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1、2005年第3期·11·单元设备螺旋分离器的设计计算王志雅(上海焦化设计院,上海200241)[摘要]依据经典流体力学理论,对螺旋分离器内气体流动性状和颗粒分离过程进行分析,推导出设计螺旋分离器的系列公式,列举实例说明计算程序。[关键词]螺旋分离器;设计计算;分离效率1前言德克萨斯州休斯顿市的摩尔世贸有限公司(BWT2利用离心沉降原理实现气液或气固分离,是现Moore,Inc.)的有关专利设备资料,其多种分离装代常用的有效方法,旋风分离器就是人们熟知的一置的主要分离元件正是螺旋分离器,组合应用方式种典型。适
2、应现代愈来愈高的要求,研究者不断研却很得当,具有广泛的用途。为了解决螺旋分离器的制或改进各种离心分离装置,其共同目标是既提高设计计算,笔者依据经典流体力学理论,对螺旋分离器分离效率又降低阻力。在分离器圆筒内设置连续的的分离过程进行分析,推导出一套可供应用的公式。螺旋板,利用其连续导向作用可以达到提高分离效经多年来的运算其计算结果同实际比较吻合。率和降低阻力的双重效果。基于这种设想,笔者于2公式的推导1978年设计了第一台螺旋分离器,如图1所示,其2.1符号说明α———螺旋升角,°;H———螺距(螺旋板间距)
3、,m;r———旋转半径,m;rn———中心圆柱半径,m;rw———螺旋板外缘半径,m;n———流线的曲率半径,m;2C———积分常数,m/s;V———旋转气流的线速度,m/s;Vj———分离器进口气体流速,m/s;图1Vq———切向分速度(线速度在分离器横截面上使用情况、设计和测定数据已发表于文[1]。1981的投影),m/s;年12月有关部门组织的技术鉴定中,测得在进口气Vd———颗粒沉降速度,m/s;速Vj=10～20m/s的范围内,平均气液分离效率ηVo———重力场中斯托克斯沉降速度,m/s;达99.
4、2%,对应的总压力降ΔP=110～430Pa。这Vc———分离器出口气体速度,m/s;些数据证明螺旋分离器确实具有分离效率高、阻力VŠ———螺旋板面上平均速度,m/s;小的显著优点。此后笔者还为压缩空气、氨气、煤气K———离心分离因数,无因次量;等多种场合设计过不同型式的螺旋分离器,甚至用Dp———颗粒直径,m;于锅炉烟气湿式除尘的筒体内径达2m的螺旋分离Dpo———临界粒径,m;器,在实用中都取得较好的效果。笔者查阅到美国Dpi———i组分颗粒的粒径,m;©1995-2006TsinghuaTongfan
5、gOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.化工设备与管道第42卷·12·3γp———颗粒重度,kg/m;3γ———气体重度,kg/m;μ———气体粘度2,kg·s/m;2g———重力加速度,m/st———颗粒由中心柱表面到螺旋板外缘所需时间,s;to———与临界粒径对应的分离时间(气流在分离器中的停留时间),s;图2N———气流在器内旋转的圈数,无因次;设圆柱螺旋线以竖轴为旋转心轴,螺旋升角为L———分离器尺寸决定的几何因子,m;α,矢径为r,则螺旋线的方程是:ai———修
6、正系数,无因次量;z=θrtgα(1)p———气流的静压力,Pa;ΔP———分离器总压力降,Pa;当θ=2π时,z的值就是螺距。ΔP1———板面阻力降,Pa;图3所示的螺旋分离器中的螺旋曲面板,是螺ΔP2———外筒内壁面阻力降,Pa;距为常数H,矢径变化区域为[rn,rw]的圆柱螺旋线ΔP3———由颗粒分离效应所决定的压力降,Pa;的轨迹,其方程是:θΔP4———其它因素引起的压力降,Pa;z=H(rn≤r≤rw)(2)2πpj、pc———分离器进、出口气流的静压,Pa;对于沿螺旋板前进,并与之保持等距离h
7、的流f1、f2———板面、壁面摩擦系数,无因次量;面,其曲面方程是:2s1、s2———板面、壁面面积,m;θτ、τ2———板面、壁面处流体剪应力,Pa;z-h=H(rn≤r≤rw)(3)2πctgαw———校正系数,无因次量;D———螺旋分离器外筒内径,m;ηi———相应于dpi粒径的分级分离效率,无因次量;η———总分离效率,无因次量;λ———气体中颗粒的体积浓度,无因次量;ρ———气体密度3,kg/m;ρj、ρc———气流(包括颗粒)进、出分离器时的密3度,kg/m;3Q———气体流量,m/s;b———
8、分离器条状挡板的宽度,即螺旋板外缘图3与分离器内壁间的缝隙宽度,m。2.3旋转速度2.2螺旋曲面方程当流体以速度V作曲线运动时,在流线主法线2采用圆柱面坐标系描述空间螺旋比较简单。方向有加速度,它的量值为V,其中n是流线的曲n过极坐标的极点O,作极坐标平面的垂线OZ,率半径。称为竖轴。于是空间任意一点M,便可三个参数:由于圆周运动的离心力等于径向压力梯度,故矢径r、极角θ、和竖坐标z来决定,如图2所示。2V1dp
