数控等离子切割机除尘系统的改进

□ 吕英创 □ 王 路 □ 黄邵军 □ 尹志胜 □ 黄一飞 □ 程吉林

海洋石油工程股份有限公司特种设备公司 天津 300452

数控等离子切割机可以切割各种复杂形状的工件，并具有切割速度快、效率高、切割面质量好、切割尺寸精确、工件热变形小等优点［1-8］。为提高车间下料的工作效率，笔者所在车间引进了数控等离子切割机。但在新设备引进后，随着现场工作的开展，在调试阶段该设备的除尘系统也出现了问题。

1 存在的问题及分析

在数控等离子切割机引进之初，现场切割时，除尘系统产生大量的黄烟，如图1所示。距离风机近的一端除尘效果较好，距离风机越远，除尘效果越差。

▲图1 切割时产生黄烟

1.1 密封性检查

通过检查发现除尘系统工作时，在离风机近的部位能够感到有漏风现象。开合口与风道出口仅通过钢板进行接触，焊接的钢板存在翘曲。

1.2 空气流动阻力分析

空气在风道内的流动阻力有两种形式：一种是由于空气本身的黏滞性，以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力，称为摩擦阻力；另一种是空气流经管道中的管件时，流速的大小和方向发生变化，由此产生局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力［9-10］。

摩擦阻力Pml为：

式中：λ为摩擦阻力因数；l为管道长，m；d为管径或流速当量直径，m；v2为风管内空气的平均流速，m/s；ρ为空气的密度，kg/m3；Rm为单位长度摩擦阻力，Pa/m。

式（1）表明，摩擦阻力正比于管道长度和摩擦阻力因数。随着管道长度的增大，摩擦阻力变大。而摩擦阻力因数不仅与材料有关，而且与材料的表面处理情况有关。以钢材为例，钢材的粗糙度值越低，其摩擦阻力因数就越小。因此，在满足切割条件的情况下，选择较短的风道，并对钢材的内表面进行打磨，降低其粗糙度，可以减小空气在风道中的摩擦阻力。

对于普通的通风除尘管道而言，粉尘对摩擦阻力的影响很小，例如含尘浓度为50 g/m3时，所增大的摩擦阻力不超过2%，因此一般情况下可忽略不计。

局部阻力Z为：

式中：ξ为局部阻力因数，可根据不同构件查表获得；v为管道内空气的平均流速，m/s。

式（2）表明，局部阻力与平均流速的二次方成正比。局部阻力因数通常通过试验确定，可以从有关采暖通风手册中查得。在大多数情况下，克服局部阻力而损失的能量要比克服摩擦阻力而损失的能量大得多。

在通风除尘管系统中，连接部件一般较多，局部阻力较大。为了减少系统运行的能耗，在设计除尘系统的风道时，应尽可能减小局部阻力。由分析可知，可以采取的措施有：① 避免风管断面的突然变化；② 减少风管的转弯数量，适当增大转弯半径；③ 降低排风口的出口流速，减小出口的动压损失。

2 除尘系统的改进

2.1 提高风道口密封性

风道口的密封性直接关系到切割区域的风压，根据密封性检查结果，可以通过改善钢板的平面度来改善风道口的密封性，并且在接触处对钢板进行打磨，保证密封严实。数控等离子切割机对个别钢板进行平面度矫正，其余时间主要在钢板的接触处进行打磨，打磨后密封性问题基本得到解决。

2.2 缩短风道长度

考虑到车间切割板材时原料长度大多在15 m以内，而数控等离子切割机工作台的有效切割长度达25 m，因此可以将除尘系统的风道在15 m左右截断，用钢板焊住，从而大大降低风道的摩擦阻力损失。改进后的除尘系统如图2所示。

▲图2 改进后除尘系统

通过此种改进方法，直接减小了摩擦阻力，并且不影响正常的切割工作。同时，这一方法的改动幅度小，易于操作，具有较好的经济性。

2.3 降低风道内表面粗糙度

降低风道内表面粗糙度值的方法在理论上可行，但在实际操作时存在一定的困难，即使将风道拆卸下来进行内表面打磨，但由于风道内抽离的是烟尘颗粒，不仅会磨损内表面，而且会附着在风道内表面，同样造成管道粗糙度值的提高。目前，从表面粗糙度的角度来减小摩擦阻力，成本高，效果微乎其微。因此建议，在正常使用阶段，只需监测风道内的附着颗粒，在沉积较多时再进行集中清理。

3 改进效果

经过改进后，数控等离子切割机在切割时基本不产生黄烟，大大改善了工作环境，如图3所示。

▲图3 改进后切割现场

4 结论

通过对数控等离子切割机除尘系统的优化和改进，确认提高除尘系统的除尘效果可以采取以下措施：①对开合机构钢板的平面度进行矫正，并在接触处进行打磨，提高密封性；② 在风道离除尘系统15 m处焊接一块钢板，堵住风道，缩短风道的长度；③定期检查风道内的残渣，并进行清除。