三軸聯動脈沖袋式除塵器

童 科

（浙江 臺州 318000）

脈沖袋式除塵器是目前國內應用最廣的除塵清灰方式之一，其原理是以壓縮空氣為動力，利用噴吹機構瞬間噴出的壓縮空氣，通過文丘里管誘導數倍于噴射氣量的空氣高速進入濾袋，使濾袋由頂部濾口至底部產生急劇的膨脹和沖擊振動，產生很強的清落積灰作用。這種除塵器清灰強度大，可以允許采用較高的過濾風速，能滿足大多數除塵場合的清灰要求。

然而，目前國內在售的脈沖袋式除塵器均采用了傳統的固定噴頭結構設計，如QMC脈沖袋式除塵器和氣箱脈沖袋式除塵器，這種除塵器通常由一排平板形扁式濾袋和噴吹管組成，在每個濾袋的上方都裝有一根噴吹管，管上有噴吹孔正對每條濾袋中心，各噴吹管經由脈沖閥與氣包相連。當脈沖閥開啟時，氣包內的壓縮空氣瞬間由噴吹孔射出，并通過置于濾袋口處的文丘里管引射大量空氣一并進入濾袋，完成一次清灰。當一個濾袋清灰后，間隔一定時間后對下一個濾袋進行清灰，依次逐個循環進行。落入灰斗的灰塵由卸灰閥排出。這種脈沖袋式除塵器存在以下幾個缺點：一是噴吹管和濾袋必須嚴格對正，否則不能保證有足夠的引射能力，并且噴吹氣流偏斜容易使濾袋損壞，降低使用壽命，因此需要經常對所有噴吹管進行維護以保證其精度；二是每個濾袋都需要各自的噴吹管、文丘里管和脈沖閥，制造成本較高；三是采用的平板形扁袋由于面積較大，需要更大的噴射動力，因此對氣包和脈沖閥以及連接管的要求都比較高；四是扁袋和置于其內的支撐骨架的制作都較為復雜，成本較高；五是噴吹管固定于濾袋的上方，維護或更換濾袋時需先拆除噴吹管或者打開灰塵較多的中箱體取出濾袋，兩種方式操作起來都十分不便。

因此，為了解決上述技術問題，本文提出了一種新式的三軸聯動脈沖袋式除塵器，該除塵器采用筒式濾袋，并引入了一個三軸運動定位裝置，通過該定位裝置驅動一個集噴嘴、文丘里管和可伸縮氣密壓套為一體的一體化噴氣頭沿三個方向作直線運動，使噴頭對接下方的濾袋口，從而完成脈沖清灰過程。這種脈沖袋式除塵器有如下特點：使用集成了文丘里管的一體化噴氣頭，省去了一組噴吹管和脈沖閥，每個濾袋口處也不再需要設置文丘里管了，可以大大節省制造成本；所有濾袋共用一個噴氣頭，可以大大降低對噴氣頭的維護成本；采用筒式濾袋，這種濾袋的受力更加均勻，濾袋及支撐骨架的制作也更加方便，成本更低，并且由于面積較小，清灰所需動力較小，可以降低對氣包和脈沖閥的要求和成本；濾袋和其支撐骨架采用一種可抽插式的結構，使得濾袋的拆卸和安裝都更加方便；使用三軸運動定位裝置，可以使清灰過程更加的靈活，可以對任意位置的濾袋進行隨機清灰；使用可編程程序控制器和傳感器，可以使清灰系統智能自動化運行。

圖1 三軸定位運動裝置

1 關鍵構造

三軸運動定位裝置是該新式脈沖清灰除塵器的核心構件（如圖1所示），由x軸、y軸和z軸三軸的組件構成。其x軸由滑桿、螺桿、電機和滑塊組成，螺桿由電機驅動旋轉，滑塊套在滑桿和螺桿上，滑塊與螺桿通過內外螺紋嚙合，螺桿旋轉時帶動滑塊前后移動。y軸組件與x軸類似，由齒輪旋轉帶動履帶轉動并帶動滑塊左右移動。其z軸由滑桿、齒輪、電機、滑塊、履帶和帶齒輪的滑桿固定板組成，齒輪由電機驅動旋轉，履帶套在齒輪上，滑塊與履帶固定連接，齒輪旋轉時帶動履帶轉動并帶動滑塊上下移動。一體化噴氣頭安裝在z軸的滑塊上隨z軸滑塊運動。

上述一體化噴氣頭是一個把噴嘴、文丘里管和可伸縮氣密壓套集成到一起的組件。文丘里管的上端連接噴嘴，下端連接可伸縮氣密壓套。可伸縮氣密壓套的內徑大于花板開孔的直徑以便對接時能完全套壓住濾袋口以保證氣密性。

圖2 整體結構圖

為了使濾袋是一種容易安裝和拆卸的結構，上述的筒式濾袋套在一個支撐骨架的外面，支撐骨架的頂端焊接到一個卡環上，卡環的外徑大于花板開孔的直徑，另有一個環形壓片，該環形壓片的內徑略大于濾袋的外徑，外徑與卡環相同，環形壓片從濾袋底部套入直至濾袋口處，與卡環對齊壓緊，將濾袋開口處的翻折多余部分夾在中間，并用鉚釘或螺絲緊固。這樣的結構可將濾袋牢牢固定在支撐骨架外，安裝時只需將濾袋及支撐骨架插入花板開孔處，環形壓片會將濾袋卡在花板上而不會滑下，同樣，拆卸時只需將濾袋及支撐骨架抽出即可。

花板上的濾袋開孔呈等間距的方陣排列。可以采用正方形或三角形陣列等排列方式，但陣列邊緣的開孔需留有一定的邊距，以使所有開孔的位置均在三軸運動定位裝置能夠定位到的范圍內。

2 自動化控制

為了實現自動化控制，采用一個可編程程序控制器來控制三軸運動定位裝置各軸的運動，從而使得清灰過程可按預先設定的條件或順序進行。同時，與一體化噴氣頭相連的氣包脈沖閥也由程序控制器控制，可實現每次脈沖噴氣量的按需釋放。

為了使清灰過程更加靈活和及時，同時減少能耗，還在每個濾袋內部設了一個傳感器。該傳感器可以感知濾袋上吸附的灰塵量，當吸塵量達到一定程度時，傳感器立即通知程序控制器中斷原清灰程序并優先對所在濾袋進行清灰。

在實際使用時，可根據入口氣體的含塵濃度、灰塵特性及進氣速率等參數，靈活設置清灰順序、時間間隔、脈沖噴氣量大小以及傳感器的觸發閾值等，從而實現整個系統的智能自動化運行。

3 具體實施

如圖2所示，整個除塵器主要分為上箱體1、中箱體2和下部灰斗3三個部分。在上箱體和中箱體之間有花板14分隔，花板的作用一是將含塵氣體與凈化后的氣體分隔，二是作為濾袋安裝的支撐。濾袋12放置于中箱體，每個濾袋均套在一個支撐骨架13外面，濾袋與支撐骨架一起從花板的開孔處插入中箱體。除塵時，含塵氣體從進氣口4進入中箱體，經濾袋過濾后，灰塵被吸附在濾袋的外表面上，凈化后的氣體經花板處的濾袋口進入上箱體，并從上箱體的出氣口5排出系統。清灰時，首先由程序控制器9命令三軸運動定位裝置11將一體化噴氣頭10水平移動到需要進行清灰的濾袋的正上方，然后命令三軸運動定位裝置將一體化噴氣頭下降，使一體化噴氣頭的可伸縮氣密壓套壓套住濾袋口完成對接，接著控制器再命令與氣包7相連的脈沖閥8釋放一定量的壓縮氣體，經輸氣軟管到達一體化噴氣頭射出，并通過一體化噴氣頭的文丘里管引射大量空氣一并進入濾袋，使濾袋產生急劇的膨脹和沖擊振動，將灰塵抖落至下部灰斗，完成一次清灰過程。當灰斗的灰塵積累到一定量時，開啟排灰閥6排灰。當需要維護或更換濾袋時，可將上箱體的上蓋15打開，并命令三軸運動定位裝置將噴氣頭水平移動至上箱體邊緣處，即可將濾袋和支撐骨架完全抽出，十分方便。

上述的一體化噴氣頭通過兩根固定箍條固定在三軸運動定位裝置的z軸的滑塊上。一體化噴氣頭通過輸氣軟管與脈沖閥相連，輸氣軟管需保證一定的長度以使噴氣頭能移動到最遠端的濾袋上方，可以采用彈簧狀軟管。文丘里管的上端連接噴嘴，下端連接可伸縮氣密壓套。可伸縮氣密壓套的內徑大于花板開孔的直徑以便對接時能完全套壓住濾袋口以保證氣密性。由于所有的濾袋共用同一個一體化噴氣頭，省去了一組原本每個濾袋都配備的噴吹管和脈沖閥，并且由于噴氣頭里集成了文丘里管，省去了原本在每個濾袋口處都設置的文丘里管，大大節省了制造成本。同時維護時也只需對這個一體化噴氣頭進行，大大降低了維護成本。

綜上所述，本文所介紹的新式脈沖袋式除塵器是一種對脈沖氣體的動力要求較低、噴氣頭的維護工作量少、清灰過程自動化、同時濾袋易拆卸易安裝的脈沖袋式除塵器，兼具靈活、低成本、易維護的優點，相比傳統的脈沖袋式除塵器，具有較高的經濟效益。

[1]王純，張殿印.廢氣處理工程技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2013：216-217.