【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................................................................................ 51 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展 在現(xiàn)代工業(yè)中，固 液系統(tǒng)（包括懸浮液和乳濁液）分離的目的是：（ 1）回收有價(jià)值的固相，排掉液相；（ 2）回收液相，排掉固相：（ 3）固、液兩相斗回收：（ 4）固、液兩相都排掉（如污泥脫水）。達(dá)到固 液分離的主要操作方法有重力沉降、過濾和離心分離。利用離心力來達(dá)到固 液、液 液、以及液 液 固分離的方法通常稱為離心分離。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。 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，并具有連續(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)用三足式離心在德國(guó)問世，迄今一百多年以來已獲得很大的發(fā)展。各類類型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，正在向調(diào)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。現(xiàn)在離心機(jī)已廣泛用于化工、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。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(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 、纖維脫水機(jī)合成纖維的制造，各種潤(rùn)滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)已成為國(guó)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 20 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)做燃料油使用， 50年代研制成功了自動(dòng)排渣的蝶式活塞排渣分離機(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(duì)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)、蝶式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心的發(fā)展尤為迅速。 離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種及其應(yīng)用等方面發(fā)展很迅速， 但理論研究落后于實(shí) 踐是個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識(shí)，主要還是用于說明試驗(yàn)的結(jié)果，而在預(yù)測(cè)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)。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于離心分離過程的多樣性和第一章 緒論 2 復(fù)雜性，例如懸浮液的物理性能和濃度非常容易變化，沉降速度、滲透率、孔隙率以及若干其它參變數(shù)，都隨著懸浮液性質(zhì)的改變而變化。特別是由于固體顆粒的大小、形狀和運(yùn)動(dòng)的雜亂狀態(tài)所帶來的數(shù)學(xué)問題，在目前尚無法解決，給研究這一過程的理論帶來了很大的困難。其次，要能真正了解液體與固體顆粒在離心力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的真相，而又不干擾或破壞這些 運(yùn)動(dòng)，這就需要用科學(xué)的觀察和測(cè)試手段，也許正是因?yàn)檫@種緣故，使離心分離理論的研究受到了一定的影響。隨著現(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正在積極扭轉(zhuǎn)。離心機(jī)是固 液分離技術(shù)的主要設(shè)備之一，其發(fā)展前途大有可為。 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)。 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(gè)步驟。如果就狹義的概念而 言，可分為兩個(gè)物理階段：生成濾渣和壓緊濾渣。第一個(gè)階段與普通過濾在原則上相近似，但其推動(dòng)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(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng)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。 一般情況下，離心沉降過程是指含有中等及大量固體顆粒的懸浮液的工藝分離過程。對(duì)于容積濃度不超過 5%的低濃度懸浮液的分離，習(xí)慣上稱為離心澄清過程。當(dāng)離心沉降過程用于分離兩種重度不同，而又互不相溶的液體 所形成的乳濁液時(shí)（包括含微量固體顆粒的乳濁液，即液 液 固），稱為離心分離過程。這種名稱上的區(qū)別以及濃度的界限是相對(duì)的和人為的，實(shí)質(zhì)上懸浮液或乳濁液中固體顆粒沉降過程的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律是一樣的。 離心機(jī)的分類方法很多，可按分離原理、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。下圖 11 按分離原理法分為過濾式和沉降式兩類。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 圖 11 離心機(jī)的分類 進(jìn)動(dòng) 卸料離心機(jī) 進(jìn)動(dòng)卸料 離心機(jī)概述 進(jìn)動(dòng)離心機(jī)又稱顛動(dòng) 或擺動(dòng)離心機(jī)。進(jìn)動(dòng)離心機(jī)是利用進(jìn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)的自動(dòng)、連續(xù)式離心機(jī)。它的生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗少，是一種有發(fā)展前途的離心機(jī)。 進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)是 70 年代出現(xiàn)的新機(jī)型，迄今為止還只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家如德國(guó)、日本、 前蘇聯(lián)能生產(chǎn)且均為臥式機(jī)型。 國(guó)內(nèi)自 1972 年開始設(shè)計(jì)和研制了具有我國(guó)特點(diǎn)顛動(dòng)臥式進(jìn)動(dòng)離心機(jī)。該機(jī)已有幾家工廠試制成功，并在某些工業(yè)生產(chǎn)中使用。 該種機(jī)型兩種不同轉(zhuǎn)速的空心軸和實(shí)心軸組成，并錯(cuò)開一定的角度，轉(zhuǎn)鼓與實(shí)心軸相連，但軸承支承在空心軸內(nèi)壁，兩個(gè)轉(zhuǎn)軸的差速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了進(jìn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)鼓上緣的每個(gè)點(diǎn)逐一成為卸料點(diǎn)，從而使物料不斷卸出，為使機(jī)器適應(yīng)多種物料的分離，轉(zhuǎn)動(dòng)角、轉(zhuǎn)速是可以改變的。 進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)的工作原理 進(jìn)動(dòng)離心機(jī)與一般離心機(jī)不同，它的轉(zhuǎn)鼓不僅作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且同時(shí)還作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種復(fù)合運(yùn)動(dòng) 在力學(xué)上叫做進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 第一章 緒論 4 圖 12 進(jìn)動(dòng)臥式離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1— 軸 2— 轉(zhuǎn)鼓 3— 進(jìn)動(dòng)頭 4— 萬向聯(lián)軸器 5— 實(shí)心軸 6— 空心軸 8— 皮帶輪 9— 手柄 如圖 12 所示，進(jìn)動(dòng)離心機(jī)有兩條軸線 oz 和 ?o ，它們之間保持一個(gè)夾角 公轉(zhuǎn)角 ? 。截錐形轉(zhuǎn)鼓 2 繞傾斜的軸線 ?o 自轉(zhuǎn)，而軸線 ?o 又以 o 點(diǎn)為頂點(diǎn)繞軸線 oz 公轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)中o 點(diǎn)位置 始終不變，轉(zhuǎn)鼓繞 o 點(diǎn)作定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例，一般公轉(zhuǎn)角、自轉(zhuǎn)角速度及公轉(zhuǎn)角速度的大小均不隨時(shí)間而變化。 轉(zhuǎn)鼓的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過兩組三角皮帶來帶動(dòng)。通過皮帶輪 實(shí)心軸 萬向聯(lián)軸器 4 和安裝在進(jìn)動(dòng) 頭 3 里的軸 1，使轉(zhuǎn)鼓以轉(zhuǎn)鼓 1n 自轉(zhuǎn)；同 時(shí)，通過皮帶輪 空心軸 6 使轉(zhuǎn)鼓以稍慢的轉(zhuǎn)速 2n 公轉(zhuǎn)。實(shí)心軸和空心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，由于兩軸存在轉(zhuǎn)速差 21 nnn ??? ，進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)使轉(zhuǎn)鼓上篩網(wǎng)的各條母線對(duì)軸線 oz 之間的傾斜角 ? 在一定范圍內(nèi)周期地變化。最大值 ??? ??1 ，最小值 ??? ??2 。式中 ? 為篩網(wǎng)的半錐角；? 為公轉(zhuǎn)角。濾渣相對(duì)于篩網(wǎng)的最大滑動(dòng)角約等于 1? ，若 1? 大于濾渣與篩網(wǎng)的摩擦角，則濾渣就可能在該處滑動(dòng)。如圖示的瞬時(shí)位置，轉(zhuǎn)鼓歪向下方時(shí)，在轉(zhuǎn)鼓下邊篩網(wǎng)母線的傾斜角最大，濾渣在此區(qū)間自動(dòng)滑出篩網(wǎng)大口，進(jìn)行卸料，于是稱這個(gè)區(qū)間為卸料區(qū)。與其相對(duì)的 ?180 的位置上，篩網(wǎng)母線的傾斜角最小，濾渣在此區(qū)間內(nèi)停留在篩網(wǎng)上繼續(xù)脫水，因此稱這 個(gè)區(qū)間為脫水區(qū)。 由于自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)之間存在轉(zhuǎn)速差，篩網(wǎng)上的卸料區(qū)和脫水區(qū)的位置是不斷地進(jìn)行輪換交替的，所以在篩網(wǎng)大口的圓周上不是同時(shí)都在卸料，而只是依次輪流地在某個(gè)局部弧段內(nèi)卸料。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 懸浮液從離心機(jī)上方經(jīng)進(jìn)料管加入布料器，在布料器內(nèi)得到加速后，由布料器底部均勻撒到篩網(wǎng)小口的周壁，濾液從篩網(wǎng)的縫隙中甩走，經(jīng)排液管流出離心機(jī)。留在篩網(wǎng)上濾渣由于進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力的作用，不斷滑向篩網(wǎng)大口，不須任何卸料裝置自動(dòng)甩離轉(zhuǎn)鼓。濾渣經(jīng)固料室掉入離心機(jī)底部出料。 進(jìn)動(dòng)離心機(jī)濾渣層處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，過濾阻力不大。由于進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)給物料一個(gè) 附加運(yùn)動(dòng)，篩網(wǎng)上各點(diǎn)物料的速度、加速度 都不相同；再加上篩網(wǎng)是截錐形的，使濾渣層在分離過程中不斷減薄和疏松，從而強(qiáng)化了過濾和脫水效果。所以，進(jìn)動(dòng)離心機(jī)用較低的分離因數(shù)，就能達(dá)到其它離心機(jī)要以較高的分離因數(shù)才能達(dá)到的分離效果。 進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)的特點(diǎn)和使用范圍 進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)屬于慣性卸料的過濾離心機(jī)，物料在篩網(wǎng)上停留的時(shí)間可以再一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，是由離心力卸料離心機(jī)和振動(dòng)卸料離心機(jī)發(fā)展而來的。與離心力卸料離心機(jī)相比，具有生產(chǎn)能力大，使用范圍廣，停留時(shí)間較長(zhǎng)，脫水比較充分，顆粒磨損小，篩網(wǎng)壽命長(zhǎng)， 篩網(wǎng)錐角小，尺寸緊湊等優(yōu)點(diǎn)。與振動(dòng)離心機(jī)相比具有生產(chǎn)能力大，脫水后濾渣含濕率低，工作可靠，噪聲及振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)可以分離 固體顆粒粒徑為 mm20~ ，最適宜分離顆粒直徑大于 ，固體濃度大于 55%的大處理量的固液混合物。常見的應(yīng)用物理為硫銨、氯化鉀、磷酸鉀等無機(jī)鹽類和粒狀樹脂、礦砂，細(xì)煤等。這種機(jī)型不能對(duì)濾餅進(jìn)行充分的洗滌，洗滌液與濾液液不易分開。 進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）生產(chǎn)能力大 一臺(tái)直徑為 1200 毫米 的進(jìn)動(dòng)離心機(jī)，每小時(shí)一般可分離 150 噸/時(shí)的干固物料，最高可分離 250 噸 /時(shí)。 （ 2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉 進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)只須由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪、軸、軸承、萬向聯(lián)軸器等一般機(jī)械零件即可實(shí)現(xiàn)，不需要齒輪和液壓裝置，也沒有任何卸料機(jī)構(gòu)，因而杜絕了一般離心機(jī)由于卸料機(jī)構(gòu)不良所引起的故障。 （ 3）對(duì)物料有較大的適應(yīng)性 進(jìn)動(dòng)離心機(jī)的重要參數(shù)如公轉(zhuǎn)角，自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度等都可簡(jiǎn)便地選調(diào)，以適合不同的分離物料以及不同的分離要求。 （ 4）物料表面幾乎不被磨損 由于沒有卸料機(jī)構(gòu)，分離因數(shù)又低，而且有一定的濾渣層，使物料表 面很少磨損。 （ 5） 動(dòng)力消耗小 分離每噸干固物料只須耗電 小時(shí)千瓦 ?~ （ 6）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)不需笨重的基礎(chǔ) 若保證轉(zhuǎn)鼓重心與兩軸線的交點(diǎn) o 重合，轉(zhuǎn)鼓繞該點(diǎn)作規(guī)則運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)相當(dāng)平穩(wěn)，對(duì)基礎(chǔ)無特殊要求。 第一章 緒論 6 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 我國(guó)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(huì)進(jìn)步 ,人們對(duì)環(huán)保、能源以及裝備對(duì)品質(zhì)的影響有了新的認(rèn)識(shí)。同時(shí) ,通過國(guó)外技術(shù)交流和合作以及成套項(xiàng)目的引進(jìn)、消化與吸 收 ,促進(jìn)了我國(guó)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(gè)科研、設(shè)計(jì)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(dòng)、進(jìn)動(dòng)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(guó)且遠(yuǎn)銷國(guó)外 ,且技術(shù)特性較 “ 九五 ” 期間有所提高。 （ 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。例如 ,筆者曾研制一種適合于 GMP 的新型離心機(jī) ,并獲國(guó)家專利。還有內(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)等亦已投產(chǎn)。 （ 6） 自控技術(shù)與 CAD 技術(shù)的應(yīng)用。 （ 7） 各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。 （ 8） 同國(guó)外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作。 盡管 我國(guó)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(guó)家相比 ,差距甚大。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(dòng)力于一體的復(fù)合式離心機(jī)。 （ 2）技術(shù)參數(shù)低。國(guó)外離心分離機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)普遍高于我國(guó) ,并繼續(xù)向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展。目前 ,較先進(jìn)的 機(jī)型都采用計(jì)算機(jī)控制 ,會(huì)隨著物料特性和參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)其相應(yīng)的工況。 （ 3）產(chǎn)品進(jìn)展緩慢。而國(guó)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(jì)的新手段 ,故能滿足用戶的個(gè)性化需求 ,并加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度。甚至還儲(chǔ)備所謂 “ 冷凍產(chǎn)品 ” ,以隨時(shí)適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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。 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 受新技術(shù)推動(dòng)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響 ,離心 機(jī) 分離技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 方面 : （ 1） 加強(qiáng)理論研究 ,選擇最佳設(shè)計(jì)方案 采用流場(chǎng)分離法、有限元模擬法、大梯度密度梯級(jí)法、反模態(tài)分析法等 ,對(duì)離心機(jī)的工作性能和關(guān)鍵零件進(jìn)行研究 ,為設(shè)計(jì)優(yōu)良性能的離心機(jī)提供了理論依據(jù)。 （ 2） 技術(shù)參數(shù)的提高和新機(jī)型的問世 盤棧式離心機(jī)和新進(jìn)動(dòng)臥式離心機(jī)的問世。 （ 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、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。 （ 4） 強(qiáng)化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化 隨著自動(dòng)控制和傳感技術(shù)的發(fā)展 ,許多先進(jìn)的自控手段被引入 ,并對(duì)離心機(jī)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù) ,如溫度、流量、速度、振幅和噪音