臥式螺旋離心機設計計算說明書

推薦精選800臥式螺旋卸料離心機設計摘 要:臥式螺旋卸料沉降離心機是一種廣泛應用于過程工業(yè)的分離懸浮液的離心分離機械。其具有連續(xù)操作、處理量大、耗電量低、適應性強等特點，是工業(yè)上主要的分離設備之一，現(xiàn)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、軍工等各個領域的固液分離。本課題的任務為設計轉鼓直徑為800mm的臥式螺旋卸料沉降離心機。本文首先對臥式螺旋卸料離心機工作原理和主要部件結構作了一定的介紹；對整體進行了的結構性設計，對一些主要部件進行了重點設計，如轉鼓、螺旋等，對關鍵設備差速器進行了設計選型；對該離心機的主要部件，包括轉鼓，螺旋支承軸的強度進行了校核；最后對當今國內(nèi)外臥式螺旋離心機的研究發(fā)展狀況進行了總結和展望。關鍵詞：臥式螺旋卸料沉降離心機；設計計算；分離；轉鼓；轉子Design of a 800 horizontal scroll decanter centrifugeAbstract：Horizontal scroll decanter centrifuge is a centrifuge machine which is widely used in processing industrial 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, 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 scroll 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, screw 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 錄摘 要. I1 緒論.11.1離心機的應用及其發(fā)展.11.2離心機的分類.11.3離心沉降.21.3.1離心沉降分離技術的基本原理.21.3.2離心沉降分離機的種類.31.4螺旋卸料沉降式離心機.41.4.1螺旋卸料沉降式離心機的概況.41.4.2臥螺離心機的工作原理.51.4.3臥螺離心機的主要優(yōu)缺點.61.4.4螺旋卸料沉降式離心機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.72臥螺離心機的主要參數(shù)及基本構件.82.1分離因數(shù).82.2主要部件.92.2.1轉鼓.92.2.2螺旋輸送器.102.2.3差速器.112.3螺旋卸料沉降離心機的技術參數(shù)選擇.122.3.1轉鼓直徑.122.3.2轉鼓長度.132.3.3轉鼓轉速.142.3.4轉鼓半錐角.142.3.5池深與轉鼓半徑比.142.3.6螺旋輸送器.152.3.7生產(chǎn)能力.153.生產(chǎn)能力計算154傳動設計184.1螺旋卸料離心機差速器.184.2漸開線行星齒輪差速器形式的選擇.184.3NC系列齒輪行星差速器的結構原理194.4NC系列行星齒輪差速器的基本參數(shù)205臥螺離心機物料輸送的功率計算205.1啟動轉鼓等轉動件所需功率205.2啟動物料達到工作轉速所需功率215.3克服軸與軸承摩擦所需功率225.4克服空氣摩擦所需功率235.5卸出物料所需功率235.5.1圓錐形轉鼓段推料功率計算.245.5.2圓柱段轉鼓推料消耗功率計算.245.6臥螺離心機功率確定.256.強度計算266.1轉鼓強度計算.266.1.1圓柱形轉鼓強度計算.266.1.2圓錐形轉鼓強度計算.286.2軸的強度校核.30參考文獻.341 緒論1.1離心機的應用及其發(fā)展離心分離是利用離心力對液-固、液-液-圈、液-液等非均相混合物進行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機 1 。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 2 。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(jīng)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(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。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(chǎn)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(jīng)驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，固-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離心機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 。而與其相應的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機,具體分類如圖1.1所示。圖1.1 離心機的分類1.3離心沉降離心沉降由三個物理過程組成 4 ，即：固體的沉降，按照介質對其中物體運動阻力的流體離心進行；沉渣壓實，按照分散系得離心規(guī)律進行；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，其后又進行了更深的探討。1.3.1離心沉降分離技術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，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角速度和回轉半徑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量不同，采用離心旋轉產(chǎn)生離心力大小的差別，使顆粒下沉而液體上升，達到清潔、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)生相對運動，因而使懸浮系得到分離的沉降操作。當懸浮系作回轉運動時，密度大的懸浮物（固體顆粒或液滴）在慣性離心力的作用下，沿回轉半徑方向向外運動。此時，顆?；蛞旱问苋齻€徑向作用力：慣性離心力，式中為顆粒質量；為回轉角速度；r為旋轉半徑。浮力(方向與慣性離心力相反)。流體對顆粒作繞流運動所產(chǎn)生的曳力。顆粒在此三力的共同作用下,沿徑向向外加速運動。對于符合斯托克斯定律的微小顆粒，徑向運動的加速度很小，上述三力基本平衡。離心沉降同一顆粒在相同介質中分別作離心沉降和重力沉降時,推動顆粒運動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備性能的重要參數(shù)。1.3.2離心沉降分離機的種類(1)旋風分離器含塵氣體由矩形進口管沿切向進入器內(nèi),在器壁的作用下作圓周運動。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。旋風分離器的分離因數(shù)約為52500，一般可分離575m的細小塵粒。旋風分離器構造簡單，沒有運動部件，操作不受溫度、壓力的限制，廣泛應用于很多工業(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)旋液分離器其構造和工作原理與旋風分離器基本相同，主要用于懸浮液的增稠或所含固體顆粒的水力分級。(3)螺旋卸料離心機在長錐形轉鼓內(nèi)裝有螺旋推料器，料漿加在轉鼓中部，澄清液從轉鼓大頭端面的窗口溢出，沉積在轉鼓內(nèi)壁的沉淀，由螺旋推料器推向轉鼓小頭，經(jīng)瀝干后卸出。此機適宜于處理細分散懸浮液，能獲得含水率較小的固體沉淀。(4)碟式分離機在轉鼓內(nèi)裝有許多倒錐形碟片，碟片直徑一般為0.20.6m，碟片數(shù)為50100。轉鼓轉速為47008500r/min，分離因數(shù)可達400010000。碟式分離機可用于分離乳濁液(如油料脫水等)，也可用于澄清含有少量微細顆粒的液體。(5)管式高速離心機采用長徑比很大的管狀轉鼓，以便增加轉速，提高分離因數(shù)。此種離心機的轉速通常高于15000r/min，分離因數(shù)可達12500。主要用于含細小液滴的乳濁液分離和含少量微細顆粒的懸浮液分離。1.4螺旋卸料沉降式離心機1.4.1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。現(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。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(chǎn)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，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)。現(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機有WL200，WL350，WL450，WL600，LW800，DLW430，LW350，LW400，LW500，LW620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(chǎn)能力大，對物料的適應性強，結構緊湊，占地面積積少等特點，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(chǎn)能力，采取加大轉鼓直徑，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，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(chǎn)的4500離心機，轉鼓直徑310mm，轉速達7600r/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(diào)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(nèi)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。1.4.2臥螺離心機的工作原理臥螺離心機的工作原理如圖1.1、圖1.2所示，電機通過大、小端帶輪分別帶動轉鼓、差速器旋轉，高速旋轉的轉鼓內(nèi)有同心安裝的具有螺旋葉片的推進器，轉鼓由軸承座支撐。轉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螺旋輸送器與轉鼓同向轉動，但轉速不同，其轉差率一般為轉鼓轉速的0.23%。需分離的物料從進料管進入機內(nèi)，經(jīng)過螺旋輸送器進到轉鼓內(nèi)。在離心力的作用下，轉鼓內(nèi)形成一個環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉鼓內(nèi)表面上而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉鼓的相對運動，沉渣被螺旋葉片推送到轉鼓的小端。沉渣從小端排渣孔排出。在轉鼓的大端蓋上開設有若干個溢流孔，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、機器轉速、轉鼓與螺旋輸送器的轉速差、進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 臥式螺旋沉降式離心機簡圖圖1.2 臥式螺旋沉降式離心機轉鼓簡圖1.4.3臥螺離心機的主要優(yōu)缺點(1)優(yōu)點自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運轉，維修方便。應用范圍廣。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。b.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。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離心機進行分離。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。e.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。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。結構緊湊、易于密封，某些機型能在高壓和低溫條件下操作。單機生產(chǎn)能力大(當量沉降面積可達10000，生產(chǎn)能力可達190)，分離質量比較高，操作費用的，占地面積小。(2)缺點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。沉渣的洗滌效果不好。結構比較復雜，造價高。1.4.4螺旋卸料沉降式離心機國內(nèi)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(wǎng)、單位產(chǎn)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(jīng)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(jù)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)予帶式壓濾機，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(jù)不同的分離物料，設計者根據(jù)物料特點進行專門的設計?，F(xiàn)就不同的應用領域，已有相應的螺旋卸料沉降式離心機出現(xiàn)，在國際上，該技術已相當成熟。處理氣一液-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、并流式螺旋卸辯沉降式離心機、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。近幾年還在其結構上根據(jù)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“NOXON”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(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號，還可以根據(jù)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200立方米流量。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已經(jīng)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(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。我國在九十年代已能自己研制生產(chǎn)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(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WLl000，LWB500，LWG500等型號的產(chǎn)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(chǎn)廠家之一，為我國第一批螺旋卸料沉降式離心機生產(chǎn)作出了較大貢獻，為我國離心機理論提供了不少數(shù)據(jù)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(chǎn)具有國際水準的新產(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(chǎn)，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(chǎn)品，近來己推出最新機型LW355x1460，LW400x860，LW500xl250，LWG500x1250。它們的主要特點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(chǎn)出大長徑比的螺旋卸料沉降式離心機系列產(chǎn)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(nèi)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。2臥螺離心機的主要參數(shù)及基本構件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量（kg） 轉鼓角速度：=157 rad/s 轉鼓內(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轉鼓轉鼓部件是臥螺離心機的主要部件。轉鼓的結構、形狀和參數(shù)在很大程度上決定了離心機的特點和工藝效果，臥螺離心機可以按轉鼓的形狀分為圓柱形、圓錐形、圓柱-圓錐形和雙錐形等類型 5 - 6 。轉鼓的參數(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 轉鼓結構圖轉鼓部件主要包括：轉鼓筒體2和大小端蓋4、1(包括液位調(diào)節(jié)裝置5) 7 。其結構見圖2.1。轉鼓簡體轉鼓簡體初期的形狀為錐形，以后出現(xiàn)柱-錐形。后者與錐形轉鼓相比較，柱-錐形轉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仍然采用圓錐形轉鼓，因為它適用于在脫水的同時還需按粒度大小將物料分類的情況。轉鼓簡體錐形部分的筒壁磨損比較大。為了減少轉鼓的磨損，在其表面沿母線方向塞焊若干筋條，這不僅能促使在轉鼓上形成由沉渣構成的密實保護層，而且可以改善螺旋對沉渣的輸送作用，防止沉渣在轉鼓圓周上打滑。轉鼓圓錐部分的小端，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。徑向出渣孔結構簡單；軸向出渣孔可增加轉鼓的有效工作長度，不積渣；后者介于前二者之間。為了保護卸渣孔免于磨損，卸渣孔內(nèi)可安裝硬質合金保護襯套。臥螺離心機轉鼓的參數(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轉鼓最重要的、而且有代表性的參數(shù)是最大內(nèi)直徑，這一參數(shù)通常列入離心機的型號。離心機的系列化也是以轉鼓最大內(nèi)直徑作為主要參數(shù)來制定的。轉鼓的最大內(nèi)直徑和轉鼓的轉速決定了離心機分離因數(shù)的大小。轉鼓體的全長同最大直徑的比(稱為長徑比)也是很關鍵的參數(shù)。對于易分離的物料，長徑比為12，一般在1.5左右；對于難分離的物料，長徑比為2.54，一般在3左右；長徑比超過4時，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的主要部件，它能連續(xù)地把沉渣送至排渣口并排出機外，它的結構、材料和參數(shù)不僅關系到離心機的生產(chǎn)能力、工作壽命，而且還關系到分離效果的好壞 8 - 9 。螺旋輸送器的筒體與轉鼓同心安裝在軸承上，螺旋輸送器邊緣所形成的回轉外廓通常同轉鼓的形狀相同。即有單錐、筒錐、雙錐等形式。為了輸送沉降在轉鼓內(nèi)表面的物料，螺旋與轉鼓以相同的方向旋轉，但轉速不同(一般轉差為轉鼓轉速的0.23%)，此轉差是由行星差速器來實現(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鼓內(nèi)較均勻地分布，運轉平穩(wěn)，并且雙頭螺旋有較高的沉渣輸送能力。脫液型螺旋卸料沉降離心機一般采用雙頭螺旋，而澄清型離心機大都采用單頭螺旋。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或兩個以上有加料孔的加料隔倉，以適應因液層深度改變后，沉降區(qū)長度的變化而引起加料位置的變化。這是因為過去認為最適宜的加料位置是在脫水區(qū)與沉降區(qū)的交界處。但目前認為加料位置放在轉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，只有一個加料位置，只需一個加料隔倉，可簡化內(nèi)筒結構。螺旋葉片材料一般與轉鼓材料相同。但是，當分離物料中的固體粒子磨蝕性很大時，葉片表面很容易被磨損。螺旋葉片磨損后，通常會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，于是沉渣就不能從轉鼓中卸出，并逐漸塞滿轉鼓。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，它由外轉子通過空心軸帶動旋轉，使螺旋推料器的轉速比錐形轉鼓快一定的轉速，這個差值一般是轉鼓轉速的0.2 3% ，通常稱為差轉速 10 - 11 。差轉速使螺旋推料器的螺旋葉片與轉鼓內(nèi)壁間有相對運動，因而螺旋推料器可以推送固體物料。當懸浮液從右端進料連續(xù)加入時，由于轉鼓回轉產(chǎn)生的離心力的作用下，物料聚集在轉鼓大端，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鼓內(nèi)壁上，并被螺旋推料器送到轉鼓小端的干燥區(qū)，最后從卸渣口甩出。錐形轉鼓大端的端面上開有圓形口，達到一定的深度的澄清液從溢流口流出，這樣就實現(xiàn)了固、液的分離。圖2.4 差速機構運動簡圖2.3螺旋卸料沉降離心機的技術參數(shù)選擇一般而言，離心記得技術參數(shù)是根據(jù)分離過程的要求和經(jīng)濟性原則，綜合平衡各種因素而進行選擇的。螺旋沉降離心機的技術參數(shù)包括(1) 結構方面的參數(shù)：轉鼓內(nèi)直徑D、轉鼓總長度L、轉鼓半錐角、轉鼓溢流口處直徑、螺旋的螺距S或升角；(2)操作方面的參數(shù)：轉鼓的轉速n或角速度、轉鼓與螺旋的轉速差。選擇和確定合理的技術參數(shù)是設計螺旋沉降離心機的首要任務。選擇這些技術參數(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轉鼓直徑轉鼓直徑D的確定要考慮離心機系列型號的標準尺寸，單機生產(chǎn)能力的物料性質。轉鼓直徑是系列型號的主要尺寸數(shù)據(jù)。系列中轉鼓直徑的數(shù)值是從優(yōu)先數(shù)系中，選取幾何級數(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。本設計中轉鼓直徑：D=800mm 轉鼓形狀：柱錐形 材料：0Crl8Ni9不銹鋼2.3.2轉鼓長度轉鼓長度L 按長徑比值來確定。轉鼓體的全長同最大直徑的比(稱為長徑比)也是很關鍵的參數(shù)。對于易分離的物料，長徑比為12，一般在1.5左右；對于難分離的物料，長徑比為2.54，一般在3左右；長徑比超過4時，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，則轉鼓長度 =800×3.2=2560 mm當轉鼓直徑D、總長度、錐段小端出渣口直徑D3 一定時，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L、不變，將實線所示的、h改為虛線所示尺寸時，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=0.60.7，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（即轉鼓柱筒段長度）：則轉鼓錐段長度 ： 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： 2.3.3轉鼓轉速參考工業(yè)LW-800型離心機，轉速范圍 12502000 r /min 又因轉鼓材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，這種材料的各種轉鼓直徑的最大允許轉速和分離因數(shù)如下表2-1所示。表2-1 最大允許轉速和最大分離因數(shù)D(mm)3504506008001000（r/min）4100320024001800140033002350190014001150現(xiàn)選取轉速n=1500 r /min 2.3.4轉鼓半錐角一般取取值范圍5°18°；>8°為推送較難輸送的沉渣。 本設計選取半錐角：=7°2.3.5池深與轉鼓半徑比規(guī)定范圍為0.050.2，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 螺旋沉降離心機的生產(chǎn)能力范圍系列LW-200LW-350LW-450LW-600LW-800LW-1000生產(chǎn)能力Q（）G （）0.5-1.50.1-0.31.5-40.3-14-100.75-210-301.5-4 2-65-10 值是按3考慮的，當 =4時，值可以提高20-30% 參考上表，生產(chǎn)能力范圍 設計參數(shù)匯總：表2-3 基本參數(shù)及主要計算數(shù)據(jù)基本參數(shù)單位內(nèi)容轉鼓轉速r/min1500差轉速r/min30轉鼓大段內(nèi)徑mm800轉鼓長度mm2560長徑比3.2半錐角7°沉降區(qū)長度mm1989轉鼓直段長度mm1582轉鼓錐段長度mm978物料粘度cp0.81物料固相密度kg/m³1600物料液相密度kg/m³1360物料顆粒度m15300螺旋螺距mm2003.生產(chǎn)能力計算離心沉降過程涉及液體在轉鼓內(nèi)的流動過程、懸浮液中的固相粒子在轉鼓內(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的生產(chǎn)能力和技術參數(shù)的選擇有重要的影響 12 - 13 。雖然對這些問題都進行過許多實驗性和理論性的研究，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算沉降離心機生產(chǎn)能力和沉渣最終含濕量的可靠公式。在生產(chǎn)實踐中廣泛采用小型實驗離心機試驗，取得實驗數(shù)據(jù)后，再進行模擬放大。沉降離心機的生產(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理論而有不同的計算方法，因而得出不同的生產(chǎn)能力計算方法。(1)按理論計算生產(chǎn)能力；(2)按層流理論計算生產(chǎn)能力；(3)按線性理論計算生產(chǎn)能力。本設計以理論計算臥螺沉降離心機的生產(chǎn)能力。理論是由安布勒(Alnblor)于1952年提出的，由于其表達式簡單，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()，按照理論，對于具有圓錐形轉鼓的螺旋型離心機，實際生產(chǎn)能力的計算公式可表達為： （3-1） 圖3.1 螺旋型離心機轉鼓剖面示意圖式中 修正系數(shù)： ；當量沉降面積，對于臥螺離心機，可近似表達為 17 ：給定液體中作沉降式的極限沉降速度：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×圓柱段轉鼓長：=1582圓錐段轉鼓長：=978轉鼓角速度：=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：帶有修正因子的計算公式：考慮到葉片所占空間會降低沉降固相所需時間，故修正因子=0.94。再考慮到轉鼓由螺旋推進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，實際當量沉降面積公式為： 將上述各值代入式（3-1）即可得離心機的生產(chǎn)能力：則可知本項目的離心機生產(chǎn)能力為：=40則，進料口直徑計算公式可表達為： 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 ：44傳動設計4.1螺旋卸料離心機差速器在螺旋卸料離心機中，離心沉降分離出的沉渣沿轉鼓內(nèi)壁上的縱向移動，是靠螺旋相對轉鼓導前或滯后的旋轉運動來實現(xiàn)的。為了保證轉鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉，并得到最佳的轉差值，因此，螺旋卸料離心機從電動機到工作機之問都需要一個傳動裝置，已不再采用簡單傳動組成的開式運動鏈。因轉鼓、螺旋分別用不同的電動機通過簡單傳動驅動，并以一定轉差同向回轉時，兩者運動鏈互不相連，不能形成封閉運動鏈，這就導致要求電動機容量很大，并耗費較多的能量，同時還將使傳動裝置趨于笨重。為了避免功率上的大量損失，以及得到緊湊的輕結構，故現(xiàn)代螺旋卸料離心機的傳動裝置都廣泛地采用了以行星傳動為基礎，由轉鼓、物料和螺旋問形成的摩擦而構成的封閉運動鏈。差速器傳動裝置是螺旋卸料離心機中最復雜而又極為重要的部件，其性能和質量往往決定著整個機器的工作能力和可靠性。欲設計出體積小、重量輕、可靠耐用、效率高的差速器，就必須正確選擇傳動類型，精確合理地進行結構設計和強度計算，精密制造齒輪、行星輪軸承和轉臂等主要構件，并嚴格進行動平衡，這樣設計制造的傳動裝置，才能使螺旋卸料離心機在生產(chǎn)中得到正常的運轉。漸開線行星齒輪差速器是現(xiàn)代螺旋卸料離心機中應用最廣泛的傳動形式。這種差速器的結構有2K-H、3K和K-H-V三種，其中以2K-H應用最多，3K次之。目前最典型的結構是雙級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，正確選擇螺旋卸料離心機的差速器，是設計差速器必須首先解決的問題。 選擇傳動型式時，必須遵循一系列的準則，其中以傳動的外廓尺寸、重量、效率、傳動對制造技術的要求等，是選擇傳動型式的最重要的準則。螺旋卸料離心機上應用最廣的試2K-HI型。當齒數(shù)比小于8時，適當選擇行星齒輪數(shù)，且行星輪間負荷分配均勻時，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工藝上提出的要求，常設計成雙極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)良指標的傳動，根據(jù)選擇傳動類型式的準則綜合考慮，推薦選用雙極2K-HI型傳動作為螺旋卸料離心機的差速器。因此本設計選用：表4-1傳動型式傳動比范圍效率工作時最大功率備注2K-HI(二級)8600.970.996不限用于任何工作條件下的大、中、小功率傳動。制造方便、軸向尺寸小。4.3 NC系列齒輪行星差速器的結構原理NC 型齒輪行星差速器由兩級NGW 行星齒輪機構組成(圖4.1) 25 - 26 ， 內(nèi)齒圈B1， B2 連接的外殼和離心機轉鼓固聯(lián)，并與主傳動皮帶輪連接，輸入主傳動轉速。 輸出軸以花鍵軸頭和離心機的螺旋卸料器軸連接，一級中心輪A1 由輔傳動皮帶輪通過扭矩離合器和輸入軸! 輸入輔傳動轉速，由行星輪架(系桿) X1 自帶的二級中心輪A2 耦合到第二級行星傳動機構，進一步減速輸出。圖4.1 NC差速器結構原理圖主傳動轉速和輔傳動轉速的轉速差為。若一級中心輪齒數(shù)為，一級內(nèi)齒輪齒數(shù)為， 二級中心輪齒數(shù)為，二級內(nèi)齒輪齒數(shù)為，則輸出軸(即離心機的螺旋卸料器) 和轉鼓的轉速差為設計考慮了輸出轉速差小于2 r/ min 的情況，行星機構的傳動比設計為35，57，93 和159幾個公稱傳動比。當傳動比大時，由于中心輪直徑很小，行星輪個數(shù)受臨界條件限制，因此i > 57的情況，可采用2個行星輪，而其他采用3 行星輪結構。行星機構還有一個顯著的優(yōu)點，即可以根據(jù)實際需要，很方便地改變各級齒輪的配齒方案，得到所需的各種傳動比。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 各種型式離心機上配套應用，經(jīng)過長期運轉考驗，達到了較好效果?？膳溆玫霓D鼓直徑為180800 mm，轉鼓轉速35005500r/ min，輸出差轉速為280 r/ min，所配離心機的分離因素可達到44005500，具體性能參數(shù)如表4-2.因此，本設計選用NC4型。表4-2型號公稱傳動比i公稱輸出轉矩/N·m輸出軸最高轉速/r·min-1驅動功率/kW適配主機轉鼓直徑/mm質量/kgNC157,96195055002.2426064NC257,93,1592600450035.536090NC357,933600400047.5500100NC457,96490035005.5118001705臥螺離心機物料輸送的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(jù)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；(2)啟動物料達到操作轉速所需功率；(3)克服軸與軸承摩擦所需功率；(4)克服轉鼓，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 (5.1)式中 轉動件線速度，m/s；轉動件繞軸旋轉的轉動慣量，；啟動轉動件的平均功率，為： (5.2)式中 啟動時間，s；轉鼓角速度：=157 rad/s轉動慣量計算：轉動件的轉動慣量，主要考慮轉鼓、推進器、差速器皮帶輪等質量較大、半徑較大的轉動件的轉動慣量。此外還有一些較小的轉動件，啟動時也需要功率，可不逐一計算，只要將上述計算的功率增加10-20%即可。 式中 轉鼓總質量，估算旋轉件平均旋轉半徑，代入數(shù)值估算，轉動件的轉動慣量：=代入式(5.2)可得： (kW)由公式(5.2)可以看出，選擇不同的值可計算出不同的啟動功率。按啟動時間計算所需啟動功率如表5-1所列：表5-1 啟動轉動部件所需功率列表序號123456789203040506070809010074493730252119115155.2啟動物料達到工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。假設某種分離操作，單位時間內(nèi)排出的個組分中，各組分的質量為 (kg/s)，各組分在轉鼓內(nèi)卸出的位置半徑為，則使加入物料達到工作轉速所需的功率為： (kW) (5.3) 式中 單位時間被分離各組分處理量,固相：，液相：轉鼓內(nèi)各組分旋轉半徑：固相：，液相：物料被分離的組分數(shù)代入式（5.3）得： kW5.3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： (5.4) 式中 軸與軸承間摩擦系數(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；、別為兩軸承處的軸頸直徑，m；關于軸承支反力、，應考慮在轉子的靜載荷與動載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉鼓及其它轉動件總質量，動載荷為由于轉動件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏心距e=D/1000(D為轉鼓直徑)計算。所以軸上的總載荷可按如下公式計算： (5.5)轉動件總質量：則作用在軸上的總載荷為： 作用在兩軸承上的支反力為： 由設計圖紙可知，左右支撐軸承處軸徑為： 則將上述各數(shù)據(jù)代入式（5.4）可得克服支撐軸承摩擦所需的功率：kW5.4克服空氣摩擦所需功率臥螺沉降式離心機工作時，轉鼓外表面、物料層內(nèi)表面都會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雜，想要精確的計算不容易達到，因此一般工程計算中根據(jù)經(jīng)驗，都習慣采用一些近似的計算方法，在這里克服空氣摩擦所需的功率可以由如下公式來計算： (5.6)式中 空氣密度：常壓下取=1.29kg/m³；轉鼓的長度：=2.56m；轉鼓角速度：=157 rad/s；轉鼓外半徑：=0.408m轉鼓中物料層的內(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 kW5.5卸出物料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，故卸料功率應包括：(1) 克服沉渣的離心慣性力沿轉鼓母線的分力消耗功率；(2) 克服沉渣與轉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。計算時將卸料功率分為錐段和柱段兩部分，分別計算圓錐段消耗功率和圓柱段