旋转滤网粉尘分离性能的理论分析

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提要：纺织工业纤维粉尘的分离，提出了采用旋转滤网粉尘分离的方法，并对其分离粉尘的机理进行了理论分析，通过算例和样机试验证明了其可行性，同时旋转滤网方式比目前使用的金属平板滤网配清洁吸嘴的方式结构简单、能耗更低，具有良好的应用前景。

关键词： 旋转滤网 分离粒径 纤维粉尘

一 引言

对于含尘空气的除尘净化，主要采取将粉尘同空气分离的方法，针对不同性质的粉尘，应选择不同的除尘机理和手段来处理。纺织工业生产过程中产生的粉尘来源于加工物料如棉、毛、丝、麻等原料中含有的相当数量的叶屑、尘土、破籽、蛹屑、棉梗以及草等杂质破碎形成的粉尘，另外加工过程也会产生大量的短纤维尘，因此纺织粉尘是纤维尘和细小颗粒粉尘的混和物。鉴于纺织粉尘并非单一性质的特点，纺织除尘的流程通常采用的是二级过滤除尘的方法来提高效率和减低能耗，其一级过滤主要针对分离纤维尘，二级过滤分离细小颗粒尘。目前国内外普遍使用的纺织除尘系统一级过滤设备由金属平板滤网及清洁滤网的吸尘嘴和粉尘收集装置组成。本文所提出的旋转滤网可用于一级过滤，并使设备结构更简单、能耗更低。

二 旋转滤网粉尘分离的原理

1 结构形式、原理

金属锥形滤网同传动轴相联，形成高速旋转，通过风机的抽吸作用，将含尘气流引入锥形?W网段，空气中的粉尘在达到锥形网面时，由于高速旋转使网面表层形成了一个同网面切向速度相等气流边界层，此边界层对粉尘具有离心分离作用，依靠离心力将大颗粒尘及纤维尘抛离网面，并在气流和重力的引导下落入集尘区，而离心作用去除不掉的细小粉尘则穿透网面进入二级过滤设备。

在结构上，金属锥形网可以同除尘风机的风机轴相联接制造成滤尘风机，也可由单独的传动电机带动成为一级过滤功能段。

图1 网面上A点颗粒运动速度 图2 网面上A点颗粒的受力分析

图1表示了含尘空气中的粉尘颗粒在锥形?W网网面上的运动速度，Vt是颗粒跟随旋转网面气流边界层运动的A点的切向速度；V是通过滤网网孔的过滤空气流速。V可以分解为平等于旋转中心轴线O-O的速度分量Vs和垂直于轴线O-O的速度分量Vc。

图2表示了网面上一个颗粒物的受力分析，Fl是尘粒切向运动速度Vt产生的离心力：Fv是由滤速V产生的气流对颗粒的作用力。 离心力Fl有

假设粉尘颗粒与过滤气流的相对运行状态处在Re≤1的范围内，气流对颗粒的作用力符合斯托克司公式。由滤速V产生的气流对颗粒的作用力Fv的垂直分量Fc和水平分量Fs有

当颗粒旋转滤网表面能够被分离、不穿透滤网，由图二可见其所受离心力和斯托克司力的合力ΣF方向必须指向滤网网面的外侧，即角度小于图中的α角，若角度为α时得到的就是最小可分离粒径。分析图2可得到如下关系式：

将上述公式联立可得到最小可分离粒径dc为

三 分离能力的分析

通过公式(5)可知：在一定的转速及滤速下，对已知α角度的滤网，在网面上的任一点A，其能分离的最小粒径可以通过公式算出，小于此尺度的颗粒有可能穿透滤网。

同一种结构的滤网(α角度相同)处理密度相同的粉尘；在相同的滤速V时，转速n值不同，其网面上同一点的在不同转速下的最小分离粒径dc值的关系为：

同一种结构的滤网(α角度相同)处理密度相同的粉尘；在相同的转速n值时，滤速V不同，其网面上同一点的在不同滤速下的最小分离粒径dc值的关系为：

以一个锥形底角α为60º、底边直径Ф=50mm的滤网为例进行计算，取不同的旋转速度n和过滤风速V，数据结果见图3。

图3 60º滤网各点位置的分离直径

从图3的结果观察，除去考虑到X坐标上离锥角100mm距离以内的网面由于切向速度过小，分离粉尘的能力差，不作为实用的粉尘分离区域外，在所有组合条件下其能分离的上粒径范围从9.9μm～52.8μm。其中在转速n=2900rpm、滤速V=6m/s的组合条件时，最小分离粒径从9.9μm～20.4μm。对于纺织工业的纤维粉尘，其中棉纤维的密度ρ以=1500～1550Kg/m3，但因棉纤维在实际条件下、通常以一种松散的集合体絮状物出现，这种絮状物的空隙度相当大，因此纤维团的聚合密度ρ要远比纤维本身密度小，也小于算例中的标准粉尘密度什，故旋转滤网的分离纤维尘的最小分离粒径数值将变大，会有部分纤维粉尘穿透滤网网孔，但大多数纤维尘直径在10μm～30μm、长度在1mm～20mm；由于长度长，在滤网的高速旋转下，仍然能将纤维拦截下来，飞离网面。因此上述的旋转滤网的分离方式完全能够满足纤维分离的要求。

四 试验应用

采用旋转滤网分离纤维粉尘的原理，将锥形滤网同No.3.5离心风机轴相联结组成的滤尘风机，经过大学碳纤维生产线上的除尘实际使用，效果良好，并已取得专利。

五 结论

旋转滤网分离粉尘的方式，由于采用了锥形滤网结构，比平板过滤网在相同的直径条件下，增加了透风面积，处理含尘空气量大；旋转滤网分离粉尘依靠离心力作用清除网面纤维，比使用吸嘴的抽吸方式节能，而且网面阻力保持稳定。如果同风机结合在一体，可减少除尘设备的体积、减少配套设备；能够达到节省占地、节电和节省投资的目的。

参考文献

[1] 孙一坚.工业通风(第二版).北京：中国建筑工业出版社 ,1985

[2] 戴元熙，甘长德.纺织工厂通风与除尘.上海：中国纺织大学出版社 ,1994