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1、 推薦精選 φ800臥式螺旋卸料離心機(jī)設(shè)計(jì) 摘 要:臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于過程工業(yè)的分離懸浮液的離心分離機(jī)械。其具有連續(xù)操作、處理量大、耗電量低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是工業(yè)上主要的分離設(shè)備之一，現(xiàn)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(gè)領(lǐng)域的固液分離。 本課題的任務(wù)為設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)鼓直徑為800mm的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)。本文首先對臥式螺旋卸料離心機(jī)工作原理和主要部件結(jié)構(gòu)作了一定的介紹；對整體進(jìn)行了的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)，對一些主要部件進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)，如轉(zhuǎn)鼓、螺旋等，對關(guān)鍵設(shè)備差速器進(jìn)行了設(shè)計(jì)選型；對該離心機(jī)的主要部件，包括轉(zhuǎn)鼓，螺

2、旋支承軸的強(qiáng)度進(jìn)行了校核；最后對當(dāng)今國內(nèi)外臥式螺旋離心機(jī)的研究發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)和展望。 關(guān)鍵詞：臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)；設(shè)計(jì)計(jì)算；分離；轉(zhuǎn)鼓；轉(zhuǎn)子 Design of a φ800 horizontal scroll decanter centrifuge Abstract：Horizontal scroll decanter centrifuge is a centrifuge machine which is widely used in processing indus

3、trial separation of slurry. As important separating equipment, it?has a?continuous operation, large capacity, low power consumption, adaptability?and other characteristics. Now it also has been widely used in chemical, oil refining, light industry, medicine, food, textile, metallurgy, coal, mineral,

4、 marine, environmental protection, military and other fields of solid-liquid separation. The topic for the task is to design a horizontal scroll decanter centrifuge which drum diameter is 800mm. Firstly, there is a introduce to the operating principle and the critical piece of horizontal scrol

5、l decanter centrifuge in this paper; And then conducted?on the overall?structural?design,?especially focus on some major design?components, such as?drum, screw and so on,??the key equipment differential mechanism has been designed and chosen;?the strength check of the?centrifuge, including?drum, scr

6、ew?support? shaft has also been processed; Finally, the situation of current domestic and foreign centrifuge research and development is summed up and expected. Key Words: horizontal scroll decanter, design-calculation, separation, drum, rotor 目 錄

7、 摘 要…………………………………………………………………………………….……. I 1 緒論…………………………………………………………………………………….……1 1.1離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展……………………………………………………………….…..1 1.2離心機(jī)的分類………………………………………………………………………….…..1 1.3離心沉降……………………………………………………………………………….…..2 1.3.1離心沉降分離技術(shù)的基本原理………………………………………………………....2 1.3.2離心沉降分離機(jī)的種類……………………………………………………

8、…………....3 1.4螺旋卸料沉降式離心機(jī)……………………………………………………………….…..4 1.4.1螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況………………………………………………………....4 1.4.2臥螺離心機(jī)的工作原理…………………………………………………………….…...5 1.4.3臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)………………………………………………………….…...6 1.4.4螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………….…...7 2臥螺離心機(jī)的主要參數(shù)及基本構(gòu)件………………………………………………………..8 2.1分離因數(shù)………………………………

9、…………………………………………………...8 2.2主要部件…………………………………………………………………………………...9 2.2.1轉(zhuǎn)鼓……………………………………………………………………………………....9 2.2.2螺旋輸送器……………………………………………………………………………..10 2.2.3差速器…………………………………………………………………………………..11 2.3螺旋卸料沉降離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)選擇……………………………………………….…12 2.3.1轉(zhuǎn)鼓直徑………………………………………………………………………………..12 2.3.2轉(zhuǎn)鼓

10、長度………………………………………………………………………………..13 2.3.3轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速………………………………………………………………………………..14 2.3.4轉(zhuǎn)鼓半錐角……………………………………………………………………………..14 2.3.5池深與轉(zhuǎn)鼓半徑比……………………………………………………………………..14 2.3.6螺旋輸送器……………………………………………………………………………..15 2.3.7生產(chǎn)能力………………………………………………………………………………..15 3.生產(chǎn)能力計(jì)算……………………………………………………………………………

11、…15 4傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………18 4.1螺旋卸料離心機(jī)差速器………………………………………………………………….18 4.2漸開線行星齒輪差速器形式的選擇…………………………………………………….18 4.3NC系列齒輪行星差速器的結(jié)構(gòu)原理……………………………………………………19 4.4NC系列行星齒輪差速器的基本參數(shù)……………………………………………………20 5臥螺離心機(jī)物料輸送的功率計(jì)算…………………………………………………………20 5.1啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率…………………………………………………………20

12、5.2啟動(dòng)物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率……………………………………………………21 5.3克服軸與軸承摩擦所需功率…………………………………………………………22 5.4克服空氣摩擦所需功率………………………………………………………………23 5.5卸出物料所需功率……………………………………………………………………23 5.5.1圓錐形轉(zhuǎn)鼓段推料功率計(jì)算…………………………………………………………..24 5.5.2圓柱段轉(zhuǎn)鼓推料消耗功率計(jì)算………………………………………………………..24 5.6臥螺離心機(jī)功率確定…………………………………………………………………….25 6.強(qiáng)

13、度計(jì)算……………………………………………………………………………………26 6.1轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………………….26 6.1.1圓柱形轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………..26 6.1.2圓錐形轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………..28 6.2軸的強(qiáng)度校核…………………………………………………………………………….30 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………...34 1 緒論 1.1離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展 離心分離是利用離心力對液-固、液-液-

14、圈、液-液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)[ 1 ]。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(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)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(tái)工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國闖世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動(dòng)化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機(jī)種越來越多?，F(xiàn)在，離心機(jī)己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個(gè)領(lǐng)域[ 2 ]。例如：濕法采煤中粉

15、煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動(dòng)物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油，燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)己成為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。 離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如：18世紀(jì)產(chǎn)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2

16、0世紀(jì)之后，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(dòng)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，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)有了進(jìn)一步的發(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。 離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種機(jī)器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實(shí)踐是個(gè)長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識(shí)，主要還是用來說明試驗(yàn)的結(jié)果，而在預(yù)測機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，往往仍要憑借經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。但隨

17、著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固-液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。 1.2離心機(jī)的分類 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[ 3 ]。而與其相應(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),具體分類如圖1.1所示。 圖1.1 離心機(jī)的分類 1.3離心沉降 離心沉降由三個(gè)物理過程組成[ 4 ]，即：固體的沉降，按照介質(zhì)對其中物體運(yùn)動(dòng)阻力的流體離心進(jìn)行；沉渣壓實(shí)，按照分散系得離心規(guī)律進(jìn)行；從沉渣中排出部分由分子力所保持的液體。離心沉降理論，是由安布勒(Ambler)于1952年首次提出，其后又進(jìn)行了更深的探討。

18、 1.3.1離心沉降分離技術(shù)的基本原理 離心沉降在離心力作用下使分散在懸浮液中的固相粒子或乳濁液中的液相粒子沉降的過程。沉降速度與粒子的密度、顆粒直徑以及液體的密度和黏度有關(guān)，并隨離心力亦即離心加速度的增大而加快。離心加速度值可隨回轉(zhuǎn)角速度和回轉(zhuǎn)半徑r的增大而迅速增加。因此，離心沉降操作適用于兩相密度差小和粒子速度小的懸浮液或乳濁液的分離。 圖1.2 離心沉降分離原理圖 　 離心沉降離心沉降它是利用混合物各組分的質(zhì)量不同，采用離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力大小的差別，使顆粒下沉而液體上升，達(dá)到清潔、分離目的的方法。 組成懸浮系的流體與懸浮物因密度不同，在離心力場中發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，因而使懸浮系

19、得到分離的沉降操作。當(dāng)懸浮系作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，密度大的懸浮物（固體顆?；蛞旱危┰趹T性離心力的作用下，沿回轉(zhuǎn)半徑方向向外運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，顆?；蛞旱问苋齻€(gè)徑向作用力：①慣性離心力，式中為顆粒質(zhì)量；為回轉(zhuǎn)角速度；r為旋轉(zhuǎn)半徑。②浮力(方向與慣性離心力相反)。③流體對顆粒作繞流運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的曳力。顆粒在此三力的共同作用下,沿徑向向外加速運(yùn)動(dòng)。對于符合斯托克斯定律的微小顆粒，徑向運(yùn)動(dòng)的加速度很小，上述三力基本平衡。 離心沉降同一顆粒在相同介質(zhì)中分別作離心沉降和重力沉降時(shí),推動(dòng)顆粒運(yùn)動(dòng)的慣性離心力與重力之比稱為離心分離因數(shù)，它是反映離心沉降設(shè)備性能的重要參數(shù)。 1.3.2離心沉降分離機(jī)的種類 (1)旋風(fēng)分離器

20、　 含塵氣體由矩形進(jìn)口管沿切向進(jìn)入器內(nèi),在器壁的作用下作圓周運(yùn)動(dòng)。顆粒被慣性離心力拋至器壁，并匯集于錐形底部的集塵斗（灰斗）中。凈化了的氣體從中央排氣管離去。旋風(fēng)分離器的分離因數(shù)約為5～2500，一般可分離5～75μm的細(xì)小塵粒。旋風(fēng)分離器構(gòu)造簡單，沒有運(yùn)動(dòng)部件，操作不受溫度、壓力的限制，廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)部門，用于除去氣體中的粉塵，或從氣體中回收有用粉料。 (2)旋液分離器 其構(gòu)造和工作原理與旋風(fēng)分離器基本相同，主要用于懸浮液的增稠或所含固體顆粒的水力分級(jí)。 (3)螺旋卸料離心機(jī) 在長錐形轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有螺旋推料器，料漿加在轉(zhuǎn)鼓中部，澄清液從轉(zhuǎn)鼓大頭端面的窗口溢出，沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的沉淀

21、，由螺旋推料器推向轉(zhuǎn)鼓小頭，經(jīng)瀝干后卸出。此機(jī)適宜于處理細(xì)分散懸浮液，能獲得含水率較小的固體沉淀。 (4)碟式分離機(jī) 在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有許多倒錐形碟片，碟片直徑一般為0.2～0.6m，碟片數(shù)為50～100。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為4700～8500r/min，分離因數(shù)可達(dá)4000～10000。碟式分離機(jī)可用于分離乳濁液(如油料脫水等)，也可用于澄清含有少量微細(xì)顆粒的液體。 (5)管式高速離心機(jī) 采用長徑比很大的管狀轉(zhuǎn)鼓，以便增加轉(zhuǎn)速，提高分離因數(shù)。此種離心機(jī)的轉(zhuǎn)速通常高于15000r/min，分離因數(shù)可達(dá)12500。主要用于含細(xì)小液滴的乳濁液分離和含少量微細(xì)顆粒的懸浮液分離。 1.4螺旋卸料沉降式離心機(jī)

22、 1.4.1螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況 螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級(jí)、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)?，F(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(dòng)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(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋離心機(jī)首次使用了二級(jí)行

23、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。 螺旋卸料沉降式離心機(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(xiàng)目。八十年代我國就開始測繪，己測繪德國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(shí)在全國組織6個(gè)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，DLW430，LW350，LW400，LW500，LW620等。 隨著工業(yè)的飛速發(fā)展

24、，各行業(yè)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； (1)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型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為1500mm,長徑比為4.7。 (2)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310mm，轉(zhuǎn)速達(dá)

25、7600r/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到。 (3)目前國外離心機(jī)正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展，己實(shí)現(xiàn)在離心機(jī)上對分離物料的自動(dòng)檢測與調(diào)節(jié)，機(jī)械性能自動(dòng)保護(hù)，振動(dòng)的隨機(jī)檢測和自動(dòng)報(bào)警，過載保護(hù)分離反饋等。我國目前已開始注意機(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。 (4)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(hào)的防爆型離心機(jī)，用于易燃易爆場合的物料分離。 1.4.2臥螺離心機(jī)的工作原理 臥螺離心機(jī)的工作原理如圖1.1、圖1.2所示，電機(jī)通過大、小端帶輪分別帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓、差速器旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有同心安裝的具有螺旋葉片的推進(jìn)器，轉(zhuǎn)鼓由軸承座支

26、撐。轉(zhuǎn)鼓通過右軸承座處的空心軸與差速器的外殼相連接，差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速不同，其轉(zhuǎn)差率一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2～3%。需分離的物料從進(jìn)料管進(jìn)入機(jī)內(nèi)，經(jīng)過螺旋輸送器進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一個(gè)環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端。沉渣從小端排渣孔排出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開設(shè)有若干個(gè)溢流孔，處理后的液體從此處排出。大端溢流孔位置可以安裝可調(diào)節(jié)的溢流擋板，通過調(diào)節(jié)溢流口位置、機(jī)器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速差、進(jìn)料速度就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。 圖1.1

27、臥式螺旋沉降式離心機(jī)簡圖 圖1.2 臥式螺旋沉降式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓簡圖 1.4.3臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn) (1)優(yōu)點(diǎn) ①自動(dòng)、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方便。 ②應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程： a.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；用臥螺離心機(jī)能完成此分離過程。 b.液相澄清 它對液相的澄清效果雖然不如分離機(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)高的多。 c.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

28、離的，但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或?yàn)V布清洗、再生有困難時(shí)，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。 d.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。 e.粒度分級(jí) 通過臥螺離心機(jī)可以將固相按顆粒大小進(jìn)行分級(jí)。 ③對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動(dòng)不影響分離的效果。 ④結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在高壓和低溫條件下操作。 ⑤單機(jī)生產(chǎn)能力

29、大(當(dāng)量沉降面積可達(dá)10000，生產(chǎn)能力可達(dá)190)，分離質(zhì)量比較高，操作費(fèi)用的，占地面積小。 (2)缺點(diǎn) ①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。 ②沉渣的洗滌效果不好。 ③結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)高。 1.4.4螺旋卸料沉降式離心機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離分級(jí)、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)，現(xiàn)該離心機(jī)己廣泛用于石油、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。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

30、應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長期運(yùn)轉(zhuǎn)。伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機(jī)有著廣闊的市場。例如：城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴(kuò)大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，我國城市污水排放量年增加為3億立方米左右，加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機(jī)和螺旋卸料沉降式離心機(jī)。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機(jī)的技術(shù)明顯優(yōu)予帶式壓濾機(jī)，螺旋卸料沉降式離心機(jī)將逐步取代帶式壓濾機(jī)。 1954年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋卸料沉降式離心機(jī)。根據(jù)不同的分離物料，設(shè)計(jì)者根據(jù)物料特點(diǎn)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域，已有相應(yīng)的螺

31、旋卸料沉降式離心機(jī)出現(xiàn)，在國際上，該技術(shù)已相當(dāng)成熟。處理氣一液-固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、粒子分級(jí)用螺旋卸料沉降式離心機(jī)、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機(jī)、并流式螺旋卸辯沉降式離心機(jī)、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機(jī)。在國際上的發(fā)達(dá)國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實(shí)踐進(jìn)行了許多改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的專利。 例如最近推出了一種叫“NOXON”的螺旋卸料沉降式離心機(jī)，它的適應(yīng)性非常強(qiáng)，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計(jì)算機(jī)控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的NX型螺旋卸料沉降

32、式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號(hào)，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計(jì)新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。它的動(dòng)平衡和靜平衡處理非常好，能在負(fù)載下高速運(yùn)轉(zhuǎn)，其輸入和輸出口的設(shè)計(jì)有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機(jī)與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料，使整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程處在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里，其自動(dòng)裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機(jī)能有效分離纖維、粒子等，其處理顆粒的尺寸范圍可從1微米到5毫米，而且處理量大，能達(dá)到每小時(shí)200立方米流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究和制造設(shè)計(jì)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平，從螺旋卸料沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用材料、防腐

33、措施、應(yīng)用范圍、自動(dòng)控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個(gè)領(lǐng)域。國外較著名的離心機(jī)生產(chǎn)商有德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALFA-Laval公司等。 我國在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯(cuò)的進(jìn)展。80年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展，一些科研工作者開始研究國外螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所翻譯了大量英文和俄文資料，為我國臥式螺旋沉降離心機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。我國在九十年代已能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī)，國家在1979年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心

34、機(jī)的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WLl000，LWB500，LWG500等型號(hào)的產(chǎn)品。 重慶江北機(jī)械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn)，為我國離心機(jī)理論提供了不少數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在該廠引進(jìn)法國堅(jiān)納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅(jiān)納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品D（LW）系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點(diǎn)和傳動(dòng)裝置，它的差速器可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，它是與計(jì)算機(jī)完美結(jié)合的典型，在計(jì)算機(jī)的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。 金華鐵路機(jī)械廠通過二十多年的研制生產(chǎn)，也擁有比較雄厚的技術(shù)力量，該廠設(shè)計(jì)制造

35、的螺旋卸料沉降式離心機(jī)是在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)分離機(jī)械的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品，近來己推出最新機(jī)型LW355x1460，LW400x860，LW500xl250，LWG500x1250。它們的主要特點(diǎn)是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其LW500x1250，LW500x1250的最大處理量能達(dá)到50立方米。 1958年成立的上海離心機(jī)研究所，近些年來通過與國際著名離心機(jī)制造公司的密切合作，己生產(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機(jī)系列產(chǎn)品，使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時(shí)間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國內(nèi)第一套污泥脫水

36、成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車；一些高等院校也在這些方面做了不少工作。 2臥螺離心機(jī)的主要參數(shù)及基本構(gòu)件 2.1分離因數(shù) 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，稱為分離因數(shù)，即： 式中 ——離心力場中物料的質(zhì)量（kg） ——轉(zhuǎn)鼓角速度：=157 rad/s ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑： =400 將上述各數(shù)據(jù)代入可得分離因數(shù)： 2.2主要部件 2.2.1轉(zhuǎn)鼓 轉(zhuǎn)鼓部件是臥螺離心機(jī)的主要部件。轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)、形狀和參數(shù)在很大程度上決定了離心機(jī)的特點(diǎn)和工藝效果，臥螺離心機(jī)可以按轉(zhuǎn)鼓的形狀分為圓柱形、圓錐形、圓柱-圓

37、錐形和雙錐形等類型[ 5 ] -[ 6 ]。轉(zhuǎn)鼓的參數(shù)一般包括最大內(nèi)直徑、總長度、錐形部分的錐角和溢流環(huán)的直徑等。 圖2.1 轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)鼓部件主要包括：轉(zhuǎn)鼓筒體2和大小端蓋4、1(包括液位調(diào)節(jié)裝置5) [ 7 ]。其結(jié)構(gòu)見圖2.1。 轉(zhuǎn)鼓簡體轉(zhuǎn)鼓簡體初期的形狀為錐形，以后出現(xiàn)柱-錐形。后者與錐形轉(zhuǎn)鼓相比較，柱-錐形轉(zhuǎn)鼓能大大增加液池的容量，從而提高澄清效果。但是有的螺旋離心機(jī)仍然采用圓錐形轉(zhuǎn)鼓，因?yàn)樗m用于在脫水的同時(shí)還需按粒度大小將物料分類的情況。 轉(zhuǎn)鼓簡體錐形部分的筒壁磨損比較大。為了減少轉(zhuǎn)鼓的磨損，在其表面沿母線方向塞焊若干筋條，這不僅能促使在轉(zhuǎn)鼓上形成由沉渣構(gòu)成

38、的密實(shí)保護(hù)層，而且可以改善螺旋對沉渣的輸送作用，防止沉渣在轉(zhuǎn)鼓圓周上打滑。 轉(zhuǎn)鼓圓錐部分的小端，對稱地布置有沉渣卸出孔。出渣孔一般有三種形式：徑向的、軸向的，半軸向半徑向的。徑向出渣孔結(jié)構(gòu)簡單；軸向出渣孔可增加轉(zhuǎn)鼓的有效工作長度，不積渣；后者介于前二者之間。為了保護(hù)卸渣孔免于磨損，卸渣孔內(nèi)可安裝硬質(zhì)合金保護(hù)襯套。 臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的參數(shù)一般包括最大內(nèi)直徑、長度、錐形部分的錐角和溢流直徑．臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓最重要的、而且有代表性的參數(shù)是最大內(nèi)直徑，這一參數(shù)通常列入離心機(jī)的型號(hào)。離心機(jī)的系列化也是以轉(zhuǎn)鼓最大內(nèi)直徑作為主要參數(shù)來制定的。轉(zhuǎn)鼓的最大內(nèi)直徑和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了離心機(jī)分離因數(shù)的大小。轉(zhuǎn)鼓體的全

39、長同最大直徑的比(稱為長徑比)也是很關(guān)鍵的參數(shù)。對于易分離的物料，長徑比為1～2，一般在1.5左右；對于難分離的物料，長徑比為2.5～4，一般在3左右；長徑比超過4時(shí)，在制造上有困難，但它是未來發(fā)展的方向。 2.2.2螺旋輸送器 螺旋輸送器是螺旋卸料離心機(jī)的主要部件，它能連續(xù)地把沉渣送至排渣口并排出機(jī)外，它的結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)不僅關(guān)系到離心機(jī)的生產(chǎn)能力、工作壽命，而且還關(guān)系到分離效果的好壞[ 8 ] -[ 9 ]。螺旋輸送器的筒體與轉(zhuǎn)鼓同心安裝在軸承上，螺旋輸送器邊緣所形成的回轉(zhuǎn)外廓通常同轉(zhuǎn)鼓的形狀相同。即有單錐、筒錐、雙錐等形式。為了輸送沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面的物料，螺旋與轉(zhuǎn)鼓以相同的方向旋轉(zhuǎn)，

40、但轉(zhuǎn)速不同(一般轉(zhuǎn)差為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2～3%)，此轉(zhuǎn)差是由行星差速器來實(shí)現(xiàn)的。 螺旋輸送器一般由螺旋葉片、內(nèi)筒、加料隔倉、左右軸頸等組成(圖2.2)。 圖2.2 連續(xù)整體螺旋部件示意圖 圖2.3內(nèi)筒是柱-柱的螺旋 螺旋輸送器推料葉片的形式很多，有連續(xù)整體螺旋葉片、連續(xù)帶狀螺旋葉片喝間斷式螺旋葉片等。最常用的是連續(xù)整體式螺旋葉片，這種螺旋葉片制造比較容易，同時(shí)亦適用多種物料分離。 螺旋葉片頭數(shù)，根據(jù)使用要求可以是單頭螺旋、雙頭螺旋、也可以是多頭螺旋。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。脫液型螺旋卸料

41、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。 內(nèi)筒一般是焊接或鑄造而成的空心筒體。內(nèi)筒的形狀一般有單錐、柱-錐或由大小柱筒組合而成的形式，筒內(nèi)用橫隔板分隔成一個(gè)或兩個(gè)以上有加料孔的加料隔倉，以適應(yīng)因液層深度改變后，沉降區(qū)長度的變化而引起加料位置的變化。這是因?yàn)檫^去認(rèn)為最適宜的加料位置是在脫水區(qū)與沉降區(qū)的交界處。但目前認(rèn)為加料位置放在轉(zhuǎn)鼓柱錐段交界處較適宜，可避免對沉渣的沖刷，分離效果反而更好。這樣，不管液層深度如何變化，只有一個(gè)加料位置，只需一個(gè)加料隔倉，可簡化內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。 螺旋葉片材料一般與轉(zhuǎn)鼓材料相同。但是，當(dāng)分離物料中的固體粒子磨蝕性很大時(shí)，葉片表面很容易被磨損。螺旋葉

42、片磨損后，通常會(huì)使螺旋的輸渣能力降低，造成沉渣含濕量增大。如果沉渣與螺旋葉片的摩擦力大于沉渣與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面的摩擦力，則沉渣就粘附在螺旋葉片上并和螺旋一起旋轉(zhuǎn)，于是沉渣就不能從轉(zhuǎn)鼓中卸出，并逐漸塞滿轉(zhuǎn)鼓。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，就要求葉片材料必須具有高的硬度和耐磨性，提高螺旋葉片表面的硬度和耐磨性。 2.2.3差速器 差速器為行星輪減速器，它由外轉(zhuǎn)子通過空心軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使螺旋推料器的轉(zhuǎn)速比錐形轉(zhuǎn)鼓快一定的轉(zhuǎn)速，這個(gè)差值一般是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2~ 3% ，通常稱為差轉(zhuǎn)速[ 10 ] -[ 11 ]。差轉(zhuǎn)速使螺旋推料器的螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁間有相對運(yùn)動(dòng)，因而螺旋推料器可以推送固體物料。當(dāng)懸浮液從右端進(jìn)料連

43、續(xù)加入時(shí)，由于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下，物料聚集在轉(zhuǎn)鼓大端，形成一沉降區(qū)。在沉降區(qū)里，懸浮液中的固相物料受離心力的作用而沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，并被螺旋推料器送到轉(zhuǎn)鼓小端的干燥區(qū)，最后從卸渣口甩出。錐形轉(zhuǎn)鼓大端的端面上開有圓形口，達(dá)到一定的深度的澄清液從溢流口流出，這樣就實(shí)現(xiàn)了固、液的分離。 圖2.4 差速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 2.3螺旋卸料沉降離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)選擇 一般而言，離心記得技術(shù)參數(shù)是根據(jù)分離過程的要求和經(jīng)濟(jì)性原則，綜合平衡各種因素而進(jìn)行選擇的。 螺旋沉降離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)包括 (1) 結(jié)構(gòu)方面的參數(shù)：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑D、轉(zhuǎn)鼓總長度L、轉(zhuǎn)鼓半錐角、轉(zhuǎn)鼓溢流口處直徑、螺旋的螺距S或升角

44、； (2)操作方面的參數(shù)：轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速n或角速度、轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速差。 選擇和確定合理的技術(shù)參數(shù)是設(shè)計(jì)螺旋沉降離心機(jī)的首要任務(wù)。選擇這些技術(shù)參數(shù)的依據(jù)是：懸浮液的特征、處理量、分離效率的要求、沉渣產(chǎn)量、渣含濕量、輸渣功率等。在諸多參數(shù)和因素中，必須首先解決主要參數(shù)的確定。 2.3.1轉(zhuǎn)鼓直徑 轉(zhuǎn)鼓直徑D的確定要考慮離心機(jī)系列型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，單機(jī)生產(chǎn)能力的物料性質(zhì)。轉(zhuǎn)鼓直徑是系列型號(hào)的主要尺寸數(shù)據(jù)。系列中轉(zhuǎn)鼓直徑的數(shù)值是從優(yōu)先數(shù)系中，選取幾何級(jí)數(shù)公比來確定的。在L/D一定情況下，生產(chǎn)能力大致與成正比。 本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)鼓直徑：D=800mm 轉(zhuǎn)鼓形狀：柱錐形 材料：0

45、Crl8Ni9不銹鋼 2.3.2轉(zhuǎn)鼓長度 轉(zhuǎn)鼓長度L 按長徑比值來確定。轉(zhuǎn)鼓體的全長同最大直徑的比(稱為長徑比)也是很關(guān)鍵的參數(shù)。對于易分離的物料，長徑比為1～2，一般在1.5左右；對于難分離的物料，長徑比為2.5～4，一般在3左右；長徑比超過4時(shí)，在制造上有困難，但它是未來發(fā)展的方向。 現(xiàn)取長徑比=3.2，則轉(zhuǎn)鼓長度 =800×3.2=2560 mm 當(dāng)轉(zhuǎn)鼓直徑D、總長度、錐段小端出渣口直徑D3 一定時(shí)，沉降區(qū)長度受液層深度h和半錐角變化的影響。如圖2-3所示當(dāng)L、、不變，將實(shí)線所示的、h改為虛線所示尺寸時(shí)，可以看出沉降區(qū)長度的變化是很大的。因而h值和角值的選擇對懸浮液處理能力有

46、影響。 圖2.5 ，h值對沉降區(qū)長度的影響示意圖 ——柱錐段總長度： ——柱筒段沉降區(qū)長度 ——錐段長度 ——錐筒段沉降區(qū)長度 ——物料環(huán)內(nèi)徑 ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑： ——錐段小端出渣口半徑 ——液層深度： ——圓錐段半錐角 從圖2.5可知 柱筒段沉降區(qū)長度： 式中，一般常用值=0.6~0.7，取=0.65 將上述各數(shù)據(jù)代入可得： 錐段小端出渣口半徑： 柱筒段沉降區(qū)長度（即轉(zhuǎn)鼓柱筒段長度）： 則轉(zhuǎn)鼓錐段長度 ： 液層深度h=50mm 則物料環(huán)內(nèi)徑： 錐筒段沉降區(qū)長度： 則沉降區(qū)長度：

47、 2.3.3轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 參考工業(yè)LW-800型離心機(jī)，轉(zhuǎn)速范圍 1250~2000 r /min 又因轉(zhuǎn)鼓材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，這種材料的各種轉(zhuǎn)鼓直徑的最大允許轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)如下表2-1所示。 表2-1 最大允許轉(zhuǎn)速和最大分離因數(shù) D(mm) 350 450 600 800 1000 （r/min） 4100 3200 2400 1800 1400 3300 2350 1900 1400 1150 現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速n=1500 r /min 2.3.4轉(zhuǎn)鼓半錐角 一般取取值范圍5°~18°；>8°為推送較難輸送的沉渣。 本設(shè)計(jì)選取

48、半錐角：=7° 2.3.5池深與轉(zhuǎn)鼓半徑比 規(guī)定范圍為0.05～0.2，現(xiàn)取0.1。 2.3.6螺旋輸送器 選擇連續(xù)整體螺旋輸送器，左旋，雙頭螺旋。 2.3.7生產(chǎn)能力 表2-2 螺旋沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力范圍 系　　列 LW-200 LW-350 LW-450 LW-600 LW-800 LW-1000 生產(chǎn)能力 Q※（） G （） 0.5-1.5 0.1-0.3 1.5-4 0.3-1 4-10 0.75-2 10-30 1.5-4 — 2-6 — 5-10 ※值是按≤3考慮的，當(dāng) =4時(shí)，值可以提高20-30% 參考

49、上表，生產(chǎn)能力范圍 設(shè)計(jì)參數(shù)匯總： 表2-3 基本參數(shù)及主要計(jì)算數(shù)據(jù) 基本參數(shù) 單位 內(nèi)容 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 r/min 1500 差轉(zhuǎn)速 r/min 30 轉(zhuǎn)鼓大段內(nèi)徑 mm 800 轉(zhuǎn)鼓長度 mm 2560 長徑比 3.2 半錐角 7° 沉降區(qū)長度 mm 1989 轉(zhuǎn)鼓直段長度 mm 1582 轉(zhuǎn)鼓錐段長度 mm 978 物料粘度 cp 0.81 物料固相密度 kg/m3 1600 物料液相密度 kg/m3 1360 物料顆粒度 μm 15~300 螺旋螺距 mm 200 3.生產(chǎn)能力計(jì)算

50、離心沉降過程涉及液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的流動(dòng)過程、懸浮液中的固相粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉降過程、沉渣的輸送和脫水過程，這些過程對沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力和技術(shù)參數(shù)的選擇有重要的影響[ 12 ] -[ 13 ]。雖然對這些問題都進(jìn)行過許多實(shí)驗(yàn)性和理論性的研究，但由于懸浮液物料的多樣性及懸浮液固相粒子分布的多變性，因此至今還沒有找到能夠精確計(jì)算沉降離心機(jī)生產(chǎn)能力和沉渣最終含濕量的可靠公式。在生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛采用小型實(shí)驗(yàn)離心機(jī)試驗(yàn)，取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行模擬放大。 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離心沉降速度，前者由于不同的流動(dòng)理論而有不同的計(jì)算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計(jì)算方法。 (1)按Σ理論計(jì)算

51、生產(chǎn)能力； (2)按層流理論計(jì)算生產(chǎn)能力； (3)按線性理論計(jì)算生產(chǎn)能力。 本設(shè)計(jì)以Σ理論計(jì)算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力。 Σ理論是由安布勒(Alnblor)于1952年提出的，由于其表達(dá)式簡單，概念明確，一直沿用至今[ 14 - 15 ]。在保證具有一定澄清度條件下的生產(chǎn)能力()，按照Σ理論，對于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)能力的計(jì)算公式可表達(dá)為： （3-1） 圖3.1 螺旋型離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓剖面示意圖 式中 ——修正系數(shù)： ； ——當(dāng)量沉降面積，對于臥螺離心機(jī)，可近似表達(dá)為[ 17 ]： ——給定液體中作沉降式的極限

52、沉降速度： ——固相密度：=1600 ——液相密度：=1360 ——兩相密度差 ——沉降區(qū)的有效長度：=1989； ——臨界粒徑：=15； ——液相粘度：=0.81× ——圓柱段轉(zhuǎn)鼓長：=1582 ——圓錐段轉(zhuǎn)鼓長：=978 ——轉(zhuǎn)鼓角速度：=157rad/s 則，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： 帶有修正因子的計(jì)算公式： 考慮到葉片所占空間會(huì)降低沉降固相所需時(shí)間[，故修正因子=0.94。再考慮到轉(zhuǎn)鼓由螺旋推進(jìn)器輸送的沉渣也要排開體積與其相等的液體，故第二修正因子被取成：=0.67(柱-錐形) 因而，對柱錐形螺旋，實(shí)際當(dāng)量沉降面積公式

53、為： 將上述各值代入式（3-1）即可得離心機(jī)的生產(chǎn)能力： 則可知本項(xiàng)目的離心機(jī)生產(chǎn)能力為：=40 則，進(jìn)料口直徑計(jì)算公式可表達(dá)為： 式中 —— 生產(chǎn)量： = 40 —— 物料流速：=1.5m/s； 則，將上述各數(shù)據(jù)代入可得進(jìn)料口直徑： 圓整后為100 查《化工原理》[16]附表二十四（管子規(guī)格） 公稱直徑 ：100 外徑 ：114 壁厚 ：4 4傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4.1螺旋卸料離心機(jī)差速器 在螺旋卸料離心機(jī)中，離心沉降分離出的沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的縱向移動(dòng)，是靠螺旋相對轉(zhuǎn)鼓導(dǎo)前或滯

54、后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。為了保證轉(zhuǎn)鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉(zhuǎn)，并得到最佳的轉(zhuǎn)差值，因此，螺旋卸料離心機(jī)從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之問都需要一個(gè)傳動(dòng)裝置，已不再采用簡單傳動(dòng)組成的開式運(yùn)動(dòng)鏈。因轉(zhuǎn)鼓、螺旋分別用不同的電動(dòng)機(jī)通過簡單傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，并以一定轉(zhuǎn)差同向回轉(zhuǎn)時(shí)，兩者運(yùn)動(dòng)鏈互不相連，不能形成封閉運(yùn)動(dòng)鏈，這就導(dǎo)致要求電動(dòng)機(jī)容量很大，并耗費(fèi)較多的能量，同時(shí)還將使傳動(dòng)裝置趨于笨重。為了避免功率上的大量損失，以及得到緊湊的輕結(jié)構(gòu)，故現(xiàn)代螺旋卸料離心機(jī)的傳動(dòng)裝置都廣泛地采用了以行星傳動(dòng)為基礎(chǔ)，由轉(zhuǎn)鼓、物料和螺旋問形成的摩擦而構(gòu)成的封閉運(yùn)動(dòng)鏈。 差速器傳動(dòng)裝置是螺旋卸料離心機(jī)中最復(fù)雜而又極為重要的部件，其性能和質(zhì)量

55、往往決定著整個(gè)機(jī)器的工作能力和可靠性。欲設(shè)計(jì)出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，就必須正確選擇傳動(dòng)類型，精確合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉(zhuǎn)臂等主要構(gòu)件，并嚴(yán)格進(jìn)行動(dòng)平衡，這樣設(shè)計(jì)制造的傳動(dòng)裝置，才能使螺旋卸料離心機(jī)在生產(chǎn)中得到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。 漸開線行星齒輪差速器是現(xiàn)代螺旋卸料離心機(jī)中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)形式。這種差速器的結(jié)構(gòu)有2K-H、3K和K-H-V三種，其中以2K-H應(yīng)用最多，3K次之。目前最典型的結(jié)構(gòu)是雙級(jí)2K-H型。 4.2漸開線行星齒輪差速器形式的選擇 漸開線行星齒輪差速器有各種型式，如2K-H、3K和K-H-V等。在特定的工作條件下，正確選

56、擇螺旋卸料離心機(jī)的差速器，是設(shè)計(jì)差速器必須首先解決的問題。 選擇傳動(dòng)型式時(shí)，必須遵循一系列的準(zhǔn)則，其中以傳動(dòng)的外廓尺寸、重量、效率、傳動(dòng)對制造技術(shù)的要求等，是選擇傳動(dòng)型式的最重要的準(zhǔn)則。 螺旋卸料離心機(jī)上應(yīng)用最廣的試2K-HI型。當(dāng)齒數(shù)比小于8時(shí)，適當(dāng)選擇行星齒輪數(shù)，且行星輪間負(fù)荷分配均勻時(shí)，2K-HI型的外廓尺寸和重量很小。在速度、功率和工作條件方面都沒有限制。為了滿足螺旋卸料離心機(jī)工藝上提出的要求，常設(shè)計(jì)成雙極2K-HI型差速器。 綜上所述，欲得到外廓尺寸小，重量輕，效率高，制造、裝配簡單等優(yōu)良指標(biāo)的傳動(dòng)，根據(jù)選擇傳動(dòng)類型式的準(zhǔn)則綜合考慮，推薦選用雙極2K-HI型傳動(dòng)作為螺旋卸

57、料離心機(jī)的差速器。 因此本設(shè)計(jì)選用： 表4-1 傳動(dòng)型式 傳動(dòng)比范圍 效率 工作時(shí)最大功率 備注 2K-HI(二級(jí)) 860 0.97~0.996 不限 用于任何工作條件下的大、中、小功率傳動(dòng)。制造方便、軸向尺寸小。 4.3 NC系列齒輪行星差速器的結(jié)構(gòu)原理 NC 型齒輪行星差速器由兩級(jí)NGW 行星齒輪機(jī)構(gòu)組成(圖4.1) [ 25 ] -[ 26 ]， 內(nèi)齒圈B1， B2 連接的外殼和離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓固聯(lián)，并與主傳動(dòng)皮帶輪連接，輸入主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速。 輸出軸以花鍵軸頭和離心機(jī)的螺旋卸料器軸連接，一級(jí)中心輪A1 由輔傳動(dòng)皮帶輪通過扭矩離合器和輸入軸! 輸入輔傳動(dòng)轉(zhuǎn)速，由行星輪架

58、(系桿) X1 自帶的二級(jí)中心輪A2 耦合到第二級(jí)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步減速輸出。 圖4.1 NC差速器結(jié)構(gòu)原理圖 主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速和輔傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差為。 若一級(jí)中心輪齒數(shù)為，一級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù)為， 二級(jí)中心輪齒數(shù)為，二級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù)為，則輸出軸(即離心機(jī)的螺旋卸料器) 和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速差為設(shè)計(jì)考慮了輸出轉(zhuǎn)速差小于2 r/ min 的情況，行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)為35，57，93 和159幾個(gè)公稱傳動(dòng)比。當(dāng)傳動(dòng)比大時(shí)，由于中心輪直徑很小，行星輪個(gè)數(shù)受臨界條件限制，因此i > 57的情況，可采用2個(gè)行星輪，而其他采用3 行星輪結(jié)構(gòu)。行星機(jī)構(gòu)還有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，即可以根據(jù)實(shí)際需要，很方便地改變各

59、級(jí)齒輪的配齒方案，得到所需的各種傳動(dòng)比。 4.4NC系列行星齒輪差速器的基本參數(shù) NC 系列行星齒輪差速器的基本型式如圖4.1這種差速器在國內(nèi)生產(chǎn)的LW，WL 各種型式離心機(jī)上配套應(yīng)用，經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)考驗(yàn)，達(dá)到了較好效果?？膳溆玫霓D(zhuǎn)鼓直徑為180~800 mm，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速3500～5500r/ min，輸出差轉(zhuǎn)速為2～80 r/ min，所配離心機(jī)的分離因素可達(dá)到4400～5500，具體性能參數(shù)如表4-2. 因此，本設(shè)計(jì)選用NC4型。 表4-2 型號(hào) 公稱傳動(dòng)比i 公稱輸出轉(zhuǎn)矩 /N·m 輸出軸最高轉(zhuǎn)速/r·min-1 驅(qū)動(dòng)功率/kW 適配主機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑/mm 質(zhì)量/kg

60、 NC1 57,96 1950 5500 2.2~4 260 64 NC2 57,93,159 2600 4500 3~5.5 360 90 NC3 57,93 3600 4000 4~7.5 500 100 NC4 57,96 4900 3500 5.5~11 800 170 5臥螺離心機(jī)物料輸送的功率計(jì)算 臥螺離心機(jī)的功率計(jì)算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。根 據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計(jì)算，可以合理地確定主、輔電動(dòng)機(jī)的功率，選擇電機(jī)及差速器。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型，操作方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)

61、有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個(gè)方面： (1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率； (2)啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率； (3)克服軸與軸承摩擦所需功率； (4)克服轉(zhuǎn)鼓，物料與空氣摩擦所需功率； (5)卸出物料所需功率。 5.1啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動(dòng)能，必須由外界作功，該功為 (5.1) 式中 ——轉(zhuǎn)動(dòng)件線速度，m/s； ——轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，； 啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率，為： (5.2) 式中 ——啟動(dòng)時(shí)間，s；

62、 ——轉(zhuǎn)鼓角速度：=157 rad/s 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，主要考慮轉(zhuǎn)鼓、推進(jìn)器、差速器皮帶輪等質(zhì)量較大、半徑較大的轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。此外還有一些較小的轉(zhuǎn)動(dòng)件，啟動(dòng)時(shí)也需要功率，可不逐一計(jì)算，只要將上述計(jì)算的功率增加10-20%即可。 式中 ——轉(zhuǎn)鼓總質(zhì)量，估算 ——旋轉(zhuǎn)件平均旋轉(zhuǎn)半徑， 代入數(shù)值估算，轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = 代入式(5.2)可得： (kW) 由公式(5.2)可以看出，選擇不同的值可計(jì)算出不同的啟動(dòng)功率。按啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算所需啟動(dòng)功率如表5-1所列： 表5-1

63、啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件所需功率列表 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20 30 40 50 60 70 80 90 100 74 49 37 30 25 21 19 115 15 5.2啟動(dòng)物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率 對于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī)，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。 假設(shè)某種分離操作，單位時(shí)間內(nèi)排出的個(gè)組分中，各組分的質(zhì)量為 (kg/s)，各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑為，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率為： (kW)

64、 (5.3) 式中 ——單位時(shí)間被分離各組分處理量, 固相：，液相： ——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)各組分旋轉(zhuǎn)半徑： 固相：，液相： ——物料被分離的組分?jǐn)?shù) 代入式（5.3）得： kW 5.3克服軸與軸承摩擦所需功率 克服支撐軸承摩擦所需的功率可以認(rèn)為是加載支撐軸承上的摩擦力與摩擦表面間的相對速度之積。支撐軸承上的摩擦力可以由摩擦力公式求得，其為作用在支撐軸承上的支反力與摩擦系數(shù)的乘積，相對速度則可由軸承接觸處軸徑和軸旋轉(zhuǎn)的角速度求得，所以，克服支撐軸承摩擦所需的功率就可以由如下公式來表達(dá)： (5.4) 式中 ——軸與

65、軸承間摩擦系數(shù)； 、——分別為軸頸表面的線速度，m/s； 、——分別為兩軸承處的支反力，N； 、——?jiǎng)e為兩軸承處的軸頸直徑，m； 關(guān)于軸承支反力、，應(yīng)考慮在轉(zhuǎn)子的靜載荷與動(dòng)載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉(zhuǎn)鼓及其它轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量，動(dòng)載荷為由于轉(zhuǎn)動(dòng)件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏心距e=D/1000(D為轉(zhuǎn)鼓直徑)計(jì)算。所以軸上的總載荷可按如下公式計(jì)算： (5.5) 轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量： 則作用在軸上的總載荷為： 作用在兩軸承上的支反力為： 由設(shè)計(jì)圖紙可知，左右支撐軸承處軸徑為： 則將上述各數(shù)據(jù)代入式（5.4

66、）可得克服支撐軸承摩擦所需的功率： kW 5.4克服空氣摩擦所需功率 臥螺沉降式離心機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)鼓外表面、物料層內(nèi)表面都會(huì)因克服空氣摩擦阻力而消耗一定的功率，由于影響空氣摩擦阻力的因素很復(fù)雜，想要精確的計(jì)算不容易達(dá)到，因此一般工程計(jì)算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，都習(xí)慣采用一些近似的計(jì)算方法，在這里克服空氣摩擦所需的功率可以由如下公式來計(jì)算： (5.6) 式中 ——空氣密度：常壓下取=1.29kg/m3； ——轉(zhuǎn)鼓的長度：=2.56m； ——轉(zhuǎn)鼓角速度：=157 rad/s； ——轉(zhuǎn)鼓外半徑：=0.408m ——轉(zhuǎn)鼓中物料層的內(nèi)半徑: =0.35m。 將上述各值帶入式（5.6）可得克服空氣摩擦所需功率 kW 5.5卸出物料所需功率 對于螺旋卸料離心機(jī)，螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外，故卸料功率應(yīng)包括： (1) 克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力消耗功率； (2) 克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率； (3) 克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率。 計(jì)算時(shí)將卸料功率分為錐段和柱段兩部分，分別計(jì)算圓錐段消耗功率和圓柱段