朱世開

（福建群峰機械有限公司　福建　泉州　362302）

電動吸塵車離心風(fēng)機的設(shè)計

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通過對電動吸塵車上離心風(fēng)機工作原理的分析，理論計算了吸塵車離心風(fēng)機所需的風(fēng)量和壓力，指導(dǎo)離心風(fēng)機的設(shè)計。

吸塵車；離心風(fēng)機；流量；風(fēng)壓

1　前言

吸塵車又稱干式掃路車，它是利用氣流運動方式將塵粒收集、存儲起來。其主要部件包括離心風(fēng)機、吸嘴、收塵裝置、輸送管道和物料分離裝置等，其中離心風(fēng)機的設(shè)計直接影響到吸塵車的工作性能。為提高吸塵車的工作性能，下面對吸塵車的離心風(fēng)機進行研究。

2　離心風(fēng)機的工作原理

電動吸塵車作業(yè)開始時，利用離心風(fēng)機運轉(zhuǎn)在整個系統(tǒng)內(nèi)形成負壓，使收塵裝置內(nèi)外存在壓差，將空氣吸入吸嘴，同時塵粒也被空氣帶入吸嘴，并被輸送到收塵裝置內(nèi)，以達到清除路面垃圾的目的。塵粒在物料分離系統(tǒng)中與空氣分離，分離出來的塵粒沉降在收塵裝置底部，空氣經(jīng)過重力除塵、慣性除塵、過濾芯（袋式）除塵后經(jīng)風(fēng)機排入大氣。

在吸嘴部分，塵粒經(jīng)過風(fēng)道A和吸嘴B兩個不同區(qū)域。在風(fēng)道A內(nèi)，風(fēng)機對塵粒的作用力主要體現(xiàn)在風(fēng)機的風(fēng)壓上，若僅使用風(fēng)道A吸拾塵粒，那么風(fēng)機只需要有足夠的負壓力，流量可以很小，但僅使用風(fēng)道A吸拾塵粒，使得吸塵車對路面的吸拾寬度太小，不適合吸塵車的工作要求，為此增設(shè)吸嘴B。吸嘴B內(nèi)的空氣流動是吸入流動，當(dāng)離心風(fēng)機通過風(fēng)道A強制吸走吸嘴B內(nèi)的空氣時，吸嘴B與風(fēng)道A連接附近便形成負壓，周圍空氣便會不停的流向風(fēng)道A，如圖1所示。

圖1　吸嘴示意圖

3　離心風(fēng)機參數(shù)的設(shè)計計算

3.1離心風(fēng)機的流量

吸塵車中，離心風(fēng)機產(chǎn)生的流量是固定的，與各個風(fēng)流截面上通過的風(fēng)量相等。在設(shè)計中，風(fēng)道A中的空氣，可近似的認為空氣集中流向風(fēng)道A的中心點，然后在這一點將空氣吸走，該中心點叫做極點，如圖1中的P點。設(shè)離心風(fēng)機的風(fēng)量為Q，吸嘴B立體角為β：

式中：VH為吸嘴B與地面接觸處的風(fēng)速，m/s；H為極點距地面距離，m；V0為風(fēng)道內(nèi)的輸送速度，m/s；d0為風(fēng)道A直徑，m。

為達到吸拾塵粒的目的，風(fēng)速VH必須遠大于塵粒的懸浮速度V懸浮，許多研究人員經(jīng)過研究提出按懸浮速度倍數(shù)的辦法來確定速度VH，并在工程中推廣應(yīng)用。

式中：k為懸浮輸送系數(shù)，根據(jù)不同的物料特性取值為k= 1.5～20；V懸浮為粉塵顆粒懸浮速度，m/s。通常，當(dāng)物料的比重和顆粒越大、輸送濃度越高、或者管道有彎曲和水平輸送時，k應(yīng)取較大數(shù)值，反之則取較低數(shù)值。

根據(jù)風(fēng)道A內(nèi)的輸送速度V0及風(fēng)道A管道面積，計算風(fēng)機流量：

式中：Q為風(fēng)機流量，m3/s；S為風(fēng)道A管道面積，m2；V0為風(fēng)道內(nèi)的輸送速度，m/s。

在電動吸塵車中，風(fēng)道A由三個直徑為d0=80mm的管道組成，相對應(yīng)的吸嘴均分為3段β=1的空間組成。

3.2離心風(fēng)機的風(fēng)壓

電動吸塵車壓力損失包括吸拾垃圾的壓力損失、輸送管道內(nèi)的壓力損失、物料分離裝置內(nèi)的壓力損失。

3.2.1垃圾吸拾的壓力損失

電動吸塵車欲吸拾塵粒，必須滿足條件：F吸拾>G塵粒

式中：F吸拾為吸拾塵粒所需的力，N；G塵粒為塵粒的重力，N。

選取塵粒密度為ρ，初設(shè)可吸拾塵粒直徑為d（不規(guī)則物體按最長處計算），則吸拾塵粒所需的負壓為：P1π（d/2）2>ρgπd3/6

式中：P1為理想狀態(tài)下吸拾塵粒所需的負壓，Pa；ρ為密度，kg/m3；d為直徑，m。式為理想狀態(tài)下，風(fēng)機吸拾塵粒所需的負壓。但在實際工作過程中往往因為吸嘴機構(gòu)、路面狀況的影響，所需的負壓會大于理想狀態(tài)下的負壓。

式中：k為工況系數(shù)（k>1）。

風(fēng)機的全風(fēng)壓為動壓和靜壓之和，離心風(fēng)機在最佳工況下，出口動壓約占全壓的10～20%，當(dāng)偏離最佳工況時會大些。在此，取動壓是全壓的20%計算，于是，吸拾塵粒過程中需要的風(fēng)機的全壓為：

3.2.2輸送管道內(nèi)的壓力損失

空氣在管道內(nèi)輸送物料時，除了因為空氣與管壁的摩擦、氣流之間的摩擦所形成的壓力損失外，還有物料在管道中運動時的壓力損失，這個損失是物料與空氣和管壁的摩擦以及物料彼此之間的摩擦和碰撞引起的。與輸送管的直徑、輸送管道內(nèi)的風(fēng)速、水平管道長度、垂直管道提升高度、輸送濃度等等相關(guān)。

由于電動吸塵車上的管道直徑大，垂直管道提升少，風(fēng)速高等特點，取壓力損失為300Pa。

3.2.3物料分離裝置內(nèi)的壓力損失

吸塵車有多種除塵形式，每種除塵形式均有壓力損耗，常用的除塵形式壓力損耗如表1。

表1　常用的除塵形式的壓力損耗（單位：Pa）

在電動吸塵車中，氣固兩相流進入物料分離裝置，首先是容器的有效截面突然擴大，使上升的輸送氣流速度大大的減小，遠小于其懸浮速度，從而失去對物料的攜帶能力，物料靠自重沉降而分離下落，作為分離器的首級，可以將輸送的大部分粗顆粒物料分離下來；在氣流的前進方向增加擋板，當(dāng)氣流撞上擋板時，氣流里含的顆粒物動能減小，但分離不干凈；最后是袋式除塵，空氣經(jīng)過多種方式除塵后經(jīng)風(fēng)機排入大氣。

在此，取慣性除塵損失500Pa、重力除塵150Pa，袋式除塵1000Pa。

結(jié)合式（6）、式（7）、式（8）可得風(fēng)機所需的風(fēng)壓為：

在電動吸塵車中，設(shè)定ρ=2000kg/m3，d=25mm，k=1.2，求得P=2440Pa。

式中：P為電動吸塵車在應(yīng)用中應(yīng)具有的全風(fēng)壓。

4　結(jié)語

通過對吸塵車的離心風(fēng)機的研究和設(shè)計計算，以理論計算作為依據(jù)：吸塵車離心風(fēng)機的流量可按公式（4）、（5）確定；吸塵車離心風(fēng)機的全風(fēng)壓可按公式（9）確定，指導(dǎo)吸塵車離心風(fēng)機的選型及優(yōu)化，降低能耗，提高吸塵車的工作性能。

[1]陳宏勛.管道物料輸送與工程應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]倪奕金，張麗.掃路車氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計.專用汽車，2009.

[3]周玉申，潘淑清，劉志武.粉塵懸浮輸送速度的研究.木材加工機械，2005.

[4]吳虹飛.掃路車風(fēng)機的選擇.專用汽車，2006.

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2015-9-8