如何设计除尘器滤筒：尺寸、强度、压降与纳污量

1.滤筒的分类

图3-82 滤筒用文丘里喷嘴的结构和安装高度

常用滤筒分为3大类。这三类滤筒的区别分别见表3-35和表3-36。

表3-35 不同空气滤筒的不同保护对象和安装部位

表3-36 不同滤筒净化的尘源和精度

2.除尘器滤筒构造

滤筒式除尘器的过滤元件是滤筒。滤筒的构造分为顶盖、金属框架、褶形滤料和底座等4部分。

滤筒的上、下端盖、护网的粘接应可靠，不应有脱胶、漏胶和流挂等缺陷；滤筒上的金属件应满足防锈要求；滤筒外表面应无明显伤痕、磕碰、拉毛和毛刺等缺陷；滤筒的喷吹清灰按需要可配用诱导喷嘴或文氏管等喷吹装置，滤筒内侧应加防护网，当选用D≥320mm，H≥1200mm滤筒时，宜配用诱导喷嘴。

3.除尘器滤筒设计

滤筒成品体积对过滤器总成体积关系很大。使用过滤器总成的主机，往往对过滤器提出以下要求：

1）除尘器总高和进出口距离（宽）；

2）滤筒下体总高和直径；

3）滤筒总质量；

4）出气口连接方式及尺寸；

5）过滤精度等一系列与过滤特性相关的性能要求。

滤筒设计根据总成要求要注意以下要素：

1）滤筒外径尺寸：小于滤筒内径10mm为最佳。这是因为高而窄小的空间，可以让污染颗粒在滤筒外层缓慢沉降，这样使滤筒从上而下地均匀接受污染堵塞。

2）内骨架直径尺寸的确定：主要考虑通油小孔的大小不应影响过滤气量，同时要照顾小孔尺寸对骨架强度的影响。

3）内骨架总强度极为重要：首先要考虑滤筒承受的压差要以骨架支撑，所以直径越小，强度越高。

4）褶波纹牙高度：应选在10～50mm之间为最佳。

5）充分留有压差极限余地：当计算出所需过滤面积后，应将此面积增大1倍。这是因为要充分考虑实际工作中，粉尘污染物是不可预测的。

（1）滤筒外形设计 选用纸张式且需要打褶的滤筒的设计和制造方法大同小异。滤筒设计应该是按实际使用要求去设计，而强度、压降和纳污量等要求决不可单纯依靠计算公式得出的参数给出确定值。应靠试验得出的经验数值。计算、推导只能是个参考，这就是滤筒不同于其他机件的特殊点。

滤筒外形设计包括：形状、尺寸、选材、结构及强度。

波纹牙型要求：包括波纹各部尺寸、波纹数量和波纹展开面积等。

①滤筒波纹高度：如图3-83所示，此图形确立就是为了展开面积增大。面积大则通过含尘气体阴力小，负荷量大。

图3-83 滤筒牙型各元素代号

设计者首先确立两个尺寸：总展开尺寸和波纹形成后的滤筒外圆及总长。两者综合考虑的结果，确立了波纹牙高。即式：

式中 h——波纹牙高（mm）；

D——波纹总体外圆直径（mm）；

d——波纹总体内圆直径（mm）。

最佳波纹牙高（过滤面积最大取决牙高），可按下式计算：

②波纹牙数：波纹牙高乘滤筒长度是半个波纹牙的面积，一个波纹牙高乘以总牙数是滤筒总过滤筒面积。如果一味追求牙数增多而求其面积增大，则会呈现牙挤牙，牙间隙小，反而增大通油阻力。合适的滤筒牙数按下式计算：

式中 n——波纹牙数（个）；

t——滤层厚度（mm）；

r——波纹牙型折弯半径（mm）；

l——波纹牙间距（mm）。

③过滤筒面积：按下式计算：

A=2nhL （3-44）

式中 A——滤筒过滤面积（mm²）；

L——滤筒总长（mm）。

④需求过滤面积：滤筒实际需求过滤面积按下式计算

式中 Q——空气流量（L/min）；

q——对选用滤材实际测得的单位面积流量[L/（min·cm²）]；

μ——气体动力黏度（P（泊））；

△P——滤材实测压差（MPa/cm²）。

实际设计选用“过滤面积”应大于理论计算的“需求过滤面积”，以求滤筒长寿命。

（2）滤筒强度设计 滤筒强度要求有：压扁强度和轴向强度。滤筒结构及受力如图3-84所示。

①滤筒内骨架负荷系数：滤筒内骨架是外部滤层的主要支撑体，它必须有一定强度。但滤过的气体要通过它流出。为近似地计算内骨架强度，引入了负荷系数C₁、C₂和C₃，其值按经验公式进行计算。

图3-84 滤筒结构及受力方向示意图

式中 C₁——径向负荷系数；

C₂——轴向负荷系数；

C₃——通孔负荷系数；

a——通孔周向间距（mm）；

b——通孔轴向间距（mm）；

d——通孔直径（mm）。

②滤筒外部径向压力产生的应力：按下式计算：

式中 σ₁——轴向应力（MPa）；

σ₂——径向应力（MPa）；

τ——切应力（MPa）；

△P——滤筒承受的压差（MPa）；

t_g——骨架壁厚（mm）

R——骨架外圆半径。

③端向负荷产生的应力：按下式计算：(www.xing528.com)

式中 F——端向负荷（N）；

F_K——滤筒压紧弹簧力（N）；

D₃——滤筒端盖内圆直径(mm)。

端向负荷产生的应力按下式计算：

④强度失效：滤筒强度失效形式通常有三种，当承受外部径向压力时，失效形式为压扁变形；当端向负荷作用下。细长滤筒容易产生弯曲变形；短粗滤筒容易产生腰鼓变形。

⑤临界压扁力：按式下面公式计算：

令

式中 L_g——内骨架受力长度(mm)；

μ₁——泊桑比。

当K_qβ_q＜3时：

式中 P_c——临界压扁力(MPa)；

E——弹性模量(MPa)。

当β_q≥K_q时：

当;

式中 K_c——计算系数，一般取0.918mm。

如果β_q、K_q同时满足K_qβ_q＜3，β_q≥K_q条件时，临界压扁力应按式(3-54)计算；如果β_q、K_q同时满足β_q≥K_q、条件时，临界压扁力应按式(3-55)计算。

(3)滤筒压降设计

滤筒应设计成流量大而压降却小的水平。

①不锈钢纤维毡滤筒的压降：不锈钢纤维毡制成的滤筒压降按下式计算：

式中 μ——流体动力粘度(Pa·S)；

H——滤毡厚度(m)：

K——渗透系数（m³）。

②烧结滤筒的压降：金属粉末烧结滤芯的压降按下式计算：

式中 K’——过滤能力系数。

式中 d₂——烧结粉末颗粒平均直径（m）；

t_s——烧结板厚度（m）。

③纤维类滤材的压降

纤维类滤芯的压降计算式如下：

纤维类滤材制成滤芯过滤能力总数K_x=1.67^-1m，包括植物纤维、玻璃纤维和无纺布。

④过滤器空壳压降

过滤器空壳压降按下式计算：

式中 △P_k——过滤器空壳压降（Pa）；

λ_i——空壳沿程阻力系数；

L_i——每段沿程长度（m）；

A_i——每段沿程通油面积（m²）；

A_j——某局部变化后的面积（m²）；

ξ_j——某局部阻力系数；

d_i——每段沿程的水力直径（m）。

4.滤筒成品外形

滤筒是用设计长度的滤料折叠成褶，首尾粘合成筒，筒的内外用金属框架支撑，上、下用顶盖和底座固定。顶盖有固定螺栓及垫圈。滤筒成品有圆形和扁形两种，圆形滤筒如图3-85所示，扁形滤筒的外形如图3-86。

5.除尘滤筒国标规定的尺寸

滤筒规定外形尺寸系列见表3-37，尺寸偏差极限值见表3-38，滤筒的直径和褶数见表3-39。实际上各厂家还根据工程实际需要，设计和生产许多滤筒尺寸。

图3-85 圆形滤筒外形图

a）外形尺寸 b）外貌

图3-86 扁形滤筒外形图

a）外形尺寸 b）外貌

表3-37 滤筒的尺寸系列 （单位：mm）

注：1.滤筒长度H，可按使用需要加长或缩短，并可两节串联。

2.直径B是指外径，是名义尺寸。

3.有标志“☆”为推荐组合。

表3-38 滤筒外形尺寸偏差极限值 （单位：mm）

注：检测时按生产厂产品外形尺寸进行。

表3-39 滤筒的直径与褶数 （单位：mm）

注：1.有标志“☆”者为推荐组合。

2.褶数250～350仅适应于纸质及其覆膜滤料。

3.褶深35～50mm。