合理的系统设计

较大型热喷涂操作通常包含实际进行喷涂的密闭罩。 该密闭罩吸入新鲜空气的同时，未使用的喷涂剂在罩内流动。 根据密闭罩的设计和喷涂目标的形状，可确定最合适的气流量，以合理控制有害颗粒。 例如，密闭罩可能需要 10,000 cfm 立方英尺/分钟 (cfm) 的气流量才能实现合理的粉尘控制。 超过 10,000 立方英尺/分钟 (cfm) 的气流量会造成浪费，而低于 10,000 立方英尺/分钟 (cfm) 的气流量无法实现合理控制。

可以以此为起点，设计一款合理的除尘系统。 该系统通常包括用于输送粉尘的管道，用于清除空气中粉尘的滤芯，以及用于提供产生气流的能量的风机。 10,000 cfm 立方英尺/分钟 系统的排风机可能需要 30-40 马力。 气流要求通常是固定的，除非重新设计密闭罩尺寸，否则不会发生改变。 人们普遍认为，3500-4000 英尺/分钟的速度最适合在圆形管道中输送粉尘1。 如果风速过慢，粉尘颗粒会掉落并沉积在管道底部 – 形成火灾隐患，并可能堵塞管道。 如果风速过快，会浪费风机的能量，并对管道造成不必要的磨损。 对于我们的情况而言，每分钟以 3500-4000 英尺/分钟（1 英尺 = 0.3048 米）的速度输送 10,000 cfm 立方英尺/分钟（1 立方英尺 = 0.0283 立方米）的空气需要选择直径为 22" 英寸的圆形气道。 该尺寸气道的横截面面积为 2.6398 square feet 平方英尺，对应速度为每分钟 3788 fpm 英尺每分钟。

风机与静压

工业通风机可形成局部真空，将空气吸入系统。 这种局部真空称为静压，通常以“英寸水柱”来衡量。 系统设计人员使用各种数学模型来估算获得所需气流所需的静压。 系统中影响所需静压的因素包括：

• 热喷涂密闭罩的尺寸和几何形状
• 管道中弯管（或弯曲部分）的数量和半径
• 系统管道总长度
• 所用管道的直径和风速
• 除尘器选择
• 二次过滤产品（如高效过滤滤芯或排气消音器）

上述许多因素在操作系统期间不会发生改变。 除尘器滤芯和高效过滤滤芯除外。 随着粉尘在滤芯上不断积聚，压降或滤芯阻力会增加。 系统需要额外的静压来解决滤芯表面上积聚的粉尘。

通常会选择配备风机，以通过在滤芯使用周期结束时容纳足够的静压，以维持气流，从而确保在滤芯的整个使用周期中可维持足够的气流。 滤芯在临近使用周期结束时的压降比新滤芯高。 为延长其使用寿命，我们将热喷涂除尘器滤芯设计为在系统运行时在线清洗。 粉尘的反复积聚，再加上除尘器的自清洁周期，导致系统的静压要求会发生轻微的波动。 如果此问题未能得到解决，系统可能会发生气流减少或增加，以及粉尘在气道内或热喷涂密闭罩内沉积等相关问题。

如果通过热喷涂密闭罩的气流过量，会使喷涂材料与目标部件接触不足，进而影响涂层质量。 为避免上述潜在问题，必须控制气流量。 用于控制风机的最常见设备是风门，风门可在风机上形成人工负载，以将风机气流“调”回所需气流值。 为维持气流，必须根据需要打开或关闭风门，以保持管道中可维持所需的风速2。 很少需要精确地通过系统不断获得规定的气流来完成上述操作，如果手动完成上述操作，需要由一名专业人员进行持续监督。 这些操作成本很高且很难，因此大多数热喷涂操作对于风机控制这一方面，通常会抱有“一劳永逸”的心态。

变频驱动与气流控制系统

一种更好的控制风机和维持系统内恒定气流的方法为采用变频驱动 (VFD)。 变频驱动在调整赫兹频率的基础上，以特定转速运作风机电机。 虽然北美正常三相电源通常在 60 赫兹频率下运行，但变频驱动允许操作人员选择某一特定频率，来减缓或提高风机的转速。 理想系统中，只有当脏滤芯的静压负载需要时，系统才会全速运行。 其余时间，风机会以较慢的速度运行，以正好产生所需的静态量。 该操作方法可节约成本。 采用“一劳永逸”方法的操作人员总是以超过所需的速度运行其除尘系统（以确保热喷涂密闭罩的完全通风），与此相比，变频驱动方法采用智能系统，恰好按所需流速节能运行。

有些数学模型可以通过一些简单的假设和一些系统变量来佐证这一点。 一般而言，升级为变频驱动和气流控制系统可以在不到两年的时间内收回成本，更为重要的是，除尘系统将以适当的速度运行。 这可以减少系统的磨损，特别是热喷涂所需的高级表面过滤滤芯。 任何升级为变频驱动和气流控制系统的决策都应考虑以下节约因素：

• 滤芯成本
• 人工成本
• 处理成本
• 库存成本
• 运输成本（运输新滤芯及处理的旧滤芯）
• 质量工序
• 系统运行稳定性和系统内气流的适当维持

控制变频驱动

一旦决定采用变频驱动，接下来就要确定提供连续输入的方法。 其目的是不管系统静压如何波动都能维持在所需气流。 除尘器可以通过使用安装在管道系统内的气流测量装置，调节风机转速以校正波动。 上述工具特别适合用于清洁空气环境，因此通常会安装于管道内完成空气过滤后的某个位置。 这些工具可以是风机出气口处的管道，其长度需要满足为系统内的总气流提供平稳、可靠的指示。

另一种方法是测量系统静压，而非测量空气进入除尘器之前气道系统中某一点的实际气流。 在规定的气流条件下，只要系统未发生机械改变，所需静态量为应保持不变的因素的函数。 滤芯会变脏，然后会进行脉冲清洗，但如果系统在规定的气流条件下运行，那么除尘器入口所需静压将保持不变。 维持上述静压的除尘器为有效控制除尘系统中变频驱动的最简单方法。 当滤芯积聚阻力时，风机输送的气流会减少。 气流的减少降低了除尘器前方气道内的静压要求，因此除尘器将指示变频驱动增加功率以维持静压。 相反，当滤芯进行脉冲清理时，系统内阻力会下降，变频驱动会降低功率，以维持相同的静压水平。 从而实现平稳的气流，并获得随之而来的相关效益与节约。

注意事项

在某些情况下，使用变频驱动和气流控制系统收效甚微。 在多个热喷涂单元系统中，若使用单个除尘器（以及单个风机）间歇性地一次仅使用一个或两个单元，没有简单的方法可以有效利用风机的可变功率。 这种限制来自管道系统，而非变频驱动。

结论

热喷涂技术正在不断发展，新方法往往会给相关部件（如排气系统）带来更大的挑战。 另外，子部件的发展有助于改进总体热喷涂操作，实际上现有的所有热喷涂除尘系统都可以受益于采用变频驱动。 精确的气流控制的重要性日益显著，节能也可以带来额外的收益。