共 46 頁 第 1 頁1 緒論1.1 磁性材料1.1.1 磁性材料工業(yè)現(xiàn)狀1、產品產量和產值不適配目前，我國的磁性材料工業(yè)在產量方面已經初具規(guī)模，根據本行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，1998 年我國的永磁鐵氧體銷售量約 11.5 萬噸（其中粘結鐵氧體 0.5 萬噸），出口約 6.5 萬噸。軟磁鐵氧體銷售量約 4.2 萬噸（其中偏轉磁芯約 1 萬噸），出口約 1萬噸。稀土釹鐵硼成品銷售約 4100 噸，鋁鎳鈷約 2000 噸。中低檔產品占據了較大的國際市場，但在高檔產品方面還沒有形成較強的實力，缺少國際競爭能力。從行業(yè)整體來看，我國的磁性工業(yè)與國外先進國家相比，存在著管理水平低、制造工藝落后，產品質量差和產品檔次低的問題。2、磁性產品性能偏低 國內的磁性材料產品的大部分集中在低檔次，缺少參與國際市場競爭的能力。另外，價格低廉，贏利極微薄。永磁鐵氧體以揚聲器磁體為主，產品性能在 Y30 以下。電揚磁瓦的性能在 Y30H－1，但大批量生產時性能不夠穩(wěn)定。軟磁鐵氧體的產品集中在消費類產品，工業(yè)類磁芯的產量較少。大批量生產的功率鐵氧體材料的性能相當于日本 TDK 產品的 PC30 版號；高磁導率鐵氧體的 μ 在 6000 左右。少數(shù)企業(yè)能小批量生產 PC40 牌號和磁導率達到 10000 以上的產品。釹鐵硼磁體的生產性能一般在 N35 左右（磁能積為 35MGOE），N40 以上和高矯頑力牌號 N38H。N32SH 的只有少數(shù)企業(yè)能生產。國外推出的新牌號已經達到 N50，N48H。3、生產工藝和設備相對落后 目前，我國的磁性材料專用設備銷售總額達到 1.43 億元，能提供成套成線的磁性材料生產設備。“十五”期間我國磁性材料的性能和檔次將會有新的提高，同時，由于國內外競爭激烈，要求產品成本不斷降低。為此，磁性材料專用設備應開發(fā)自動化程度高，低能耗和高效率的設備。工裝設備的改善，可使磁性產品提高一個檔次，采用自動化程度高的連續(xù)生產線，能減少人為因素的影響，保證產品的一致性。共 46 頁 第 2 頁1.1.2 我國磁性材料工業(yè)發(fā)展前景磁性材料是各種電子產品主要的配套產品，無論是消費類家電產品和工業(yè)類整機,如計算機、通訊設備、汽車以及國防工業(yè)均離不開磁性材料。據專家分析，世界磁性材料市場將以 15%的年增長率發(fā)展，我們在表 2 列出各類磁性材料世界增長情況。今后 5 年內，中國的磁性材料工業(yè)主要將在質量和性能方面得以提高，在產量方面增長的速度會較慢。同時，一些發(fā)達國家以及港臺地區(qū)的磁性材料工業(yè)向中國轉移。總產量要突破預測的數(shù)字。1、世界磁性材料市場發(fā)展現(xiàn)在世界汽車產量為 4900 萬輛左右，按每輛汽車使用電機數(shù)從目前的 20 只，到 2005 年增加到 30 只，預測需要電機從 8 億只增加到 16 億只。隨著汽車生產量和使用揚聲器數(shù)量的增加，汽車用的揚聲器產量從目前的 1.6 億只增加到 2.3 億只，增加的量均在 1 倍左右。預測需要鐵氧體永磁從目前的 15 萬噸增加到 25 萬噸。從發(fā)展看，亞太地區(qū)的產量將增加較快。由于汽車向小型化和輕量化發(fā)展，以及為了保護環(huán)境采用非汽油驅動汽車，需要應用新材料提高電機的功能和減小尺寸，促使各向導生粘結釹鐵硼磁體的發(fā)展將會加快。假如，汽車中有 50%采用粘結釹鐵硼磁體，如雨刷電機、窗沖洗電機、反光鏡電機、門鎖和座位調節(jié)電機等方面應用，就需要粘結釹鐵硼磁體 102 克／輛。到 2005 年，世界生產汽車以 5540 萬輛計算，就需要粘結釹鐵硼磁體 5540 噸。估計到 2005 年世界永磁體的產值將超過 100 億美元。計算機發(fā)展帶動了相關配套元件的發(fā)展，磁盤、光盤驅動器和打印機驅動頭是西使用釹鐵硼最大的一個方面。顯示器需要各種高檔次鐵氧體軟磁、多媒體音響對永磁材料的需求量也是很大的。隨著信息時代到來，近幾年工業(yè)發(fā)達國家正形成計算機進入家庭的熱潮。據美國市場調查，1996 年全世界家用 PC 機總銷量達 2000 萬臺，2000 年將達 4000 萬臺，2005 年約達 8000 中。通訊業(yè)的發(fā)展，電話和移動電話裝置需要越來越多的抗干擾磁芯、片式微型化電感，以及傳聲器和揚聲器，這對軟磁和永磁材料帶來了良好的市場。 總之，從市場發(fā)展看，到 21 世紀全球市場發(fā)展將比目前翻一番，相應的磁性材料發(fā)展前景是樂觀的；但是，信息產業(yè)革命的發(fā)展需求是高檔磁性材料配套，所以落實技術創(chuàng)新戰(zhàn)略，開發(fā)高檔磁性材料產品占領國際市場是當務之急的頭等大事。 2、國內磁性材料市場發(fā)展 根據原電子部的 21 世紀規(guī)劃目標來看，電子產品的趨勢大約總體在 15%。規(guī)劃目標程控交換機 80000 萬線、移動通信電話手機 3000 萬部、彩電 6000 萬臺、黑白電視機 1500－1600 萬臺、錄像機 440 萬部。根據汽車行業(yè)的發(fā)展，規(guī)劃“九五”末產量達 400 萬輛，其中轎車 120－130 萬輛，預計配套電機 1500 萬套。品種有搖窗電機、空調電機、油泵電機、儀表電機、門鎖電機、刮水器電機、散熱風扇電機、起動電機及發(fā)電機。預計 2005 年摩托車總產量突破 1500 萬輛，需要起動電機 1000共 46 頁 第 3 頁萬套／年。據電聲行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，21 世紀初國內市場將需揚聲器 12 億只，受話器 3.6 億只，耳機 300 萬付。世界電聲器件市場需要配套揚器 33 億只，送受話器約4 億只，傳聲器約 2.9 億只,要滿足和達到配套能力，磁體需要量是很大的。隨著環(huán)境保護的要求，發(fā)展無油汽車、摩托車是世界發(fā)展方向，這將對稀土永磁體的發(fā)展帶來廣闊的市場。為了減少發(fā)電廠二氧化硫的排放量，國際上實施“綠色照明工程”來節(jié)電，從而達到減少發(fā)電量；所以節(jié)能燈的應用在國外發(fā)展很迅速，這也是我國的一項重大工程。節(jié)能燈的發(fā)展，需要使用大量高檔的鐵氧體軟磁濾波磁芯、抗干擾磁芯等；根據專家分析，如我國全面推廣使用節(jié)能燈，需求量將在 5億支左右。 根據本行業(yè)的專家分析，2005 年本行業(yè)鐵氧體永磁市場將達到 21 萬噸左右，鐵氧體軟磁市場將達到 9.4 萬噸左右，稀土磁體約 8000 噸。按行業(yè)的發(fā)展來看，這些指標有可能達到?？傊?1 世紀是中國磁性材料工業(yè)發(fā)展的世紀。根據市場發(fā)展的需要，今后中國的磁性材料工業(yè)應該重視以下幾點。 （1）消費類產品有市場，但價格將下降隨著消費類產品的價格影響，磁性材料行業(yè)的價格競爭將很激烈，會淘汰一些小企業(yè)，大型集約化公司在競爭中聯(lián)合組建增多。揚聲器用的中低檔磁體預計需量增加,彩電用的 UE 型磁芯和小磁芯出口量會增加，但價格下降。 （2）工業(yè)類產品是主導市場汽車、通訊、計算機工業(yè)發(fā)展，帶動國內高檔磁性材料的發(fā)展。企業(yè)應該重視科技進步和技術改造，使產品的檔次能上一個新臺階。鐵氧體永磁要有陶 8 以上的產品,鐵氧體軟磁應有 PC40 產品和高導磁材料（大于1000），釹鐵硼磁體要生產 N38 以上材料，另外粘結磁體的開發(fā)生產要加快發(fā)展。共 46 頁 第 4 頁1.1.3 磁性材料的生產工藝 圖 1 濕法生產車間工藝示意圖磁性材料的生產方法一般有兩種,主要是干法生產和濕法生產。磁性材料濕法生產的裝置布置原理如圖 1，其各裝置布置順序關系如圖 2。磁性材料濕法生產和干法生產的主要工藝流程分別如圖 3、圖 4 所示，兩種生產工藝的主要區(qū)別在于是否加水和勻，其次是原料上的區(qū)別。相比較，干法生產和濕法生產的主要優(yōu)缺點與區(qū)別，如下：圖 2 濕法生產車間布置圖鐵鱗＋添加劑→球磨機(粉碎及和勻) →造球(加少量的水) →鏈靡機(預氧化) →回轉窯(燒結成型) →直徑為 6～8 毫米的球共 46 頁 第 5 頁體圖 3 磁性材料干法生產主要工藝流程鐵紅＋添加劑→一次攪拌桶(加 85%～90%的水) → 球磨機(粉碎及和勻) →二次攪拌桶→膠泵(定量) →回轉窯(燒結成型) →直徑為 6～8 毫米的球體圖 4 磁性材料濕法生產主要工藝流程一、 干法生產的缺點：1.由于其原料主要是連鑄機和初軋機的氧化鐵皮，主要成分是四氧化三鐵，而鐵氧體的主要成分是三氧化二鐵；所以原料的純度不高。直接經球磨機粉碎和勻，達到的效果比較差。2.最后所得的直徑為 6～8 毫米的球體，大小相對并不均勻，導致生產出的磁性材料性能并不穩(wěn)定。3.預氧化用的鏈靡機在工作中會產生大量的灰塵，造成嚴重的環(huán)境污染。二、 濕法生產的優(yōu)點：1.由于其原料主要是冷軋酸洗后產生的廢物，所以原料的性能很穩(wěn)定。2.球磨機粉碎和勻的前后都加水充分攪拌，即濕法球磨的和勻磨碎效果很好。3.最后所得的直徑為 6～8 毫米的球體，大小均勻，生產出的磁性材料性能也穩(wěn)定。在現(xiàn)代的新濕法生產工藝中，又在回轉窯燒結成型前加入了沉降離心機，經離心機離心分離后，含水量減少到 30～35％，大大節(jié)省了燒結蒸發(fā)中所需的能源，對節(jié)能與環(huán)保作出了巨大的貢獻。1.2 離心機概況1.2.1 離心機的應用及其發(fā)展離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進行分共 46 頁 第 6 頁離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機。離心機和其它分離機械相比，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、減輕勞動強度、改善勞動條件，具有連續(xù)運轉、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此，自 1836 年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機品種繁多，各有特色，并正在向提高技術參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉鼓結構增多，專用機種越來越多?，F(xiàn)在，離心機己廣泛用于化工、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、軍工等各個領域。例如:濕法采煤中粉煤的回收，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，各種石油化工產品的制造，各種抗菌素、淀粉及農藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、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。離心機己成為國民經濟各個部門廣泛應用的一種通用機械。離心機基本上屬于后處理設備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應發(fā)展起來的。例如:18世紀產業(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。1877 年為適應乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。進入 20 世紀之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質、焦油狀物料等除去，以便使重油當作燃料油使用，50 年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機，到 60 年代發(fā)展成完善的系列產品。隨著近代環(huán)境保護、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、碟式分離機和三足式下部卸料沉降離心機有了進一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。離心機的結構、品種機器應用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識，主要還是用來說明試驗的結果，而在預測機器的性能、選型以及設計計算，往往仍要憑借經驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，固一液分離技術越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉。1.2.2 離心機的分類離心分離根據操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而與其相應的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。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。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。具體分類見圖 5。共 46 頁 第 7 頁1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機國內外研究現(xiàn)狀螺旋卸料沉降式離心機是高速運轉，連續(xù)進料、分離分級、螺旋推進器卸料的離心機，螺旋卸料沉降式離心機分立式螺旋卸料沉降式離心機和臥式螺旋卸料沉降式離心機，現(xiàn)該離心機己廣泛用于石油、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、單位產量的耗電量較少、適應性強、維修方便、能長期運轉。伴隨著我國經濟的迅速發(fā)展，螺旋卸料沉降式離心機有著廣闊的市場。例如:城市的建設得到了迅速發(fā)展，城市的規(guī)模擴大，人口增加，水環(huán)境污染成了一大難題。據專家統(tǒng)計，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步伐勢在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設備應用比較廣泛的是帶式壓濾機和螺旋卸料沉降式離心機。但是，由于螺旋卸料沉降式離心機的技術明顯優(yōu)于帶式壓濾機，螺旋卸料沉降式離心機將逐步取代帶式壓濾機。1954 年國際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋卸料沉降式離心機。根據不同的分離物料，設計者根據物料特點進行專門的設計。現(xiàn)就不同的應用領域，己有相應的螺旋卸料沉降式離心機出現(xiàn)，在國際上，該技術己相當成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機、粒子分級用螺旋卸料沉降式離心機、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機、并流式螺旋卸料沉降式離心機、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機。在國際上的發(fā)達國家，污泥用的螺旋卸料沉降式離心機已標準化、系列化。近幾年還共 46 頁 第 8 頁圖 5 離心機的分類在其結構上根據應用的實踐進行了許多改進，出現(xiàn)了一些新的結構設計方面的專利。例如最近推出了一種叫， “nxono”的螺旋卸料沉降式離心機，它的適應性非常強，能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料，操作方便，用計算機控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的 NX 型螺旋卸料沉降式離心機，其結構尺寸根據不同尺寸、形狀的顆粒而調整其型號，還可以根據新的材料要求，設計新的螺旋卸料沉降式離心機。它的動平衡和靜平衡處理非常好，能在負載下高速運轉，其輸入和輸出口的設計有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損，旋轉部位用不銹鋼材料，使整個運轉過程處在一個封閉的系統(tǒng)里，其自動裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機能有效分離纖維、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，能達到每小時 50000 加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機的理論研究和制造設計己經處于世界先進水平，從螺旋卸料沉降式離心機的結構設計、使用材料、防腐措施、應用范圍、自動控制和密封裝置研究的都很透徹。因此，它的機械設備廣泛應用于世界各地的各個領域。國外較著名的離心機生產商有德國 FIOTTWE 公司、美國 SHAPLESS 公司、法國GUINARD 公司、瑞典 ALAF 公司等。我國在螺旋卸料沉降式離心機的理論研究方面也取得了相當不錯的進展。80 年代，我國開始重視螺旋卸料沉降式離心機的發(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的發(fā)展動態(tài)，機械工業(yè)部通用機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的設計提供了理論基礎。我國在九十年代己能共 46 頁 第 9 頁自己研制生產螺旋卸料沉降式離心機，國家在 1979 年便在工廠進行螺旋卸料沉降式離心機的生產，成功的生產出 WL200，WL1000，LWB500，LWG500 等型號的產品。重慶江北機械廠是國家最早投入螺旋卸料沉降式離心機生產廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機生產作出了較大貢獻，為我國離心機理論提供了不少數(shù)據和實驗?，F(xiàn)在該廠引進法國堅納公司技術，并嚴格按法國堅納公司技術標準生產具有國際水準的新產品 D(LW)系列產品。該系列產品性能卓越具有完善的工作特點和傳動裝置，它的差速器可實現(xiàn)無級變速，它是與計算機完美結合的典型，在計算機的屏幕上，我們可看到其主要參數(shù)，其自動裝置和密封系統(tǒng)也比較先進。金華鐵路機械廠通過二十多年的研制生產，也擁有比較雄厚的技術力量，該廠設計制造的螺旋卸料沉降式離心機是在引進、消化、吸收國外先進分離機械的基礎上，結合我國石油、地質勘探的需要而研制開發(fā)的系列產品，近來己推出最新機型有 LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500—1250。它們的主要特點是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調整泥漿比重，降低粘度，其中 LW500xl250，LW500xl250的最大處理量能達到 50 立方米。1958 年成立的上海離心機研究所，近些年來通過與國際著名離心機制造公司的密切合作，己生產出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機系列產品，使轉鼓的沉降區(qū)域物料分離時間延長，從而顯著提高固液分離效果，并在此基礎上成功的研制了國內第一套污泥脫水成套設備和首輛污泥脫水成套設備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。 1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機的概況螺旋卸料沉降式離心機是高速運轉，連續(xù)進料、分離分級、螺旋推進器卸料的離心機，螺旋卸料沉降式離心機分立式螺旋卸料沉降式離心機和臥式螺旋卸料沉降式離心機，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機。該離心機已廣泛用于石油、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、單位產量的耗電量較少、適應性強、維修方便、能長期運轉。 最初的臥式螺旋卸料離心機是由兩對開式齒輪傳動獲得轉鼓與螺旋之間的差轉速，以輸送沉渣并被應用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實用價值的第一臺螺旋離心機首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點而得到了迅速的發(fā)展。 螺旋卸料沉降式離心機是國際上五十年代發(fā)明的機械，七十年代，我國開始引進。國產化一些機型成為原化工部七五科技攻關項目。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 GUNIARD 公司、瑞典 ALAF—Laval 公司等國外著名公司生產的多種規(guī)格的離心機，并進行仿制，國家當時在全國組織 6 個生產廠家進行仿制生產?，F(xiàn)國內己能生產的螺旋卸料沉降式離心機有WL200，WL350，WL 450，WL600，WL800，DLW430 ，L W350，LW400，LW500，LW620共 46 頁 第 10 頁等。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對高精度、高質量設備的需求量不斷增加。當前各種類型的離心機品種繁多，各具特色，并且都向提高技術參數(shù)、系列化、機電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機由于能夠連續(xù)出料，生產能力大，對物料的適應性強，結構緊湊，占地面積少等特點，因此應用越來越廣泛。目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看：1、為了提高單機生產能力，采取加大轉鼓直徑，增加長徑比的方法，如GUNIARD 公司的 D 型螺旋卸料沉降式離心機，轉鼓直徑最大的為 1500mm，長徑比為4.7。2、為了分離固相顆粒比較細，粘度大的懸浮液，采取提高轉速度方法，如阿法拉法公司生產的 4500 離心機，轉鼓直徑 310mm，轉速達 7600/min，這樣高的轉速，目前我國還不能達到。3、目前國外離心機正朝著機電一體化方向發(fā)展，己實現(xiàn)在離心機上對分離物料的自動檢測與調節(jié)，機械性能自動保護，振動的隨機檢測和自動報警，過載保護分離反饋等。我國目前已開始注意機電一體化的研究與應用，但在離心機方面也只是剛剛起步。4、適應不同物料及工況的需要，目前國內外離心機制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機，用于易燃易爆場合的物料分離。1.2.5 臥螺離心機的主要優(yōu)點1、自動、連續(xù)操作，無濾網和濾布，能長期運轉，維修方便。2、應用范圍廣。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一樣好。對含有可壓縮固相的懸浮液，在過濾離心機上分離效果很差，甚至無法分離；用臥螺離心機能完成此分離過程。（2）液相澄清：它對液相的澄清效果雖然不如分離機，但是可獲得比分離機干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機高的多。（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來分離的，但是當固相是可壓縮的物料或濾布清洗、再生有困難時，只有依靠這種結構上稍加改進的臥螺離心機進行分離。（4）液—液—固分離：固相含量大于 14%的液—液—固混合物，在碟式分離機上就難以分離。一般分離這種物料要先進行液—固分離，再進行液—液分離。然而，用臥螺離心機可以直接把固相和輕、重液相一次分離。（5）粒度分級：通過臥螺離心機可以將固相按顆粒大小進行分級。3、對物料的適應性較大，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。能適應各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離的效果。4、結構緊湊、易于密封，某些機型能在高壓和低溫條件下操作。共 46 頁 第 11 頁5、單機生產能力大(當量沉降面積可達 10000 平方米，生產能力可達 190 立方米每小時)，分離質量比較高，操作費用的，占地面積小。1.2.6 臥旋離心機的主要缺點1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機稍高，大致與真空過濾機相等。2、沉渣的洗滌效果不好。3、結構比較復雜，造價高。共 46 頁 第 12 頁2 臥式螺旋卸料沉降離心機的生產能力計算2.1 生產能力概述懸浮液自進料口進入沉降離心機轉鼓后，液相沿轉鼓軸向流動至溢流口處溢出轉鼓外，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。較細的粒子由于沉降速度較慢，沉降到轉鼓壁所需的時間較長。如懸浮液進料量過大，軸向流速過快，使較細粒子在轉鼓內的停留時間少于沉降所需時間，則細粒子將隨液流溢出轉鼓外而不能被分離。因此，沉降離心機的生產能力，應理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉鼓內，而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣，分離因素一定的同一離心機，對于不同的物料或同一物料在不同的分離要求下，生產能力也將是不同的。2.2 生產能力計算 ]7[沉降離心機的生產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理論而有不同的計算方法，因而得出不同的生產能力計算方法。（1）按∑理論計算生產能力；（2）按層流理論計算生產能力； （3）按線性理論計算生產能力；此處以∑理論計算臥螺沉降離心機的生產能力?！评碚撌怯砂膊祭眨ˋmbler）于 1952 年提出的，由于其表達式簡單，概念明確，一直沿用至今。在保證具有一定澄清度條件下的生產能力 Q(m /h)，按照∑理論，3對于具有圓錐形轉鼓的螺旋型離心機，實際生產能力的計算公式可表達為：Q= ∑ gV?（1）式中 Q——實際生產能力，m /h；3——分離效率系數(shù)； ?——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度，m/s；gV∑——當量沉降面積, ㎡；2. 柱錐形轉鼓的當量沉降面積∑的計算 共 46 頁 第 13 頁L 1LL 2rh圖 6 柱錐形轉鼓的幾何形狀尺寸∑= rF?????? ????????????????2123431???LDL（2）式中 ——分離系數(shù)； rD——轉鼓大端公稱直徑，m；——轉鼓圓柱段的沉降區(qū)長度，m；1L——轉鼓錐段的沉降區(qū)長度，m；2L——轉鼓沉降區(qū)總長度（ + ） ，m；1L2h——液池深度，m；r——轉鼓內徑，m；——取 2h/D；?LW400×1200 逆流型的主要性能參數(shù)可知如下：最大分離因素為 2580最大轉速為 3400 r/minD=0.4m， =0.542m， 轉鼓錐角 =8°1L?液池最大最小深度分別為 0.0826m 和 0.0542m.且分離因數(shù) 與轉鼓轉速的平方成正比，取轉鼓轉速 n 為 2800r/min,則此時分rF離因數(shù):=2580× =1736.2r23408??????當 h=0.0826m 時：D 共 46 頁 第 14 頁=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m?2L∴L=（ + ）=1.1355m12則 ∑= rF?????? ????????????????212343???LD=1353.7㎡2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度 gV= （3）gV?????182XKLSC?式中 ——阻滯情況下的沉降速度修正系數(shù)；——固相（氧化鐵）密度，㎏/ ；s?3m——液相（水）密度，㎏/ ；L——懸浮液的動力粘度， ；?sPa?——懸浮液中固相顆粒的計算直徑， ；Xm——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。cK其中 = （1+4.5 ） ?LXC上式中 ——懸浮液中液相動力粘度， ；sPa?——固相單位體積濃度；X取 =0.008 ， =0.15；L?sPa?XC則 =0.008（1+4.5×0.15）=0.0134 sPa?由表 3-7 與 3-8 可取:]7[]7[=5×10 =2.12 =0.48,查表 1－1－5 得：Xm6?cK?]8[=2.4×10 ㎏/ =1.0×10 ㎏/s?3L?3m由上參數(shù)數(shù)值，有： 共 46 頁 第 15 頁∴ = =0.48gV?????182gXKLSC????0134.88.90.2512. 36???=1.447×10 /sm6?3. 分離效率數(shù) ?可按下列經驗公式求得：=16.42 （4）3674.0359.0?????????????jLsX?式中 ——沉降區(qū)計算長度，m。jL對于柱錐型轉鼓： = +j12=0.542+ ×0.5935=0.839m其它參數(shù)意義同上。∴ ???????????????????79.01510.42.1663.?=0.2247結合以上各參數(shù)的計算可得， 生產能力 Q= ∑=1.585 m /hgV?3同理，當 h=0.542m 時，共 46 頁 第 16 頁3 臥式螺旋卸料沉降離心機的功率計算與電機選擇3.1 功率計算臥螺離心機的功率計算及電機選擇是臥螺離心機設計中的重要組成部分。根據臥螺離心機的工作要求進行功率計算，可以合理地確定主、輔電動機的功率，選擇電機及差速器。臥螺離心機的功率消耗與臥螺離心機的類型，操作方式和臥螺離心機的結構有關，一般情況下，臥螺離心機所需功率包括下幾個方面：（1）啟動轉鼓等轉動件所需功率 ；1N（2）啟動物料達到操作轉速所需功率 ；2（3）螺旋輸送沉渣所需功率 N 。33.1.1 啟動轉鼓等轉動件所需功率欲使臥螺離心機轉鼓等轉動件，由靜止狀態(tài)達到工作轉速具有一定的動能，必須由外界作功，該功為A = （5）P 22211?PJdmrv???式中 A ——外界所作的功， J；v ——轉動件線速度，m/s；J ——轉動件繞軸旋轉的轉動慣量，kg.㎡P∴啟動轉動件的平均功率 ，為：1N= （6）1NtJtAP20??式中 ——啟動轉動件的平均功率，kW；1t——啟動時間，s；——臥螺離心機的角速度，rad/s。?而 = =303.7 rad/s6029???n1. 計算轉動件繞軸旋轉的轉動慣量 JP① 圓柱段轉鼓的轉動慣量 J 1P共 46 頁 第 17 頁由表 1-1-85 公式]8[J = （7）1P42eKmD式中 J ——圓柱段轉鼓的轉動慣量，kg.㎡；1m——旋轉體的質量，kg； K——系數(shù)，見表中；——旋轉體的飛輪計算直徑，m。eD由表，取 K=0.5, =2e21D?式中 ——轉鼓圓柱段的外徑，m；1——轉鼓圓柱段的內徑，m；2D取 =0.42m, =0.40m, m=80 kg12則 = =0.3364㎡2e1?∴J = =3.5743 kg.㎡1P4eKmD② 圓錐段轉鼓的轉動慣量 J 2P由 Soliworks 2006 作出長度為 625mm，大小端直徑分別為 424mm 和 390mm，拔模角為 8°，厚為 15mm 的圓臺殼體。再由質量分析得出下列相關參數(shù)：零件( Part Configuration - 默認 ) 的質量特性輸出坐標系 : -- 默認 --密度 = 0.01 克/立方毫米質量 = 83869.57 克體積 = 10752508.36 立方毫米表面積 = 1299409.01 平方毫米重心 : ( 毫米 )X = 0.00Y = 0.00Z = 283.82慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定。Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34共 46 頁 第 18 頁Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定，并且對齊輸出的坐標系。Lxx = 3811901499.34 Lxy = 0.00Lxz = 0.00Lyx = 0.00Lyy = 3811901499.34 Lyz = 0.00Lzx = 0.00Lzy = 0.00Lzz = 2301548159.95慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )由輸出座標系決定。Ixx = 10567760827.14 Ixy = 0.00Ixz = 0.00Iyx = 0.00Iyy = 10567760827.14 Iyz = 0.00Izx = 0.00Izy = 0.00Izz = 2301548159.95由上分析可得，其轉動慣量 P =2.3015 kg.㎡X考慮到轉鼓內設的筋條，取 k =1.1,則1J = k . P =2.53 kg.㎡2P1X∴轉鼓的轉動慣量為 J = J + J =5.64 kg.㎡'P12P考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉動件的轉動慣量，J =k JP2'此處取 k =1.352∴所有轉動件繞軸旋轉的轉動慣量 J =k J =7.614 kg.㎡P2'2、啟動時間取啟動時間 t=20s綜上，啟動轉動件的平均功率= = =17.5567kw1NtJtAP20??207.3614.?3.1.2 啟動物料達到操作轉速所需功率對于連續(xù)進料臥螺離心機，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。假設此種分離操作，單位時間內排出分離液（水）和沉渣（氧化鐵）2 個組分，各組分的質量分別為 m 、m （kg/s） ，各組分在轉鼓內卸出的位置半徑分別為12r 、r (m)，則使加入物料達到工作轉速所需的功率 為：12 2N共 46 頁 第 19 頁= （8）2N??2210?rmr?物料每分鐘移動的距離 S 為：S= L×?n式中 L——葉片距，m；——轉速差，r/min。n已知 L=0.08m, =20 r/min∴S= L× =1.6m/min?排渣能力可按下式計算：/60 （9）sSDG?????????????2式中 G——排渣能力，kg/h；——沉渣的厚度，m；?其它的參數(shù)同上。已知 G=1800 kg/h,D=0.38m, =2.4 kg/ms?310?則代入上式便得： 34.26.238.061???????????-0.38 +0.002488=0??2從中可解出 =0.0067m又 = -h'式中 ——液池的平均厚度，m；——液池中水的厚度，m；?'已知 =0.065m,則 = - =0.0583mh'h?∴ r =D/2－ - /2=0.1745m1'r = D/2－ /2=0.1962m2根據排渣能力的定義，可得m = =0.5 kg /s 2360G共 46 頁 第 20 頁由物料中分離液與沉渣的體積比，可得m =1LXsC???2式中 ——固相單位體積濃度；X——固相（氧化鐵）密度，㎏/s?3m——分離液（水）的密度，kg/m 。L其中, =0.15， =2.4 kg/m ， =1.0 kg/mXCs?310?L?310?∴ m =1.181kg /s 1綜上可得，啟動物料達到操作轉速所需功率 2N=2N??2210?rmr?= ?227.30196.507.345.8. ???=2.546kw3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率對于螺旋卸料離心機，螺旋卸料是將沉渣從轉鼓上某處推送到卸料口卸出機外，螺旋輸送沉渣時所需功率大小與螺旋葉片和轉鼓軸線的相對位置有關，本機中螺旋葉片垂直于轉鼓回轉軸線，故卸料功率應包括：1、克服沉渣產生的離心力沿轉鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率：kW （10）??tgHrGNh1532'?2、克服沉渣與轉鼓壁摩擦所消耗的功率：kW （11）2' cos153gfrh共 46 頁 第 21 頁3、克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率：kW （12）???????????232' cos15ftgZfrGNh螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項功率之和，即：'''3?= kW （13）????????????232 cos15ftgZfrHgGhh式中 ——轉鼓圓錐段的平均內半徑，m， = ；hr hr??/30——出渣口處轉鼓內半徑，m；0——轉鼓圓錐大端內半徑，m；3rH——轉鼓的長度，m；Z——螺旋葉片的圈數(shù)；——沉渣與轉鼓壁的摩擦系數(shù)，一般為 0.3～0.85；2f——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù)，一般為 0.15～0.4；3G——按螺旋排渣能力計算的生產能力，kg/s。其中， =0.1142m, =0.20m0r3r∴ = =0.1571mh??2/3?H=1.20m，Z=14，排渣能力 G=1800/3600=0.5 kg/s，取 =0.6， =0.32f3f綜合以上各參數(shù)，得螺旋輸送沉渣所需功率 N ：3'''3N??= ????????????232 cos15ftgZfrHgGhh=4.22kW3.2 電機選擇考慮到摩擦與效率，以上 ， ， 修正為：1N23共 46 頁 第 22 頁（14）321?NP?式中 ——軸承效率；1——考慮到克服轉鼓物料和空氣摩擦的效率；2——V 帶傳動效率。3?321NP?式中 各參數(shù)同上。 431?式中 ——擺線針輪減速器的效率；4其它參數(shù)同上。由表 1－7 ][取 =0.98， =0.985， =0.96， =0.92?23?4分別計算 ， ， ：1P=18.945kW 321?N?=2.744kW321P=4.872431?N?得該臥旋離心機的計算總功率為：= =26.561kWP321?由于離心機是連續(xù)工作的，且一般選用滿載時較低速的；考慮到以后作業(yè)率的提高，要求電機功率要留有一定的余量，則選用電機：電動機型號 額定功率 滿載轉速Y220L-4-B5， P =30kW， =1470r/minNNn4 V 帶設計計算 ]12[共 46 頁 第 23 頁4.1 帶動轉鼓的 V 帶設計計算已知電動機帶動轉鼓以及物料的功率 P=21.698kW，轉速 =1470r/min，轉鼓1n轉速（從動輪轉速）為 2800，傳動比 i=2（增速傳動）每天工作 10 小時以上。1.確定計算功率 caP= P （21）AK式中 ——計算功率，kW；ca——工作情況系數(shù)；AP——傳遞的額定功率，kW；由表 8-6 ，得工作情況系數(shù) =1.4，則：]12[ AK= P=30 kWcaAK2.選擇 V 帶的帶型根據 ， ，選用 B 型。caP1n3.確定帶輪基準直徑并驗算帶速(1)8-6 表 8-8 選取小帶輪基準直徑： =178mm1d(2)驗算帶速 v：=27.4 m/s﹤30 m/s106??nd?∴帶的速度合適(3)從動輪基準直徑= i=355mm2d14. 確定普通 V 帶的基準長度和中心距根據 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),1d20a1d2初步確定 =600mm0根據 =2 +dL'0a????021124add???共 46 頁 第 24 頁式中 ——初步確定的中心距，mm。0a得 =2249dL'由表 8-2 選帶的基準長度 =2800mmdL計算實際中心距 a:a= + =976mm0a2'd?5、驗算從動輪上的包角 1?=180°- 57.3/a=169.54°90°1???2d?故從動輪上的包角合適。6、計算普通 V 帶的根數(shù)（23）??LcaKPZ?0???式中 ——單根 V 帶的基本額定功率，kW;0P——計入傳動比的影響時，單根 V 帶額定功率的增量，kW;?——包角系數(shù)；?K——長度系數(shù)；L機械設計手冊查表 13-1-18 得：=5.76kW0P機械設計手冊查表 13-1-21,13-1-22 得：得 =0.98， =1.05?KL∴ =5.04??LcaPZ?0???取 Z=5 根7．計算預緊力（24）2015.qvKvZFca???????????共 46 頁 第 25 頁式中 ——預緊力，N；0Fq——傳動帶單位長度的質量，kg/m；其它參數(shù)同上。由表 13-1-23 得 q=0.17 kg/m∴ 2015.qvKvZPFca???????????24.7.098.42730?=248.92N8、計算作用在軸上的壓軸力（25）2sin10?ZFP?式中 ——作用在軸上的壓軸力，N；其它參數(shù)同上。則有：=2464.308N2sin10?ZFP?結構設計略。4.2 帶動螺旋輸送器的 V 帶設計計算已知電動機為螺旋輸送器提供的功率 =4.872kW，電動機的轉速 =2382r/min, 'P1n傳動比 =1.2174（減速傳動） ，一天運轉 16 小時以上，設計一普通 V 帶傳動。'i由此可知，從動輪的轉速 = =1957r/min。3n'1i1、確定計算功率 caP共 46 頁 第 26 頁=caPAK'由表 8-6，得工作情況系數(shù) =1.4，故AK= =6.82kWcaA'2、確定普通 V 帶帶型根據 、 ，由圖 8-8 確定選用 B 型。caP1n3、確定帶輪基準直徑由表 8-3 和表 8-7 取主動輪基準直徑： =170mm。1d則從動輪基準直徑 ：2d= =206.9mm'i1根據表 8-7，取 =200mm。2d驗算帶的速度：=21.19m/s﹤25m/s106??nvd?∴帶的速度合適4、確定普通 V 帶的基準長度和中心距帶所需的基準長度為：=2 +dL'0a????021124add???根據 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),初步確定 =400mm。1d201d20a∴ =2 + =1382mmL'0a????0124ad???由表 8-2 選帶的基準長度 =1400mm。dL計算實際中心距 a:a= + =409mm0a2'd?5、驗算主動輪上的包角 1?共 46 頁 第 27 頁=180°+ =175.8°﹥120°1?ad12?∴主動輪上的包角合適。6、計算普通 V 帶的根數(shù)??LcaKPZ?0???查表 8-5a 和表 8-5b 得：=4.8kW, =0.3kW00查表 8-8，得 =0.99；查表 8-2，得 =0.90?L∴ =1.504??LcaKPZ0???由于此 V 帶傳動用于離心機，且此離心機的回轉速度最高可達到 3500r/min，故考慮到此 V 帶的壽命，取其 Z=3 根。7、計算預緊力 2015.qvKvZPFca???????????由表 8-4 得 q=0.17 kg/m∴ =162.14N2015.qvca???????8、計算作用在軸上的壓軸力2sin10ZFP?結合以上計算所得各參數(shù)的值，得：=972.19N2sin10?P共 46 頁 第 28 頁5 轉鼓壁厚度校核離心機轉鼓是一個每分鐘轉動數(shù)百至數(shù)萬轉以上的高速回轉。高速回轉時，在離心力的作用下轉鼓壁內要產生很大的應力，這些應力是由于高速回轉時，轉壁金屬的自身質量產生的離心力，及在轉鼓內壁上所附帶著的篩網、物料和液體層所產生的離心力都作用在鼓壁上，使轉鼓壁內產生相應的應力。因此，轉鼓的強度計算必須同時考慮這幾部分離心力所產生的應力。離心機的轉鼓是一個組合部件，由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成的。此臥旋離心機是不開孔的整體轉鼓。因此，在轉鼓中沒有篩網等附件，轉鼓內的應力，是由轉鼓金屬的自身質量及轉鼓內物料的質量在高速回轉時所產生的離心力而引起的應力之和。對于柱—錐型轉鼓，在圓錐段，其徑向應力及周向應力的最大值均在圓錐的大端。因此，在校核圓錐段轉鼓強度時，只需要校核圓錐大端壁內的應力。圓錐大端的徑向應力為： ????RR'1'11????= （N/㎡） （15）????cos832?KW圓錐大端的周向應力為： ????RR'2'22????= 0????cos3?KW= （N/㎡） （16）20R???????10令 ，10???W020???則 （N/㎡）????????????cos102RKR按第三強度理論： 。在離心機轉鼓中周向總應力為最大，其次是徑?????minax向總應力，最小者為經向應力，其值等于零。因此，圓錐段轉鼓的強度條件為： 112cos????????????RK共 46 頁 第 29 頁∴圓錐段轉鼓的壁厚應滿足：（m） （17）????010cos2???????KR同理，圓柱段轉鼓壁厚應滿足：（m） （18）????01'2?因 不大于 1，則應優(yōu)先滿足圓錐段轉鼓，則整個柱—錐型轉鼓的壁厚應滿足：?cos（m） （19）????010cos2???????KR式中 ——整個柱—錐型轉鼓的壁，m；——筒體中流體物料的密度，kg/m ；W?3——筒體壁金屬材料的密度，kg/m ；0——筒體的回轉角速度，rad/s；?R——筒體的內半徑，m；r ——圓筒體中回轉時流體的自由表面半徑，m；2K——轉鼓中物料的填充系數(shù)，K= ；21Rr?——焊縫的強度系數(shù)；1?——轉鼓壁材料的許用應力，N/㎡。???其中，許用應力選取下列兩值中的較小者：= ； = （20）sn???bn式中 ——設計溫度下材料的屈服極限，N/㎡；s?——設計溫度下材料的強度極限，N/㎡；b——屈服極限的安全系數(shù),一般為 2～2.5；sn——強度極限的安全系數(shù),一般為 3.5～4。b共 46 頁 第 30 頁由表 3-1-7 ，35（調質） ，?。篯8[=275MPa, =500 MPa s?b取 =2.3, =3.8snb則 =119.6 MPa , =131.6 MPas bn?∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡???810?根據固相單位體積濃度 =0.15:XC= =1.21 kg/m ；W???310??LsXC?3= 7.85 kg/m ；R=0.19m；031?r 取最小值即轉鼓內物料最多時，r =0.1115m；2 2取最高轉速時的回轉角速度， = =366.5 rad/s。??6035??∴K= =0.65621Rr?由于此處轉鼓是鑄造件，∴取 =11?=3.81 N/㎡； =0.15420????70?0??W?∴ =0.00452m=4.52mm????010cos???????KR由于轉鼓實際壁厚為 15mm, ∴此轉鼓壁厚滿足強度條件，可取