2.2 操作工位吸風(fēng)罩設(shè)計(jì)
局部排風(fēng)罩是局部排風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分。通過(guò)局部排風(fēng)罩口的氣流運(yùn)動(dòng),可在污染物質(zhì)散發(fā)地點(diǎn)直接捕集污染物或控制其在車間的擴(kuò)散,保證室內(nèi)工作區(qū)污染物濃度不超過(guò)國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)完善的局部排風(fēng)罩,用較小的排風(fēng)量即可獲得最佳的控制效果。
按照工作原理不同,局部排風(fēng)罩可分為以下幾種基本形式:
①密閉罩;
②柜式排風(fēng)罩(通風(fēng)柜);
③外部吸氣罩(包括上吸式、側(cè)吸式、下吸式用槽邊排風(fēng)罩等);
④接受式排風(fēng)罩;
⑤吹吸式排風(fēng)罩。
2.2.1 密閉罩
密閉罩的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示,它把污染物源全部密閉在罩內(nèi),在罩上設(shè)有工作孔,從罩外吸入空氣,罩內(nèi)污染空氣由上部排風(fēng)口排出。它只需較小的排風(fēng)就能有效控制污染物的擴(kuò)散,排風(fēng)罩氣流不受周圍氣流的影響。它的缺點(diǎn)是,影響設(shè)備檢修,有的看不到罩內(nèi)的工作狀況。其中用于產(chǎn)塵設(shè)備的密閉罩稱為防塵密閉罩。

圖2.3 密閉罩
2.2.1.1 整體密閉罩
如圖2.4所示,產(chǎn)塵設(shè)備大部分或全部密閉,只有傳動(dòng)部分留在罩外。適用于有振動(dòng)或含塵氣流速度高的設(shè)備。

圖2.4 整體密閉罩
2.2.1.2 大容積密閉罩(密閉小室)
如圖2.5所示的是振動(dòng)篩的密閉小室,振動(dòng)篩、提升機(jī)等設(shè)備全部密閉在小室內(nèi)。工人可直接進(jìn)入小室檢修和更換篩網(wǎng)。密閉小室容積大,適用于多點(diǎn)產(chǎn)塵、陣發(fā)性產(chǎn)塵、含塵氣流速度高和設(shè)備檢修頻繁的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是占地面積大,材料消耗多。

圖2.5 振動(dòng)篩密閉小室
1—振動(dòng)篩;2—小室排放口;3—卸料口;4—排風(fēng)口;5—密閉小室;6—提升機(jī)
2.2.1.3 密閉罩的安放形式
根據(jù)工藝設(shè)備的操作特點(diǎn),密閉罩有固定式和移動(dòng)式兩種形式。圖2.6是用于小型振動(dòng)落砂機(jī)的固定式密閉罩。圖2.7是大型振動(dòng)落砂機(jī)上的移動(dòng)式密閉罩。砂箱落砂前,由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),使移動(dòng)罩右移。把大型砂箱用吊車安放在落砂機(jī)上,移動(dòng)罩向左移動(dòng),使砂箱密閉在罩內(nèi),然后開動(dòng)風(fēng)機(jī)和落砂機(jī)進(jìn)行落砂。

圖2.6 落砂機(jī)固定式密閉罩

圖2.7 落砂機(jī)移動(dòng)式密閉罩
2.2.1.4 密閉罩排風(fēng)量的確定
從理論上分析,密閉罩的排風(fēng)量可根據(jù)進(jìn)、排風(fēng)量平衡確定。
qV=qV1+qV2+qV3+qV4
式中 qV——密閉罩的排風(fēng)量,m3/s;
qV1——物料下落時(shí)帶入罩內(nèi)的誘導(dǎo)空氣量,m3/s;
qV2——從孔口或不嚴(yán)密縫隙吸入的空氣量,m3/s;
qV3——因工藝需要鼓入罩內(nèi)的空氣量,m3/s;
qV4——在生產(chǎn)過(guò)程中因受熱使空氣膨脹或水分蒸發(fā)而增加的空氣量,m3/s。
在上述因素中,qV3取決于工藝設(shè)備的配置,只有少量設(shè)備如自帶的鼓風(fēng)機(jī)的混砂機(jī)等才需要考慮。qV4在工藝過(guò)程發(fā)熱量大、物料含水率高時(shí)才需要考慮,如水泥廠的轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)等。在一般情況下,上面的公式可簡(jiǎn)化為:
qV=qV1+qV2
對(duì)不同的設(shè)備,它們的工作特點(diǎn)、密閉罩的結(jié)構(gòu)形式及塵化氣流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律各不相同。難以用一個(gè)統(tǒng)一的公式對(duì)上述兩部分風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算。目前大部分按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式確定,設(shè)計(jì)時(shí)可參考有關(guān)的手冊(cè)。但從簡(jiǎn)化公式中可以看出,要減少除塵密閉罩的局部排風(fēng)童,應(yīng)盡可能減小工作孔或縫隙面積,并設(shè)法限制誘導(dǎo)空氣隨物料一起進(jìn)入罩內(nèi)。
2.2.2 柜式排風(fēng)罩
柜式排風(fēng)罩的結(jié)構(gòu)和密閉罩相似,由于工藝操作需要,罩的一面可全部敞開。圖2.8(a)是小型排風(fēng)罩,適用于化學(xué)試驗(yàn)室、小零件噴漆等;圖2.8(b)是大型排風(fēng)罩,操作人員在柜內(nèi)工作,主要用于大件噴漆、粉料裝袋等。按照氣流運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),柜式排風(fēng)罩分為吸氣式和吹吸式兩類。吸氣式通風(fēng)柜單純依靠排風(fēng)的作用,在工作孔上造成一定的吸入速度,防止污染物外逸。

圖2.8 柜式排風(fēng)罩
送風(fēng)式排風(fēng)柜的風(fēng)量計(jì)算:
qV=qV1+vSβ
式中 qV1——柜內(nèi)的污染氣體發(fā)生量,m3/s;
v——工作孔上的氣流速度,m/s;
S——工作孔或縫隙的面積,m2;
β——安全系數(shù),一般取1.1~1.2。
2.2.3 外部吸氣罩
由于工藝條件的限制,生產(chǎn)設(shè)備不能密閉時(shí),可把排風(fēng)罩設(shè)在污染物源附近,依靠罩口的抽吸作用,在污染物發(fā)散地點(diǎn)造成一定的氣流運(yùn)動(dòng),把污染物吸入罩內(nèi)。這類排風(fēng)罩統(tǒng)稱為外部吸氣罩,如圖2.9所示。

圖2.9 外部吸氣罩
2.2.3.1 移動(dòng)式吸氣罩
在實(shí)際生產(chǎn)中,固定式吸氣罩有時(shí)會(huì)對(duì)車間的正常生產(chǎn)造成一定的阻礙,因此產(chǎn)生了移動(dòng)式吸氣罩,以骨架活動(dòng)臂的原理將風(fēng)管和活動(dòng)臂結(jié)合起來(lái),做成移動(dòng)臂形式的吸氣罩,與固定式吸氣罩比較,移動(dòng)式吸氣罩操作靈活,能適應(yīng)各類無(wú)法安裝吸氣管路的復(fù)雜工況,可任意置于最佳的補(bǔ)集位置,從而有效的補(bǔ)集煙塵廢氣,如圖2.10所示。

圖2.10 移動(dòng)式吸氣罩
2.2.3.2 吸氣罩風(fēng)量的計(jì)算
(1)側(cè)吸式
為保證污染物全部吸入罩內(nèi),必須在距吸氣口最遠(yuǎn)的污染物散發(fā)點(diǎn)(即控制點(diǎn))上造成適當(dāng)?shù)目諝饬鲃?dòng),如圖2.11所示。控制點(diǎn)的空氣運(yùn)動(dòng)速度稱為控制風(fēng)速(也稱吸入速度)。

圖2.11 控制風(fēng)速
根據(jù)流體力學(xué),位于自由空間的點(diǎn)匯吸氣口見圖2.12(a)的排風(fēng)量為:
式中 v1,v2——點(diǎn)1、點(diǎn)2的空氣流,m/s;
r1,r2——點(diǎn)1、點(diǎn)2至吸氣口的距離,m。

圖2.12 點(diǎn)匯吸氣口(自由空間吸氣口,受限空間吸氣口)
吸氣口設(shè)在墻上時(shí),吸氣范圍受到限制見圖2.12(b),它的排風(fēng)量為:
從以上兩個(gè)公式中可以看出,吸氣口外某一點(diǎn)的空氣流速與該點(diǎn)至吸氣口距離的平方成反比,而且它是隨吸氣口吸氣范圍的減小而增大的。因此,設(shè)計(jì)時(shí)罩口應(yīng)盡量靠近污染物源,并設(shè)法減小其吸氣范圍。
(2)上吸式
排風(fēng)罩如果設(shè)在工藝設(shè)備上方,由于設(shè)備的限制,氣流只能從側(cè)面流入罩內(nèi),如圖2.13所示。

圖2.13 上吸式排風(fēng)罩
上吸式排風(fēng)罩的尺寸及安裝位置按圖2.13確定。為了避免橫向氣流的影響,要求H盡可能小于或等于0.3a(罩口長(zhǎng)邊尺寸),其排風(fēng)量按下式計(jì)算。
qV=KPHvx
式中 P——排風(fēng)罩口敞開面的周長(zhǎng),m;
H——罩口至污染源的距離,m;
vx——邊緣控制點(diǎn)的控制風(fēng)速,m/s;
K——考慮沿高度速度分布不均勻的安全系數(shù),通常取K=1.4。
2.2.4 熱源上部接受式排風(fēng)罩
有些生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備本身會(huì)產(chǎn)生或誘導(dǎo)一定的氣流運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)污染物一起運(yùn)動(dòng),如髙溫?zé)嵩瓷喜康膶?duì)流氣流及砂輪磨削時(shí)拋出的磨屑及大顆粒粉塵所誘導(dǎo)的氣流等。對(duì)這種情況,應(yīng)盡可能把排風(fēng)罩設(shè)在污染氣流前方,讓它直接進(jìn)入罩內(nèi)。這類排風(fēng)罩稱為接受罩,如圖2.14所示。

圖2.14 接受罩
接受罩在外形上和外部吸氣罩完全相同,但兩者的作用原理不同。對(duì)接受罩而言,罩口外的氣流運(yùn)動(dòng)是生產(chǎn)過(guò)程本身造成的,接受罩只起接受作用。它的排風(fēng)量取決于接受的污染空氣量的大小。接受罩的斷面尺寸應(yīng)不小于罩口處污染氣流的尺寸。粒狀物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)所誘導(dǎo)的空氣量,由于影響因素較為復(fù)雜,通常按經(jīng)驗(yàn)公式確定。
熱源上部的熱射流主要有兩種形式,一種是生產(chǎn)設(shè)備本身散發(fā)的熱射流,如煉鋼爐爐頂散發(fā)的熱煙氣;另一種是髙溫設(shè)備表面對(duì)流散熱時(shí)形成的熱射流。
當(dāng)熱物體和周圍空間有較大溫差時(shí),通過(guò)對(duì)流散熱把熱量傳給相鄰空氣,周圍空氣受熱上升,形成熱射流。
對(duì)熱射流觀察發(fā)現(xiàn),在離熱源表面(1.0~2.0)B(B為熱源直徑,m)處(通常在1.5B以下)射流發(fā)生收縮,在收縮斷面上流速最大,隨后上升氣流逐漸緩慢擴(kuò)大。可以把它近似看作是從一個(gè)假想點(diǎn)源以一定角度擴(kuò)散上升的氣流,如圖2.15所示。

圖2.15 熱源上部的接受罩
(1)熱射流的流量計(jì)算
熱源上方的熱射流呈不穩(wěn)定的蘑菇狀脈沖式流動(dòng),難以對(duì)它進(jìn)行較精確的測(cè)量。采用實(shí)驗(yàn)研究實(shí)測(cè)的公式進(jìn)行計(jì)算的方法如下。
在H/B=0.90~7.4的范圍內(nèi),在不同高度上熱射流的流量為:
Z=H+1.26B
式中 Q——熱源的對(duì)流散熱量,kJ/s;
H——熱源至計(jì)算斷面距離,m;
B——熱源水平投影的直徑或長(zhǎng)邊尺寸,m。
在某一高度上熱射流的斷面直徑為:
通常近似認(rèn)為熱射流收縮斷面至熱源的距離(Ap為熱源的水平投影面
積)。當(dāng)熱源的水平投影面積為圓形時(shí),因此,收縮斷面上的流量按下式計(jì)算:
熱源的對(duì)流散量:
Q=αSΔt
式中 S——熱源的對(duì)流放熱面積,m2;
Δt——熱源表面與周圍空氣溫度差,℃;
α——對(duì)流放熱系數(shù),J/(m2·s·℃)。
式中 A——系數(shù),水平散熱面A=1.7;垂直散熱面A=1.13。
(2)排風(fēng)量的計(jì)算
從理論上說(shuō),只要接受罩的排風(fēng)量等于罩口斷面上熱射流的流量,接受罩的斷面尺寸等于罩口斷面上熱射流的尺寸,污染氣流就能全部排除。實(shí)際上由于橫向氣流的影響,熱射流會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),可能逸入室內(nèi)。接受罩的安裝高度H越大,橫向氣流的影響越嚴(yán)重。因此,生產(chǎn)上采用的接受罩,罩口尺寸和排風(fēng)量都必須適當(dāng)加大。
根據(jù)安裝高度H的不同,熱源上部的接收罩可分為兩類,的稱為低懸罩,
的稱為高懸罩。
由于低懸罩位于收縮斷面附近,罩口斷面上的熱射流橫斷面積一般是小于(或等于)熱源的平面尺寸。在橫向氣流影響小的場(chǎng)合,排風(fēng)罩口尺寸應(yīng)比熱源尺寸擴(kuò)大150~200mm。
橫向氣流影響較大的場(chǎng)合,按下式確定:
圓形
D1=B+0.5H
矩形
A1=a+0.5H,B1+b+0.5H
式中 D1——罩口直徑,m;
A1,B1——罩口尺寸,m;
a,b——熱源水平投影尺寸,m。
高懸罩的罩口尺寸按下式確定:
D=Dz+0.8H
接受罩的排風(fēng)量按下式計(jì)算:
L=Lz+v'S'
式中 Lz——罩口斷面上熱射流流量,m3/s;
S'——罩口的擴(kuò)大面積,即罩口面積減去熱射流的斷面積,m2;
v'——擴(kuò)大面積上空氣的吸入速度,v'=0.5~0.75m/s。
2.2.5 槽邊排風(fēng)罩
槽邊排風(fēng)罩是外部吸氣罩的一種特殊形式,專門用于各種工業(yè)槽,它是為了不影響工人操作而在槽邊上高置的條縫形吸氣口。槽邊排風(fēng)罩分為單側(cè)和雙側(cè)兩種,單側(cè)適用于槽寬B<700mm,B>700mm時(shí)用雙側(cè),B>1200mm時(shí)宜采用吹吸式排風(fēng)罩。
目前常用的有兩種形式,平口式(見圖2.16)和條縫式(見圖2.17)。平口式槽邊排風(fēng)罩因吸氣口上不設(shè)法蘭邊,吸氣范圍大。但是當(dāng)槽靠墻布置時(shí),如同設(shè)置了法蘭邊一樣,吸氣范圍由3/2π減小為π/2,如圖2.18所示。減小吸氣范圍,排風(fēng)量會(huì)相應(yīng)減小。條縫式槽邊排風(fēng)罩的特點(diǎn)是截面高度E較大,E=250mm的稱為高截面,200mm的稱為低截面。增大截面高度如同設(shè)置了法蘭邊一樣,可以減小吸氣范圍。因此,它的排風(fēng)量比平口式小。其缺點(diǎn)是占用空間大,對(duì)手工操作有一定影響。目前條縫式槽邊排風(fēng)罩廣泛應(yīng)用于電鍍車間的自動(dòng)生產(chǎn)線上。

圖2.16 平口式

圖2.17 條縫式

圖2.18 槽的布置形式
條縫式槽邊排風(fēng)罩的布置除單側(cè)和雙側(cè)外,還可按圖2.19所示的形式布置,稱為周邊型槽邊排風(fēng)罩。

圖2.19 周邊型槽邊排風(fēng)罩
條縫式槽邊排風(fēng)罩上的條縫口高度沿長(zhǎng)度方向不變的,稱為等高條縫。條縫口高度按下式確定,如圖2.20所示。

圖2.20 等高槽邊排風(fēng)罩
計(jì)算公式:
h=qV/3600v0l
式中 qV——排風(fēng)罩排風(fēng)量,m3/h;
l——條縫口長(zhǎng)度,m;
v0——條縫口上的吸入速度,m/s。
通常v0取7~10m/s,排風(fēng)量大時(shí)還可以適當(dāng)提高。一般取h≤50mm。
排風(fēng)量的計(jì)算如下。
①高截面單側(cè)風(fēng)。
②低截面單側(cè)排風(fēng)
③高截面雙側(cè)排風(fēng)(總量)
④低截面雙側(cè)排風(fēng)(總風(fēng)量)
⑤高截面周邊型排風(fēng)
qV=1.57vxD2
⑥低截面周邊型排風(fēng)
qV=2.36vxD2
式中 A——槽長(zhǎng),m;
B——槽寬,m;
D——圓槽直徑,m;
vx——邊緣控制點(diǎn)的控制風(fēng)速,m/s。
條縫式槽邊排風(fēng)罩的阻力為:
式中 ζ——局部阻力系數(shù),ζ=2.34;
v0——條縫口上空氣流速,m/s;
ρ——周圍空氣密度,kg/m3。
2.2.6 吹吸式排風(fēng)罩
吹吸式排風(fēng)罩是利用吹風(fēng)口吹出的射流,將塵源散發(fā)的含塵氣流吹向吸風(fēng)口(排風(fēng)罩的罩口),在吸風(fēng)口前匯流的作用下被吸入罩內(nèi)。它具有風(fēng)量小、控制效果好、抗干擾能力強(qiáng)、不妨礙視線、不影響工藝操作等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)更廣泛地應(yīng)用于工業(yè)塵源中,并有進(jìn)一步應(yīng)用的趨勢(shì)。當(dāng)由于受到生產(chǎn)和工藝條件限制,既不能將塵源密閉,又不能在塵源旁設(shè)置外部罩,或采用接受罩后由于設(shè)置高度太高排風(fēng)量很大時(shí),可以考慮采用吹吸罩。在控制距離相同的情況下,采用吹吸罩可以節(jié)省風(fēng)量。吸風(fēng)口至塵源越遠(yuǎn)(例如大于2m),效果越明顯。
吹吸式通風(fēng)示意如圖2.21所示。

圖2.21 吹吸式通風(fēng)示意
吹吸式排風(fēng)罩的風(fēng)量計(jì)算如下。
要使吹吸式通風(fēng)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)的前提下獲得最佳的使用效果,必須依據(jù)吹吸氣流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使兩者協(xié)調(diào)一致地進(jìn)行工作。國(guó)內(nèi)外研究吹吸式通風(fēng)的學(xué)者很多,他們提出了各種計(jì)算方法。由于吹吸氣流的運(yùn)動(dòng)情況較為復(fù)雜,雖然對(duì)某些基本觀點(diǎn)有了一致的認(rèn)識(shí),但還缺乏統(tǒng)一的計(jì)算方法,下面介紹一種具有代表性的計(jì)算方法。
速度控制法 只要吸風(fēng)口前射流末端的平均速度保持一定數(shù)值(通常要求不小于0.75~1.0m/s),就能保證對(duì)污染物的有效控制。這種方法只考慮吹出氣流的控制和輸送作用,不考慮吸風(fēng)口的作用,把它看作是一種安全因素。
對(duì)工業(yè)槽,其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。
①對(duì)于有一定溫度的工業(yè)槽,吸風(fēng)口前必需的射流平均速度v'2按下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)值確定:
t=70~95℃ v'1=H(吹、吸風(fēng)間的距離m)
t=60℃ v'1=0.85H
t=40℃ v'1=0.75H
t=20℃ v'1=0.5H
②為了避免吹出氣流逸出吸風(fēng)口處,吸風(fēng)口的排風(fēng)量應(yīng)大于吸風(fēng)口前射流的流量,一般為射流末端流量的1.10~1.25倍。
③吹風(fēng)口高度b0一般為0.010~0.015H,為了防止吹風(fēng)口發(fā)生堵塞,應(yīng)大于5.0~7.0mm,吹風(fēng)口出口流速不宜超過(guò)10~12m/s,以免液面波動(dòng)。
④要求吸風(fēng)口上的氣流速度仍v1≤(2.0~3.0)v'1,v1過(guò)大,吸風(fēng)口高度b1過(guò)小,污染氣流容易逸入室內(nèi)。但是h也不能過(guò)大,以免影響操作。
- SAS統(tǒng)計(jì)分析教程
- 薄松年《中國(guó)美術(shù)史教程》筆記和課后習(xí)題詳解
- 華東師范大學(xué)學(xué)前教育與特殊教育學(xué)院931學(xué)前教育專業(yè)綜合[專業(yè)碩士]歷年考研真題及詳解
- 信用原理概論
- 2020年會(huì)計(jì)學(xué)(含復(fù)試)考研真題與典型題詳解
- 大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用
- 深入理解FPGA電子系統(tǒng)設(shè)計(jì):基于Quartus Prime與VHDL的Altera FPGA設(shè)計(jì)
- 簡(jiǎn)明英語(yǔ)專業(yè)畢業(yè)論文寫作教程
- 電子商務(wù)概論
- 中國(guó)服裝史(2018版)
- 新媒體廣告?zhèn)鞑サ膯?wèn)題與治理
- 吳侃《高級(jí)日語(yǔ)2》學(xué)習(xí)指南【課文重點(diǎn)+詞匯剖析+語(yǔ)法精解+全文翻譯+練習(xí)答案】
- 經(jīng)濟(jì)法教程
- 高寧《漢日翻譯教程》(修訂版)課后習(xí)題詳解
- 非公有制企業(yè)勞資合作研究