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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。