【正文】 .............. 20 5 強度校核 .............................................................................................................................. 20 轉(zhuǎn)鼓的強度校核 ............................................................................................................... 20 主軸的強度校核 ............................................................................................................... 24 6 結(jié)語 ...................................................................................................................................... 28 IV 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 29 致 謝 ........................................................................................................................................ 31 本科生畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 共 31頁 1． 緒論 概 述 離心機的發(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行分離的過程。離心機基本上屬于后處理設備，主要應用于脫水、濃縮、分離、澄清及固體顆粒分級等工藝過程，從離心機的發(fā)展史來看，離心機是隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進步和發(fā)展而產(chǎn)生的 [1]。 1877年為了適應乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。 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(chǎn)品。特別是臥式螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。 國內(nèi)技術現(xiàn)狀 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(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。螺旋離心機出現(xiàn)之后，由于它具有突出的優(yōu)點而得到了迅速發(fā)展，它在離心領域內(nèi)一直占有特殊的地位 [3]。目前我國已能生產(chǎn)的臥螺離心機有 WL200、 350、 380、 450、 600、 1000 等規(guī)格。隨著社會進步，人們對環(huán)保、能源以及裝備對品質(zhì)的影響有了新的認識。 2) 成立了分離領域的學術組織。 4) 目前已能生產(chǎn)三足、上懸、活塞、螺旋、離心力卸料，振動、進動卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁濾等離心機；分離機則有碟式、室式及管式。 5) 為滿足特殊工藝要求 (防污染、密閉、防爆等 )，一些新型離心機亦先后問世。 6) 自控技術與 CAD 技術的應用。 8) 同國外著名離心機廠商的技術合作。主要表現(xiàn)在： 1) 規(guī)格、品種少，系列化程度差。 2) 技術參數(shù)低。以臥螺離心機為例，最近研制的機型為國內(nèi)最大的，其轉(zhuǎn)鼓直徑亦僅720 mm。而國外轉(zhuǎn)鼓最大直徑已達 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。目前，較先進的機型都采用計算機控制，會隨著物料特性和參數(shù)的變化自動調(diào)節(jié)其相應的工況 [6]。而國外，由于采用模塊化的組合結(jié)構，特別是采用了大規(guī)模定制設計的新手段，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。 4) 其它方面。 國外離心分離技術的進展 受新技術推動及相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，國外離心分離技術的進展主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1) 加強理論研究，選擇最佳設計方案 瑞典 Alfalaval 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)離心機的“λ”通常在 5~28 之間。通過對碟片間隔件和分布孔的巧妙設計，進料量可 增加 20%。 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，對離心機的工作性能和關鍵零件進行研究，為設計優(yōu)良性能的離心機提供了理論依據(jù)。 2) 技術參數(shù)的提高和新機型的問世 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)已成為國外機型的發(fā)展特點。如德國 Westfalia 公司的 CSA160 機型和瑞典 Alfalaval公司的 BTAX510機型均屬此例。美國 DorrOliver公司的 BH46 型碟式機，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑已達 m，轉(zhuǎn)鼓重量為 t，用 2 個功率為 220 kW的電機驅(qū)動，最大生產(chǎn)能力為 450 m3/h，當量沉降面積已達 250， 000 m2，為碟式機之最 [8]。 本科生畢業(yè)設計（論文） 第 3 頁 共 31頁 利用噴嘴進料黏度和濃度的關系 ，可提供恒定的固相濃度，與進料速度和固體含量的變化無關。BTNX3560A 機型的特點是先進的旋轉(zhuǎn)動態(tài)設計：主軸承改為彈性安裝，可延長壽命，降低機器噪音與振動。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等 [9]。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]。 但在碟式機中，由于需要高強度和一定的耐腐性能，雙相組織的不銹鋼廣泛采用。德國的 Wischnouskii 等研制的分離機轉(zhuǎn)鼓新材料，具有強度高、塑性和耐腐蝕性好的特點。 發(fā)展趨勢 1) 強化動 態(tài)監(jiān)測和自動化。由此出現(xiàn)了無人操作的碟式分離機 [11]。 Alfalaval 公司在碟式分離機上組合螺旋輸送器形成復合碟式機； KraussMaffei 公司的柱錐復合活塞機、虹吸刮刀離心機； Sharpies 公司的沉降過濾復合螺旋離心機等。設計方面的進展：隨著計算機技術的發(fā)展， CAD 技術與模塊化設計已普遍使用。 20 世紀 90 年代以來，“大規(guī)模定制”在制造業(yè)逐步興起。由于設計在產(chǎn)品生命周期中的重要性，面向大規(guī)模定制的設計 (DFMC)已成為設計方面的新動向 [12]。而其相應的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。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。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本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 共 31頁 層。離心沉降過程本身又可分為離心 沉降和離心分離。在離心過濾過程中，這種壓縮效應使濾渣孔隙縮減，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]。離心機一般是工藝流程中的后處理設備，直接關系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。因此自 1836 年第一臺工業(yè)用的三足式離心機在德國問世，迄今一百多年來己獲得很大的發(fā)展。 現(xiàn)在離心機已被廣泛應用于化工、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。離心機已成為國民經(jīng)濟各部廣泛應用的一種通用機械 [15]?，F(xiàn)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。 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(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應用于淀粉工業(yè)上。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。 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。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，并進行仿制，國家當時在全國組織 6個生產(chǎn)廠家進行仿制生產(chǎn)。 隨著化學工業(yè)的飛速發(fā)展，各化工生產(chǎn)廠家對高精度、高質(zhì)量設備的需求量不斷增加。螺旋卸料沉降離心機由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn) 能力大，對物料的適應性強，結(jié)構緊湊，占地面積少等特點，因此應用越來越廣泛。 ，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，轉(zhuǎn)鼓直徑 310，轉(zhuǎn)速達 7600/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達到 。我國目前己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。 本課題主要研究的對象是臥式螺旋卸料離心機。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)分離設備中，臥式螺旋卸料離心機是關鍵設備之一，在聚乙烯醇的生產(chǎn)中也要使用螺旋離心機；在污泥脫水中使用了高分子絮凝劑，使螺旋離心機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備。 臥式螺旋卸料離心機的結(jié)構特點及工作原理 臥式螺旋卸料離心機的工作原理 臥式螺旋卸料離心機的主要構件有轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進器、變速器、過載保護裝置、卸渣裝置 (如下圖 ) 圖 離心機簡圖 本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 31頁 工作原理是這樣的，在機殼內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進器由兩個同心軸承相連接，主電動機通過三角皮帶輪帶動轉(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螺旋推進器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速不一樣。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是采用的負差轉(zhuǎn)速左旋。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。通過調(diào)節(jié)溢流擋板溢流口位置、機器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進器的差速、進料速度，就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。 臥式螺旋卸料離心機主要部件 轉(zhuǎn)鼓 轉(zhuǎn)鼓是螺旋離心機的關鍵部件之一，有圓筒形、圓錐形、筒錐結(jié)合形。轉(zhuǎn)鼓的主要結(jié)構參數(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)鼓長度 L 是沉降區(qū)長度 L1和脫水區(qū)長度 L2之和。 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。如分離因數(shù)高又要求耐腐蝕，應選用高強度不銹鋼或鈦合金材料制造。溢流口直徑?jīng)Q定液池深度，直接影響離心機的分離性能和生產(chǎn)能力。 轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口形式和耐磨性十分重要。 螺旋輸送器 本科生畢業(yè)設計（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。其結(jié)構、材料和參數(shù)直接關系到離心機的分離效果、生產(chǎn)能力及使用壽命。但是在沉降區(qū)和干燥區(qū)對其要求又有所不同。在干燥區(qū)螺旋不僅繼續(xù)移動沉渣而且應為沉渣和水分分離創(chuàng)造有利條件 [20]。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。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。 螺旋一般多采用等螺距，大致范圍 4060mm，螺距 的選定是一個比較復雜的問題，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。螺旋葉片磨損后，通常使螺旋的輸渣能力降低。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）。噴涂的方法本科生畢業(yè)設計（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。 ，即用可裝拆的耐磨扇形片作為螺旋外圈。內(nèi)筒為了使懸浮液進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉降效果更好，可以采用多種設計方案。目前，有一些國外專利 就內(nèi)筒的設計做了專門的探討。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。 差速器 差速器是臥式螺旋離心機中最復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器的工作能力和可靠性。 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 一輸出機構 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。這類差速器的體積小，重量輕，結(jié)構較簡單緊湊，其傳動比大，一級傳動的傳動比可達 ；傳動效率較高，達~ 。 （ 2）漸開線行星齒輪差速器，如下圖 :