花军 宋魁彦 王耀刚

　　1 引言

　　在现代化的各类木材加工厂及人造板厂中都广泛采用了气力吸尘系统，它已经成为这些工厂中发展高技术生产水平所不可缺少的生产设备。具体说来，在各类木材加工厂中可能有多达几十台不同类型和不同规格的木材加工机床，这些木工机床在加工木材过程中，会产生大量的形状各异的木材碎料，这些木材碎料一般为刨花、碎木片、锯屑、木纤维和木粉等，使用粉尘收集系统可以将这些木材散碎物料及时地、干净地、连续不断地吸运出去到指定的地点，这对于保证木材加工生产的正常进行，提高劳动生产率及提高产品质量、保护车间内外的环境、保证工人的健康、改进车间内的防火条件以及防止工厂周围环境污染等都有十分重要的意义。本文以丹麦A-Vent A/S公司设计与制造的粉尘收集系统为例，介绍新型粉尘收集系统的结构、工作原理及特点。

　　2 粉尘收集系统是原理

　　粉尘收集系统主要由三个部分组成：(1)管道系统；(2)动力系统；(3)过滤系统。这三个部分对于保证粉尘收集系统的效率上是同等重要的。

　　2.1管道系统的确定

　　管道系统主要由活动软管、直管、弯头、多通管、滑动挡板和节流阀组成。活动软管用于连接各机床，滑动挡板用于关闭单台机床的吸气口，节流阀和锥形漏斗用于调节多通管中气流、气压的平衡。

　　在木材加工业中，粉尘收集系统中的管道多用镀锌钢板制造。管道中的风速可根据下面的公式计算：

　　Q=282VD2

　　式中：Q——气流量（m3/h）

　　V——气流速度（m/s）

　　D——管道直径（m）

　　为了防止粉尘堆积堵塞在管道中，管道中必须保持风速不低于22m/s。例直径为250mm的管道传递的最小气流量为：

　　Qmin=2827×22×0.252=3887m3/h

　　气流在管道中传递时，由于管道的摩擦力，将导致气压的降低。压力损失实际上是一个常量，它与气流速度及管的长度有关。因此，气流速度以22m/s在镀锌管道中运行时的压力损失见表1。

　　表1 直管、弯头、软管的压力损耗

　　例在图1中，两台木工机床被连接在同一吸尘管线上，进口气压分别为零。在2点的气压可按直管、弯管、软管压力的损耗总和计算：

Pa2=14m×2.1mmH2O/m+1×7.0mmH2O=36.4 mmH2O

　　Pb2=5m×3.6 mmH2O/m+1×7.1mmH2O=25.1 mmH2O

　　由于连接处的气压不同，连接需要平衡。如果不平衡，在砂光机处的气流将不能满足需要。在这个例子中，生产线中的锯必须用一个节流阀来限制：

　　调节量=36.4－25.1=11.3mmH2O

　　P3点处气压可按下列公式计算：

　　P3=Pa2＋15m×1.5mmH2O/m＋2×6.9mmH2O=72.7mmH2O

　　风机出口的压力P4计算如下：

　　P4=5m×1.5mmH2O/m＋1×6.9mmH2O＋过滤器压力=64.4mmH2O。

　　过滤器压力从25mmH2O变化到65mmH2O，根据过滤袋中的粉尘量的多少决定过滤器的压力。假设此过滤器的压力为50mmH2O。

　　2.2风机的选择

　　风机的选择依据是所需的是风量和风压。风压（Pt）是静压（Ps）和动压（Pd）之和，可表示为：

　　Pt=Ps＋Pd

　　动压计算如下：

　　Pd=0.059V2

　　式中:V——风速（m/s）

　　例中，风机的压力为：

　　Ps=72.7＋64.4=137.1mmH2O

　　Pd=0.059×222=28.6mmH2O

　　Pt=137.1＋28.6=165.7mmH2O

　　功率的消耗是由风量和风压决定的，排风量、风压与功率消耗的关系如图2所示。图1所示粉尘收集系统中所用风机的主要参数为：

　　风量Q=5500m3/h；风压P=166mmH2O；转速n=1800rpm；功率N=3.7KW。

　　从图2中可以看出，高风量、高风压、高速度将产生高的能量消耗。当气流量由木工机床的最小排气要求决定时，能耗的减少只能靠减小管道的压力来获得；管道压力的减少靠正确平衡管道系统的压力实现。

　　2.3过滤器

　　粉尘收集系统中使用的过滤器可分为两种类型：（1）正压力过滤器，通常是有标准型式的，由风机将粉尘吹进过滤器。（2）负压力过滤器（真空过滤器）为圆形或椭圆形，由风机吸入过滤器。图1中的过滤器是正压力过滤器。

　　过滤器由三个部分组成：（1）过滤器底部－粉尘处理；（2）中部－粉尘过滤；（3）上部－空气净化。空气和粉尘由风机进入过滤器的底部。粉尘上升进入过滤器中，而“重”的粉尘沉积底部。“精细”粉尘xx附着在袋上，而空气透过过滤器从过滤器顶部出口排出。过滤袋不能自我清洁。靠气流反吹来完成，使粉尘沉积于过滤器的底部。过滤器顶部安装的风机用于气流反吹。

　　过滤器的底部装有塑料袋用于收集粉尘。大型过滤器是通过安装于底部的螺旋或链式传送装置将粉尘排出。然后通过气力输送装置送入存储箱或料仓。

　　2.3.1过滤器的选择

　　过滤器的选择是根据（1）风量；（2）粉尘量；（3）粉尘类型等来确定。过滤器载荷是指每一过滤袋能过滤的气流量。载荷是指过滤袋每平方米通过的气流量（m3/h）。由于有些粉尘难于在袋中xx过滤，所以粉尘类型是决定载荷的一个重要因素。在过滤器上如果载荷的一个重要因素。在过滤器上如果载荷太高（过滤器偏小），降低系统除尘效果，且容易堵塞；如果载荷过低（过滤器偏大），则投资过高。

　　当{zd0}负荷确定下来以后，过滤器的载荷量按下式计算：

　　过滤器的载荷量m2=气流量（m3/h）载荷（m3/h）

　　如果在例中选择的载荷是每平方米80m3/h，那么最小的过滤器载荷量为：

　　过滤器载荷量=5500/80=69m2

　　2.3.2正压力过滤器

　　正压力过滤器是一种标准的过滤器（图3）。用于木材工业粉尘收集系统中传统的正压过滤器{zd0}载荷为80-100m3/hm2,载荷低、体积大。如：过滤能力为50000m3/h的过滤器其实际尺寸为2.5m×4.5m×16m（宽×高×长）。

　　在正压力系统中的风机位于过滤器进口，因此，风机采用开式直叶叶轮（图4）输送所有的粉尘。这类风机的效率很低（55%-65%），能耗大。风机每千瓦传送能力为550-650m3/h。对于一个过滤能力为50000m3/h的系统，能量的消耗将达到85KW。

　　2.3.3 负压力过滤器

　　负压力（真空）过滤器（图5）在欧洲木材工业中已经使用有10-15年的历史，因为其效率高，结构紧凑，如今广泛应用于大型的生产线中。

　　负压力过滤器有很高的载荷能力，其范围是180-220m3/hm2。例如：过滤量为50000m3/h的过滤器，其实际尺寸是2.6m×7.2m×5.2m（宽×高×长）。

　　真空系统使用的风机是空气净化离心式风机，其功率是85-90%。这类风机传送能力为每千瓦900-1050m3/h，对于过滤能力为50000m3/h的系统，能量消耗是50KW。

　　3 新型粉尘收集系统的特点

　　A-vent系统属于通用型气力吸尘装置，它具有以下特点。

　　3.1 Superblower-真空过滤器

　　A-vent的真空过滤器是椭圆形的并被命名为Superblower（图6）。它结构设计非常紧凑并带有一个旋风分离器进口，Superblower的生产能力为30000-135000m3/h。

　　在Superblower中安装有自动清洁系统，当压力下降超过了规定值时，过滤袋就需要清洁，当压力恢复到正常值时，清洁工作结束，它是通过感应过滤袋中的压力变化来实现自动清洁的。过滤器的底部安装有刮板运输装置，能够将锯屑从旋转阀中排出。

3.2 Optiflow系统

　　一个传统的气力除尘管道系统必须通过xx地计算，使系统中所有的机床的吸尘管道气压得到平衡，并获得足够的气流量。这在小型的工厂中容易实现，但在一个拥有很多机床的工厂中就变得复杂。传统的管道系统在工厂的车间内移动非常不灵活。当几个机床需要移动或重新定位时，管道系统必须重新计算或变化，如果管道系统不进行变化，那么就会造成堵塞，或者有些机床吸力过剩，使能量的消耗加大。

　　为了给予系统足够的灵活性和减少能量消耗，在此介绍Optiflow系统。Optiflow系统主管道装有链式输送系统。有标准组件设计，主管道长10-100m，吸收粉尘范围每侧30m。一个50m长Optiflow系统可以完成占地5000m2工厂除尘任务。工厂中所有的设备按照分散或集中的方式与Optiflow系统相连接。木工机床中产生的粉尘以25-30m/s的速度吸出，当空气进入Optiflow以后，气流的速度将相应变小，然后，重的粉尘沉积到主管道底部，并由链刮板输送装置输出，只有10%的较“精细”粉尘被传送到顶部的过滤系统（图7）。

　　机床的增加和移动并不影响系统的整体性，可以随意关闭Optiflow系统的接口和在新的地点重新定位增加接口，这样在生产布局中的变化只影响支线的布局。大型机床如砂光机或铣床的接口处安装有自动滑动挡板，当机床运转时自动打开，机床停止时关闭。

　　3.3 节约能量的控制系统

　　当粉尘收集系统中安装一个闭环控制电路来达到减小能量消耗和增加效率的目的，这个控制系统靠改变风机的速度（按照所需的气流量）而使管道保持真空度恒定，这个恒定的真空值意味着不论50%或{bfb}的机床运转时，从每个机床吸入量是恒定的。如果只有50%的机床处于生产中，那么粉尘收集系统的能量消耗将被减半。在传统的粉尘收集系统中若50%的机床处于生产中，另外50%的设备吸尘口关闭，主管道中气流的速度将发生重大变化。

　　Optiflow系统工作方式：如果所有木工机床都在运转，系统的工作能力为50000m3/h，则风机将以满负荷运转（频率为50Hz，功率为55KW）。如果一个负载为8000m3/h的大型砂光机关闭，那么滑动挡板将自动关闭这台机床的吸口，Optiflow系统管道中的真空度将增加，控制系统将迅速地降低风机的转速，使真空度保持恒定。风机就以84%的负荷运转，这时的频率为45Hz，功率为42KW（图7）。

　　A-vent系统具有以下优点：

　　1）减小能量消耗，风机的速度按照要求的实际风量进行调整。　　2）当机床被重新定位时可获得更大的灵活性，对系统没有任何影响，并且不必遵守最小速度为22m/s的准则。

　　3）Optiflow系统是一种预先过滤器，但是与压力损失为100mmH2O的旋风分离器相反，在Optiflow中没有压力损失，这意味着在预先过滤中没有增加能量的消耗。

　　4）只有非常"精细"的粉尘才能进入过滤器中，这就表明过滤器的载荷能力可以提高，并且过滤袋的使用寿命能延长2-3年。

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