2.2　操作工位吸风罩设计

局部排风罩是局部排风系统的重要组成部分。通过局部排风罩口的气流运动，可在污染物质散发地点直接捕集污染物或控制其在车间的扩散，保证室内工作区污染物浓度不超过国家卫生标准的要求。设计完善的局部排风罩，用较小的排风量即可获得最佳的控制效果。

按照工作原理不同，局部排风罩可分为以下几种基本形式：

①密闭罩；

②柜式排风罩（通风柜）；

③外部吸气罩（包括上吸式、侧吸式、下吸式用槽边排风罩等）；

④接受式排风罩；

⑤吹吸式排风罩。

2.2.1　密闭罩

密闭罩的结构如图2.3所示，它把污染物源全部密闭在罩内，在罩上设有工作孔，从罩外吸入空气，罩内污染空气由上部排风口排出。它只需较小的排风就能有效控制污染物的扩散，排风罩气流不受周围气流的影响。它的缺点是，影响设备检修，有的看不到罩内的工作状况。其中用于产尘设备的密闭罩称为防尘密闭罩。

2.2.1.1　整体密闭罩

如图2.4所示，产尘设备大部分或全部密闭，只有传动部分留在罩外。适用于有振动或含尘气流速度高的设备。

2.2.1.2　大容积密闭罩（密闭小室）

如图2.5所示的是振动筛的密闭小室，振动筛、提升机等设备全部密闭在小室内。工人可直接进入小室检修和更换筛网。密闭小室容积大，适用于多点产尘、阵发性产尘、含尘气流速度高和设备检修频繁的场合。它的缺点是占地面积大，材料消耗多。

2.2.1.3　密闭罩的安放形式

根据工艺设备的操作特点，密闭罩有固定式和移动式两种形式。图2.6是用于小型振动落砂机的固定式密闭罩。图2.7是大型振动落砂机上的移动式密闭罩。砂箱落砂前，由电动机驱动，使移动罩右移。把大型砂箱用吊车安放在落砂机上，移动罩向左移动，使砂箱密闭在罩内，然后开动风机和落砂机进行落砂。

2.2.1.4　密闭罩排风量的确定

从理论上分析，密闭罩的排风量可根据进、排风量平衡确定。

qV=qV1+qV2+qV3+qV4

式中　qV——密闭罩的排风量，m3/s；

qV1——物料下落时带入罩内的诱导空气量，m3/s；

qV2——从孔口或不严密缝隙吸入的空气量，m3/s；

qV3——因工艺需要鼓入罩内的空气量，m3/s；

qV4——在生产过程中因受热使空气膨胀或水分蒸发而增加的空气量，m3/s。

在上述因素中，qV3取决于工艺设备的配置，只有少量设备如自带的鼓风机的混砂机等才需要考虑。qV4在工艺过程发热量大、物料含水率高时才需要考虑，如水泥厂的转筒烘干机等。在一般情况下，上面的公式可简化为：

qV=qV1+qV2

对不同的设备，它们的工作特点、密闭罩的结构形式及尘化气流的运动规律各不相同。难以用一个统一的公式对上述两部分风量进行计算。目前大部分按经验数据或经验公式确定，设计时可参考有关的手册。但从简化公式中可以看出，要减少除尘密闭罩的局部排风童，应尽可能减小工作孔或缝隙面积，并设法限制诱导空气随物料一起进入罩内。

2.2.2　柜式排风罩

柜式排风罩的结构和密闭罩相似，由于工艺操作需要，罩的一面可全部敞开。图2.8（a）是小型排风罩，适用于化学试验室、小零件喷漆等；图2.8（b）是大型排风罩，操作人员在柜内工作，主要用于大件喷漆、粉料装袋等。按照气流运动特点，柜式排风罩分为吸气式和吹吸式两类。吸气式通风柜单纯依靠排风的作用，在工作孔上造成一定的吸入速度，防止污染物外逸。

送风式排风柜的风量计算：

qV=qV1+vSβ

式中　qV1——柜内的污染气体发生量，m3/s；

v——工作孔上的气流速度，m/s；

S——工作孔或缝隙的面积，m2；

β——安全系数，一般取1.1～1.2。

2.2.3　外部吸气罩

由于工艺条件的限制，生产设备不能密闭时，可把排风罩设在污染物源附近，依靠罩口的抽吸作用，在污染物发散地点造成一定的气流运动，把污染物吸入罩内。这类排风罩统称为外部吸气罩，如图2.9所示。

2.2.3.1　移动式吸气罩

在实际生产中，固定式吸气罩有时会对车间的正常生产造成一定的阻碍，因此产生了移动式吸气罩，以骨架活动臂的原理将风管和活动臂结合起来，做成移动臂形式的吸气罩，与固定式吸气罩比较，移动式吸气罩操作灵活，能适应各类无法安装吸气管路的复杂工况，可任意置于最佳的补集位置，从而有效的补集烟尘废气，如图2.10所示。

2.2.3.2　吸气罩风量的计算

（1）侧吸式

为保证污染物全部吸入罩内，必须在距吸气口最远的污染物散发点（即控制点）上造成适当的空气流动，如图2.11所示。控制点的空气运动速度称为控制风速（也称吸入速度）。

根据流体力学，位于自由空间的点汇吸气口见图2.12（a）的排风量为：

式中　v1，v2——点1、点2的空气流，m/s；

r1，r2——点1、点2至吸气口的距离，m。

吸气口设在墙上时，吸气范围受到限制见图2.12（b），它的排风量为：

从以上两个公式中可以看出，吸气口外某一点的空气流速与该点至吸气口距离的平方成反比，而且它是随吸气口吸气范围的减小而增大的。因此，设计时罩口应尽量靠近污染物源，并设法减小其吸气范围。

（2）上吸式

排风罩如果设在工艺设备上方，由于设备的限制，气流只能从侧面流入罩内，如图2.13所示。

上吸式排风罩的尺寸及安装位置按图2.13确定。为了避免横向气流的影响，要求H尽可能小于或等于0.3a（罩口长边尺寸），其排风量按下式计算。

qV=KPHvx

式中　P——排风罩口敞开面的周长，m；

H——罩口至污染源的距离，m；

vx——边缘控制点的控制风速，m/s；

K——考虑沿高度速度分布不均匀的安全系数，通常取K=1.4。

2.2.4　热源上部接受式排风罩

有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气流运动，带动污染物一起运动，如髙温热源上部的对流气流及砂轮磨削时抛出的磨屑及大颗粒粉尘所诱导的气流等。对这种情况，应尽可能把排风罩设在污染气流前方，让它直接进入罩内。这类排风罩称为接受罩，如图2.14所示。

接受罩在外形上和外部吸气罩完全相同，但两者的作用原理不同。对接受罩而言，罩口外的气流运动是生产过程本身造成的，接受罩只起接受作用。它的排风量取决于接受的污染空气量的大小。接受罩的断面尺寸应不小于罩口处污染气流的尺寸。粒状物料高速运动时所诱导的空气量，由于影响因素较为复杂，通常按经验公式确定。

热源上部的热射流主要有两种形式，一种是生产设备本身散发的热射流，如炼钢炉炉顶散发的热烟气；另一种是髙温设备表面对流散热时形成的热射流。

当热物体和周围空间有较大温差时，通过对流散热把热量传给相邻空气，周围空气受热上升，形成热射流。

对热射流观察发现，在离热源表面（1.0～2.0）B（B为热源直径，m）处（通常在1.5B以下）射流发生收缩，在收缩断面上流速最大，随后上升气流逐渐缓慢扩大。可以把它近似看作是从一个假想点源以一定角度扩散上升的气流，如图2.15所示。

（1）热射流的流量计算

热源上方的热射流呈不稳定的蘑菇状脉冲式流动，难以对它进行较精确的测量。采用实验研究实测的公式进行计算的方法如下。

在H/B=0.90～7.4的范围内，在不同高度上热射流的流量为：

Z=H+1.26B

式中　Q——热源的对流散热量，kJ/s；

H——热源至计算断面距离，m；

B——热源水平投影的直径或长边尺寸，m。

在某一高度上热射流的断面直径为：

通常近似认为热射流收缩断面至热源的距离（Ap为热源的水平投影面积）。当热源的水平投影面积为圆形时，因此，收缩断面上的流量按下式计算：

热源的对流散量：

Q=αSΔt

式中　S——热源的对流放热面积，m2；

Δt——热源表面与周围空气温度差，℃；

α——对流放热系数，J/（m2·s·℃）。

式中　A——系数，水平散热面A=1.7；垂直散热面A=1.13。

（2）排风量的计算

从理论上说，只要接受罩的排风量等于罩口断面上热射流的流量，接受罩的断面尺寸等于罩口断面上热射流的尺寸，污染气流就能全部排除。实际上由于横向气流的影响，热射流会发生偏转，可能逸入室内。接受罩的安装高度H越大，横向气流的影响越严重。因此，生产上采用的接受罩，罩口尺寸和排风量都必须适当加大。

根据安装高度H的不同，热源上部的接收罩可分为两类，的称为低悬罩，的称为高悬罩。

由于低悬罩位于收缩断面附近，罩口断面上的热射流横断面积一般是小于（或等于）热源的平面尺寸。在横向气流影响小的场合，排风罩口尺寸应比热源尺寸扩大150～200mm。

横向气流影响较大的场合，按下式确定：

圆形

D1=B+0.5H

矩形

A1=a+0.5H，B1+b+0.5H

式中　D1——罩口直径，m；

A1，B1——罩口尺寸，m；

a，b——热源水平投影尺寸，m。

高悬罩的罩口尺寸按下式确定：

D=Dz+0.8H

接受罩的排风量按下式计算：

L=Lz+v'S'

式中　Lz——罩口断面上热射流流量，m3/s；

S'——罩口的扩大面积，即罩口面积减去热射流的断面积，m2；

v'——扩大面积上空气的吸入速度，v'=0.5～0.75m/s。

2.2.5　槽边排风罩

槽边排风罩是外部吸气罩的一种特殊形式，专门用于各种工业槽，它是为了不影响工人操作而在槽边上高置的条缝形吸气口。槽边排风罩分为单侧和双侧两种，单侧适用于槽宽B<700mm，B>700mm时用双侧，B>1200mm时宜采用吹吸式排风罩。

目前常用的有两种形式，平口式（见图2.16）和条缝式（见图2.17）。平口式槽边排风罩因吸气口上不设法兰边，吸气范围大。但是当槽靠墙布置时，如同设置了法兰边一样，吸气范围由3/2π减小为π/2，如图2.18所示。减小吸气范围，排风量会相应减小。条缝式槽边排风罩的特点是截面高度E较大，E=250mm的称为高截面，200mm的称为低截面。增大截面高度如同设置了法兰边一样，可以减小吸气范围。因此，它的排风量比平口式小。其缺点是占用空间大，对手工操作有一定影响。目前条缝式槽边排风罩广泛应用于电镀车间的自动生产线上。

条缝式槽边排风罩的布置除单侧和双侧外，还可按图2.19所示的形式布置，称为周边型槽边排风罩。

条缝式槽边排风罩上的条缝口高度沿长度方向不变的，称为等高条缝。条缝口高度按下式确定，如图2.20所示。

计算公式：

h=qV/3600v0l

式中　qV——排风罩排风量，m3/h；

l——条缝口长度，m；

v0——条缝口上的吸入速度，m/s。

通常v0取7～10m/s，排风量大时还可以适当提高。一般取h≤50mm。

排风量的计算如下。

①高截面单侧风。

②低截面单侧排风

③高截面双侧排风（总量）

④低截面双侧排风（总风量）

⑤高截面周边型排风

qV=1.57vxD2

⑥低截面周边型排风

qV=2.36vxD2

式中　A——槽长，m；

B——槽宽，m；

D——圆槽直径，m；

vx——边缘控制点的控制风速，m/s。

条缝式槽边排风罩的阻力为：

式中　ζ——局部阻力系数，ζ=2.34；

v0——条缝口上空气流速，m/s；

ρ——周围空气密度，kg/m3。

2.2.6　吹吸式排风罩

吹吸式排风罩是利用吹风口吹出的射流，将尘源散发的含尘气流吹向吸风口（排风罩的罩口），在吸风口前汇流的作用下被吸入罩内。它具有风量小、控制效果好、抗干扰能力强、不妨碍视线、不影响工艺操作等优点，近年来更广泛地应用于工业尘源中，并有进一步应用的趋势。当由于受到生产和工艺条件限制，既不能将尘源密闭，又不能在尘源旁设置外部罩，或采用接受罩后由于设置高度太高排风量很大时，可以考虑采用吹吸罩。在控制距离相同的情况下，采用吹吸罩可以节省风量。吸风口至尘源越远（例如大于2m），效果越明显。

吹吸式通风示意如图2.21所示。

吹吸式排风罩的风量计算如下。

要使吹吸式通风系统在经济的前提下获得最佳的使用效果，必须依据吹吸气流的运动规律，使两者协调一致地进行工作。国内外研究吹吸式通风的学者很多，他们提出了各种计算方法。由于吹吸气流的运动情况较为复杂，虽然对某些基本观点有了一致的认识，但还缺乏统一的计算方法，下面介绍一种具有代表性的计算方法。

速度控制法　只要吸风口前射流末端的平均速度保持一定数值（通常要求不小于0.75～1.0m/s），就能保证对污染物的有效控制。这种方法只考虑吹出气流的控制和输送作用，不考虑吸风口的作用，把它看作是一种安全因素。

对工业槽，其设计要点如下。

①对于有一定温度的工业槽，吸风口前必需的射流平均速度v'2按下列经验数值确定：

t=70～95℃　　v'1=H（吹、吸风间的距离m）

t=60℃　　　　v'1=0.85H

t=40℃　　　　v'1=0.75H

t=20℃　　　　v'1=0.5H

②为了避免吹出气流逸出吸风口处，吸风口的排风量应大于吸风口前射流的流量，一般为射流末端流量的1.10～1.25倍。

③吹风口高度b0一般为0.010～0.015H，为了防止吹风口发生堵塞，应大于5.0～7.0mm，吹风口出口流速不宜超过10～12m/s，以免液面波动。

④要求吸风口上的气流速度仍v1≤（2.0～3.0）v'1，v1过大，吸风口高度b1过小，污染气流容易逸入室内。但是h也不能过大，以免影响操作。