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台式数控火焰等离子切割机配套除尘器的设计

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-09-30 17:12:40

摘要:对台式数控火焰等离子切割机烟尘的生成机理、除尘方式、除尘效率以及成本方面进行了全面的分析。设计出一种与等离子切割机配套的除尘设备,并介绍了该设备的总体结构、部件的选型和设计。该设备具有成本低、功耗小及效率高等优点。

关键词:烟尘生成机理;等离子切割机;双吸式移动除尘;移动卸料门;切割除尘器

1概述

随着社会经济的发展,数控金属切割机的应用越来越普遍,尤其是等离子切割机以其成本低、效率高等优点而被广泛采用。而等离子切割机在工作过程中会产生大量的烟尘,据统计等离子切割机一天工作8小时产生的铁屑可达30kg(以切割厚10mm的普通碳钢板为例),而灰尘如果不能得到及时合理地处理,极易使职工患职业病且不利于产品质量的控制。所以需要配套的除尘设备及时的控制和处理等离子切割机产生的粉尘,但是由于资金问题,80%以上的中小企业在使用等离子切割机时并没有配置相应的除尘设备,因为目前该设备运转成本大并且初期投资高,据统计,目前配套的除尘设备的均价在11万左右,以通用重工的台式数控火焰等离子切割机(行程为4mX8m,有效切割长度为2.45mX6m,下述数据均根据此设备进行的设计)为例,其除尘设备的价格相当于等离子切割机成本的65.2%。因此,[广州新瑞环.保]本文对等离子切割机粉尘产生的机理进行了深入地分析,并采用化整为零以及线框式的设计方法,设计出了一套节能高效的除尘设备,不仅强化了除尘效果,还显著降低了设备的成本。

等离子切割机配套除尘器

2烟尘的生成机理

等离子切割机是利用高温等离子电弧的热量使金属部分或局部熔化或蒸发,并借助高速等离子切割熔融金属以形成切口的一种加工工具。因此等离子切割机在切割钢板时,被熔化的铁水在等离子的高速冲击下会被“吹”到钢板下方,迅速凝结变成带有热量的粉尘。这些粉尘形成的“烟雾”带有的热量高、能量大、活跃性强。对车间环境的污染十分严重,因此若想保持车间良好的环境,必须对此类粉尘进行合理有效地捕集和处理。

3除尘方式分析

等离子切割机的除尘方式总体上可分为两大类:湿法除尘与干法除尘。湿法除尘即借助于水使产生的粉尘凝聚到水中除去粉尘的方法。目前采用的措施为在操作台下放置一个装有碱性水的水箱,随着水面与钢板之间距离的增大,除尘效果越差,钢板距水面小于10mm时才可达60%的除尘效果。然而碱性水对钢板、切割机具有一定的腐蚀性,并且会产生工业污水。因而,湿法除尘成本低,但效果不理想。

干法除尘又分为顶吸式除尘和侧吸式除尘。顶吸式除尘是在烟气源头的上部形成负压,从而将烟气吸走的方法。通常是在烟气源头的上部加装气体捕集罩,这种方法对于密度比空气密度小,具有一定热量的废气具有显著效果。因此,顶吸式除尘适合除去易悬浮、易扩散的烟气,在厨房、烤肉店、火车站、汽车站等场合多数安装着此类烟气捕集装置。[广州新.瑞环保]但这种除尘方式不适合用于等离子切割机的除尘。

侧吸式除尘是在粉尘源头的两侧安装气体捕集装置,在粉尘的下部产生负压,进而将粉尘吸人收集装置的方法。这种除尘方式适合除去动力粘度大、密度比空气密度大的粉尘。斗式提升机和等离子切割机即采用此方法除尘。

本文对侧吸式除尘设备进行了优化设计,采用小功率风机和移动式吸风口,并对切割平台进行了分块设计,提高了气流的流通量与流通效率,实现了低成本高效率的目的。

4双吸式移动除尘设备设计

将工作平台分成4块,每块均为650mm(长)×2600mm(宽)×790mm(高)的形式,如图1所示。分块会形成较小的风域,而较小的风域具备风速快、负压大和压力集中等优点,两侧的进风口随着龙门的移动而移动。单个风道室的机构原理图如图2所示。此设计可采用小功率的风机获得较好的除尘效果。

等离子切割机配套除尘器

等离子切割机配套除尘器

4.1设计参数

刀头在切割钢板时产生的粉尘区域是有限的,通过现场调查产生粉尘的区域为直径100mm左右的圆形区域。为了降低能耗的同时还达到最优的除尘效果,只需在此区域形成具有相应流速和流量的气流,即可有效的除去粉尘。本文设计的除尘器采用双吸移动式风口进行除尘,并将钢板下面栅板之间的距离调整为150mm。同时,在栅板下部设置风道平台,风道宽度同样为150mm。通过模拟计算的结果可知,只需采用2台5.5kW的风机,在等离子切割机产生粉尘区域的风量与风速即可达到95%的除尘效果。

各管道风速的设计参数以表1为标准。由表1可得,粉尘的进风口设计流速最低为20m/s时,可将所有的粉尘带入风流,而不会使其降落或散开。风道的横截面面积为S=0.491m×0.3m=0.1473m2,移动风口的直径为290mm。当采用两个风道同时吸风时,可通过公式(1)得出通过风道区域的流量Q为10605.6m3/h,

Q=S×V    (1)

式中:Q为流量,单位为m3/h;S为风道横截面面积,单位为m2;V为流速,单位为m/h。

由于采用双吸移动式风口,因而单侧移动风口的流量为总流量的一半,即5300m3/h,通常进风量会损失10%,则实际进入吸风口的风量为4770m3/h。

等离子切割机配套除尘器

4.2管道设计

管道的材质选用厚1.8mm的无缝钢管。如选择钢板卷制焊接须使焊缝光滑,以消除较大的压降。为了满足移动风口的运动需求,移动风口与风机之间的连接选用压损较小的伸缩式铝箔软管。

设计参数为:流量为5300m3/h,运动粘滞系数Ua取20.45×10-5m2/s,横截面积S=πR2=0.066m2,风道中流速为22m/s,粉尘密度为ρa取1.8kg/m33,温度取70℃,则

 等离子切割机配套除尘器

式中:Rma--实际单位长度摩擦压力损失,Pa/m;Rm0--单位长度摩擦压力损失,Pa/m;ρa--实际的空气密度,kg/m3;ua--实际的空气运动粘度,m2/s;

则风道管压力的损失为:PF=l×Rma=[0.2+(3.5+3)]×16.1=107.87Pa

铝箔收缩软管压损为20Pa/m,则软管总压损为P=80Pa

局部压力损失:在软管与钢管连接处、风管与除尘器连接处,弯头采用大于90°的弯头连接

等离子切割机配套除尘器

ρ=1.8kg/m3,υ=20m/s,Z≈90Pa

单侧吸风需要三个弯头,因此弯头的压力损失共计为270Pa。所以单侧管道总压损为:Pd=107.87+80+270=457.87Pa

4.3除尘器选型

在选用除尘器时以满足通过设计需求的风量为标准,同时除尘效果达到85%(符合环境保护部门的排放标准)以上为宜,且产生的压损应尽可能地小,因此可选XCX-φ1200型旋风除尘器,带减阻器时压损为850Pa,不带减阻器时为690Pa,除尘效果为88.5%,总压损为:

P=850(690)+457.87=1307.87(1147.87)Pa

4-4风机选型

Q'=Q×η1=4752×1.1=5830m3/h,P'=P×η2=1307.87(1147.87)×1.2=1569.4(1329.4)Pa

据此可选4-72系列风机,其参数见表2。

等离子切割机配套除尘器

5平台设计

采用传统的设计成本较高,所以平台设计成线框式结构,即在平台的支柱与边沿采用强度矩形管作为平台的主架,在下平台中部采用较薄的钢材,以节约成本。

风道室设计成可拆卸式结构,便于清理平台和加工制备。该平台下部为封闭式结构,为了容易取出使不慎落入风道室的小件物品,在风道室下部设计一个卸料门装置,通过卸料门可以方便地将掉入平台内的小件取出。其中卸料门沿竖直方向可实现150mm的升降,下降后可沿平台下部的导轨拖出。其机构平面图如图3所示。

等离子切割机配套除尘器

结语

通过对等离子切割机操作台的创新设计,并采用移动式吸风口和侧吸式的除尘方式,提高了气流流通效率,因此能有效地清除等离子切割机工作时产生的烟尘,同时该设计还大大降低了除尘设备的成本。所以该侧吸式的除尘设备具有较强的实用性和市场竞争力。

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