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(jì)背景

在棉、毛、麻、化纖等輕紡行業(yè)的生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這些粉塵對(duì)周?chē)h(huán)境和工人的健康都會(huì)造成不良影響［1］。為了有效改善環(huán)境，避免對(duì)人體等造成傷害，須對(duì)粉塵進(jìn)行捕集，一種在復(fù)合圓籠除塵機(jī)組基礎(chǔ)上改進(jìn)的格柵反吸式圓籠除塵機(jī)組是由本研發(fā)團(tuán)隊(duì)先期開(kāi)發(fā)改進(jìn)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(guò)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(jī)組分為三級(jí)，針對(duì)紡織除塵中特有的纖維和顆?；旌象w設(shè)計(jì)了一級(jí)和二級(jí)分別除塵，一級(jí)處理混合氣體中的纖維，二級(jí)用于處理混合氣體中的顆粒，三級(jí)排出干凈的氣體［2］。機(jī)組的一級(jí)和二級(jí)機(jī)構(gòu)分別單獨(dú)布置提供能量來(lái)源，在加工、使用中發(fā)現(xiàn)都還存在需改進(jìn)的地方，本文對(duì)此不足之處進(jìn)行分析，提出改進(jìn)方案，研發(fā)出一種同軸式圓籠除塵器以進(jìn)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(jī)組的不足

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

除塵機(jī)組在主風(fēng)機(jī)的抽吸作用下使機(jī)組內(nèi)形成負(fù)壓，含粉塵氣體由第一級(jí)除塵系統(tǒng)的底部進(jìn)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(dòng)過(guò)程中利用吸臂的開(kāi)口，將短纖維通過(guò)吸臂吸入到壓緊器里面，完成短纖維和雜質(zhì)的過(guò)濾、分離和收集［3］。被除去短纖維和雜質(zhì)的混合氣體進(jìn)入第二級(jí)除塵系統(tǒng)，大量的粉塵被截留在長(zhǎng)毛絨圓籠濾布的孔隙中，在負(fù)壓作用下通過(guò)十字形中空轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)吸嘴將粉塵和微細(xì)纖塵吸入集塵進(jìn)風(fēng)箱，最后微細(xì)纖塵和粉塵被粉塵壓實(shí)器壓縮收集，過(guò)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(jī)組總體示意圖

格柵反吸式除塵機(jī)組相比復(fù)合圓籠除塵機(jī)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(jí)除塵，雖一定程度上提高了除塵效率，但是兩級(jí)除塵沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整合傳統(tǒng)意義上的串聯(lián)式連接，導(dǎo)致本來(lái)可以?xún)?yōu)化的地方?jīng)]有實(shí)現(xiàn)。

（2）部分結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，二級(jí)輪換機(jī)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(fèi)。由于只是將一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)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(guò)長(zhǎng)，而且安裝不便，每根轉(zhuǎn)軸和風(fēng)機(jī)都需要配有單獨(dú)的電機(jī)，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(zhǎng)時(shí)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(dòng)調(diào)整，只能停機(jī)拆卸維修。

3 總體結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)以上現(xiàn)有除塵器使用中的不足，對(duì)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，減少了電機(jī)、風(fēng)機(jī)的使用量，結(jié)構(gòu)上互換性強(qiáng)，易于維修，一級(jí)吸嘴由吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)闉V網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)器和纖維壓緊器結(jié)合在了一起，只需一個(gè)電機(jī)和一個(gè)風(fēng)機(jī)即可完成纖維壓緊和粉塵壓實(shí)的效果；吸嘴與濾網(wǎng)之間的間距可調(diào)；二級(jí)部分改長(zhǎng)軸為短軸，多軸嵌套為兩軸，節(jié)省材料，降低功耗；原來(lái)一二級(jí)分別需要電機(jī)帶動(dòng)，減少電機(jī)，換成一個(gè)減速器，降低成本，同時(shí)兩個(gè)傳動(dòng)緊靠在一起，減少占地空間；整體結(jié)構(gòu)相對(duì)之前更為簡(jiǎn)單，一級(jí)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(qiáng)，易于維護(hù)。

改進(jìn)后的同軸式圓籠除塵機(jī)組含有:第一級(jí)圓盤(pán)預(yù)過(guò)濾器、第二級(jí)圓籠濾塵器、除塵部件。

第一級(jí)圓盤(pán)預(yù)過(guò)濾器:微調(diào)部件、吸塵部分、濾網(wǎng)及傳動(dòng)部分。微調(diào)部件由帶有螺紋的階梯長(zhǎng)軸、螺母座、支承結(jié)構(gòu)、防塵套筒，緊固螺母組成。階梯長(zhǎng)軸一端焊接到吸嘴凹槽內(nèi)，長(zhǎng)軸中間有部分螺紋，螺紋與螺母配合實(shí)現(xiàn)微調(diào)，螺母兩端安置防塵套筒，長(zhǎng)軸另一端手輪外置在除塵機(jī)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(gè)支撐板焊接在機(jī)身側(cè)板。吸塵部分由梯形吸嘴、固定法蘭、長(zhǎng)方形密封橡膠、排塵風(fēng)管、套筒、嵌板組成；長(zhǎng)方形密封橡膠固定在吸嘴開(kāi)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(dòng)部分由固定板、濾網(wǎng)架、傳動(dòng)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(jī)身實(shí)現(xiàn)迷宮密封，傳動(dòng)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(tái)齒輪凸臺(tái)處周向均布12個(gè)螺紋孔，定位螺釘將軸與齒輪緊固，凸臺(tái)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(jí)圓籠濾塵器:傳動(dòng)部件、吸塵部件。吸塵部件由內(nèi)筒體、外筒體、傳動(dòng)軸、變速軸組成。內(nèi)筒體圓柱形側(cè)邊開(kāi)槽，外筒體圓柱形側(cè)邊開(kāi)四個(gè)方形槽，吸嘴部分為梯形，四個(gè)吸嘴各自安裝長(zhǎng)短不一的吸嘴桿，另一端安裝在外筒體上，內(nèi)筒體通過(guò)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(dòng)軸連接，內(nèi)筒體與變速軸連接。傳動(dòng)部件由傳動(dòng)軸、變速軸、齒輪減速器組成；減速器安裝于機(jī)身中間部位，T形支撐座接于機(jī)身底部支撐，伸出兩根傳動(dòng)軸，一端用于一級(jí)除塵部分傳動(dòng)，一端用于二級(jí)除塵傳動(dòng)，用于二級(jí)傳動(dòng)軸端安裝雙聯(lián)齒輪，變速軸為兩根直徑相同空心軸，通過(guò)過(guò)渡法蘭焊接而成，過(guò)渡法蘭處安裝齒輪，差速軸為空心，同時(shí)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(jí)除塵排塵風(fēng)管同時(shí)結(jié)合到T形排塵風(fēng)管中，齒輪輪輻內(nèi)凹，與過(guò)渡法蘭、傳動(dòng)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(jī)、電機(jī)、纖維壓緊器、粉塵壓實(shí)器。T形排塵風(fēng)管連接一級(jí)除塵排塵風(fēng)管與二級(jí)除塵排塵風(fēng)管，風(fēng)機(jī)固定在機(jī)身頂部，與T形排塵風(fēng)管相連，電機(jī)安裝在風(fēng)機(jī)上方，粉塵壓實(shí)器和纖維壓緊器公用一根軸，安裝在機(jī)身側(cè)邊，軸上安裝電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，粉塵壓實(shí)器豎直連接在纖維壓緊器上。改進(jìn)后的同軸式圓籠除塵機(jī)組總體示意如圖2所示，一、二級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，此設(shè)計(jì)已經(jīng)獲國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)（ZL201511001883.9）。

圖2 改進(jìn)后的同軸式圓籠除塵機(jī)組總體示意圖

混合氣體在主風(fēng)機(jī)的作用下先從一級(jí)纖維除塵系統(tǒng)的底部進(jìn)入一級(jí)預(yù)過(guò)濾器，大量的纖維被濾網(wǎng)阻攔而附著其上。機(jī)身中部的電機(jī)帶動(dòng)減速器向外輸出兩個(gè)方向的傳動(dòng)，一個(gè)傳動(dòng)帶動(dòng)一級(jí)纖維除塵系統(tǒng)的傳動(dòng)軸，另一個(gè)傳動(dòng)帶動(dòng)二級(jí)圓籠除塵傳動(dòng)部分，一級(jí)除塵的傳動(dòng)軸帶動(dòng)濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)濾網(wǎng)的空氣進(jìn)入二級(jí)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(guò)主風(fēng)機(jī)排出。留在毛絨中的粉塵被二級(jí)吸嘴吸收。減速器帶動(dòng)二級(jí)圓籠除塵傳動(dòng)部分的軸再帶動(dòng)雙聯(lián)齒輪，與雙聯(lián)齒輪配合的齒輪對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)軸和變速軸獲得不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，使得內(nèi)筒體上的開(kāi)槽無(wú)規(guī)律地與梯形吸嘴重合，重合的時(shí)候進(jìn)行吸塵，使得負(fù)壓高，效率高，吸得的粉塵通過(guò)變速軸的內(nèi)心傳到T形排塵風(fēng)管中。一級(jí)預(yù)過(guò)濾器和二級(jí)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(jī)的作用下進(jìn)入纖維壓實(shí)器和粉塵壓緊器內(nèi)，壓實(shí)器頂部的電機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將纖維壓實(shí)后進(jìn)入粉塵壓緊器將粉塵和纖維壓實(shí)排出。當(dāng)一級(jí)預(yù)過(guò)濾器的吸嘴上的橡膠與濾網(wǎng)摩擦導(dǎo)致間隙變大時(shí)，通過(guò)伸出在機(jī)身外部的手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用帶有螺紋的軸的進(jìn)給和讓出運(yùn)動(dòng)，適當(dāng)調(diào)整與濾網(wǎng)距離，在保證必要的密封性的同時(shí)又不至于壓力過(guò)大增加摩擦而破壞濾網(wǎng)。

圖3 改進(jìn)后一、二級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

4 實(shí)際運(yùn)行主風(fēng)機(jī)消耗計(jì)算

主風(fēng)機(jī)作為一個(gè)提供整體風(fēng)量的部件，它將影響著整個(gè)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(jī)。主風(fēng)機(jī)安裝在與二級(jí)除塵相連的方箱后面，設(shè)備的進(jìn)風(fēng)量要經(jīng)過(guò)一級(jí)除塵、二級(jí)除塵和方箱設(shè)備，按照10%的漏風(fēng)量，主風(fēng)機(jī)的全壓在原有計(jì)算的壓力上另加15%，混合氣體經(jīng)過(guò)一級(jí)除塵、二級(jí)除塵處理后，經(jīng)過(guò)主風(fēng)機(jī)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(jī)可以選擇高效低壓的離心風(fēng)機(jī)。這樣的設(shè)計(jì)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(jī)，主風(fēng)機(jī)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(jī)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》［4］手冊(cè)得 Y 3?225M?2型號(hào)，實(shí)際轉(zhuǎn)速為2 960 r/min，工作效率為92.5%。

因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上本設(shè)計(jì)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(jí)除塵吸臂轉(zhuǎn)動(dòng)改成濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)形式，使得二級(jí)除塵吸得粉塵和一級(jí)除塵吸得纖維可以利用軸內(nèi)吸塵送到機(jī)身中部，帶動(dòng)濾網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸也可以與帶動(dòng)二級(jí)除塵轉(zhuǎn)動(dòng)的軸在機(jī)身中軸線中相交且軸心高度相同。這便方便于整體傳動(dòng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，現(xiàn)將除塵機(jī)組的傳動(dòng)部分從原來(lái)的一級(jí)除塵、二級(jí)除塵相互獨(dú)立，各自使用不同的電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)的方法，改為使用同一個(gè)電機(jī)通過(guò)雙伸出軸減速器分別輸出轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 傳動(dòng)系統(tǒng)局部示意圖

除塵機(jī)組的預(yù)設(shè)處理量為24 000 m3/h～70 000 m3/h，主風(fēng)機(jī)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(lái)進(jìn)行計(jì)算。混合氣體處理量為6 000 m3/h，一級(jí)除塵濾網(wǎng)的有效面積為5.6 m2，二級(jí)過(guò)濾有效面積為40 m2，以纖維壓緊器和粉塵壓實(shí)器的處理能力來(lái)看，轉(zhuǎn)速為5 r/min左右比較合適。電機(jī)選擇轉(zhuǎn)速為1 000 r/min的Y 100L?6型三相異步電動(dòng)機(jī)，總=200，標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪減速器達(dá)不到200的傳動(dòng)比，利用擺線針輪減速機(jī)與錐齒輪減速器進(jìn)行分配減速比，選用DBY型減速器，傳動(dòng)比i錐=8，擺線針輪減速機(jī)選用一級(jí)臥式直連型（XWB），選用傳動(dòng)比i擺=25。錐齒輪減速器兩端伸出輸出傳動(dòng)，左端雙聯(lián)齒輪與外齒輪配合的傳動(dòng)比i2=1，右端傳動(dòng)比i1=0.75，則二級(jí)除塵吸臂的轉(zhuǎn)速為5 r/min，一級(jí)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(jì)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(duì)格柵反吸式圓籠除塵器存在的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(guó)紡織企業(yè)生產(chǎn)條件，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得整體設(shè)備更緊湊，減少了占地面積，降低主風(fēng)機(jī)的能耗。改進(jìn)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(jí) 過(guò) 濾 面 積5.6 m2，二級(jí)過(guò)濾面積40 m2，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，一次性投資減小，成本降低；維修維護(hù)操作更簡(jiǎn)單方便，使用中能耗降低，減少了運(yùn)行費(fèi)用。