Jak zwiększyć natężenie przepływu powietrza przez cyklon odpylający?

Robię odkurzacz do stacjonarnej frezarki CNC . Mój proces projektowania był bardzo surowy: spojrzałem na niektóre cyklony oddzielające kurz DIY i wydawało się, że działają one bez żadnych zaawansowanych obliczeń, więc wizualnie skopiowałem niektóre z tych projektów na mniejszą skalę, umieściłem duży wentylator chłodzący na PC nad i włóż całość do puszki z kawą:

Moje rozumowanie było takie, że (1) wentylator o mocy 18 W wydmuchuje dużo powietrza, (2) jedynym miejscem, z którego powietrze może pochodzić, jest otwór w górnej części stożka i (3) jedyny sposób, w jaki powietrze może się dostać do szczelnie zamkniętego stożka / pojemnika na kurz (dolna puszka) przechodzi przez rurkę z boku. Musiałby więc zasysać rozsądną ilość powietrza przez tę czerwoną rurę.

Działa do pewnego stopnia ( wideo ), ale nie tak dobrze, jak się spodziewałem. Widać, że ledwo zbiera trociny przez 1-calowy wąż i idealnie chciałbym, aby zasysał pył w odległości około 20-50 mm - nie mogę ustawić wlotu bliżej niż punkt, w którym powstaje pył. Ponadto chciałbym zamontować filtr przeciwpyłowy nad otworem wylotowym, co jeszcze bardziej zmniejszy przepływ powietrza.

Moje pytanie brzmi w zasadzie „jak sprawić, by było trudniej ssać?”. Ale dokładniej, jak zacząć analizować, co się dzieje i co decyduje o ilości wciągniętego powietrza?

Większość referencji Google jest albo nad moją głową, albo mówi bardzo konkretnie o pompach w osłonach spiralnych; oczywiście usunąłem obudowę spirali z wentylatora, aby dopasować ją do obudowy. Jeśli dobrze rozumiem, chodzi o to, aby szybki wąski strumień wychodzący z wentylatora stał się wolniejszym, szerszym strumieniem przy wyższym ciśnieniu (dlaczego?) I wydaje mi się, że coś podobnego dzieje się w mojej puszce:

A) incoming air spirals down; dust is thrown out and drops through bottom of cone
B) clean air spirals up through fan inlet
C) fast air exits fan circumference
D) ...and expands into volume below, losing speed and increasing pressure
E) higher-pressure air blown out into atmosphere

Etap C / D jest częścią, której najbardziej nie jestem pewien. Reszta projektu pochodzi z przepisów, ale zmieniłem sposób, w jaki powietrze wychodzi z wentylatora i chciałbym zrozumieć, jak to może wpłynąć na rzeczy.

Edytuj 4 lutego 2016:

Zgodnie z sugestią @ ericnutscha wykonałem zgrubne pomiary powietrza przepływającego do etapów A i C i uzyskałem liczbę około 0,009 m ³ min ^-1 w obu punktach. Znalazłem również dane producenta wentylatora, co sugeruje, że powinienem być w stanie zrobić lepiej - podana maksymalna wartość to 1,09 m ³ min ^-1 . Dla porównania, mój gówniany odkurzacz ręczny osiąga wynik około 0,024 m ³ min ^-1 . Zamówiłem czujnik ciśnienia w celu dalszego zbadania ...

Jeśli konstrukcja cyklonu prawidłowo oddziela cząstki bez znacznego spadku ciśnienia; działa zadowalająco, a jego wpływ na natężenie przepływu jest minimalny. Jeśli zwiększysz wydajność wentylatora i separacja zacznie się nie powieść, być może będziesz musiał zmodyfikować projekt lub go skalować.

Jeśli nie masz wystarczająco wysokiego natężenia przepływu, musisz uzyskać większy wentylator. Poza tym musisz upewnić się, że wylądowałeś w dobrej lokalizacji na „krzywej fanów” fanów. Krzywa wentylatora jest zależnością między ciśnieniem a natężeniem przepływu. Wiele wentylatorów ma maksymalne ciśnienie (ssanie jest inne, ale powiązane, jeśli nie można uzyskać tych danych) i maksymalne natężenie przepływu. Maksymalne natężenie przepływu występuje przy zerowym spadku ciśnienia, a maksymalne ciśnienie występuje przy zerowym natężeniu przepływu. Więc w swoim projekcie będziesz musiał przeprowadzić pewne testy, aby upewnić się, że wybrany wentylator wyląduje gdzieś ładnie na środku.

Niektóre wentylatory, które mogą dobrze współpracować z aplikacją:
napędzane wirnikiem silniki Dayton Blowers

TL, DR Potrzebujesz silniejszego i innego wentylatora. Spróbuj odkurzacza.

Co należy wiedzieć o wentylatorach
Wentylatory charakteryzują się mocą i krzywą przepływu i ciśnienia. Moc to ciśnienie i przepływ objętościowy. Właściwie to źle, ale wciąż jest przydatne. Twój fan dostarcza pewną i musi pokonać różnicę ciśnień. Mniejsze ciśnienie - większy przepływ i odwrotnie. Każdy system ma spadek ciśnienia, który rośnie wraz z przepływem. Przepływ zostanie określony na podstawie tego, gdzie krzywa wentylatora i krzywa systemowa się spotykają. Dowiedz się więcej tutaj .

Twoja krzywa systemowa (której nie znasz) i krzywa wentylatora spotykają się przy 0,009 m3 / min i ciśnieniu 50 mm H2O. Weź diagram, narysuj linię prostą przez ten punkt i początek. Dość stromy. Rzeczywista krzywa systemowa znajduje się gdzieś po lewej stronie tej linii. To mówi nam, że potrzebujesz wentylatora, który wywiera silniejszą presję.

Co musisz zrobić, to dołączyć IMO vac. wyczyść stronę ssącą cyklonu i wypróbuj to przy różnych ustawieniach.

Co musisz zrozumieć o cyklonach
Istnieje związek między skutecznością cyklonu a spadkiem ciśnienia, przy czym większy spadek ciśnienia oznacza bardziej efektywną separację. Oczywiście cyklony mogą być zaprojektowane bardziej lub mniej wydajnie do określonego zadania, ale w przypadku danego cyklonu zachodzi taka zależność. Spadek ciśnienia cyklonu zależy od przepływu:
większy przepływ -> większa prędkość w cyklonie -> większa siła odśrodkowa w celu przezwyciężenia tarcia (również większy spadek ciśnienia)

Mogę wymyślić dwa sposoby na zwiększenie przepływu powietrza w tym przypadku - zmniejszenie oporu przepływu powietrza lub zwiększenie prędkości wentylatora.

$\frac{1}{D^4}$

Możesz także przyspieszyć swój wentylator. Istnieją jednak pewne kombinacje przepływu i oporu, w których dany wentylator lubi pracować. Jeśli zmienisz prędkość, możesz poprawić lub zmniejszyć wydajność wentylatora.