【文章內(nèi)容簡介】 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，各有特色，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(gè)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(dòng)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]。 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)?，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(huì)上，各種各樣的螺旋離心機(jī)，是所展示出的離心機(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(xiàng)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 ALFaLaval 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、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 : ，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 ，我國目前生產(chǎn)的本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 共 31頁 螺旋卸料離心機(jī)的直徑最大為 1000，長徑比還不到 2。 ，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，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達(dá)到 。 ，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。 ，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]。 臥式螺旋卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 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 離心機(jī)簡圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 31頁 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(gè)同心軸承相連接，主電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(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(dòng)螺旋推進(jìn)器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速不一樣。若以 Z? 表示轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速，以 L? 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 3%???，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(shí)，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，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(dòng)，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(shí)，保護(hù)裝置能自動(dòng)斷開主電動(dòng)機(jī)的電源停止進(jìn)料，防止事故發(fā)生 [18]。 臥式螺旋卸料離心機(jī)主要部件 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。 螺旋輸送器 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 共 31頁 6—— 左、右軸頸； 2—— 螺旋葉片； 3—— 內(nèi)筒； 4—— 加料腔； 5—— 加速錐。 圖 螺旋卸料器 螺旋輸送器也是一個(gè)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(dòng)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(dòng)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： ，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(jì)時(shí)常使用。 螺旋一般多采用等螺距，大致范圍 4060mm，螺距 的選定是一個(gè)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(shí)，特別當(dāng)物料中有泥沙甚至砂粒存在時(shí)，例如分離礦物料時(shí)，螺旋葉片會(huì)產(chǎn)生磨損，當(dāng)物料有腐蝕性時(shí)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： （如鈷鉻、鈷鎳合金、碳化鎢等，以碳化鎢耐磨性最好）。 ，即在葉片易磨損部位噴涂耐磨材料如 碳化鎢等。噴涂的方法本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 31頁 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(shí)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。 ，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(jì)方案。它的主要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(shí)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(jì)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(gè)轉(zhuǎn)速差。采用正轉(zhuǎn)差率時(shí)，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(shí)，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]。 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(dòng)部件，其性能和質(zhì)量往往決定著整個(gè)機(jī)器的工作能力和可靠性。要設(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，并進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)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 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(dòng)裝置，內(nèi)齒傳動(dòng)輪的針輪，針輪與轉(zhuǎn)鼓相連。行星輪本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 共 31 頁 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(dòng)比大，一級傳動(dòng)的傳動(dòng)比可達(dá) ；傳動(dòng)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 2KH 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 2KH 結(jié)構(gòu)。差速器外殼內(nèi)裝有兩級半聯(lián)的 2KH行星齒輪傳動(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)比大、噪聲小、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，其傳動(dòng)效率達(dá) ，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心機(jī)，具有一定的局限性 [23]。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 31 頁 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(shí)，不但要考慮強(qiáng)度和剛度的要求，還要考慮震動(dòng)的要求在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，還要考慮軸系本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性較大，制動(dòng)時(shí)會(huì)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]。 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： 51