局部排风.docx

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局部排风

第四章局部排风

基本要求：

掌握各种局部排风罩的类型、结构原理、特点以及用途；

掌握各种排风罩的结构参数及排风量的计算方法；

掌握排风罩吸气口气流的运动规律。

4.1概述

一、局部通风

1.局部通风：

利用局部气流，使局部工作地点不受有害物的污染，造成良好的空气环境。

2.局部通风特点：

所需要的风量小、效果好，是防止工业有害物污染室内空气和改善作业环境最有效的通风方法，设计时应优先考虑。

3.局部通风分类：

局部排风和局部送风。

二、局部排风

1.局部排风：

在集中产生有害物的局部地点,设置捕集装置,将有害物排走,以控制有害物向室内扩散。

2.组成：

局部排风罩、风管、除尘或净化设备、风机、排气筒或烟囱。

三、局部送风

1.概念：

向局部工作地点送风,使局部地带造成良好的空气环境。

2.分类

（1）系统式：

通风系统将室外空气送至工作地点。

（2）分散式：

借助轴流风扇或喷雾风扇,直接将室内空气吹向作业地带进行循环通风。

4.2局部排风的设计原则

一、局部排风系统划分的原则

凡属于下列情况之一时，应单独设置排风系统：

1.两种或两种以上的有害物质混合后可能引起燃烧或爆炸；

2.混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；

3.混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；

4.散发剧毒物质的房间和设备；

5.散发高温高湿性气体。

二、局部排风罩的形式及设计原则

1.局部排风罩的形式

按照工作原理不同，局部排风罩可分为密闭罩、柜式排风罩（通风柜）、外部吸气罩、槽边排风罩、接受式排风罩以及吹吸式排风罩。

2.局部排风罩的设计原则

（1）首先考虑密闭罩或通风柜；

（2）尽可能靠近有害物源；

（3）尽可能设置围挡，减小罩口吸气范围；

（4）尽可能采用接受式排风罩；

（5）尽可能避免二次气流的影响。

4.3排风罩设计计算理论

一、吸入口气流运动规律

局部排风罩口气流运动有两种方式，分别为吸气口气流的吸入流动和吹气口气流的吹出流动。

对排风罩，多数的情况是吸气口吸入气流。

1.理想点汇

当吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。

当吸气口面积较小时，可视为“点汇”。

它会形成以吸气口为中心的径向线，和以吸气口为球心的等速球面。

如图4-1a所示。

图4-1点汇气流流动情况

a）自由吸气口b）受限吸气口

根据流体力学，位于自由空间的“点汇”吸气口的吸气量为：

（4-1）

（4-2）

若在吸气口的四周加上挡板，如图4-1b所示，吸气范围减少一半，其等速面为半球面，则吸气口的排风量为：

（4-3）

2.实际气流

实际上，吸气口有一定大小，不能看作一个点，气体流动也有阻力，形成吸气区气体流动的等速面不是球面而是椭球面。

根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点：

（1）吸气口附近的等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距离x的增大，逐渐变成椭圆面，而在1倍吸气口直径d处已接近为球面。

因此，当x/d＞1时可近似当作点汇，吸气量L可按式4-1、4-3计算。

当x/d=1时，该点气流速度已大约降至吸气口流速的7.5%。

当x/d＜1时，根据实际测得的气流速度衰减公式计算。

（2）对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速面形状大致相同。

而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律则不同。

二、吹出气流运动规律

1.定义：

空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹出气流或射流

2.分类：

根据温度状况，可分为等温射流和非等温射流。

根据是否受限，可分为自由射流和受限射流。

3.自由射流

（1）等温自由射流

由直径为d0的喷口以出流速度射入同温空间介质内扩散．在不受周界表面限制的条件下，则等温自由射流。

由于射流边界与周围介质间的紊流交换，周围空气不断被卷入，射流不断扩大，在射流理论中，将射流轴心速度保持不变的一段称为起始段，其后称为主体段。

射流轴心速度：

（4-4）

射流断面直径：

（4-5）

射流扩散角：

（4-6）

（2）非等温自由射流

对于非等温自由射流，由于射流与周围介质的密度不同，在浮力和重力不平衡条件下，射流将发生变形，即水平射出（或与水平面成一定角度射出）的射流轴将发生弯曲。

轴心温度：

（4-7）

射流落差：

（4-8）

4.受限射流

在射流运动过程中，由于受壁面、顶棚以及空间的限制，射流的运动规律有所变化。

常见的射流受限情况是贴附于顶棚的射流流动，称为贴附射流。

非等温贴附射流为冷射流时，在重力作用下有可能在射流达到某一距离处脱离顶棚而成为下降气流。

在射流计算时，不同类型射流常使用不同的名称。

如由圆形，方形和矩形风口出流的射流--般称为集中式射流，由边长比大于10的扁长风口出流的射流称为扁射流，由成扇形导流径向扩欣出流的射流称为扇形射流等。

除贴附射流外，空调空间四周的围护结构可能对射流扩散构成限制。

在有限空间内射流受限后的运动规律不同于自由射流。

例如有限空间内贴附与非贴附两种受限射流的运动状况。

5.平行射流的叠加

两个相同的射流平行地在同一高度射出，当两射流边界相交后，则产生互相叠加，形成重合流动。

三、吹吸气流

图4-2吹吸气流的形状

四、排风罩排风量计算方法

排风罩排风量计算方法常用的有控制风速法和流量比法（不作要求）。

1.控制风速法的原理：

就是使排风罩在边缘控制点上形成能使有害物吸入罩内的控制风速的方法。

确定了控制风速的大小，然后找出控制风速与罩口平均风速的关系式，求得排风罩捕集粉尘所需要的罩口平均风速，最后可求出排风罩排风量

2.控制点：

有害物最难被吸入罩内的点。

3.控制风速：

使有害物吸入罩内的最小风速。

即控制点的空气运动速度（也称吸捕风速），也就是指正好克服该尘源散发粉尘的扩散力再加上适当的安全系数的风速。

只有当排风罩在该尘源点造成的风速大于控制风速时，才能使粉尘吸入罩内。

4.4密闭罩

一、工作原理

1.工作原理

密闭罩是把有害物源密闭起来，割断生产过程中造成的一次尘化气流和室内二次气流的联系，再利用抽风在罩内造成一定的负压，保证在一些操作孔、观察孔或缝隙处从外向里进风，防止粉尘等有害物向外逸出。

2.特点

排风量小，控制有害物的效果好，不受环境气流影响，但影响操作，主要用于有害物危害较大，控制要求高的场合。

二、密闭罩的形式

1.局部密闭罩

将设备产尘地点局部密闭，工艺设备露在外面的密闭罩。

其容积较小，适用于产尘气流速度小，瞬时增压不大，且集中、连续扬尘的地点。

2.整体密闭罩

将产生粉尘的设备或地点大部分密闭，设备的传动部分留在外面的密闭罩。

其特点是密闭罩本身为独立整体，易于密闭。

这种密闭方式适用于具有振动的设备或产尘气流速度较大的产尘地点。

3.大容积密闭罩

将产生粉尘的设备或地点进行全部封闭的密闭罩。

它的特点是罩内容积大，可以缓冲含尘气流，减小局部正压。

这种密闭方式适用于多点产尘、阵发性产生和产尘气流速度大的设备或地点。

三、影响密闭罩性能的因素

1.密闭罩上排风口的位置

2.密闭罩的容积

四、密闭罩计算

1.按空气平衡原理计算

密闭罩的排风量一般由两部分组成，一部分是由运动物料带入罩内的诱导空气量（如物料输送）或工艺设备供给的空气量（如有鼓风装置的混沙机），另一部分是为了消除罩内正压并保持一定负压所需经孔口或不严密缝隙吸入的空气量，即

（4-9）2.按截面风速计算

此法常用于大容积密闭罩。

一般吸气口设在密闭室的上口部，其计算式如下：

（4-10）

3.按换气次数计算

该方法计算较简单，关键是换气次数的确定。

其计算式如下：

（4-11）

4.5柜式排风罩

一、柜式排风罩的基本形式

1.柜式排风罩（又称通风柜）：

是密闭罩的一种特殊形式，散发有害物的工艺装置置于柜内，操作过程完全在柜内进行。

排风罩上一般设有可开闭的操作孔和观察孔。

为了防止由于罩内机械设备的扰动、化学反应或热源的热压以及室内横向气流的干扰等原因引起的有害物逸出，必须对柜式排风罩进行抽风，使罩内形成负压。

2.柜式排风罩的基本形式

（1）上部排风柜式排风罩

当通风柜内产生的有害气体密度比空气小，或通风柜内有发热体时，可选用上部排风通风柜。

（2）下部排风柜式排风罩

当通风柜内无发热体，且产生的有害气体密度比空气大，可选用下部排风通风柜。

（3）上下联合排风柜式排风罩

当通风柜内既有发热体，又产生密度大小不等的有害气体时，应在柜内上、下部均设置排气点，并装设调节阀，以便调节上、下部排风量的比例，可选用上、下联合排风柜。

（4）送吸混合式柜式排风罩

二、柜式罩排风量计算

排风量应满足孔口吸入风速达到控制风速的要求。

排风量L按下式计算:

L=L1+ν×F×βm3/s（4-12）

4.6外部吸气罩

一、外部吸气罩排风量计算

1.基本原理

外部吸气罩位于有害源附近，依靠罩口的抽吸作用将有害物吸入罩内。

对生产操作影响小，安装维护方便，但排风量大，控制有害物效果相对较差。

主要用于因工艺或操作条件的限制，不能将污染源密闭的场合。

外部吸气罩由于靠抽气作用控制，因此罩口的速度分布如何将直接影响控制效果。

显然，罩口的速度大小和分布与罩的结构和排风量有关，对于特定结构的排风罩，吸口速度取决于排风量。

2.侧吸罩排风量

根据不同形式侧吸罩罩口平均风速υ0与“控制点”控制风速的关系式，利用式4-13就可计算排风量。

（4-13）

3.上吸式伞形罩排风量

由于上吸式吸气罩的形状大都和伞相似，所以这类罩简称伞形罩。

伞形罩通常设在工艺设备上方，罩面与发生源的距离视有害物的特性和工艺操作条件而定。

当发生源只产生有害物而发热量不大时，为冷过程，此时伞形排风罩在发生源最不利的有害物散发点处，造成一定的上升风速，将有害气体吸入罩内。

当发生源散发有害物且散热量较大时，为热过程，此时伞形排风罩将热致诱导气流量“接受”并全部排走。

这里只介绍冷过程伞形排风罩排风量的计算。

（1）按发生源工作面边缘点控制风速计算

由于上吸式排风罩设在工艺设备上方，受设备的限制，气流只能从侧面流入罩内。

其排风量为：

（4-14）

（2）按罩口平均风速计算

用此方法确定伞形罩排风量，其计算式与式（4-13）相同。

用该方法计算时，伞形排风罩罩口面积比发生源设备面积大。

矩形罩口面积

圆形罩口面积

二、外部排风罩设计应注意的事项

（1）设计伞形罩时，应考虑工艺设备的安装高度，在不妨碍工艺操作的前提下，罩口应尽可能靠近污染物发生源。

（2）尽可能避免室内横向气流干扰，必要时也可采取围挡、回转、升降及其它改进措施。

（3）在排风罩口四周增设法兰边，可使排风量减少。

（4）集气吸尘罩的扩张角α对罩口的速度分布及罩内压力损失有较大影响。

设计外部集气吸尘气罩时，其扩张角α应小于（或等于）60°

（5）当罩口尺寸较大，难以满足上述要求时，应采取适当的措施，以便确保集气吸尘罩的效果。

例如把一个大排风罩分隔成若干个小排风罩；在罩内设挡板；在罩口上设条缝口，要求条缝口处风速在10m/s以上，而静压箱内风速不超过条缝的速度的1/2；在罩口设气流分布板。

4.7热源上部接受式排风罩

一、热射流及其计算

热过程排风罩不同于冷过程排风罩，其排风量取决于它所接受的热气流大小，不存在控制风速的问题。

设计热过程伞形排风罩的关键是计算诱导上升的气流流量及上升气流在不同高度上的横截面大小。

对于生产工艺本身散发的热射流，一般需通过实测确定，而对于高温设备表面对流散热形成的热射流，可根据热设备表面的对流散热量推算，其计算式为：

（4-15）

根据热源上伞形罩的安装高度H，分为低悬罩和高悬罩两类。

H≤1.5的称为低悬罩,H>1.5的称为高悬类。

其中Ap为热设备横断面积。

二、排风量的计算方法

低悬罩和高悬罩的结构参数，气流运动及排风量的分析计算方法有所区别。

低悬罩:

按“源尺寸加大0.5H”的原则计算:

低悬圆形罩D=d+0.5H

低悬矩形罩A=a+0.5HB=b+0.5H

高悬罩:

按“罩口断面处的热射流尺寸加大0.8H”的原则计算:

D=Dz+0.8H

首先分析不同上升高度热射流的流量、流速和断面直径，然后按“罩口断面的热射流流量+罩口扩大面吸入空气量”的方法计算排风量。

低悬罩排风量L=L0+L1L1=V1*F1其中：

V1=0.5～0.75m/s

高悬罩排风量L=Lz+V1*F1

4.8槽边排风罩

一、槽边排风罩的分类

1.槽边排风罩：

是外部排风罩的一种特殊形式，专门用于各种工业槽（如酸洗槽、电镀槽、中和槽、盐浴炉池等）。

2.特点：

不影响工艺操作，有害气体在进入人的呼吸区之前就被槽边上设置的条缝形吸气口抽走。

3.分类：

单侧、双侧、周边形（环形）三种。

单侧排风罩适用于槽宽B≤700㎜；

双侧适用于B＞700㎜；B＞1200㎜时，应采用吹吸式排风罩；

当槽直径D=500～1000㎜时，宜采用环形排风罩。

二、槽边排风罩的结构形式

目前常用的有两种，即平口式和条缝式。

1.平口式槽边排风罩：

吸气口上不设法兰边，吸气范围大。

2.条缝式槽边排风罩：

截面高度E较大，

E＜250㎜的称为低截面，E≥250㎜的称为高截面。

增大截面高度如同在罩口上设置挡板，可减小吸气范围。

条缝式槽边排风罩的条缝口有等高条缝和楔形条缝两种。

等高条缝口上速度分布难于达到均匀，末端风速小，靠近风机的一端风速大。

三、槽边排风罩排风量的计算

不同形式的槽边排风罩，其排风量计算公式是不同的。

（1）高截面单侧排风

（2）低截面单侧排风

（3）高截面双侧排风（总风量）

（4）低截面双侧排风（总风量）

（5）高截面环形排风

（6）低截面环形排风

条缝式槽边排风罩的阻力按右式计算

§4.9吹吸式排风罩

一、吹吸式排风罩的原理

由吹风口和吸气口组合而成.它通过吹出射流和吸入气流联合作用来提高所需的“控制风速”,从而达到排除污染气体的目的。

吹吸罩需要考虑到吸气口口腔气速度衰减很快，而吹气气流形式的气幕作用的距离较长的特点，在槽面的一侧设喷口喷出气流，而另一侧为吸气口，吸入喷出的气流以及被气幕卷入的周围空气和槽面污染气体。

这种吹吸气流共同作用的集气罩称为吹吸罩。

二、吹吸罩的设计计算

吹吸气流是一种性质比较复杂的气流,怎样进行合理的设计和计算,至今还是国内外进一步研究的课题.目前较常采用的主要有速度控制法和流量比法。

吹吸罩设计计算的目的是确定吹风量、吸风量、吹风口高度、吹出气流速度以及吸风口设计和吸入气流速度。

通常采用的方法是巴杜林提出的速度控制法。

对工业槽，计算方法如下：

1.吸风口前必须的射流平均速度的确定与槽温有关；

2.吸气口的排风量应大于吸气口前的射流流量，一般为射流末端的1.1～1.25倍；

3.吹风口的高度一般为（0.01～0.015）H；

4.吸气口上的气流速度应小于等于2～3倍的吸风口前必须的射流平均速度。

4.10排风罩的其它形式

一、屋顶集气罩

屋顶集气罩是是一种特殊高悬罩，它是布置在车间顶部的一种大型集尘罩，它不仅抽走了烟气，而且还兼有自然换气的作用。

下面介绍几种不同形式的屋顶集尘罩。

1.顶部集尘罩方式（图4-3a）

2.屋顶密闭方式（图4-3b）

3.天窗开闭型屋顶密闭方式（图4-3c）

4.顶部集尘罩及屋顶密闭共用方式（图4-3d）

5.屋顶电除尘方式（图4-3e）

a）集尘方式b）屋顶密闭方式c）天窗开闭型屋顶密闭方式

d）集尘屋顶密闭共用方式e）屋顶上设电除尘器

图4-3屋顶集尘罩的形式

二、气幕式排风罩

1.气幕排风罩：

是一种新型的排风罩，它是利用射流形成的气幕将尘源罩住，即利用射流的屏蔽作用，阻止排风罩吸气口前方以外的空气进入抽吸区，从而缩小排风罩的吸气范围，达到以较小的吸气量进行远距离控制抽吸的目的。

2.形式：

普通（不带旋的）气幕排风罩以及旋转气幕排风罩

3.特点：

与前面的各种排风罩比较，气幕式排风罩具有以下主要优点：

（1）可以远距离捕集粉尘和有害气体；

（2）由于有一个封闭的气幕空间，污染气流与外界隔开，用较小的排风量即可有效排除污染空气。

（3）有较强的抗横向气流能力。

目前，气幕式排风罩在国内尚处在实验研究阶段。

4.11局部送风

一、局部送风的使用条件及分类

1.局部送风：

向局部工作地点送风,使局部地带造成良好的空气环境。

2.局部送风的适用条件：

高温车间采取了隔热及自然通风措施后，如果在人员操作地点，空气温度仍达不到卫生标准，或者辐射强度超过350W/m²，应设置局部送风，以提高工作地点的风速，或降低空气温度，改善局部工作地点的空气环境。

3.常用的局部送风装置

风扇、喷雾风扇及系统式局部送风。

二、喷头

系统式局部送风装置的风口常采用喷头，常见的喷头形式有固定式、旋转式和球形喷头。

三、局部送风的设计方法

主要设计喷头型号、尺寸、流速、流量，以保证工作区的温度、气流速度及含尘浓度。

具体方法同空气调节中的气流组织计算。