曹 衛(wèi) 劉杜龍 查文煒 陳仙宗

（1.鹽城工學(xué)院，江蘇鹽城，224051；2.鹽城市大豐新亞除塵設(shè)備有限公司，江蘇鹽城，224100）

1 設(shè)計背景

在棉、毛、麻、化纖等輕紡行業(yè)的生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵對周圍環(huán)境和工人的健康都會造成不良影響［1］。為了有效改善環(huán)境，避免對人體等造成傷害，須對粉塵進行捕集，一種在復(fù)合圓籠除塵機組基礎(chǔ)上改進的格柵反吸式圓籠除塵機組是由本研發(fā)團隊先期開發(fā)改進的設(shè)備，現(xiàn)已廣泛推廣到相關(guān)輕紡企業(yè)用于粉塵治理，其效果明顯，可過濾收集空氣中的短纖維和粉塵，使含塵空氣凈化達(dá)到回用或排放標(biāo)準(zhǔn)。此套機組分為三級，針對紡織除塵中特有的纖維和顆?；旌象w設(shè)計了一級和二級分別除塵，一級處理混合氣體中的纖維，二級用于處理混合氣體中的顆粒，三級排出干凈的氣體［2］。機組的一級和二級機構(gòu)分別單獨布置提供能量來源，在加工、使用中發(fā)現(xiàn)都還存在需改進的地方，本文對此不足之處進行分析，提出改進方案，研發(fā)出一種同軸式圓籠除塵器以進一步提高除塵效率，減少成本，節(jié)約能源，方便使用。

2 現(xiàn)有格柵反吸式除塵機組的不足

原有格柵反吸式除塵機組是在復(fù)合圓籠除塵機組的基礎(chǔ)上進行了一定的改進和創(chuàng)新，設(shè)備總體示意如圖1所示。

除塵機組在主風(fēng)機的抽吸作用下使機組內(nèi)形成負(fù)壓，含粉塵氣體由第一級除塵系統(tǒng)的底部進入，混合氣體中大量的短纖維被截留在鋼絲濾網(wǎng)上，在負(fù)壓作用下，吸臂轉(zhuǎn)動過程中利用吸臂的開口，將短纖維通過吸臂吸入到壓緊器里面，完成短纖維和雜質(zhì)的過濾、分離和收集［3］。被除去短纖維和雜質(zhì)的混合氣體進入第二級除塵系統(tǒng)，大量的粉塵被截留在長毛絨圓籠濾布的孔隙中，在負(fù)壓作用下通過十字形中空轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動，經(jīng)吸嘴將粉塵和微細(xì)纖塵吸入集塵進風(fēng)箱，最后微細(xì)纖塵和粉塵被粉塵壓實器壓縮收集，過濾后干凈清潔的空氣則被排空。

圖1 原有格柵反吸式除塵機組總體示意圖

格柵反吸式除塵機組相比復(fù)合圓籠除塵機組在除塵效率、占地面積、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等方面都有了很大的改觀，但仍存在著一些不足之處。

（1）整體結(jié)構(gòu)不緊湊。此除塵設(shè)備占地面積較大，安裝繁瑣，分成二級除塵，雖一定程度上提高了除塵效率，但是兩級除塵沒有實現(xiàn)整合傳統(tǒng)意義上的串聯(lián)式連接，導(dǎo)致本來可以優(yōu)化的地方?jīng)]有實現(xiàn)。

（2）部分結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，二級輪換機構(gòu)中，軸由內(nèi)外嵌套的3根軸構(gòu)成，加工制造麻煩，而且維修更換成本高。

（3）能耗高和材料浪費。由于只是將一級、二級簡單串聯(lián)，導(dǎo)致在材料節(jié)省和利用方面都不理想。換向軸內(nèi)伸，導(dǎo)致軸過長，而且安裝不便，每根轉(zhuǎn)軸和風(fēng)機都需要配有單獨的電機，增加了成本，提高了能耗。

（4）吸嘴與濾網(wǎng)距離不能調(diào)整。吸嘴上的橡膠長時間與濾網(wǎng)摩擦，間隙變大，除塵效率降低，現(xiàn)行技術(shù)不能自動調(diào)整，只能停機拆卸維修。

3 總體結(jié)構(gòu)改進

針對以上現(xiàn)有除塵器使用中的不足，對現(xiàn)行結(jié)構(gòu)進一步進行改進創(chuàng)新，減少了電機、風(fēng)機的使用量，結(jié)構(gòu)上互換性強，易于維修，一級吸嘴由吸嘴轉(zhuǎn)動變?yōu)闉V網(wǎng)轉(zhuǎn)動，可以根據(jù)需要調(diào)整吸嘴與濾網(wǎng)之間的間距，整體空間利用率更高，占地更小，能耗降低。具體方案:粉塵壓實器和纖維壓緊器結(jié)合在了一起，只需一個電機和一個風(fēng)機即可完成纖維壓緊和粉塵壓實的效果；吸嘴與濾網(wǎng)之間的間距可調(diào)；二級部分改長軸為短軸，多軸嵌套為兩軸，節(jié)省材料，降低功耗；原來一二級分別需要電機帶動，減少電機，換成一個減速器，降低成本，同時兩個傳動緊靠在一起，減少占地空間；整體結(jié)構(gòu)相對之前更為簡單，一級吸嘴部分更利于拆卸，細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)部分的互換性、可拆性強，易于維護。

改進后的同軸式圓籠除塵機組含有:第一級圓盤預(yù)過濾器、第二級圓籠濾塵器、除塵部件。

第一級圓盤預(yù)過濾器:微調(diào)部件、吸塵部分、濾網(wǎng)及傳動部分。微調(diào)部件由帶有螺紋的階梯長軸、螺母座、支承結(jié)構(gòu)、防塵套筒，緊固螺母組成。階梯長軸一端焊接到吸嘴凹槽內(nèi)，長軸中間有部分螺紋，螺紋與螺母配合實現(xiàn)微調(diào)，螺母兩端安置防塵套筒，長軸另一端手輪外置在除塵機組外，緊固螺母螺紋直徑較小處固定一端防塵套筒，支承結(jié)構(gòu)由內(nèi)凹的紡錘型支承軸、深溝球軸承、軸承座組成，軸承座與螺母座用螺栓固定在底座上，底座外伸4個支撐板焊接在機身側(cè)板。吸塵部分由梯形吸嘴、固定法蘭、長方形密封橡膠、排塵風(fēng)管、套筒、嵌板組成；長方形密封橡膠固定在吸嘴開槽處，調(diào)節(jié)使之緊貼濾網(wǎng)，套筒為兩層結(jié)構(gòu)，與嵌板嵌套密封，套筒另一端與吸嘴螺栓緊固，嵌板與排塵風(fēng)管焊接，端面安裝軸承，排塵風(fēng)管與T形排塵風(fēng)管緊固連接。濾網(wǎng)及傳動部分由固定板、濾網(wǎng)架、傳動軸、齒輪組成。濾網(wǎng)架為四塊相同板拼接成的圓形，外圓部分有凹槽與除塵機身實現(xiàn)迷宮密封，傳動軸為空心一端與濾網(wǎng)架螺釘連接，另一端端面處安裝齒輪，凸臺齒輪凸臺處周向均布12個螺紋孔，定位螺釘將軸與齒輪緊固，凸臺端面處于排塵風(fēng)管軸肩定位軸承，齒輪與減速器軸端齒輪嚙合。

第二級圓籠濾塵器:傳動部件、吸塵部件。吸塵部件由內(nèi)筒體、外筒體、傳動軸、變速軸組成。內(nèi)筒體圓柱形側(cè)邊開槽，外筒體圓柱形側(cè)邊開四個方形槽，吸嘴部分為梯形，四個吸嘴各自安裝長短不一的吸嘴桿，另一端安裝在外筒體上，內(nèi)筒體通過軸承懸空于外筒體中，外筒體一端與固定法蘭連接，另外一端與傳動軸連接，內(nèi)筒體與變速軸連接。傳動部件由傳動軸、變速軸、齒輪減速器組成；減速器安裝于機身中間部位，T形支撐座接于機身底部支撐，伸出兩根傳動軸，一端用于一級除塵部分傳動，一端用于二級除塵傳動，用于二級傳動軸端安裝雙聯(lián)齒輪，變速軸為兩根直徑相同空心軸，通過過渡法蘭焊接而成，過渡法蘭處安裝齒輪，差速軸為空心，同時起排風(fēng)風(fēng)管的作用，差速軸連接T形排塵風(fēng)管，一二級除塵排塵風(fēng)管同時結(jié)合到T形排塵風(fēng)管中，齒輪輪輻內(nèi)凹，與過渡法蘭、傳動軸端面分別用螺栓、螺釘連接。

除塵部件:T形排塵風(fēng)管、風(fēng)機、電機、纖維壓緊器、粉塵壓實器。T形排塵風(fēng)管連接一級除塵排塵風(fēng)管與二級除塵排塵風(fēng)管，風(fēng)機固定在機身頂部，與T形排塵風(fēng)管相連，電機安裝在風(fēng)機上方，粉塵壓實器和纖維壓緊器公用一根軸，安裝在機身側(cè)邊，軸上安裝電機帶動軸轉(zhuǎn)動，粉塵壓實器豎直連接在纖維壓緊器上。改進后的同軸式圓籠除塵機組總體示意如圖2所示，一、二級傳動結(jié)構(gòu)如圖3所示，此設(shè)計已經(jīng)獲國家專利授權(quán)（ZL201511001883.9）。

圖2 改進后的同軸式圓籠除塵機組總體示意圖

混合氣體在主風(fēng)機的作用下先從一級纖維除塵系統(tǒng)的底部進入一級預(yù)過濾器，大量的纖維被濾網(wǎng)阻攔而附著其上。機身中部的電機帶動減速器向外輸出兩個方向的傳動，一個傳動帶動一級纖維除塵系統(tǒng)的傳動軸，另一個傳動帶動二級圓籠除塵傳動部分，一級除塵的傳動軸帶動濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸中間的排塵風(fēng)管連接的吸嘴吸除濾網(wǎng)上的纖維。經(jīng)過濾網(wǎng)的空氣進入二級圓籠除塵，大量的粉塵被格柵內(nèi)的毛絨所留下，干凈的氣體通過主風(fēng)機排出。留在毛絨中的粉塵被二級吸嘴吸收。減速器帶動二級圓籠除塵傳動部分的軸再帶動雙聯(lián)齒輪，與雙聯(lián)齒輪配合的齒輪對應(yīng)的傳動軸和變速軸獲得不同的轉(zhuǎn)動速度，使得內(nèi)筒體上的開槽無規(guī)律地與梯形吸嘴重合，重合的時候進行吸塵，使得負(fù)壓高，效率高，吸得的粉塵通過變速軸的內(nèi)心傳到T形排塵風(fēng)管中。一級預(yù)過濾器和二級圓籠除塵器收取的粉塵纖維在T形排塵風(fēng)管集合，在頂部風(fēng)機的作用下進入纖維壓實器和粉塵壓緊器內(nèi)，壓實器頂部的電機帶動主軸轉(zhuǎn)動，將纖維壓實后進入粉塵壓緊器將粉塵和纖維壓實排出。當(dāng)一級預(yù)過濾器的吸嘴上的橡膠與濾網(wǎng)摩擦導(dǎo)致間隙變大時，通過伸出在機身外部的手輪進行調(diào)節(jié)，利用帶有螺紋的軸的進給和讓出運動，適當(dāng)調(diào)整與濾網(wǎng)距離，在保證必要的密封性的同時又不至于壓力過大增加摩擦而破壞濾網(wǎng)。

圖3 改進后一、二級傳動系統(tǒng)示意圖

4 實際運行主風(fēng)機消耗計算

主風(fēng)機作為一個提供整體風(fēng)量的部件，它將影響著整個設(shè)備的工作狀態(tài)和處理能力的大小，為了達(dá)到降低能耗、減少成本的目的，必須合理地選擇主風(fēng)機。主風(fēng)機安裝在與二級除塵相連的方箱后面，設(shè)備的進風(fēng)量要經(jīng)過一級除塵、二級除塵和方箱設(shè)備，按照10%的漏風(fēng)量，主風(fēng)機的全壓在原有計算的壓力上另加15%，混合氣體經(jīng)過一級除塵、二級除塵處理后，經(jīng)過主風(fēng)機的氣體為已經(jīng)除盡纖維和粉塵的較干凈的氣體，而且整體設(shè)備的阻力較小，所以主風(fēng)機可以選擇高效低壓的離心風(fēng)機。這樣的設(shè)計充分滿足粉塵的處理量，而且安全性更高，相同條件下可以節(jié)約更多的能耗。

按照此規(guī)格設(shè)備處理風(fēng)量在24 000 m3/h～70 000 m3/h，全壓在 2 500 Pa，綜合條件，選擇SFF232?12型離心通風(fēng)機，主風(fēng)機的軸功率為11 kW～45 k W，轉(zhuǎn)速為700 r/min～1 000 r/min，處理風(fēng)量為10 690 m3/h～96 110 m3/h。綜合考慮成本因素選擇3 000 r/min的三相異步電機，查《機械設(shè)計》［4］手冊得 Y 3?225M?2型號，實際轉(zhuǎn)速為2 960 r/min，工作效率為92.5%。

因為在結(jié)構(gòu)上本設(shè)計所用的是同軸式粉塵傳送模式，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。將原有的一級除塵吸臂轉(zhuǎn)動改成濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動形式，使得二級除塵吸得粉塵和一級除塵吸得纖維可以利用軸內(nèi)吸塵送到機身中部，帶動濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動的軸也可以與帶動二級除塵轉(zhuǎn)動的軸在機身中軸線中相交且軸心高度相同。這便方便于整體傳動的改進和設(shè)計，現(xiàn)將除塵機組的傳動部分從原來的一級除塵、二級除塵相互獨立，各自使用不同的電機進行傳動的方法，改為使用同一個電機通過雙伸出軸減速器分別輸出轉(zhuǎn)動。

圖4 傳動系統(tǒng)局部示意圖

除塵機組的預(yù)設(shè)處理量為24 000 m3/h～70 000 m3/h，主風(fēng)機出風(fēng)量為10 690 m3/h～96 110 m3/h，以60 000 m3/h的空氣處理量來進行計算?；旌蠚怏w處理量為6 000 m3/h，一級除塵濾網(wǎng)的有效面積為5.6 m2，二級過濾有效面積為40 m2，以纖維壓緊器和粉塵壓實器的處理能力來看，轉(zhuǎn)速為5 r/min左右比較合適。電機選擇轉(zhuǎn)速為1 000 r/min的Y 100L?6型三相異步電動機，總=200，標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪減速器達(dá)不到200的傳動比，利用擺線針輪減速機與錐齒輪減速器進行分配減速比，選用DBY型減速器，傳動比i錐=8，擺線針輪減速機選用一級臥式直連型（XWB），選用傳動比i擺=25。錐齒輪減速器兩端伸出輸出傳動，左端雙聯(lián)齒輪與外齒輪配合的傳動比i2=1，右端傳動比i1=0.75，則二級除塵吸臂的轉(zhuǎn)速為5 r/min，一級除塵吸臂的轉(zhuǎn)速為6.7 r/min。這樣達(dá)到了預(yù)先設(shè)計的目的，較好地節(jié)約了成本，設(shè)備布置更緊湊，也相應(yīng)地減小了設(shè)備的占地面積，同等條件下工人的操作空間更大、更安全。

5 結(jié)論

針對格柵反吸式圓籠除塵器存在的不足之處進行改進，創(chuàng)新設(shè)計了同軸式圓籠除塵器，徹底跳出了原先設(shè)備仿造的技術(shù)框架，也較好地適合我國紡織企業(yè)生產(chǎn)條件，真正實現(xiàn)了設(shè)備國產(chǎn)化。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得整體設(shè)備更緊湊，減少了占地面積，降低主風(fēng)機的能耗。改進后的同軸式圓籠除塵器應(yīng)用效果分析表明:處理風(fēng)量24 000 m3/h～70 000 m3/h，一 級 過 濾 面 積5.6 m2，二級過濾面積40 m2，其結(jié)構(gòu)更加簡單，一次性投資減小，成本降低；維修維護操作更簡單方便，使用中能耗降低，減少了運行費用。