一种同轴式圆笼除尘器的设计与应用

曹 卫 刘杜龙 查文炜 陈仙宗

（1.盐城工学院，江苏盐城，224051；2.盐城市大丰新亚除尘设备有限公司，江苏盐城，224100）

1 设计背景

在棉、毛、麻、化纤等轻纺行业的生产中会产生大量的粉尘，这些粉尘对周围环境和工人的健康都会造成不良影响［1］。为了有效改善环境，避免对人体等造成伤害，须对粉尘进行捕集，一种在复合圆笼除尘机组基础上改进的格栅反吸式圆笼除尘机组是由本研发团队先期开发改进的设备，现已广泛推广到相关轻纺企业用于粉尘治理，其效果明显，可过滤收集空气中的短纤维和粉尘，使含尘空气净化达到回用或排放标准。此套机组分为三级，针对纺织除尘中特有的纤维和颗粒混合体设计了一级和二级分别除尘，一级处理混合气体中的纤维，二级用于处理混合气体中的颗粒，三级排出干净的气体［2］。机组的一级和二级机构分别单独布置提供能量来源，在加工、使用中发现都还存在需改进的地方，本文对此不足之处进行分析，提出改进方案，研发出一种同轴式圆笼除尘器以进一步提高除尘效率，减少成本，节约能源，方便使用。

2 现有格栅反吸式除尘机组的不足

原有格栅反吸式除尘机组是在复合圆笼除尘机组的基础上进行了一定的改进和创新，设备总体示意如图1所示。

除尘机组在主风机的抽吸作用下使机组内形成负压，含粉尘气体由第一级除尘系统的底部进入，混合气体中大量的短纤维被截留在钢丝滤网上，在负压作用下，吸臂转动过程中利用吸臂的开口，将短纤维通过吸臂吸入到压紧器里面，完成短纤维和杂质的过滤、分离和收集［3］。被除去短纤维和杂质的混合气体进入第二级除尘系统，大量的粉尘被截留在长毛绒圆笼滤布的孔隙中，在负压作用下通过十字形中空转臂的转动，经吸嘴将粉尘和微细纤尘吸入集尘进风箱，最后微细纤尘和粉尘被粉尘压实器压缩收集，过滤后干净清洁的空气则被排空。

图1 原有格栅反吸式除尘机组总体示意图

格栅反吸式除尘机组相比复合圆笼除尘机组在除尘效率、占地面积、结构复杂程度等方面都有了很大的改观，但仍存在着一些不足之处。

（1）整体结构不紧凑。此除尘设备占地面积较大，安装繁琐，分成二级除尘，虽一定程度上提高了除尘效率，但是两级除尘没有实现整合传统意义上的串联式连接，导致本来可以优化的地方没有实现。

（2）部分结构过于复杂，二级轮换机构中，轴由内外嵌套的3根轴构成，加工制造麻烦，而且维修更换成本高。

（3）能耗高和材料浪费。由于只是将一级、二级简单串联，导致在材料节省和利用方面都不理想。换向轴内伸，导致轴过长，而且安装不便，每根转轴和风机都需要配有单独的电机，增加了成本，提高了能耗。

（4）吸嘴与滤网距离不能调整。吸嘴上的橡胶长时间与滤网摩擦，间隙变大，除尘效率降低，现行技术不能自动调整，只能停机拆卸维修。

3 总体结构改进

针对以上现有除尘器使用中的不足，对现行结构进一步进行改进创新，减少了电机、风机的使用量，结构上互换性强，易于维修，一级吸嘴由吸嘴转动变为滤网转动，可以根据需要调整吸嘴与滤网之间的间距，整体空间利用率更高，占地更小，能耗降低。具体方案:粉尘压实器和纤维压紧器结合在了一起，只需一个电机和一个风机即可完成纤维压紧和粉尘压实的效果；吸嘴与滤网之间的间距可调；二级部分改长轴为短轴，多轴嵌套为两轴，节省材料，降低功耗；原来一二级分别需要电机带动，减少电机，换成一个减速器，降低成本，同时两个传动紧靠在一起，减少占地空间；整体结构相对之前更为简单，一级吸嘴部分更利于拆卸，细节结构部分的互换性、可拆性强，易于维护。

改进后的同轴式圆笼除尘机组含有:第一级圆盘预过滤器、第二级圆笼滤尘器、除尘部件。

第一级圆盘预过滤器:微调部件、吸尘部分、滤网及传动部分。微调部件由带有螺纹的阶梯长轴、螺母座、支承结构、防尘套筒，紧固螺母组成。阶梯长轴一端焊接到吸嘴凹槽内，长轴中间有部分螺纹，螺纹与螺母配合实现微调，螺母两端安置防尘套筒，长轴另一端手轮外置在除尘机组外，紧固螺母螺纹直径较小处固定一端防尘套筒，支承结构由内凹的纺锤型支承轴、深沟球轴承、轴承座组成，轴承座与螺母座用螺栓固定在底座上，底座外伸4个支撑板焊接在机身侧板。吸尘部分由梯形吸嘴、固定法兰、长方形密封橡胶、排尘风管、套筒、嵌板组成；长方形密封橡胶固定在吸嘴开槽处，调节使之紧贴滤网，套筒为两层结构，与嵌板嵌套密封，套筒另一端与吸嘴螺栓紧固，嵌板与排尘风管焊接，端面安装轴承，排尘风管与T形排尘风管紧固连接。滤网及传动部分由固定板、滤网架、传动轴、齿轮组成。滤网架为四块相同板拼接成的圆形，外圆部分有凹槽与除尘机身实现迷宫密封，传动轴为空心一端与滤网架螺钉连接，另一端端面处安装齿轮，凸台齿轮凸台处周向均布12个螺纹孔，定位螺钉将轴与齿轮紧固，凸台端面处于排尘风管轴肩定位轴承，齿轮与减速器轴端齿轮啮合。

第二级圆笼滤尘器:传动部件、吸尘部件。吸尘部件由内筒体、外筒体、传动轴、变速轴组成。内筒体圆柱形侧边开槽，外筒体圆柱形侧边开四个方形槽，吸嘴部分为梯形，四个吸嘴各自安装长短不一的吸嘴杆，另一端安装在外筒体上，内筒体通过轴承悬空于外筒体中，外筒体一端与固定法兰连接，另外一端与传动轴连接，内筒体与变速轴连接。传动部件由传动轴、变速轴、齿轮减速器组成；减速器安装于机身中间部位，T形支撑座接于机身底部支撑，伸出两根传动轴，一端用于一级除尘部分传动，一端用于二级除尘传动，用于二级传动轴端安装双联齿轮，变速轴为两根直径相同空心轴，通过过渡法兰焊接而成，过渡法兰处安装齿轮，差速轴为空心，同时起排风风管的作用，差速轴连接T形排尘风管，一二级除尘排尘风管同时结合到T形排尘风管中，齿轮轮辐内凹，与过渡法兰、传动轴端面分别用螺栓、螺钉连接。

除尘部件:T形排尘风管、风机、电机、纤维压紧器、粉尘压实器。T形排尘风管连接一级除尘排尘风管与二级除尘排尘风管，风机固定在机身顶部，与T形排尘风管相连，电机安装在风机上方，粉尘压实器和纤维压紧器公用一根轴，安装在机身侧边，轴上安装电机带动轴转动，粉尘压实器竖直连接在纤维压紧器上。改进后的同轴式圆笼除尘机组总体示意如图2所示，一、二级传动结构如图3所示，此设计已经获国家专利授权（ZL201511001883.9）。

图2 改进后的同轴式圆笼除尘机组总体示意图

混合气体在主风机的作用下先从一级纤维除尘系统的底部进入一级预过滤器，大量的纤维被滤网阻拦而附着其上。机身中部的电机带动减速器向外输出两个方向的传动，一个传动带动一级纤维除尘系统的传动轴，另一个传动带动二级圆笼除尘传动部分，一级除尘的传动轴带动滤网转动，转动轴中间的排尘风管连接的吸嘴吸除滤网上的纤维。经过滤网的空气进入二级圆笼除尘，大量的粉尘被格栅内的毛绒所留下，干净的气体通过主风机排出。留在毛绒中的粉尘被二级吸嘴吸收。减速器带动二级圆笼除尘传动部分的轴再带动双联齿轮，与双联齿轮配合的齿轮对应的传动轴和变速轴获得不同的转动速度，使得内筒体上的开槽无规律地与梯形吸嘴重合，重合的时候进行吸尘，使得负压高，效率高，吸得的粉尘通过变速轴的内心传到T形排尘风管中。一级预过滤器和二级圆笼除尘器收取的粉尘纤维在T形排尘风管集合，在顶部风机的作用下进入纤维压实器和粉尘压紧器内，压实器顶部的电机带动主轴转动，将纤维压实后进入粉尘压紧器将粉尘和纤维压实排出。当一级预过滤器的吸嘴上的橡胶与滤网摩擦导致间隙变大时，通过伸出在机身外部的手轮进行调节，利用带有螺纹的轴的进给和让出运动，适当调整与滤网距离，在保证必要的密封性的同时又不至于压力过大增加摩擦而破坏滤网。

图3 改进后一、二级传动系统示意图

4 实际运行主风机消耗计算

主风机作为一个提供整体风量的部件，它将影响着整个设备的工作状态和处理能力的大小，为了达到降低能耗、减少成本的目的，必须合理地选择主风机。主风机安装在与二级除尘相连的方箱后面，设备的进风量要经过一级除尘、二级除尘和方箱设备，按照10%的漏风量，主风机的全压在原有计算的压力上另加15%，混合气体经过一级除尘、二级除尘处理后，经过主风机的气体为已经除尽纤维和粉尘的较干净的气体，而且整体设备的阻力较小，所以主风机可以选择高效低压的离心风机。这样的设计充分满足粉尘的处理量，而且安全性更高，相同条件下可以节约更多的能耗。

按照此规格设备处理风量在24 000 m3/h～70 000 m3/h，全压在 2 500 Pa，综合条件，选择SFF232⁃12型离心通风机，主风机的轴功率为11 kW～45 k W，转速为700 r/min～1 000 r/min，处理风量为10 690 m3/h～96 110 m3/h。综合考虑成本因素选择3 000 r/min的三相异步电机，查《机械设计》［4］手册得 Y 3⁃225M⁃2型号，实际转速为2 960 r/min，工作效率为92.5%。

因为在结构上本设计所用的是同轴式粉尘传送模式，其结构如图4所示。将原有的一级除尘吸臂转动改成滤网转动形式，使得二级除尘吸得粉尘和一级除尘吸得纤维可以利用轴内吸尘送到机身中部，带动滤网转动的轴也可以与带动二级除尘转动的轴在机身中轴线中相交且轴心高度相同。这便方便于整体传动的改进和设计，现将除尘机组的传动部分从原来的一级除尘、二级除尘相互独立，各自使用不同的电机进行传动的方法，改为使用同一个电机通过双伸出轴减速器分别输出转动。

图4 传动系统局部示意图

除尘机组的预设处理量为24 000 m3/h～70 000 m3/h，主风机出风量为10 690 m3/h～96 110 m3/h，以60 000 m3/h的空气处理量来进行计算。混合气体处理量为6 000 m3/h，一级除尘滤网的有效面积为5.6 m2，二级过滤有效面积为40 m2，以纤维压紧器和粉尘压实器的处理能力来看，转速为5 r/min左右比较合适。电机选择转速为1 000 r/min的Y 100L⁃6型三相异步电动机，总=200，标准锥齿轮减速器达不到200的传动比，利用摆线针轮减速机与锥齿轮减速器进行分配减速比，选用DBY型减速器，传动比i锥=8，摆线针轮减速机选用一级卧式直连型（XWB），选用传动比i摆=25。锥齿轮减速器两端伸出输出传动，左端双联齿轮与外齿轮配合的传动比i2=1，右端传动比i1=0.75，则二级除尘吸臂的转速为5 r/min，一级除尘吸臂的转速为6.7 r/min。这样达到了预先设计的目的，较好地节约了成本，设备布置更紧凑，也相应地减小了设备的占地面积，同等条件下工人的操作空间更大、更安全。

5 结论

针对格栅反吸式圆笼除尘器存在的不足之处进行改进，创新设计了同轴式圆笼除尘器，彻底跳出了原先设备仿造的技术框架，也较好地适合我国纺织企业生产条件，真正实现了设备国产化。这种结构设计使得整体设备更紧凑，减少了占地面积，降低主风机的能耗。改进后的同轴式圆笼除尘器应用效果分析表明:处理风量24 000 m3/h～70 000 m3/h，一 级 过 滤 面 积5.6 m2，二级过滤面积40 m2，其结构更加简单，一次性投资减小，成本降低；维修维护操作更简单方便，使用中能耗降低，减少了运行费用。