电动吸尘车离心风机的设计

朱世开

（福建群峰机械有限公司　福建　泉州　362302）

电动吸尘车离心风机的设计

朱世开

（福建群峰机械有限公司福建泉州362302）

通过对电动吸尘车上离心风机工作原理的分析，理论计算了吸尘车离心风机所需的风量和压力，指导离心风机的设计。

吸尘车；离心风机；流量；风压

1　前言

吸尘车又称干式扫路车，它是利用气流运动方式将尘粒收集、存储起来。其主要部件包括离心风机、吸嘴、收尘装置、输送管道和物料分离装置等，其中离心风机的设计直接影响到吸尘车的工作性能。为提高吸尘车的工作性能，下面对吸尘车的离心风机进行研究。

2　离心风机的工作原理

电动吸尘车作业开始时，利用离心风机运转在整个系统内形成负压，使收尘装置内外存在压差，将空气吸入吸嘴，同时尘粒也被空气带入吸嘴，并被输送到收尘装置内，以达到清除路面垃圾的目的。尘粒在物料分离系统中与空气分离，分离出来的尘粒沉降在收尘装置底部，空气经过重力除尘、惯性除尘、过滤芯（袋式）除尘后经风机排入大气。

在吸嘴部分，尘粒经过风道A和吸嘴B两个不同区域。在风道A内，风机对尘粒的作用力主要体现在风机的风压上，若仅使用风道A吸拾尘粒，那么风机只需要有足够的负压力，流量可以很小，但仅使用风道A吸拾尘粒，使得吸尘车对路面的吸拾宽度太小，不适合吸尘车的工作要求，为此增设吸嘴B。吸嘴B内的空气流动是吸入流动，当离心风机通过风道A强制吸走吸嘴B内的空气时，吸嘴B与风道A连接附近便形成负压，周围空气便会不停的流向风道A，如图1所示。

图1　吸嘴示意图

3　离心风机参数的设计计算

3.1离心风机的流量

吸尘车中，离心风机产生的流量是固定的，与各个风流截面上通过的风量相等。在设计中，风道A中的空气，可近似的认为空气集中流向风道A的中心点，然后在这一点将空气吸走，该中心点叫做极点，如图1中的P点。设离心风机的风量为Q，吸嘴B立体角为β：

式中：VH为吸嘴B与地面接触处的风速，m/s；H为极点距地面距离，m；V0为风道内的输送速度，m/s；d0为风道A直径，m。

为达到吸拾尘粒的目的，风速VH必须远大于尘粒的悬浮速度V悬浮，许多研究人员经过研究提出按悬浮速度倍数的办法来确定速度VH，并在工程中推广应用。

式中：k为悬浮输送系数，根据不同的物料特性取值为k= 1.5～20；V悬浮为粉尘颗粒悬浮速度，m/s。通常，当物料的比重和颗粒越大、输送浓度越高、或者管道有弯曲和水平输送时，k应取较大数值，反之则取较低数值。

根据风道A内的输送速度V0及风道A管道面积，计算风机流量：

式中：Q为风机流量，m3/s；S为风道A管道面积，m2；V0为风道内的输送速度，m/s。

在电动吸尘车中，风道A由三个直径为d0=80mm的管道组成，相对应的吸嘴均分为3段β=1的空间组成。

3.2离心风机的风压

电动吸尘车压力损失包括吸拾垃圾的压力损失、输送管道内的压力损失、物料分离装置内的压力损失。

3.2.1垃圾吸拾的压力损失

电动吸尘车欲吸拾尘粒，必须满足条件：F吸拾>G尘粒

式中：F吸拾为吸拾尘粒所需的力，N；G尘粒为尘粒的重力，N。

选取尘粒密度为ρ，初设可吸拾尘粒直径为d（不规则物体按最长处计算），则吸拾尘粒所需的负压为：P1π（d/2）2>ρgπd3/6

式中：P1为理想状态下吸拾尘粒所需的负压，Pa；ρ为密度，kg/m3；d为直径，m。式为理想状态下，风机吸拾尘粒所需的负压。但在实际工作过程中往往因为吸嘴机构、路面状况的影响，所需的负压会大于理想状态下的负压。

式中：k为工况系数（k>1）。

风机的全风压为动压和静压之和，离心风机在最佳工况下，出口动压约占全压的10～20%，当偏离最佳工况时会大些。在此，取动压是全压的20%计算，于是，吸拾尘粒过程中需要的风机的全压为：

3.2.2输送管道内的压力损失

空气在管道内输送物料时，除了因为空气与管壁的摩擦、气流之间的摩擦所形成的压力损失外，还有物料在管道中运动时的压力损失，这个损失是物料与空气和管壁的摩擦以及物料彼此之间的摩擦和碰撞引起的。与输送管的直径、输送管道内的风速、水平管道长度、垂直管道提升高度、输送浓度等等相关。

由于电动吸尘车上的管道直径大，垂直管道提升少，风速高等特点，取压力损失为300Pa。

3.2.3物料分离装置内的压力损失

吸尘车有多种除尘形式，每种除尘形式均有压力损耗，常用的除尘形式压力损耗如表1。

表1　常用的除尘形式的压力损耗（单位：Pa）

在电动吸尘车中，气固两相流进入物料分离装置，首先是容器的有效截面突然扩大，使上升的输送气流速度大大的减小，远小于其悬浮速度，从而失去对物料的携带能力，物料靠自重沉降而分离下落，作为分离器的首级，可以将输送的大部分粗颗粒物料分离下来；在气流的前进方向增加挡板，当气流撞上挡板时，气流里含的颗粒物动能减小，但分离不干净；最后是袋式除尘，空气经过多种方式除尘后经风机排入大气。

在此，取惯性除尘损失500Pa、重力除尘150Pa，袋式除尘1000Pa。

结合式（6）、式（7）、式（8）可得风机所需的风压为：

在电动吸尘车中，设定ρ=2000kg/m3，d=25mm，k=1.2，求得P=2440Pa。

式中：P为电动吸尘车在应用中应具有的全风压。

4　结语

通过对吸尘车的离心风机的研究和设计计算，以理论计算作为依据：吸尘车离心风机的流量可按公式（4）、（5）确定；吸尘车离心风机的全风压可按公式（9）确定，指导吸尘车离心风机的选型及优化，降低能耗，提高吸尘车的工作性能。

[1]陈宏勋.管道物料输送与工程应用.化学工业出版社，2003.

[2]倪奕金，张丽.扫路车气力输送系统设计.专用汽车，2009.

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1673-0038（2015）39-0126-02

2015-9-8