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                      除尘器

                      滤筒除尘器系统故障分析与设计改进

                      作者:郑州快三投注环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-04-11 10:27:01

                      【摘要】大型矿用挖掘机滤筒除尘器系统的工作原理是在系统风机的作用下,将含尘气流通过滤筒过滤,把清洁空气送入机棚内;同时,在滤筒上的灰尘通过脉冲阀清灰,落入灰斗被连续排出。本文对该装置在实际应用中发生的故障进行分析,从设计结构入手,对装置底架钢结构、风帽结构及其支撑、系统风机室结构、风机安装底座、螺旋输送机等进行了优化设计,优化除尘器的清灰方式,对滤筒系统的控制程序进行了合理的调控。改进后的滤筒除尘器系统普遍应用于系列大型矿用挖掘机的工作中,为提高大型挖掘机的出铲率提供可靠保障。

                      【关键词】滤筒除尘器;故障分析;设计改进

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                      在露天采矿中,大型矿用挖掘机用于露天矿表土的剥离、堆弃以及矿物的采掘和装载工作。由于挖掘机是露天作业,特别是在露天采矿场工作的挖掘机,因粉尘严重,所以挖掘机的一些重要部件和设备等都放在机棚内,机棚除防风防雨外,还需要防尘、保温。机棚的设计是封闭式的。为了保持机棚内空气清洁,在挖掘机的后部,设计有通风除尘装置,其作用是经过过滤的新鲜空气由风机一直吹入到机棚内,涌入大量的空气,使机棚气压增高,造成超高微压,形成气封,使外边空气从各缝隙不能进入机棚内部。机棚各缝隙之间加胶条密封,棚内气体可由提升钢丝绳出口处排出。这样,就形成了一个对流,任凭外面刮风、下雨,粉尘都无法进入机棚内,保证机棚内的设备的清洁。另一方面,通风装置中通入机棚的清洁冷空气还需对挖掘机机棚内的电器室内的电器元件进行散热,保证其正常工作。

                      1滤筒除尘器的工作原理及设计结构

                      1.1滤筒除尘器的工作原理

                      大型矿用挖掘机的新型的通风除尘装置采用滤筒式除尘方式,其工作原理是:含尘气流从除尘器的顶部进入集气室,由于气流断面突然扩大,气流中一部分颗粒粗大的尘粒在重力和惯性力作用下沉降下来;含尘气流中的粒度细、密度小的尘粒进入集气室后通过布朗扩散和筛滤等的综合效应就被滤筒表面截流,使粉尘沉积在滤筒的滤料表面。在系统风机的作用下,气流通过滤筒过滤,清洁空气被送入机棚内。

                      滤筒除尘器的阻力随滤料表面粉尘层厚度的增加而增大,阻力达到某一规定值时,进行清灰,此时脉冲控制仪控制脉冲阀的启闭。当脉冲阀开启时,气包内的压缩空气通过脉冲阀经喷吹管上的小孔喷射出一股高速、高压的引射气流,从而形成一股相当于引射气流体积1~2倍的诱导缺陷流,一起进入到滤筒内,使滤筒内出现瞬间正压并产生鼓胀和微动;沉积在滤料上的粉尘脱落,掉入灰斗内被连续排出。

                      滤筒除尘方式逐排滤筒顺序清灰,脉冲阀开闭一次产生一个脉冲动作,一般情况下,所需时间为0.1~0.2S;脉冲阀相邻两次开闭时间1~2min,

                      全部滤筒完成一次清灰循环所需要的时间为10~30min。由于为低压脉冲清灰,所以根据运行阻力情况,应把喷吹时间适当延长,而把喷吹间隔和喷吹周期适当缩短。滤筒除尘器工作原理见图1。

                      图1 滤筒除尘器工作原理示意图

                      1.2通风除尘装置的设计结构

                      大型矿用挖掘机的通风除尘装置设计安装在挖掘机的后部,需要与挖掘机的机棚后部联接,其结构由装置底架、滤筒除尘器、风帽及支撑等组成,而滤筒除尘器则由系统风机、集气室、净气室、脉冲反吹、集灰斗及排尘的螺旋输送机等组成。

                      2通风除尘装置使用中的故障分析及设计改进

                      新型的滤筒除尘器系统应用于大型矿用挖掘机上,虽然滤筒除尘器的除尘效果较前期惰性除尘器的除尘效果有了很大的改善,但在WK系列大型挖掘机的使用过程中,装置各部件经常出现故障,影响挖掘机的正常工作,本文结合挖掘机的实际工况,对各部件发生的故障进行分析并进行相应的设计改进。

                      2.1装置底架的故障分析及设计改进

                      2.1.1装置底架高度偏高产生的故障

                      装置底架在整个滤筒除尘器中起承上启下的作用,装置底架的上部与除尘器连接,装置的下部与机棚的后部联接。装置的结构是上下两层的钢结构形式。由于滤筒除尘装置安装于挖掘机的后部,在挖掘机开始挖掘与回转工作过程中,挖掘机机棚顶上的后部将产生剧烈的抖动,装置底架高度偏高,导致其上的滤筒除尘器联接不稳。且装置底架的前部联接有螺旋输送机中的集尘斗,在装置前壁上缺少维修孔,若输送机出现问题,现场维修困难。装置底架的结构如图2所示。

                      图2 装置底架结构图

                      2.1.2优化装置底架的设计结构

                      在保证除尘器功能的基础上,尽量降低装置底架的整体高度,在WK-20(标准铲斗斗容量为20m?)、WK-35(标准铲斗斗容量为35m?)、WK-55(标准铲斗斗容量为55m?)等型号的挖掘机中,装置底架的高度降低200mm左右,同时对于底架与机棚后部联接处加强的刚性,尽量减少焊接变形。在装置底架前部下方对应的集尘室处开带有维修盖的维修孔,以方便螺旋输送机的维护。

                      2.2风帽及支撑结构的故障分析及设计改进

                      2.2.1不合理的风帽结构产生的故障

                      风帽安装于滤筒除尘器之上,它的作用是对从大气中通过系统风机吸入到滤筒中的空气,进行前期预处理,即将空气中的水气及小石粒挡在滤筒除尘器外。前期装置的风帽设计中,采用是前后立柱通过螺栓联接在机棚及除尘器上。但由于挖掘机工作时产生大的抖动,导致立柱与机棚联接处的焊接法兰发生开裂,以至于风帽支撑摇晃。

                      2.2.2改进风帽的设计形式

                      由原来的在机棚上有左右支撑、后部支撑的螺栓连接的大风帽优化设计为在除尘器顶上由销轴连接的小型风帽。这样,减轻了风帽的重量,增加了稳定性。同时,将除尘器内部钢结构进行了加强。两种风帽结构对比如图3所示。

                      图3 风帽改进前后的结构形式

                      2.3滤筒除尘器系统风机的故障分析及设计改进

                      2.3.1滤筒除尘器系统风机与净气室联接不当产生的故障

                      在大型挖掘机上采用的滤筒除尘器中的动力是系统风机,即离心风机。风机的进风端需要与除尘器的净气室联接,而出风口则需要于装置底架的送入机棚的风道口联接。前期的设计是采用软接通过螺栓联接,风机与装置底架的安装采用弹簧减震器,在实际挖掘机的工作中,由于挖掘机挖掘产生的冲击力导致挖掘机机身抖动,软接常常撕裂,弹簧减震器崩开,使得风量无法集中保证。另外,因离心风机安装于密闭室内,有时需要更换检修,而风机室的检修门尺寸不合适。

                      2.3.2改进系统风机室的设计结构

                      首先改进风机进风口及出风口处的联接形式。将原设计中的出风软接,改设计为刚性直插式,在刚性管与底架接口处留出一定的间隙,在装置中的进风口处设计成硬连接筒形式。

                      将系统风机的底座由原来的弹簧减震器,改设计为弹性相对小的绝缘脂减震器,在系统风机室顶部增加设计链轨小车,在风机室钢结构侧板上设计维修门,便于系统风机的更换与维护。

                      2.4滤筒除尘器中脉冲清灰系统的故障分析及设计改进

                      2.4.1除尘器中电磁脉冲阀气包安装位置不合适产生的故障

                      在滤筒除尘器中,在滤筒后部设置有文氏管,在滤筒中线上设有压气包和电磁脉冲阀。由压力变送器向PLC传递信号使电磁脉冲阀动作,压气包中的压气由喷吹管喷出高速射流,经文氏管引射进入滤筒内腔,并由多褶滤料外流,以清除滤筒上的灰尘。前期的设计中,电磁阀气包的安装位置尺寸不合适,导致电磁阀不易维修更换,在挖掘机实际工作中,电磁阀是属于易损件。这样,需要改进设计除尘器的脉冲清灰系统,以确定合适的电磁阀气包的安装位置。

                      2.4.2除尘器中脉冲清灰系统的设计改进

                      除尘器脉冲清灰系统结构见图4。清灰系统的参数有喷嘴直径,喷射距离S,文氏管的口径及长度,这些参数合理与否,直接影响清灰效果。而喷射距离S的合理性又直接影响到除尘器钢结构的设计外形尺寸。对现有结构中各件尺寸进行校核计算,以确保达到更加理性的清灰效果。

                      图4 脉冲清灰系统结构

                      一般情况下,假设射流从管口(或喷嘴)喷出时,在出口断面上速度的分布是均匀的。由于射流的空气质点的运动,带动周围静止空气的质点运动,使射流的断面不断扩大,形成一个圆锥,圆锥的顶点位于管内一定距离,圆锥的顶角为2θ,θ角称为射流的极角。流的极角大小与喷管的形状及射流周围空气的扰动程度有关,并存在式(1)关系。

                      tanθ=αφ                (1)

                      式中:α为紊流系数,对圆柱形喷管,α=0.08;φ为射流喷口的形状系数,对圆断口射流,φ=3.4。

                      若喷嘴喷口的半径为R0,射程为Si处的射流断面半径R的计算见式(2)或式(3)。

                      射流断面半径R的计算见式(2)或式(3)

                      若射流出口流量为QAi,出口半径为R0,则射程为Si处的流量QSi计算见式(4)和式(5)。

                      射程为Si处的流量QSi计算见式(4)和式(5)

                      那么通过文氏管左上端半径取为R直径,喷嘴(喷口)半径R0,就可以得出射程Si具体数值:由R=R0+Stanθ,通常θ=14.5°,tanθ=0.258,有S=R-R0/tanθ。

                      确定了射程S的具体数值,合理设计出电磁阀气包的安装位置尺寸,留出中部的出风口要与风机有安全距离,便于电磁阀的更换与维修。同时,以此来确定了除尘器钢结构的外形尺寸,使得其与装置底架的联接更加牢靠。

                      2.5螺旋输送机的故障分析及设计改进

                      2.5.1螺旋输送机排灰不畅产生的故障

                      当滤筒装置将空气中的过滤后,过滤留下的灰尘就会落入除尘器下面的集成室内,由螺旋输送机将粉尘直接排到设备室外。由于大型挖掘机所要求的风量大,除尘器滤筒数量多,而螺旋输送机整体安装于除尘器下面,它的长度较长,集尘器侧板与水平面夹角为55°,在集尘器下部连接螺旋输送机,在螺旋输送机的左端是带传动带动星型卸荷阀,在螺旋输送机右端安装减速箱机、联轴器和电机。在挖掘机工作时,若灰尘得不到及时有效的排出,大量的灰尘就会聚集在集尘器中,导致螺旋输送机无法正常工作,从而影响到整个除尘装置。

                      2.5.2螺旋输送机的设计改进

                      在改进设计时,首先,加强螺旋输送机的整体刚性,将螺杆的直径加大,以减小大跨距螺杆的下沉挠度;其次,将螺杆上叶片尺寸适当缩小,增加螺杆叶片与输送机钢结构底部的距离,以防止螺旋输送机在工作过程中与钢结构底部发生干涉现象。考虑到螺旋输送机方便安装,在输送机的驱动装置侧设计为链式联轴器,这样的联轴器不但可以补偿安装时难免存在的一定相对偏差,还可以补偿螺旋输送机在运转过程中出现的相对位移。

                      2.6合理调节除尘器的电气控制程序

                      对除尘装置的机械结构进行了改进设计之后,结合挖掘机实际工况,对除尘装置的电气方面的控制程序也进行了合理调节。

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                      2.6.1合理调节风机电机的开启和关闭程序

                      设定开关,当环境温度低于-30℃时,启动电加热器,风机运转时电加热器关闭,风机停机时电加热器一直开启;当温度高于-30℃时,电加热器一直关闭。

                      2.6.2合理调整脉冲反吹电磁阀的动作程序

                      采用PLC控制,每隔20S开启一个脉冲电磁阀,反吹持续时间0.1S,所有脉冲电磁阀顺序进行;PLC在脉冲反吹阀间隔与反吹持续时间的控制设置为可调节的。

                      2.6.3合理设置除尘器中运行阻力的监控程序

                      在电控柜内设置压力变送器监控除尘器运行阻力,压力变送器开关设置在除尘器运行阻力达到1200Pa时,压力变送器向PLC传递信号,可以调节的控制脉冲反吹电磁阀每隔10S开启一次,开启时间为0.2S,所有反吹阀按顺序依次进行。

                      2.6.4合理调节螺旋输送机和星形卸灰阀的控制程序

                      螺旋输送机电机开关控制由PLC完成,并且可以调节电机开启关闭及运行间隔持续时间。由原来的每隔20~30min运行一次,每次运行持续时间是8~10min;调整为每隔8h运行一次,每次运行持续时间是15min。即当脉冲反吹电磁阀工作时,螺旋输送机也开始工作,实现同步。螺旋输送机同时配置星形卸灰阀,星形卸灰阀由自带电动机作为动力,它的开启与关闭与螺旋输送机的开启与关闭同步,并由PLC控制完成。这样,有效地防止螺旋输送机由于频繁工作造成的停机故障。

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                      3结语

                      通过对滤筒除尘器系统在使用过程中的故障分析,发现原有结构中存在的问题,并提出相应的解决方案,将装置各部件的钢结构进行了优化设计,将滤筒系统的控制程序进行了合理的调控,有效地保证了滤筒除尘器系统在挖掘机工作中的稳定性,进而为挖掘机机棚内提供清洁空气,同时对挖掘机机棚内电器室散热提供了可靠地保证。从某种意义上来说,降低了通风除尘装置的故障率,有效的延长了挖掘机的使用寿命,为用户提高了挖掘机的铲出率。

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