較小的子被較早地帶著轉(zhuǎn)動(dòng),并由向著葉輪后盤流動(dòng)的較大粒子中分離出來(lái)。圖10a示出了這種情況。這里要指出粒子
入葉輪以后,管道對(duì)固體粒子不再起抽吸作用。粒了將或多或少地彈跳于葉片的工作面上,并且還會(huì)反彈回來(lái)或繼續(xù)著滑動(dòng)或滾著過(guò)去。這種分離情況如圖110a所示。其中較大的粒子直接沿葉片的工作面流動(dòng),而非常微小的粒子則沿非工作面滑動(dòng)。微小拉子粘附作用的解釋是由素流和摩擦的研究結(jié)果得出的。這些研究所得到的許多重要結(jié)果之一是：一塊完全浸沒(méi)在液體中的平板,它的粗糙度只有在懸浮于液體中的粒子超過(guò)了一定的尺度時(shí)方オ起較大的作用。其解釋是這樣的,即使在素流情況下也會(huì)產(chǎn)生一層很的層流平面層,即層流邊界層。在該邊界層內(nèi)的任何形式之粗糙度均會(huì)被其平滑地鋪平,從而不會(huì)引起層流的橫向力增加。這些力的數(shù)值可以相當(dāng)準(zhǔn)確地確定,并可由下式計(jì)算出：
Wk/v≈100
式中：
W——自由流體的速度
k——不會(huì)產(chǎn)生水力粗度時(shí)的粒子尺寸
于是在邊界層中的粒子尺寸就可以按自由流體的速度來(lái)確定。除此以外,各種材料的平均粗糙度還與材料的加工過(guò)程有關(guān)。對(duì)一般軋制的鋼板,其平均的凹凸度大約是0.05~0.12毫米,即50~120μ。
以下我們按相對(duì)速度為25米/秒進(jìn)行計(jì)算。由此得到圓周速度為其2倍,即約50米/秒。這樣,據(jù)上述公式即得到
k=100v/W=100x15x10-8/25x106μ=60μ
由此看出,粗糙度在60μ范固內(nèi)將不會(huì)產(chǎn)生大的影響,事實(shí)上,粘附于葉片非工作面上的粒子,在大多數(shù)情況下它的尺寸均小于60μ。所以這些小粒子就可能沉積在鋼板制造的葉片表面的凹坑中。在這種情況下,這些粒子是處于邊界層內(nèi)而不會(huì)暴露于氣流中?，F(xiàn)在,我們來(lái)分析這種粒子的情況。
圖110b示出了在這種情況下的一個(gè)小粒子。作用于粒子上的離心力由法向力N和切向力T組成。根我們所熟知的摩擦定律,如果&bea;角大于粒子和壁間的摩擦角,則粒子將發(fā)生滑動(dòng)。這就是說(shuō),葉片角必須略大于摩擦角。圖110c簡(jiǎn)單地示出了較大粒子的情形。很明顯,粒子受到速度W的影響,面W取決于邊界層的厚度。作用在粒子上的力為離心力z和阻力W。它們的合力R向圓周速度的反方向偏了一個(gè)很小的角度△&bea;。這就表示摩擦角應(yīng)該增加一個(gè)△&bea;角,或如果摩擦角為&bea;時(shí),這些粒子應(yīng)該已經(jīng)開始滑動(dòng)了。圖110示出了以下的關(guān)系式：
△&bea;=Wcos&bea;/Z
和前面一樣,我們假設(shè)該處速度為25米/秒,粒子直徑為2毫米,并再假設(shè)阻力的二次方定律。此外再假設(shè)阻為系數(shù)ξ=0.5,該處葉片的彎曲半徑=1米。如果用d表示粒子的直徑,利用這些數(shù)值即可得到以下的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果:
