真空吸尘车气路系统优化设计研究

蔡正军

上海神舟汽车节能环保股份有限公司 上海市 200000

1 引言

真空吸尘车作为一种新型的吸灰尘、分离和运输为一体的高效除尘设备，是现代化发展的产物，更是继公路清扫车和以及吸扫式清洁车之后的又一高效设备，该设备集结了前两种清扫车的优点，并主要由吸尘系统、集尘箱以及二次集尘箱所组成[1]。这种吸尘车气路系统具有两种较为核心的部件，这两种核心部件更是在一定程度上决定着真空吸尘车的运行和工作性能。

2 真空吸尘车

近年来，城市化进程逐渐加快，为我国环保部门的发展带来了新的研究课题，如何进一步提升城市道路清洁水平，并减少人为工作量是具有一定研究意义的。真空吸尘车作为一种新型的机械除尘环卫设备，其主要功能是将集沉粒吸起、分离和运输，并达到清洁和垃圾分离的目的[2]。因此，真空吸尘车具有较为广阔的应用前景，当前的真空吸尘车主要应用在我国公路以及市政道路和城市住宅区以及公园场地等大面积区域进行机械的除尘作业，由于真空吸尘车主要是在货车2类底盘的基础上增加相关的装置改装而成的，其专用装置主要以气路系统和液压控制系统为主，若是按工作原理来区分主要分为吸扫式和吹吸式以及纯吸式。吸扫式清洁车内设有扫和相关的喷水装置，其主要目的是负责高速公路以及城市道路方面的清洁工作，这种装置的工作效率较高，但需要进行较长时间的运转，否则会出现清洁效果不佳等情况的发生[3]。其次是吹吸式吸尘车，清洁车主要是利用空气吹扫和负压吸尘同步来收集灰尘，但这种方式很容易引起二次灰尘，因此，这种方式较少被应用。最后是纯吸式，这种方式有效的弥补了上一种方式所存在的不足，并采用一种绝无二次灰尘和工作效率较高的特点被广泛的应用，尤其是在机场范围以及城市住宅区和公园广场中更是具有较为明显的应用效果，更是逐渐成为了我国环保事业的研究热点。

3 气路系统的工作性质

气路系统作为真空吸尘车的重要核心部分，其工作状况在一定程度上有效的决定着真空吸尘车的整体性能，由于气路系统主要包括吸尘和除尘的两大部分，由高压离心式通风机以及重力沉降室和吸尘口等部件进行组成，根据进行其动力提供的形式主要可以分为单发动机和双发动机两种方式。

在真空吸尘车进行作业的过程中，其中的发动机会为高压离心式通风机提供一定的动力，使得整个风机呈现出高速旋转的状态，并在吸尘口处形成较高的负压和气流，地面的尘粒会被气流进行吸附，在与空气混合后通过吸尘口以及吸尘管道并最终被吸入重力沉降室，真空吸尘车内部具有较大的容积以及较大的颗粒，在经过第一次除灰过后会促使气体进入后继除尘器，并在此基础上进行二次除尘，在经过二次除尘后，使得干净的空气可以在风机出风口处排出[4]。

4 真空吸尘车气路系统的优化设计

4.1 设计方案

由于吸尘系统以及重力沉降室主要是位于真空吸尘车气路系统中的前段，其工作原理是借助风机在吸尘口的位置形成负压以及一定速度的气流，从而使得负压和气流可以将地面的灰尘进行有效的吸起，从而将带有灰尘的空气一同送到除尘系统中。在这过程中的吸尘系统以及重力沉降室都在整个真空吸尘车运作的过程中体现了其价值，为了更好的了解两个部件的实际工作原理，并设计出合理的吸尘口和重力沉降室是具有一定现实意义的[5]。因此，此次研究主要对真空吸尘车的系统进行了优化设计，其中对于吸尘口的设计主要分为以下几点，首先是对吸尘口的结构进行设计，并对其原则以及相关的设计参数进行了解，其次，对吸尘口进行了仿真分析，通过建模来进行的对其进行仿真分析的实验。在对重力沉降室进行设计的过程中首先是对其机理进行了详细的分析，特别是结构设计以及相关结构尺寸进行了计算[6]。其次是对重力沉降室主要的性能指标的除尘效率以及压力损失进行了分析，最后通过物理模型的建立来对重力沉降室进行了相关的仿真分析。

4.2 吸尘口设计

由于真空吸尘车的吸尘口与以往传统形式的吸尘口从理论上来讲是相似的，但在不同的使用条件下，真空吸尘车的吸尘口设计却比以往的吸尘口设计跟为严格，并主要体现在以下几个方面，首先是真空吸尘车的吸尘口需要符合空间的布置，有真空吸尘车的整体结构具有一定的特殊性，且所能提供的布置空间较为有限，在这一情况下，吸尘口的结构形状和尺寸会受到一定程度上的变化，在对其进行设计时，需要满足空间上的要求[7]。其次，需要满足性能上的要求，由于真空吸尘车会根据不同的工作情况来运行，在进行吸尘口设计的过程中，要考虑并了解吸尘车的实际工作性能。最后，需要在进行吸尘口设计的过程中保证具有较少的能量损失，有携带尘粒的混合气体会在空气中进行流动，气流速度与地面尘粒扬尘的作用成正比，因此，为了进一步提升真空吸尘车的适应性，需要形成较高的气流。在对其进行优化时，需要对内部进行压力损失的计算，考虑到吸尘口的结构具有一定的复杂性，若想精确的计算出压力损失可能具有较大的难度[8]。因此，此次研究主要将吸尘口进行简化并形成两种接近于预算的方式进来计算局部压力造成的损失：

首先为吸尘口段，并简化为压缩管如图1所示：

渐缩管局部损失系数可以按以下方式计算：§1=（-0.0134n4+0.0245n3-0.00766n2+0.00444n-0.00636）（a3-2a2-10a）

其中的n为吸尘口收缩度，a为吸尘口收缩角。

进行吸尘口结构优化的主要目的为进一步提升吸尘风速的均匀性，并在此基础上有效的减少局部压力损失，以此来进一步提升其吸尘效率。在对吸尘口进行结构设计时，需要确定相关的参数，其中的气流量为Q，吸尘宽度为L，最小平均风速为Va，弯角半径为R，底盘高度为h，在吸尘口工作时，会造成内部的负压以及四周的缝隙吸收外界的空气，并将灰尘带到集尘系统中，并实现清扫效果。但由于缝隙存在的压力会使得整个压力、流量以及速度的实际情况处于未知状态，特别是在内外环境的分界面，气流运动会处于较为复杂的效果，若是假设吸尘口外部处于不受影响的状态，便能有效的避开入口的困难条件，这样也能有利于进行后续的计算。在经过相关的实验分析后得出吸尘口的内部气流流量和流速的情况如表1所示：

图1 简化结构

4.3 重力沉降室设计

重力沉降室设计的结构较为简单，且具有较小的阻力，在这一情况下运行更能收到较小的阻力，并提升运行维护的效率，这一现状的优点更是被当做为一级除尘。由于重力除尘设计主要是通过重力的作用有效的抽离进行粉尘颗粒，并在此基础上将流动中的气流导入沉降室中，再通过重力的作用将颗粒进行有效分离，以此来实现清洁工作，在进行设计之前，对其机理进行分析，在除尘技术中，由于实际的含尘气流中有大小不一的颗粒存在，主要体现在大颗粒的沉降速度较快，小颗粒的沉降速度较慢，大小不同的颗粒在整个宽度的方向上进行分层的沉降，在进行沉降设计之前，需要考虑到影响沉降因素，首先是空间结构会对其产生一定的影响因素，由于真空吸尘车的重力沉降主要是安装在车辆的底盘，且会受到实际尺寸的影响，因此，在设计的过程中需要尽可能的减少高度，并在此技术上增加长度，从而提升除尘效果。其次是沉降室内气流速度，在这过程中需要防止气流流速过高出现二次扬尘，对于一些密度较小的颗粒需要进行保持较小的漏洞速度，对于一些密度较大的灰尘可以采用较高的流动速度，其主要如表2所示：

重力沉降的结构设计特点主要分为以下几种，首先是结构尺寸的变动范围较小，由于真空吸尘车重力沉降主要是加设在车辆底盘，实际的变动范围较小，不能进行无线的增大，在进行布置的过程中，需要尽可能的节约空间，并对长款增强，其次，由于沉降的高度处于不同变化的状态，在进行除尘作业时，需要根据沉降的有效高度进行确认[9]。最后，由于气流的流速具有较低的要求，且容易造成二次扬尘，这就需要保证重力沉降内的流速低于以往的重力沉降室。

4.4 优化结果

通过对除尘口的相关优化分析后得知，当前除尘口中的进风口的实际平均值为103827.73pa，出风口的全压平均值为101183.73pa，出风口和进风口的气流流动差为所损失的压力，根据上述公式计算中可以得出，在进行优化后的吸尘口局部压力损失计算中忽略了吸尘口局部压力损失计算为156.82pa，主要考虑到在进行计算的过程中可能忽略尘口处的影响和相关的压力损失，从而发现理论与仿真数据可以达到较好的吻合，也能有效的反映出现场的实际状况。其次，对于重力沉降的仿真实验可以发现当高速气流出现在输气管的出口处前半部分时，其面积会出现明显的减少，在这过程中的高速气流的垂直位置较高[10]。并统一集中在沉降室顶部，沉降室内部并没有较为明显的大涡流区，且气流的方向一致，在这种情况下有助于灰尘的沉降和分离，当沉降室处于垂直高度的状态时，气流的实际前进速度较为均匀，且具有较快的下降速度，更加有利于分离沉降，主要考虑到在进行计算的过程中可能忽略一些的影响和相关的压力损失，从而发现理论与仿真数据可以达到较好的吻合，也能有效的反映出现场的实际状况[11]。

表1

表2 尘粒飞扬速度表

5 结语

总而言之，当前影响我国可持续发展战略的三个重要因素分别是人口、环境及资源。其中环境作为最为紧迫解决的问题更是需要受到更多的关注，特别是随着城市化进程逐渐加快，真空吸尘车作为道路清洁的主力军更是在这一过程中扮演着重要的作用。因此，为了进一步发挥出真空吸尘车的主要作用，并加强城市道路的清洁水平，便要系统了解真空吸尘车的主要工作原理，并对真空吸尘车的关键技术进行分析，这样才能为我国环境保护提供更多的技术支持。