高壓靜電除塵器的設(shè)計(jì)與制作

萬(wàn)琳凌 周子昕

(1. 華東師范大學(xué)教育學(xué)部，上海 200062；2. 江蘇省南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校中英班A2(2)班，江蘇 南京 210018)

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高壓靜電除塵器的設(shè)計(jì)與制作

萬(wàn)琳凌1周子昕2

(1. 華東師范大學(xué)教育學(xué)部，上海 200062；2. 江蘇省南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校中英班A2(2)班，江蘇 南京 210018)

本文從工業(yè)靜電除塵器的技術(shù)中獲得啟發(fā)，闡述了利用日常物品制作高壓靜電除塵器的過(guò)程，并對(duì)其除塵性能進(jìn)行了探究.

靜電除塵；設(shè)計(jì)；制作；PM2.5

1 引言

靜電除塵是靜電原理的應(yīng)用之一，在工業(yè)除塵方面發(fā)揮了巨大作用，是“從物理走向社會(huì)”的典型實(shí)例.利用高壓靜電除塵器，學(xué)生可以直觀、清楚地看到除塵效果，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)靜電知識(shí)的理解，提高了學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣.筆者利用日常物品，制作完成了靜電除塵器，將物理實(shí)驗(yàn)生活化，關(guān)注環(huán)境污染問(wèn)題，展現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特魅力.

2 設(shè)計(jì)原理

工業(yè)靜電除塵器的除塵過(guò)程可分為四個(gè)階段：利用高壓電場(chǎng)將氣體電離；粉塵粒子捕獲負(fù)離子而帶電；帶電粉塵粒子向集塵極移動(dòng)；將集塵電極上的沉積粉塵清除，收集到收灰裝置中去.受工業(yè)靜電除塵器的啟發(fā)，筆者自行設(shè)計(jì)、制作除塵器，它由以下三個(gè)部分組成.

(1) 高壓電離系統(tǒng)

通過(guò)在靜電除塵器一對(duì)電極之間施加高壓，建立一個(gè)非均勻電場(chǎng).其中表面曲率很大的線狀電極作為負(fù)極(電暈極)，在這個(gè)電極附近有很強(qiáng)的電場(chǎng)，直徑較大的圓筒狀電極作為正極(接地極).

通過(guò)GDY-50高壓電源提供可調(diào)高壓，在可樂(lè)瓶?jī)?nèi)的直電極和環(huán)繞可樂(lè)瓶外側(cè)的絕緣線圈之間形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，為集塵提供有效條件.

(2) 氣流循環(huán)系統(tǒng)

靜電除塵器內(nèi)的氣體流速及分布對(duì)除塵效率有直接的影響.若氣流分布不均勻，勢(shì)必沖刷收集在極板上的積灰，導(dǎo)致清灰裝置中的粉塵層又重新?lián)P起.筆者在裝置底部安裝了小風(fēng)扇，以改善氣體循環(huán)效果(如圖1).

圖1

(3) 清灰系統(tǒng)

對(duì)于沉積在集塵極上的粉塵，需將其振落到下部的清灰裝置內(nèi)，才算完成電除塵過(guò)程最后一個(gè)環(huán)節(jié).筆者將直徑為1cm的手機(jī)震動(dòng)馬達(dá)貼在收塵主體——可樂(lè)瓶外，作為清灰裝置.在集塵到一定階段后關(guān)閉靜電除塵器，接通手機(jī)震動(dòng)馬達(dá)，振落內(nèi)壁粉塵至集灰裝置.

3 制作過(guò)程

(1) 制作材料

真空壓縮袋、透明鞋盒、大可樂(lè)瓶、漆包線、廢舊泡沫塑膠拖鞋、GDY-50高壓電源、雙路直流穩(wěn)壓源、家用PM2.5測(cè)試儀、小型散熱風(fēng)扇、蚊香、手機(jī)震動(dòng)馬達(dá)等.

(2) 氣體電離部分

如圖2所示，把可樂(lè)瓶的瓶口端切掉，利用圓筒的部分作為集塵極的基本圓柱結(jié)構(gòu).在圓筒的外側(cè)貼上雙面膠，并在其上緊密繞上細(xì)導(dǎo)線，這就是集塵極.剪下廢舊泡沫塑料拖鞋的一部分，將漆包線插入其中，這就制作完成了電暈極，將電暈極置于圓筒中央.

機(jī)械自動(dòng)化指的是將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際機(jī)械制造中去，生產(chǎn)過(guò)程中呈現(xiàn)出自動(dòng)化和智能化的特點(diǎn)，在很大程度上提升了生產(chǎn)的安全和效率。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)，自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)，不僅加強(qiáng)了產(chǎn)品的質(zhì)量，也縮小了生產(chǎn)的成本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的優(yōu)化配置。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)取代了人力勞動(dòng)，解放了人們的雙手，發(fā)揮著人腦和人力的雙重作用。自動(dòng)化設(shè)備在一些生產(chǎn)環(huán)節(jié)上取代了人力，生產(chǎn)過(guò)程中受到的干擾因素較小，因而生產(chǎn)也變得更加快捷，更能保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)有著很強(qiáng)的綜合性，分為程序單元、傳感單元、控制單元等5個(gè)單元。

圖2

(3) 氣流裝置、振打部分

如圖3所示，在處理過(guò)的可樂(lè)瓶下側(cè)位置，裁掉一小塊，然后將風(fēng)扇卡在其中，并用透明膠固定.在塑料瓶的上側(cè)位置，粘一個(gè)手機(jī)震動(dòng)馬達(dá).

圖3

(4) 收灰裝置、外殼部分

如圖4所示，把處理好的可樂(lè)瓶嵌入透明鞋盒的抽屜部分，作為收灰裝置.接著，把透明鞋盒的外殼部分壓扁固定，作為底板.展開(kāi)真空壓縮袋，剪去密封條，用透明膠將其緊密地固定于底座上.同時(shí)，將壓縮袋撐開(kāi)，構(gòu)造一個(gè)長(zhǎng)方體密閉空間.

圖4

(5) 電源部分

在鞋盒的四個(gè)角落裝上4個(gè)接線柱，分別將正負(fù)電極、風(fēng)扇、震動(dòng)馬達(dá)，通過(guò)接線柱與各自的電源相連.正負(fù)電極接GDY-50高壓電源，風(fēng)扇和震動(dòng)馬達(dá)與雙路直流穩(wěn)壓源接通.

如圖5所示，將家用PM2.5測(cè)試儀置于鞋盒上面，以此測(cè)量粉塵濃度，這樣可以更加直觀、清晰地觀察除塵效果.

圖5

4 除塵性能探究

為了使本裝置達(dá)到最佳除塵效率，筆者從以下兩方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究.

(1)探究靜電高壓值對(duì)除塵效率的影響

保持風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、溫度、濕度和環(huán)境PM2.5的初值不變，從6kV到24kV等間距地改變靜電高壓值的大小，測(cè)量實(shí)時(shí)PM2.5值,測(cè)量結(jié)果如表1、圖6.

表1

圖6

從圖6可以看出，在風(fēng)速及其他因素不變時(shí)，當(dāng)靜電高壓值升高時(shí)，PM2.5的值下降開(kāi)始變快.當(dāng)靜電高壓值控制在18kV時(shí)，PM2.5的值下降最快.在此之后隨著靜電高壓值的增大，PM2.5值下降不再顯著.所以繼續(xù)升高電壓對(duì)于靜電除塵的效率影響已經(jīng)可以忽略不計(jì)，故本裝置采用18kV的高壓能達(dá)到較好的除塵效果.

(2) 探究風(fēng)扇電壓值對(duì)除塵效率的影響

保證靜電高壓值、溫度、濕度和環(huán)境PM2.5的初值不變，加在風(fēng)扇上的電壓從3V到12V等間隔地改變，測(cè)量實(shí)時(shí)PM2.5值,測(cè)量結(jié)果如表2、圖7.

表2

圖7

從圖7可以看出，PM2.5值隨時(shí)間增加而不斷下降，加在風(fēng)扇上電壓為11V時(shí)，除塵效果最好.

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理地改造和簡(jiǎn)化，將生活物品“變身”為高壓靜電除塵器，材料簡(jiǎn)單易得，實(shí)驗(yàn)趣味性強(qiáng).這樣能夠大大地活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性.此外利用PM2.5測(cè)試儀觀察粉塵濃度，使實(shí)驗(yàn)更加直觀、形象，為學(xué)生深刻理解相關(guān)靜電知識(shí)起到了積極作用，同時(shí)增強(qiáng)了他們的環(huán)保意識(shí).