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1、 φ600臥式螺旋卸料離心機(jī)設(shè)計 摘 要：離心機(jī)作為固液分離設(shè)備廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各部門和國防、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。臥螺離心機(jī)是一種廣泛應(yīng)用的高效離心分離設(shè)備，它具有連續(xù)操作、處理量大、單位產(chǎn)量耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。它主要應(yīng)用于化工、石化、食品、醫(yī)藥、礦業(yè)、機(jī)械、環(huán)保等部門中需要對固液混合物(或稱漿液)進(jìn)行脫水、澄清、濃縮、分級和分離等操作的場合。隨著科技進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域還在進(jìn)一步擴(kuò)大。臥螺離心機(jī)具有連續(xù)操作、處理量大、單位產(chǎn)量耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)

2、大，作為石化企業(yè)關(guān)鍵設(shè)備的離心機(jī)開始逐漸向大型化、重型化方向發(fā)展。 本文主要介紹臥式螺旋沉降離心機(jī)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和WL-600螺旋卸料離心機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時詳細(xì)介紹了WL-600螺旋卸料離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓半錐角、液池深度、脫水區(qū)長度等轉(zhuǎn)鼓基本結(jié)構(gòu)參數(shù)及螺旋頭數(shù)、螺距、葉片高度、螺旋推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙、葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系等螺旋推料器的基本結(jié)構(gòu)；對分離因數(shù)、生產(chǎn)能力、運(yùn)行功率等進(jìn)行了理論推算和數(shù)據(jù)校核；確定了轉(zhuǎn)鼓，主軸和螺旋部分的技術(shù)參數(shù)對轉(zhuǎn)鼓和主軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核。據(jù)設(shè)計計算、功能參數(shù)校核認(rèn)為WL-60螺旋卸料離心機(jī)可以滿足使用要求，各項技術(shù)

3、性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期。 關(guān)鍵詞：臥螺離心機(jī)；分離因數(shù)；生產(chǎn)能力；強(qiáng)度設(shè)計 Design of aφ600 Horizontal Scroll Decanter Centrifuge Abstract:As a kind of separating equipment, the centrifuge has been used in a large area, such as in industrial and agricultural department and national defence and env

4、ironmental protect. The Horizontal scroll decanter centrifuge is widely used in phase separation with high efficieney, high degree of automation, large capacity, low operating costs and strong adaptability. It has been used for dehydrate, clarifying, concentration, classification and separate field

5、in chemical, petrifaction, food stuff, medication, mining, machine and environment. With the development of country economics, the appliance field will continue to extend. As the pivotal equipment of petrifaction corporation, the size of centrifuge became larger and heavier. This report has mainly

6、introduced general operating principle and system architecture , and the system architecture of the WL-600 centrifuges, describing in details the basic structural parameters of the bowl such as the half taper angle, the depth of its liquid pool, the length of its dewatering area, and the basic struc

7、tural parameters of the screw-conveyor such as the number and the pitch of its screw, the height of its vane, the clearance between the bowl and the screw-conveyor, the angle of the vane against the wall of the bowl； the data of the separmion factor and working ability and running power has theoreti

8、cally been calculated, confirmed and checked； the technical parameters of rotating drum, principal axis and screw mechanism were determined.Intensity checking of rotating drum and principal axis were done too. By the analysis based on the design calculation and the check on its function parameters,

9、 the author deems that, the WL-600 centrifuges can satisfy the requirement of use, all the technical specifications and performances have achieved the anticipated ones. Key wards: decanter centrifuge； separating factor； produce-ability； strength design 目 錄 摘要 I

10、 1 緒論 1 1.1 概述 1 1.2臥式螺旋卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 6 1.2.1臥式螺旋卸料離心機(jī)的工作原理 6 1.2.2臥式螺旋卸料離心機(jī)主要部件 7 1.2.3臥螺沉降式離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn) 11 1.2.4臥式螺旋卸料離心機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn) 12 2 臥螺沉降式離心機(jī)工藝計算 12 2.1 分離因數(shù)的計算 12 2.2 生產(chǎn)能力計算 13 3 功率計算 14 3.1 啟動轉(zhuǎn)動件所需的功率N1 14 3.2 加速物料所需的功率N2 16 3.3 軸承摩擦損耗的功率N3 16 3.4空氣摩擦消耗的功率N4 17 3.5 卸料所需的功率N5 17

11、 3.5.1 圓錐段轉(zhuǎn)鼓推料消耗的功率計算 17 3.5.2 圓柱段轉(zhuǎn)鼓推料消耗的功率計算 18 3.6 總功率計算 19 3.7 電動機(jī)的選擇 19 4 傳動設(shè)計 19 4.1 螺旋輸送器相關(guān)參數(shù)的確定 19 4.1.1螺旋推料器的基本參數(shù) 19 4.1.2螺旋的頭數(shù)ns 19 4.1.3螺距S 19 4.1.4推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙Δh 19 4.1.5葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系 19 4.1.6螺旋輸送器葉片的選擇 19 4.2進(jìn)料口直徑的確定 20 4.3 差速器的選擇 20 5 強(qiáng)度校核 20 5.1 轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核 20 5.2 主軸的強(qiáng)度校核 24

12、6 結(jié)語 28 參 考 文 獻(xiàn) 29 致 謝 31 1． 緒論 1.1 概述 1.1.1離心機(jī)的發(fā)展概況 離心分離是利用離心力對液—固、液—液—固、液—液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要應(yīng)用于脫水、濃縮、分離、澄清及固體顆粒分級等工藝過程，從離心機(jī)的發(fā)展史來看，離心機(jī)是隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展而產(chǎn)生的[1]。 18世紀(jì)產(chǎn)

13、業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機(jī)。1877年為了適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用。50年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機(jī)，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥螺離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料離心機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。隨著國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的不斷發(fā)展，各種類型的離心機(jī)也在不斷地更新?lián)Q代，而且各種新型離心機(jī)也在不斷涌現(xiàn)[2

14、]。 1.1.1.1國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀 最初的臥式螺旋卸料離心機(jī)是由兩對開式齒輪傳動獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的轉(zhuǎn)速差，以輸送沉渣的并被用于淀粉工業(yè)上。真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋離心機(jī)是1954年制造的，該機(jī)首次使用了二級行星齒輪差速器。螺旋離心機(jī)出現(xiàn)之后，由于它具有突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速發(fā)展，它在離心領(lǐng)域內(nèi)一直占有特殊的地位[3]。 我國螺旋離心機(jī)發(fā)展較晚，但近年來發(fā)展速度較快。目前我國已能生產(chǎn)的臥螺離心機(jī)有WL-200、350、380、450、600、1000等規(guī)格。 我國離心分離行業(yè)尚屬正在發(fā)展中，總體水平不高。隨著社會進(jìn)步，人們對環(huán)保、能源以及裝備對品質(zhì)的影響有了新的認(rèn)識。同時，通過國

15、外技術(shù)交流和合作以及成套項目的引進(jìn)、消化與吸收，促進(jìn)了我國離心分離技術(shù)的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在： 1) 已基本形成了一個科研、設(shè)計和制造的體系。 2) 成立了分離領(lǐng)域的學(xué)術(shù)組織。 3) 在基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面進(jìn)行了研究。 4) 目前已能生產(chǎn)三足、上懸、活塞、螺旋、離心力卸料，振動、進(jìn)動卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁濾等離心機(jī)；分離機(jī)則有碟式、室式及管式。上述產(chǎn)品不僅遍及全國且遠(yuǎn)銷國外，且技術(shù)特性有所提高[4]。 5) 為滿足特殊工藝要求(防污染、密閉、防爆等)，一些新型離心機(jī)亦先后問世。內(nèi)旋轉(zhuǎn)子過濾離心機(jī)的研制，立式密閉螺旋機(jī)及復(fù)合機(jī)等已投產(chǎn)。 6) 自控技術(shù)與CAD技術(shù)的應(yīng)用。 7

16、) 各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。 8) 同國外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作。 1.1.1.2主要差距 盡管我國的離心分離設(shè)備有了很大進(jìn)展，但從整體而言，與世界先進(jìn)國家相比，差距甚大[5]。主要表現(xiàn)在： 1) 規(guī)格、品種少，系列化程度差。特別缺少集幾種結(jié)構(gòu)形式、集幾種推動力于一體的復(fù)合式離心機(jī)。 2) 技術(shù)參數(shù)低。國外離心分離機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)普遍高于我國，并繼續(xù)向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展。以臥螺離心機(jī)為例，最近研制的機(jī)型為國內(nèi)最大的，其轉(zhuǎn)鼓直徑亦僅720 mm。長徑比最大為L/d=4，分離因數(shù)亦較低。而國外轉(zhuǎn)鼓最大直徑已達(dá)2.1 m，長徑比L/d=6，處理能力大于200 m3/h，可用于二相或三相分離

17、。還發(fā)展了雙向擠壓型、沉降、過濾復(fù)合機(jī)型。目前，較先進(jìn)的機(jī)型都采用計算機(jī)控制，會隨著物料特性和參數(shù)的變化自動調(diào)節(jié)其相應(yīng)的工況[6]。 3) 產(chǎn)品進(jìn)展緩慢。而國外，由于采用模塊化的組合結(jié)構(gòu)，特別是采用了大規(guī)模定制設(shè)計的新手段，故能滿足用戶的個性化需求，并加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度。甚至還儲備所謂“冷凍產(chǎn)品”，以隨時適應(yīng)市場競爭的需要。 4) 其它方面。在產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、自控技術(shù)、加工工藝、新材料的使用、配套產(chǎn)品的品質(zhì)，以及理論研究等方面，均存在不少的差距。 1.1.1.2國外離心分離技術(shù)的進(jìn)展 受新技術(shù)推動及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，國外離心分離技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)

18、加強(qiáng)理論研究，選擇最佳設(shè)計方案 瑞典Alfa-laval公司，在碟片流道研究中發(fā)現(xiàn)，碟片間隙橫斷面上的速度分布取決于一個無量綱數(shù)“λ”，而工業(yè)離心機(jī)的“λ”通常在5~28之間。隨著“λ”值的增加，碟片的轉(zhuǎn)速增加，薄層減少，可提高雷諾數(shù)并緩和渦流。通過對碟片間隔件和分布孔的巧妙設(shè)計，進(jìn)料量可增加20%。此外，還對相分離技術(shù)進(jìn)行了研究[7]。 近年來，研究人員為選擇最佳方案，采用流場分離法、有限元模擬法、大梯度密度梯級法、反模態(tài)分析法等，對離心機(jī)的工作性能和關(guān)鍵零件進(jìn)行研究，為設(shè)計優(yōu)良性能的離心機(jī)提供了理論依據(jù)。并對帶內(nèi)洗滌的臥螺離心機(jī)中堰池深度以及臥螺離心機(jī)技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系等進(jìn)行

19、了最佳化研究。 2) 技術(shù)參數(shù)的提高和新機(jī)型的問世 為提高產(chǎn)品的純度，及滿足能源和環(huán)保的要求，高參數(shù)已成為國外機(jī)型的發(fā)展特點(diǎn)。由于生物工程需要分離極細(xì)的顆粒，如細(xì)菌、酶及胰島素等，故最新碟式機(jī)已可處理0.1μm微粒，且分離因數(shù)可達(dá)5000。如德國Westfalia公司的CSA160機(jī)型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510機(jī)型均屬此例。隨著工藝要求的提高，新機(jī)型不斷問世。美國Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式機(jī)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑已達(dá)1.2 m，轉(zhuǎn)鼓重量為4.5 t，用2個功率為220 kW的電機(jī)驅(qū)動，最大生產(chǎn)能力為450 m3/h，當(dāng)量沉降面積已達(dá)250，000 m2，為碟式機(jī)之

20、最[8]。 瑞典Alfa-laval公司用于生物技術(shù)的BTUX510型碟式機(jī)，具有自動調(diào)節(jié)的渦流噴嘴。 利用噴嘴進(jìn)料黏度和濃度的關(guān)系，可提供恒定的固相濃度，與進(jìn)料速度和固體含量的變化無關(guān)。 而具有10000分離因數(shù)的臥螺離心機(jī)，可從某種程度上彌補(bǔ)管式分離機(jī)的不足。BTNX3560-A機(jī)型的特點(diǎn)是先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)動態(tài)設(shè)計：主軸承改為彈性安裝，可延長壽命，降低機(jī)器噪音與振動。德國Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞機(jī)，尺寸雖小，卻更能有效進(jìn)行固相分離。還有德國Flottweg公司用于處理難分離物料的雙錐體臥螺離心機(jī)等[9]。 3)新材料的應(yīng)用 為了提高分離機(jī)械的性能、強(qiáng)度、剛度、

21、耐磨性和抗腐蝕性，一批新型材料不斷涌現(xiàn)。如，工程塑料、硬質(zhì)合金以及性能優(yōu)良的耐磨耐蝕不銹鋼材料[10]。 法國曾研制一種用硬質(zhì)陶瓷制成的轉(zhuǎn)子，英國也曾研制由合成樹脂構(gòu)成的連續(xù)纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子。 但在碟式機(jī)中，由于需要高強(qiáng)度和一定的耐腐性能，雙相組織的不銹鋼廣泛采用。最近，俄國研制成功一種雙相鋼04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2)，有足夠的強(qiáng)度和塑性。德國的Wischnouskii等研制的分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓新材料，具有強(qiáng)度高、塑性和耐腐蝕性好的特點(diǎn)。為彌補(bǔ)耐蝕和強(qiáng)度之間的矛盾，一些先進(jìn)的制造商普遍采用了轉(zhuǎn)鼓的自增強(qiáng)技術(shù)。 1.1.1.3發(fā)展趨勢 1) 強(qiáng)化動態(tài)監(jiān)測和自動化。隨著自動控

22、制和傳感技術(shù)的發(fā)展，許多先進(jìn)的自控手段被引入，并對離心機(jī)運(yùn)行中的各項參數(shù)，如溫度、流量、速度、振幅和噪音等進(jìn)行全方位的監(jiān)測，并通過傳感器將收集信息輸入計算機(jī)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，可及時了解各種參數(shù)的變化以采取相應(yīng)的措施。由此出現(xiàn)了無人操作的碟式分離機(jī)[11]。 2) 各種組合機(jī)和專用機(jī)的開發(fā)。Alfa-laval公司在碟式分離機(jī)上組合螺旋輸送器形成復(fù)合碟式機(jī)；Krauss-Maffei公司的柱錐復(fù)合活塞機(jī)、虹吸刮刀離心機(jī)；Sharpies公司的沉降過濾復(fù)合螺旋離心機(jī)等。此外為提高離心機(jī)的分離性能和尋求最佳操作工況，Westfalia公司的碟式分離機(jī)品種之多已是世界之最。設(shè)計方面的進(jìn)展：隨著計算機(jī)技

23、術(shù)的發(fā)展，CAD 技術(shù)與模塊化設(shè)計已普遍使用。目前，全球市場競爭的愈加激烈，制造業(yè)面臨著提高客戶價值的巨大挑戰(zhàn)。20 世紀(jì)90 年代以來，“大規(guī)模定制”在制造業(yè)逐步興起。即“以近似于大批量生產(chǎn)的效率生產(chǎn)商品和提供服務(wù)以滿足客戶的個性化需要”。由于設(shè)計在產(chǎn)品生命周期中的重要性，面向大規(guī)模定制的設(shè)計(DFMC)已成為設(shè)計方面的新動向[12]。 1.1.2離心機(jī)的分離過程及分類 離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而其相應(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。 離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。

24、如果就狹義的概念而言，可分為兩個物理階段：生成濾渣和壓緊濾渣。第一個階段與普通過濾原理在原則上相近似，但其推動力不同；而第二階段與普通過濾的規(guī)律根本不同。離心沉降過程也可分為兩個物理階段:固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。前者遵從固體在流體中相對運(yùn)動的規(guī)律，而后者則遵從土壤力學(xué)的基本規(guī)律。離心沉降過程本身又可分為離心沉降和離心分離。在離心過濾和離心沉降分離固體顆粒過程中都具有“壓縮”現(xiàn)象，這一現(xiàn)象很值得重視。在離心過濾過程中，這種壓縮效應(yīng)使濾渣孔隙縮減，變得不易滲透，從而阻礙了脫水；在離心沉降過程中，這種壓縮效應(yīng)減小了沉渣的空隙，反而有助于降低沉渣的含濕量[13]。 離心機(jī)種類繁多，可按分離

25、原理、操作目的、操作方法、結(jié)構(gòu)形式、分離因數(shù)、卸料方式等分類，見下圖[14] 圖1.1離心機(jī)的分類 1.1.3離心機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 離心機(jī)的主要特點(diǎn)，一是使用范圍廣；二是對物料的適用性較強(qiáng)；三是產(chǎn)品的規(guī)格多、變形多。離心機(jī)一般是工藝流程中的后處理設(shè)備，直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省 勞力、減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，并且有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此自1836年第一臺工業(yè)用的三足式離心機(jī)在德國問世，迄今一百多年來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多，各有

26、特色，正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用品種越來越多。 現(xiàn)在離心機(jī)已被廣泛應(yīng)用于化工、石油提煉、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、環(huán)保、軍工等各個部門。如濕法采煤的煤粉回收；石油開采的鉆并泥漿凈化回用；鈾同位素的濃縮；污水處理的污泥濃縮和脫水；石油化工產(chǎn)品的精制；抗菌素、農(nóng)藥的提??；牛乳、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、動植物油、米糠油淀粉等食品的制造；織品纖維脫水；潤滑油、燃料油的提純等都需要使用離心機(jī)。離心機(jī)已成為國民經(jīng)濟(jì)各部廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械[15]。 1.1.4螺旋卸料離心機(jī)的概況 螺旋卸料離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級、螺

27、旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料離心機(jī)分立式螺旋卸料離心機(jī)和臥式螺旋卸料離心機(jī)，本文研究的是臥式螺旋卸料離心機(jī)。現(xiàn)該離心機(jī)已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運(yùn)轉(zhuǎn)。 最初的臥式螺旋卸料離心機(jī)是由兩對開式齒輪傳動獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實用價值的第一臺螺旋離心機(jī)首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機(jī)出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展。在各種國際展覽會上，各種各樣的螺旋離心機(jī)，是所展示出

28、的離心機(jī)中最吸引人的機(jī)型，可見各國對螺旋離心機(jī)的重視。 沉降式離心機(jī)是國際上五十年代發(fā)明的機(jī)械，七十年代，我國開始引進(jìn)。國產(chǎn)化一些機(jī)型成為原化工部七五科技攻關(guān)項目。八十年代我國就開始測繪，已測繪德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALFa-Laval公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機(jī)，并進(jìn)行仿制，國家當(dāng)時在全國組織6個生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)。現(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)有WL200、WL350、WL450、WL600、LW800、等[16]。 隨著化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展，各化工生產(chǎn)廠家對高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當(dāng)前各種類型的離心

29、機(jī)品種繁多，各具特色，并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機(jī)由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn)能力大，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少等特點(diǎn)，因此應(yīng)用越來越廣泛。 目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看: a.為了提高單機(jī)生產(chǎn)能力，采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑，增加長徑比的方法，如GUINARD公司的D型螺旋卸料離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為1500mm，長徑比為4.7，我國目前生產(chǎn)的螺旋卸料離心機(jī)的直徑最大為1000，長徑比還不到2。 b.為了分離固相顆粒比較細(xì)，粘度大的懸浮液，采取提高轉(zhuǎn)速度方法，如阿法拉法公司生產(chǎn)的4500離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑310，轉(zhuǎn)速達(dá)7600/min，這

30、樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到。 c.目前國外離心機(jī)正向著機(jī)電一體化方向發(fā)展，己實現(xiàn)在離心機(jī)上對分離物料的自動檢測與調(diào)節(jié)，機(jī)械性能自動保護(hù)，振動的隨機(jī)檢測和自動報警，過載保護(hù)分離反饋等。我國目前己開始注意機(jī)電一體化的研究與應(yīng)用，但在離心機(jī)方面也只是剛剛起步。 d.適應(yīng)不同物料及工況的需要，目前國內(nèi)外離心機(jī)制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機(jī)，用于易燃易爆場合的物料分離。 本課題主要研究的對象是臥式螺旋卸料離心機(jī)。近來由于石油化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展，以及污水治理的需要，使臥式螺旋離心機(jī)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。例如在合成塑料(聚氯乙烯、聚丙烯)及合成纖維(聚對苯二甲酸乙二脂)生產(chǎn)分離設(shè)備中，臥式

31、螺旋卸料離心機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備之一，在聚乙烯醇的生產(chǎn)中也要使用螺旋離心機(jī)；在污泥脫水中使用了高分子絮凝劑，使螺旋離心機(jī)的固相回收率大大提高，因而它成為污水治理的有效分離設(shè)備。在連續(xù)離心機(jī)中，臥式螺旋卸料離心機(jī)是對物料適應(yīng)性較好、應(yīng)用范圍較廣的一種離心機(jī)[17]。 1.2臥式螺旋卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 1.2.1臥式螺旋卸料離心機(jī)的工作原理 臥式螺旋卸料離心機(jī)的主要構(gòu)件有轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進(jìn)器、變速器、過載保護(hù)裝置、卸渣裝置(如下圖) 圖1.2臥式螺旋卸料離心機(jī)簡圖 工作原理是這樣的，在機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進(jìn)器由兩個同心軸承相連接，主電動機(jī)通過三角皮帶輪帶動轉(zhuǎn)鼓

32、旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相連 接，行星差速器的輸出軸帶動螺旋推進(jìn)器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速不一樣。若以表示轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速，以表示螺旋推進(jìn)器的絕對轉(zhuǎn)速，表示二者的差轉(zhuǎn)速，若螺旋推進(jìn)器超前轉(zhuǎn)鼓即為正差轉(zhuǎn)速，反之為負(fù)差轉(zhuǎn)速。工程上常用轉(zhuǎn)差率表示，一般，采用正轉(zhuǎn)差率，物料所獲得的離心慣性力為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與差轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的離心慣性力之和，有利于沉降分離，而采用負(fù)轉(zhuǎn)差率時，有利于沉渣的輸送，而且可以減少由減速器傳送的功率，本課題的臥螺沉降式離心機(jī)是采用的負(fù)差轉(zhuǎn)速左旋。懸浮液從右端的中心加料管連續(xù)送入機(jī)內(nèi)，經(jīng)過螺旋推進(jìn)器內(nèi)筒加料隔倉的進(jìn)料孔進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一環(huán)形液池

33、，重相固體顆粒離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端，送出液面并從排渣孔甩出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開設(shè)有若干溢流孔，澄清液便從此處流出。通過調(diào)節(jié)溢流擋板溢流口位置、機(jī)器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進(jìn)器的差速、進(jìn)料速度，就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。當(dāng)過載或螺旋推進(jìn)器意外卡住時，保護(hù)裝置能自動斷開主電動機(jī)的電源停止進(jìn)料，防止事故發(fā)生[18]。 1.2.2臥式螺旋卸料離心機(jī)主要部件 1.2.2.1轉(zhuǎn)鼓 轉(zhuǎn)鼓是螺旋離心機(jī)的關(guān)鍵部件之一，有圓筒形、圓錐形、筒錐結(jié)合形。圓筒形

34、有利于固相脫水，圓錐形有利于液相澄清，筒錐結(jié)合形兼有兩者特點(diǎn)，本課題所研究對象是筒錐結(jié)合形，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面為了減少筒壁的磨損和防止沉渣打滑通常焊有筋條或銼上溝槽。轉(zhuǎn)鼓的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括轉(zhuǎn)鼓直徑D、轉(zhuǎn)鼓長度L、轉(zhuǎn)鼓錐角θ、轉(zhuǎn)鼓的溢流口直徑D0及轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口直徑Du。轉(zhuǎn)鼓直徑D是轉(zhuǎn)鼓的最大內(nèi)壁直徑。轉(zhuǎn)鼓長度L是沉降區(qū)長度L1和脫水區(qū)長度L2之和。這些參數(shù)直接影響到螺旋卸料離心機(jī)的分離能力、處理能力和輸渣能力[19]。 轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)鼓體、大端軸頸和小端軸頸用止口配合螺釘連接而成。轉(zhuǎn)鼓筒體材料可選用碳鋼、不銹鋼及玻璃鋼。如分離因數(shù)高又要求耐腐蝕，應(yīng)選用高強(qiáng)度不銹鋼或鈦合金材料制造。 轉(zhuǎn)鼓大端

35、軸頸的凸緣上開有溢流口，分離液經(jīng)此流出轉(zhuǎn)鼓。溢流口直徑?jīng)Q定液池深度，直接影響離心機(jī)的分離性能和生產(chǎn)能力。為提高離心機(jī)對物料的適應(yīng)性，溢流口徑向位置應(yīng)可調(diào)。 轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口形式和耐磨性十分重要。出渣口與渣的摩擦強(qiáng)度比任何部分都大，因此易于磨損，為保護(hù)出渣口，通常采用噴涂耐磨材料或可拆換的耐磨襯套。 1.2.2.2螺旋輸送器 1、6——左、右軸頸；2——螺旋葉片； 3——內(nèi)筒；4——加料腔；5——加速錐。 圖1.3柱錐形螺旋卸料器 螺旋輸送器也是一個主要部件。其結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)直接關(guān)系到離心機(jī)的分離效果、生產(chǎn)能力及使用壽命。 螺旋輸送器的作用是利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓之間的轉(zhuǎn)速差

36、將沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上的沉渣輸送到轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口排出。但是在沉降區(qū)和干燥區(qū)對其要求又有所不同。在沉降區(qū)懸浮液中的固體顆粒逐漸向轉(zhuǎn)鼓壁形成沉渣層，螺旋應(yīng)有利于移動沉渣而又不致劇烈地將沉渣攪起，造成已分離的沉渣和澄清液再混合。在干燥區(qū)螺旋不僅繼續(xù)移動沉渣而且應(yīng)為沉渣和水分分離創(chuàng)造有利條件[20]。 螺旋輸送器一般由螺旋葉片，內(nèi)筒和進(jìn)料室等組成。螺旋葉片是直接與沉渣接觸輸送沉渣的部件，常見的形式有： a.連續(xù)整體螺旋葉片，常用并且容易制造； b. 連續(xù)帶狀螺旋葉片，葉片剛性差，使用不多，主要用于淀粉分離； c. 斷開式螺旋葉片； d. 有附加葉片的螺旋葉片。 螺旋葉片頭數(shù)，根據(jù)使用要求可以

37、是單頭螺旋、雙頭螺旋、也可以是多頭螺旋。雙頭螺旋較單頭螺旋輸渣效率高且便于加工并有利于平衡，，所以絕大多數(shù)是雙頭螺旋。 螺旋葉片的布置有兩種，一種是螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，一種是垂直于回轉(zhuǎn)軸線，由于前者便于焊接和校正，設(shè)計時常使用。 螺旋一般多采用等螺距，大致范圍40-60mm，螺距的選定是一個比較復(fù)雜的問題，它涉及到產(chǎn)量，沉渣的含濕量，并與轉(zhuǎn)鼓的直徑、轉(zhuǎn)速、螺旋與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)差率等因素有關(guān)。 臥螺離心機(jī)在工作時，特別當(dāng)物料中有泥沙甚至砂粒存在時，例如分離礦物料時，螺旋葉片會產(chǎn)生磨損，當(dāng)物料有腐蝕性時尤甚。螺旋葉片磨損后，通常使螺旋的輸渣能力降低。因此，要求螺旋葉片具有一定的耐磨性。螺旋葉片

38、的本體材料一般與轉(zhuǎn)鼓相同， 現(xiàn)有三種方法來增加葉片的耐磨性： a.在葉片易磨損部位堆焊硬質(zhì)合金（如鈷鉻、鈷鎳合金、碳化鎢等，以碳化鎢耐磨性最好）。 b.采用表面噴涂技術(shù)，即在葉片易磨損部位噴涂耐磨材料如碳化鎢等。噴涂的方法有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂等。爆炸噴涂形成的涂層結(jié)合強(qiáng)度大、表面硬度高（如噴涂碳化鎢和鈷混合粉末時硬度為1300）、光潔度好、加工溫度低（一般在200℃以下），故螺旋變形小。 c.采用可更換的耐磨扇形片，即用可裝拆的耐磨扇形片作為螺旋外圈。 內(nèi)筒的主要作用是接受分布和加速懸浮液。內(nèi)筒為了使懸浮液進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉降效果更好，可以采用多種設(shè)計方案。它的主要

39、方法是讓懸浮液在內(nèi)筒的出口處的徑向速度最小，這樣就使得懸浮液在徑向停留時間加長，有利于懸浮液的沉降分離。目前，有一些國外專利就內(nèi)筒的設(shè)計做了專門的探討。 螺旋與轉(zhuǎn)鼓繞同軸同向旋轉(zhuǎn)，但兩者有一個轉(zhuǎn)速差。采用正轉(zhuǎn)差率時，物料所獲得的離心慣性力為轉(zhuǎn)鼓與差轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的離心慣性力之和，有利于沉降分離。而采用負(fù)轉(zhuǎn)差率時，有利于沉渣輸送，而且可以減少由減速器傳送的功率，所以現(xiàn)在螺旋沉降離心機(jī)多采用負(fù)轉(zhuǎn)差速的左螺旋[21]。 1.2.2.3差速器 差速器是臥式螺旋離心機(jī)中最復(fù)雜而又極為重要的傳動部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個機(jī)器的工作能力和可靠性。要設(shè)計出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，

40、就必須正確選擇傳動類型，精確合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉(zhuǎn)臂等主要構(gòu)件，并進(jìn)行嚴(yán)格的動平衡[22]。 常用的差速器有兩類: (1)擺線針輪行星差速器(如下圖) 圖1.4擺線針輪行星差速器 1一轉(zhuǎn)鼓2一螺旋a一擺線齒輪b一針輪 H一轉(zhuǎn)臂w一輸出機(jī)構(gòu)v一輸出軸 這種差速器是一種行星傳動裝置，內(nèi)齒傳動輪的針輪，針輪與轉(zhuǎn)鼓相連。行星輪是擺線輪，它通過W機(jī)構(gòu)由V軸與離心機(jī)螺旋2相聯(lián)。這類差速器的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)較簡單緊湊，其傳動比大，一級傳動的傳動比可達(dá)9.97；傳動效率較高，達(dá)。主要缺點(diǎn)是輸入軸上的轉(zhuǎn)臂軸承在高速重載條件下工作，壽命較短，這類差速器主要用于

41、中小功率的臥式螺旋沉降式離心機(jī)。 （2）漸開線行星齒輪差速器，如下圖: 圖1.5 2K-H漸開線行星齒輪差速器 1一轉(zhuǎn)鼓2一螺旋al一第一級太陽輪a2一第一級內(nèi)齒圈 H1一第一級轉(zhuǎn)臂(一級系桿)H2一第二級轉(zhuǎn)臂(二級系桿) b1一第二級太陽輪b2一第二級內(nèi)齒圈 這類差速器有多種結(jié)構(gòu)形式，其中普遍應(yīng)用的是雙級2K-H結(jié)構(gòu)。差速器外殼內(nèi)裝有兩級半聯(lián)的2K-H行星齒輪傳動。兩內(nèi)齒輪b1和b2及差速器外殼與離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓相聯(lián)，第二級傳動的轉(zhuǎn)臂H2與螺旋相聯(lián)。漸開線行星齒輪差速器屬多分流對稱結(jié)構(gòu)的傳動裝置，充分利用了內(nèi)齒輪的空間并將功率分為多股傳遞，另外內(nèi)嚙合本身還具有承載能力大和內(nèi)齒輪內(nèi)的

42、空間可以利用，使結(jié)構(gòu)比較緊湊。因此這類差速器的承載能力大、體積小、重量輕、傳動比大、噪聲小、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，其傳動效率達(dá)0.99，對大、中、小功率的各種臥式螺旋沉降式離心機(jī)均通用。 通過以上可以看出，兩種差速器都具有一定的優(yōu)點(diǎn)，從長期的使用情況來看，漸開線行星齒輪差速器更具有優(yōu)勢。其使用更加可靠，而且壽命較長，故障率較低。因此目前國內(nèi)外螺旋沉降離心機(jī)所使用的差速器大都為漸開線行星齒輪差速器。比如LW500型離心機(jī)差速器，LWF38O一N型離心機(jī)差速器，LW63O型離心機(jī)差速器都是漸開線行星齒輪差速器。這種差速器的適用范圍很廣，適合于大、中、小型各種功率。而擺線針輪行星差速器卻不適合于大功率離

43、心機(jī)，具有一定的局限性[23]。 1.2.2.4主軸及支承 主軸是離心機(jī)的重要部件之一，確定其幾何尺寸及結(jié)構(gòu)時，不但要考慮強(qiáng)度和剛度的要求，還要考慮震動的要求在強(qiáng)度計算時，還要考慮軸系本身的轉(zhuǎn)動慣性較大，制動時會產(chǎn)生較大的扭矩。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓、主軸及軸承的相互位置大致有三種型式：平底轉(zhuǎn)鼓（外伸形式）、轉(zhuǎn)鼓在兩軸之間（簡支形式）、內(nèi)凹形鼓底形式[24]。 1.2.3臥螺沉降式離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn) 螺旋卸料沉降離心機(jī)主要操作參數(shù)為:轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與輸料螺旋間的差轉(zhuǎn)速，溢流口位置和進(jìn)料速度；主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為:轉(zhuǎn)鼓大端內(nèi)直徑D，轉(zhuǎn)鼓長度L和轉(zhuǎn)鼓長徑比L/D，轉(zhuǎn)鼓半錐角，以及輸料螺旋的螺旋頭

44、數(shù)和螺距等[25]。螺旋卸料沉降離心機(jī)參數(shù)范圍: 轉(zhuǎn)鼓直徑：160mm～1600mm 轉(zhuǎn)鼓半錐角：5°～18° 固相粒度：0.005～2mm 液池深度與直徑比值：0.05～2 轉(zhuǎn)鼓長徑比：1～4.2 差轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2～±3% 懸浮液固相濃度：1～50% 生產(chǎn)能力：最大190立方米/時 在選型和設(shè)計中需要考慮的影響螺旋卸料沉降離心機(jī)性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有如下方面： （1）轉(zhuǎn)鼓的基本參數(shù) a.轉(zhuǎn)鼓半錐角 一般地，半錐角大利于降低脫水污泥的含水率，但螺旋推料器的推料功率會相應(yīng)增大，螺旋葉片的磨損速率也會增加。對愈難輸送的沉渣，轉(zhuǎn)鼓的錐角也就愈小，因為這可以避免產(chǎn)生回流現(xiàn)

45、象，以便順利排渣，但是轉(zhuǎn)鼓的錐角越小臥螺沉降式離心機(jī)的沉降面積越小，使用效率也就越低。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報道，對較難脫水的物質(zhì)取，容易脫水物質(zhì)取，本設(shè)計取 。 b.液池深度h 由于臥螺離心機(jī)的溢流口徑是可變的，溢流半徑小，機(jī)內(nèi)液池深度深，有利于固相粒子的沉降，有利于減少分離液中含固量，但液池深度過大(即溢流口徑過小)，沉降區(qū)長度明顯增加，使干燥區(qū)長度減小，沉渣在干燥區(qū)的停留時間縮短，沉渣含濕量會增加。一般地，對于工業(yè)離心機(jī)應(yīng)取，綜合考慮離心機(jī)本身調(diào)節(jié)液位的難易程度，本設(shè)計取液池深度h=50mm。 c.脫水區(qū)長度L 在液池深度h確定的前提下，為了保證沉渣(即脫水污泥)在最大液池深度的情況下，

46、仍有較好的脫水效果，需保證最大液池深度的情況下有一定的干燥區(qū)長度。干燥區(qū)長度的確定與最大差轉(zhuǎn)速和干燥段的螺距有關(guān)，具體根據(jù)設(shè)計要求確定[26]。 （2）差轉(zhuǎn)速 提高差轉(zhuǎn)速將使轉(zhuǎn)鼓的排渣能力增加。隨著轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)鼓排出的沉渣的含液量上升。差轉(zhuǎn)速增加時差速器的負(fù)荷下降，但輸料螺旋的磨損加快[27]。 （3）輸料螺旋的螺旋頭數(shù) 螺旋頭數(shù)可以是單頭、雙頭和多頭，難分離的物料一般采用單頭螺旋；需要產(chǎn)量大又易分離的物料，多采用多頭，但母液含固量會增加，在污水處理行業(yè)，一般采用單頭螺旋。與單頭螺旋相比，雙頭螺旋能保證沉渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)較均勻地分布，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并且雙頭螺旋有較高的沉渣輸送能力。脫液型螺旋卸

47、料沉降離心機(jī)一般采用雙頭螺旋，而澄清型離心機(jī)大都采用單頭螺旋[28]。 （4）固體和液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的流動方式 對于澄清型螺旋卸料離心機(jī)，當(dāng)條件相同時并流式離心機(jī)的生產(chǎn)能力約為逆流式離心機(jī)的倍；并流式離心機(jī)排出的沉渣含液量也較低。 1.2.4臥式螺旋卸料離心機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn) a.自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方便。 b.應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程： 1）固相脫水 對易分離物料，其脫水效果與過濾式離心機(jī)一樣好。對含有可壓縮性固相的懸浮液，在過濾離心機(jī)上分離效果很差，甚至無法分離；用螺旋離心機(jī)能完成該分離過程。 2）液相澄清 它對液相的澄清效果

48、雖然不如分離機(jī)，但是可獲得比分離機(jī)干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機(jī)處理的高得多。 3）可分離固相重度比液相輕的懸浮液 通常這種物料是用過濾式離心機(jī)來分 離，但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或濾布清洗、再生有困難時，只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進(jìn)的離心機(jī)進(jìn)行分離。 4）液-液-固分離 固相含量大于14%的液-液-固混合物，在碟式分離機(jī)上就難以分離。一般分離這種物料要先進(jìn)行液-固分離，再進(jìn)行液-液分離。然而，用臥螺離心機(jī)可以直接把固相和輕、重液相一次分離。 5）粒度分級 通過臥螺離心機(jī)可將固相按顆粒大小進(jìn)行分離 c.對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，

49、并且在顆粒大小不均勻的條件小，能照常分離的很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離效果。 d.結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在加壓和低溫條件下操作。 e.單機(jī)生產(chǎn)能力大（當(dāng)量沉降面積可達(dá)10000平方米，生產(chǎn)能力可達(dá)190立方米/時），分離質(zhì)量比較高，操作費(fèi)用低，占地面積小。 （2）缺點(diǎn)： a.沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)稍高，大致與真空過濾機(jī)相等。 b.沉渣的洗滌效果不好。 c.結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高。 2.臥螺沉降式離心機(jī)工藝計算 2.1 分離因數(shù)的計算 分離因數(shù)是表示離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，是代表離心機(jī)性能的重要標(biāo)志之一。值愈大，物料受的離心力愈大，分離

50、效果也就愈好。 分離因數(shù)為被分離的物料在離心力場中所受的離心力和它所受的重力的比值，即 式中 ——離心力場中物料的質(zhì)量（kg）　 ——轉(zhuǎn)鼓的角速度：ω=2πn/60=157rad/s ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑：R=300mm 將上述數(shù)據(jù)代入可得分離因數(shù)： 分析上述各式可以找到提高分離因數(shù)的途徑。由于分離因數(shù)Fr與轉(zhuǎn)鼓半徑R成正比，因此增大轉(zhuǎn)鼓尺寸時Fr值增長較平緩，但在增大轉(zhuǎn)鼓半徑后，轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力狀態(tài)就受到較大影響，而分離因數(shù)Fr與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n成平方關(guān)系，提高轉(zhuǎn)速時，F(xiàn)r增長很快。所以高速離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、直徑小、分離因數(shù)大。分離因數(shù)的提高并不是任意限制的，其極限值取決于轉(zhuǎn)鼓的機(jī)

51、械強(qiáng)度。 2.2 生產(chǎn)能力計算 懸浮液自進(jìn)料口進(jìn)入沉降離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后，液相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動至溢流口處溢出鼓 外，其中的固相粒子隨液相作軸向移動外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較細(xì)的粒子由于沉降速度較慢，沉降到鼓壁所需的時間較長。如懸浮液進(jìn)料量過大，軸向流速過快，使較細(xì)粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間少于沉降所需時間，則細(xì)粒子將隨液流溢出鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力，應(yīng)理解為能將所需分離的最小固相離子沉降在鼓內(nèi)，而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣，分離因數(shù)一定的同一離心機(jī)，對不同的物料或同一物料在不同的分離要求下，生產(chǎn)能力也是不同的。沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于液體的軸向流速和粒子的

52、離心沉降速度[25-28]。 螺旋卸料離心機(jī)的生產(chǎn)能力是指在滿足分離液澄清度或沉渣含濕量要求前提下的進(jìn)料流量。 按∑理論計算生產(chǎn)能力，它是安布勒于1952年提出用以計算離心機(jī)的生產(chǎn)能力，所依據(jù)的是“活塞式"流動特性，由于它的表達(dá)式簡單，概念明確，所以一直被沿用至今。 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力為： 式中 ——修正系數(shù)，； ——固相密度，； ——液相密度，； ——固、液相密度差，； ——臨界顆粒直徑，； ——沉降區(qū)長度，； ——重力沉降速度，； ——黏度，； ——當(dāng)量沉降面積，； ——轉(zhuǎn)鼓速度，； ——柱段轉(zhuǎn)鼓長度， ； ——

53、圓錐段轉(zhuǎn)鼓長度，； ——轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，； ——溢流層表面半徑，； 與有關(guān)的函數(shù)， 將上述各數(shù)據(jù)代入各式可得： 修正系數(shù)： 重力沉降速度： 當(dāng)量沉降面積： 將上述數(shù)據(jù)代入即可得離心機(jī)的生產(chǎn)能力Q： 考慮到其他影響因素，則本項目的離心機(jī)實際生產(chǎn)能力為：。 3.功率計算 3.1 啟動轉(zhuǎn)動件所需的功率N1 轉(zhuǎn)動件加速到角速度ω所需的功為： 式中Jp ——轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量， 。 則啟動轉(zhuǎn)動體的平均功率為： （W） 式中，為啟動時間。對于高速或高轉(zhuǎn)動慣量的離心機(jī)，啟動時間較長。啟動時，電機(jī)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的效率是很低的，很大部分

54、的能量在馬達(dá)內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。由于啟動時間受電動機(jī)尺寸及設(shè)計影響，因此，大功率離心機(jī)盡量避免頻繁的啟動，一般最多一到兩次/小時。 啟動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動所需功率計算如下: 欲使離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動能，必須由外界作功，該功為: 式中 ——轉(zhuǎn)動件線速度，m/s； 為轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，。 啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率為： 式中 ——啟動時間，s； ——離心機(jī)的角速度，rad/s。 轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，主要考慮轉(zhuǎn)鼓、皮帶輪、制動輪等質(zhì)量較大、半徑較大的轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量。此外還有一些較小的轉(zhuǎn)動件，啟動時也需要功率，可不逐一計算，只要將上述計算的功率增加5-8

55、%即可。 以下是本機(jī)主要部件轉(zhuǎn)動慣量的計算： 密度:7900kg/m，轉(zhuǎn)鼓的總長度:L=2767mm直段轉(zhuǎn)鼓長度:H2=1800mm。 1）直段轉(zhuǎn)鼓 2）錐段轉(zhuǎn)鼓 根據(jù)資料： (3) 前半軸 取轉(zhuǎn)動慣量為13.8kg/m2 4）后半軸 取轉(zhuǎn)動慣量為13.8kg/m2 5）差速器 差速器近似等于前半軸轉(zhuǎn)動慣量，取轉(zhuǎn)動慣量為13.8kg/m2 6）皮帶輪 取轉(zhuǎn)動慣量為7kg/m2 (7) 推進(jìn)器葉片 取轉(zhuǎn)動慣量為9 kg/m2 則總的轉(zhuǎn)動慣量為 考慮到其他轉(zhuǎn)動部件，擴(kuò)大1.08倍： 式中：為啟

56、動時間，取時 3.2 加速物料所需的功率N2 加速物料到轉(zhuǎn)速ω并在半徑r處排放所需的功率為 （W） 式中 ——流量，m3/s； ——物料密度，kg/m3 3.3 軸承摩擦損耗的功率N3 計算軸承摩擦損耗時，要考慮到軸承所受的靜載荷和動載荷。所謂動載荷就是由于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料分布不均引起的偏心動載荷。 軸承摩擦損耗的功率為 （W） 式中 、——兩個支承處軸頸的直徑，取m； ——摩擦因數(shù)，與軸承類型有關(guān)，滑動軸承，滾動軸承，?。? ——受靜載與動載作用的離心機(jī)主軸承上的載荷，N。 設(shè)轉(zhuǎn)鼓加料后總的質(zhì)心對轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線的偏移為，相應(yīng)產(chǎn)生的離心力為： 則主軸承受的總載荷為

57、 式中 ——轉(zhuǎn)鼓裝料后的總質(zhì)量，Kg； ——重力加速度，m/s2； ——質(zhì)心偏心距 ——轉(zhuǎn)鼓半徑，m。 將以上各值代入公式，則 主軸承受的總載荷為： 軸承摩擦損耗的功率為： W 3.4空氣摩擦消耗的功率N4 空氣摩擦消耗是由轉(zhuǎn)鼓周圍空氣對高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓的黏性阻力。因此，空氣摩擦消 耗與旋轉(zhuǎn)件內(nèi)外跟空氣的接觸面積、轉(zhuǎn)速和空氣黏度或密度有關(guān)，可表示為 式中 ——轉(zhuǎn)鼓周圍氣體介質(zhì)密度，隨壓力而增大，常壓下空氣可取1.3kg/m3； ——轉(zhuǎn)鼓長度，m； ——轉(zhuǎn)鼓外半徑，m； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液體自由表面半徑，m。 3.5 卸料所需的功率N5 一些離心機(jī)的卸料裝置

58、在進(jìn)行卸料時的阻力增加了主軸的負(fù)荷，也將消耗一部分主軸功率。 螺旋卸料離心機(jī)是利用螺旋葉片將沉渣推送到卸料口而實現(xiàn)卸料，所以螺旋卸料離心機(jī)的卸料功率應(yīng)包括以下幾個方面： （1）克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力所消耗功率； （2）克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓摩擦所消耗功率； （3）克服沉渣與螺旋葉片所消耗功率。 計算時將卸料功率分為錐段和柱段兩部分，分別計算圓錐段消耗功率和圓柱段消耗功率，則總的功率可以表達(dá)為： 3.5.1 圓錐段轉(zhuǎn)鼓推料消耗的功率計算 對于雙螺旋葉片的螺旋卸料離心機(jī)，由圓錐段的推料公式可計算出圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率，其計算公式如下： 式中 ——單位時間內(nèi)離心機(jī)獲得的

59、沉渣質(zhì)量； ——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)，對圓錐段； ——沉渣與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)，對圓錐段； ——圓錐段轉(zhuǎn)鼓長度，； ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段大端半徑，； ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段小端半徑，； ——螺旋導(dǎo)程，； ——重力加速度。 將上述個數(shù)值代入，可得圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率： 3.5.2 圓柱段轉(zhuǎn)鼓推料消耗的功率計算 對于雙螺旋葉片的螺旋卸料離心機(jī)，由圓柱段的推料公式可計算出圓柱段轉(zhuǎn)鼓的推料功率，其計算公式如下： 式中 ——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)，對圓柱段； ——沉渣與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)，對圓柱段； ——圓柱段轉(zhuǎn)鼓長度，； ——圓

60、柱轉(zhuǎn)鼓半徑，。 則將上述數(shù)值代入可得圓柱段轉(zhuǎn)鼓的推料功率： 所以可得總的卸料功率： 3.6 總功率計算 啟動功率： 運(yùn)轉(zhuǎn)功率： 3.7 電動機(jī)的選擇 根據(jù)查閱《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》 Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)最終選擇Y225M-2型電動機(jī)。 4 .傳動設(shè)計 4.1 螺旋輸送器相關(guān)參數(shù)的確定 4.1.1螺旋推料器的基本參數(shù) 螺旋推料器的基本參數(shù)包括:螺旋頭數(shù)、螺距S、葉片的高度、推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙、葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系等。 4.1.2螺旋的頭數(shù)ns 螺旋葉片可以是單頭，雙頭，也可以是多頭。當(dāng)螺旋的頭數(shù)增加一倍時，螺旋的輸渣效率也相應(yīng)的增加一

61、倍，但隨著螺旋頭數(shù)的增加，螺旋葉片在機(jī)內(nèi)對沉降區(qū)的擾動也會增加，從而使分離液中的含固量增加，降低沉降效果[29]。因此綜合考慮，本設(shè)計取雙頭，即。 4.1.3螺距S 一般地，據(jù)相關(guān)資料介紹，螺距S與出渣口處轉(zhuǎn)鼓半徑有經(jīng)驗關(guān)系式： S/2Ru=0.3 —0.8，由于mm，代入計算S=76.8—204.8mm。本設(shè)計取在離心機(jī)的柱段采用mm的等螺距形式，在離心機(jī)的錐段采用變螺距形式，在錐段螺距從185mm-100mm線性變化。 螺旋推料器在錐段采用變螺距的結(jié)構(gòu)形式，主要的目的是增加沉降時間，提高分離效果；另外逐漸減小螺距使物料在錐段受到漸變的擠壓作用，可以減小泥餅的含水量[30]。 4.1

62、.4推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙Δh 一般地，螺旋推料器的外圓面與轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)圓面必須同心，兩者之間應(yīng)有0.5mm—2.5mm的間隙，間隙越小推料情況就越好。但在間隙太小時，由于加工、裝配等原因，可能形成轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器的旋轉(zhuǎn)偏心而造成二者直接摩擦，出現(xiàn)事故[31]。綜合考慮取值1mm。 4.1.5葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系 據(jù)資料介紹，工業(yè)用離心機(jī)的螺旋葉片一般選擇垂直于轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)表面設(shè)計，它比選擇葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線要節(jié)省20%的功率。本設(shè)計中選用葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的結(jié)構(gòu)形式。 4.1.6螺旋輸送器葉片的選擇 葉片選用連續(xù)整體螺旋葉片，葉片厚度8mm，雙頭螺旋，螺旋升角。 材料與轉(zhuǎn)鼓材料相同：

63、1Cr18Ni9Ti不銹鋼。為了增加葉片的耐磨性，對葉片的推料面進(jìn)行硬化處理，采用在葉片表面噴涂30%鎳基碳化鎢硬質(zhì)合金。 4.2進(jìn)料口直徑的確定 由計算可知，本項目的離心機(jī)生產(chǎn)能力為：Q=30m3/h 則 ， 根據(jù)水的流速為：，取物料流速為： 圓整后為90mm 4.3 差速器的選擇 由于2K-H漸開線行差速器的承載能力大、體積小、重量輕、傳動比大、噪聲小、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計選用2K-H型漸開線行星齒輪差速器。 5.強(qiáng)度校核 5.1 轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核 5.1.1離心力場中物料的液體壓力 離心機(jī)工作時，處于轉(zhuǎn)鼓中的液體和固體物料層，在離心力場的作用

64、下，將給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁以相當(dāng)大的壓力，稱為離心液[32]壓。離心液體壓力沿半徑上的變化是從液環(huán)內(nèi)表面的零值到轉(zhuǎn)鼓壁達(dá)最大值，根據(jù)《化學(xué)工程手冊》可得物料對筒壁的壓力計算公式如下： 式中 ——離心液壓，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被分離物料的重度 ，； ——轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面半徑，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的半徑 ，； ——重力加速度 ，。 當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速很大時，液面近似與轉(zhuǎn)鼓平行的同心圓柱面，此時近似于常數(shù)，如下圖： 圖5.1轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液面示意圖 在本離心機(jī)項目中： ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被分離物料的重度， ； ——轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度 ，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面半徑，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物

65、料環(huán)的內(nèi)徑，； ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的半徑 。 將上述數(shù)據(jù)代入可得物料對筒壁的離心液壓： 所以離心機(jī)離心壓力 離心液壓不僅作用在轉(zhuǎn)鼓壁上，同時也作用在頂蓋和鼓底上。在計算轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度時必須把離心液壓考慮進(jìn)去。 5.1.2轉(zhuǎn)鼓壁厚計算 圓筒形轉(zhuǎn)鼓壁厚為: 圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚為: 本設(shè)計中，轉(zhuǎn)鼓的圓錐形大口處周向應(yīng)力最大，故壁厚按大口處計算.因此，按圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚計算得: 式中 ——轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，m； ——轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù)； ——焊縫的強(qiáng)度系數(shù)； ——轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力，Pa； ——轉(zhuǎn)鼓半錐角。 許用應(yīng)力選取下列兩值中的較小者:

66、 式中 ——設(shè)計溫度下材料的屈服極限； ——計溫度下材料的強(qiáng)度極限； ——屈服極限的安全系數(shù)，一般為； ——強(qiáng)度極限的安全系數(shù)，一般為。 本設(shè)計中： 轉(zhuǎn)鼓材料為1Cr18Ni9Ti，密度ρ=7.9×103kg/m3； ——焊縫的強(qiáng)度系數(shù)， =0.95； ——鉆井液密度，ρ=1150kg/m3； ——轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，R=0.3m； ——角速度，ω=157rad/s； ——轉(zhuǎn)鼓半錐角，α=10°。 根據(jù)圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚計算公式: 式中 轉(zhuǎn)鼓的許用應(yīng)力計算如下： 由機(jī)械手冊查得: ， 　 取 則 ， 　　取最小值。 將上述各值代入壁厚計算式，則得： 根據(jù)鋼板的標(biāo)準(zhǔn)厚度，考慮到圓筒及圓錐部分的加工制造方便和腐蝕裕量等因素，取δ=10mm。 5.1.3轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計算 5.1.3.1材料的許用應(yīng)力 取其小者，許用應(yīng)力為 5.1.3.2轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力 1) 轉(zhuǎn)鼓圓筒部分[33] 空轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時鼓壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力： 式中 ——對不開孔轉(zhuǎn)鼓的開孔系數(shù)，q=1； 　 ——轉(zhuǎn)鼓