□ 呂英創(chuàng) □ 王 路 □ 黃邵軍 □ 尹志勝 □ 黃一飛 □ 程吉林

海洋石油工程股份有限公司特種設(shè)備公司 天津 300452

數(shù)控等離子切割機(jī)可以切割各種復(fù)雜形狀的工件，并具有切割速度快、效率高、切割面質(zhì)量好、切割尺寸精確、工件熱變形小等優(yōu)點［1-8］。為提高車間下料的工作效率，筆者所在車間引進(jìn)了數(shù)控等離子切割機(jī)。但在新設(shè)備引進(jìn)后，隨著現(xiàn)場工作的開展，在調(diào)試階段該設(shè)備的除塵系統(tǒng)也出現(xiàn)了問題。

1 存在的問題及分析

在數(shù)控等離子切割機(jī)引進(jìn)之初，現(xiàn)場切割時，除塵系統(tǒng)產(chǎn)生大量的黃煙，如圖1所示。距離風(fēng)機(jī)近的一端除塵效果較好，距離風(fēng)機(jī)越遠(yuǎn)，除塵效果越差。

▲圖1 切割時產(chǎn)生黃煙

1.1 密封性檢查

通過檢查發(fā)現(xiàn)除塵系統(tǒng)工作時，在離風(fēng)機(jī)近的部位能夠感到有漏風(fēng)現(xiàn)象。開合口與風(fēng)道出口僅通過鋼板進(jìn)行接觸，焊接的鋼板存在翹曲。

1.2 空氣流動阻力分析

空氣在風(fēng)道內(nèi)的流動阻力有兩種形式：一種是由于空氣本身的黏滯性，以及空氣與管壁間的摩擦所產(chǎn)生的阻力，稱為摩擦阻力；另一種是空氣流經(jīng)管道中的管件時，流速的大小和方向發(fā)生變化，由此產(chǎn)生局部渦流所引起的阻力，稱為局部阻力［9-10］。

摩擦阻力Pml為：

式中：λ為摩擦阻力因數(shù)；l為管道長，m；d為管徑或流速當(dāng)量直徑，m；v2為風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m/s；ρ為空氣的密度，kg/m3；Rm為單位長度摩擦阻力，Pa/m。

式（1）表明，摩擦阻力正比于管道長度和摩擦阻力因數(shù)。隨著管道長度的增大，摩擦阻力變大。而摩擦阻力因數(shù)不僅與材料有關(guān)，而且與材料的表面處理情況有關(guān)。以鋼材為例，鋼材的粗糙度值越低，其摩擦阻力因數(shù)就越小。因此，在滿足切割條件的情況下，選擇較短的風(fēng)道，并對鋼材的內(nèi)表面進(jìn)行打磨，降低其粗糙度，可以減小空氣在風(fēng)道中的摩擦阻力。

對于普通的通風(fēng)除塵管道而言，粉塵對摩擦阻力的影響很小，例如含塵濃度為50 g/m3時，所增大的摩擦阻力不超過2%，因此一般情況下可忽略不計。

局部阻力Z為：

式中：ξ為局部阻力因數(shù)，可根據(jù)不同構(gòu)件查表獲得；v為管道內(nèi)空氣的平均流速，m/s。

式（2）表明，局部阻力與平均流速的二次方成正比。局部阻力因數(shù)通常通過試驗確定，可以從有關(guān)采暖通風(fēng)手冊中查得。在大多數(shù)情況下，克服局部阻力而損失的能量要比克服摩擦阻力而損失的能量大得多。

在通風(fēng)除塵管系統(tǒng)中，連接部件一般較多，局部阻力較大。為了減少系統(tǒng)運行的能耗，在設(shè)計除塵系統(tǒng)的風(fēng)道時，應(yīng)盡可能減小局部阻力。由分析可知，可以采取的措施有：① 避免風(fēng)管斷面的突然變化；② 減少風(fēng)管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量，適當(dāng)增大轉(zhuǎn)彎半徑；③ 降低排風(fēng)口的出口流速，減小出口的動壓損失。

2 除塵系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1 提高風(fēng)道口密封性

風(fēng)道口的密封性直接關(guān)系到切割區(qū)域的風(fēng)壓，根據(jù)密封性檢查結(jié)果，可以通過改善鋼板的平面度來改善風(fēng)道口的密封性，并且在接觸處對鋼板進(jìn)行打磨，保證密封嚴(yán)實。數(shù)控等離子切割機(jī)對個別鋼板進(jìn)行平面度矯正，其余時間主要在鋼板的接觸處進(jìn)行打磨，打磨后密封性問題基本得到解決。

2.2 縮短風(fēng)道長度

考慮到車間切割板材時原料長度大多在15 m以內(nèi)，而數(shù)控等離子切割機(jī)工作臺的有效切割長度達(dá)25 m，因此可以將除塵系統(tǒng)的風(fēng)道在15 m左右截斷，用鋼板焊住，從而大大降低風(fēng)道的摩擦阻力損失。改進(jìn)后的除塵系統(tǒng)如圖2所示。

▲圖2 改進(jìn)后除塵系統(tǒng)

通過此種改進(jìn)方法，直接減小了摩擦阻力，并且不影響正常的切割工作。同時，這一方法的改動幅度小，易于操作，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.3 降低風(fēng)道內(nèi)表面粗糙度

降低風(fēng)道內(nèi)表面粗糙度值的方法在理論上可行，但在實際操作時存在一定的困難，即使將風(fēng)道拆卸下來進(jìn)行內(nèi)表面打磨，但由于風(fēng)道內(nèi)抽離的是煙塵顆粒，不僅會磨損內(nèi)表面，而且會附著在風(fēng)道內(nèi)表面，同樣造成管道粗糙度值的提高。目前，從表面粗糙度的角度來減小摩擦阻力，成本高，效果微乎其微。因此建議，在正常使用階段，只需監(jiān)測風(fēng)道內(nèi)的附著顆粒，在沉積較多時再進(jìn)行集中清理。

3 改進(jìn)效果

經(jīng)過改進(jìn)后，數(shù)控等離子切割機(jī)在切割時基本不產(chǎn)生黃煙，大大改善了工作環(huán)境，如圖3所示。

▲圖3 改進(jìn)后切割現(xiàn)場

4 結(jié)論

通過對數(shù)控等離子切割機(jī)除塵系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)，確認(rèn)提高除塵系統(tǒng)的除塵效果可以采取以下措施：①對開合機(jī)構(gòu)鋼板的平面度進(jìn)行矯正，并在接觸處進(jìn)行打磨，提高密封性；② 在風(fēng)道離除塵系統(tǒng)15 m處焊接一塊鋼板，堵住風(fēng)道，縮短風(fēng)道的長度；③定期檢查風(fēng)道內(nèi)的殘渣，并進(jìn)行清除。