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免费在线 卧式螺旋沉降离心机 【摘要】 离心分离主要是利用转鼓与螺旋之间非常快速地旋转所产生的离心力，过程主要是离心力对液-固、液-液-固、液-液 等互不相溶的混合物的分离。其工作过程可以划分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种工作型式，与之相对应的 离心机也可以划分为过滤离心机、沉降离心机和离心分离机三种类型。 本文对卧式螺旋沉降离心机进行一定的研究设计。通过查阅相关的材料书籍和阅读国内期刊杂志，了解来其工 作原理及传动系统，从而确定总体结构的设计的具体方案。第一章绪论，着重介绍了离心机的工作对象、应用场景范围及工作 原理；同时比较了国内外的研究现状，结合真实的情况说离心机的发展的新趋势。第二章，着实介绍了离心机的总体方案 设计和传动设计；在主要结构部件介绍了转鼓、螺旋输送器和差速器。第三章到第六章，分别阐述了离心机的计 算、离心机正常工作时功率的计算、传动系统带传动的计算和转鼓的强度计算。其中，包括了电动机的选型和带轮 3 的设计。第七章，主要介绍了装配图总体的结构设计。 【关键词】离心过滤 离心分离 离心沉降 转鼓 螺旋输送器 差速器 生产能力 The horizontal spiral sedimentation centrifuge is studied and designed in this paper. By consulting the relevant material books and reading Read domestic periodicals and magazines to understand its working principle and transmission system, so as to determine the overall structure of the design scheme. Recent developments in centrifuge technology Harald Anlauf 【Abstract】 Centrifugal separation mainly uses the centrifugal force generated by the high-speed rotation between the drum and the spiral, and the process is mainly centrifugal Separation of liquid-solid, liquid-liquid-solid, liquid-liquid and other immiscible mixtures. The work process can be divided into Core filtration, centrifugal sedimentation and centrifugal separation three types of work, the corresponding centrifuge can also be divided into filtration There are three types of centrifuges, sedimentation centrifuges and centrifugal separators. This paper carries out the corresponding research and design on the horizontal spiral sedimentation centrifuge. By consulting related materials, books and reading Read domestic journals and magazines to understand its working principle and transmission system, so as to determine the overall structure design plan.First The first chapter is the introduction, which focuses on the working object, application scope and working principle of the centrifuge; at the same time, it compares domestic and foreign According to the current research situation, the development trend of centrifuges is described in combination with the actual situation. The second chapter really introduces the overall centrifuge Schematic design and transmission design; the drum, screw conveyor and differential are introduced in the main structural components. Chapter 3 to The sixth chapter separately elaborates the calculation of the centrifuge, the calculation of the power of the centrifuge during normal operation, and the belt drive of the transmission system.Calculation and calculation of the strength of the drum. Among them, the selection of the motor and the design of the pulley are included. Chapter Seven, Main Describes the overall structural design of the assembly drawing. 【Key Words】 目 录 1 绪 论1 1.1 概述1 1.1.1 离心机工作原理1 1.1.2 离心机分类1 1.1.3 国内外研究现状1 1.1.4 发展的新趋势1 2 离心机的总体设计的具体方案2 2.1 离心机的设计的具体方案2 2.1 原理分析和总体结构2 2.2 离心机传动设计3 2.1 转鼓2 2.1 螺旋输送器2 2.1 差数器2 3 离心机的生产能力计算6 3.1 生产能力概述6 3.2 产能力计算6 4 3.2.1 柱锥形转鼓的当量沉降面积 ∑ 的计算6 3.2.2 修正系数7 3.2.3 悬浮液中固相颗粒的重力沉降速度7 4 离心机的功率计算与电机选择9 4.1 功率计算9 4.1.1 转鼓启动加速所消耗的功率9 4.1.2启动加入转鼓的物料加速到工作转速所消耗的功率 9 4.1.3 沉渣卸出所消耗的功率10 4.2 电机选择10 5 带传动的设计计算12 5.1 概述12 5.1.1 带动转鼓的V带设计计算12 5.1.2 带动螺旋输送器的V带设计计算12 6 强度校核计算12 6.1 转鼓的强度校核计算12 6.1.1 转鼓壁厚计算9 6.1.2 转鼓强度计算9 7 总装配图说明12 结 论15 参考文献16 附 录(必要时)19 致 谢20 图目录 图2.1 图2.2 图3.1 图3.2 图4.1 图5.1 图5.2 表目录 表2.1 表3.1 表4.1 表5.1 1 绪 论 1.1 概述 离心机是一个分离装置，它利用转鼓带动固体颗粒混合液旋转所产生的离心力，离心力对固体颗粒混合液的分 离过程[1]。离心分离主要是利用转鼓与螺旋之间非常快速地旋转所产生的离心力，过程主要是离心力对液-固、液-液- 固、液-液等互不相溶的混合物的分离。其工作过程可以划分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种工作型式，与之 相对应的离心机也可以划分为过滤离心机、沉降离心机和离心分离机三种类型。离心分离的最大的目的不仅是快速回 收有价值的沉渣，而且为了回收有价值的液体;沉渣和液体都回收或者都排掉[2]。 沉降 离心机 的工作 原理为 离心 沉降，其优点有处理量大、结构相对比较简单、耗能低、易于维修、长时间地连续工作等，主要使用在于石油化学工业、煤 炭、医药、食品等工业部门和污水处理工程[3] 。 1.1.1 离心机工作原理 卧式螺旋沉降离心机是通过转鼓与螺旋之间的转速差产生的离心力作用下，然而混合液的液体与固体颗粒存在 密度差，以此快速地使固体颗粒沉降达到液体与固体颗粒分离。结构如本框架的图1所示。当大量固体颗粒污泥混合 5 液进入一个正在非常快速地旋转产生离心力的转鼓内,由于固体颗粒的质量比液体大,因此所受的离心力同样比较大,实现了 固体颗粒沉降在转鼓内壁,形成一个固体颗粒环层;而水形成液环层在固体颗粒环层的内侧。由于螺旋和转鼓存在转 速差,把沉降在转鼓内的固体颗粒环层 ，液体则从圆柱端排出。如果在固体颗粒混合液中投入大量添加絮状颗粒混 凝剂,以利于迅速产生分散状絮凝剂的最大的作用,使分散的大量大型固体颗粒迅速发生聚集和融合，并从而产生较大 的大量固体絮状颗粒混凝体,加速了混合液中固体颗粒与液体的分离[4]。 图1.1 卧式螺旋卸料沉降离心机结构图 1.1.2 离心机的分类 离心机可大致分为两类不同的机型，基于操作原理：过滤式离心机和沉降式离心机。具体分类如下图1.2所示。本 设计研究沉降式离心机。 6 图1.2 离心机的分类 1.1.3 国内外研究现状 (1)国内研究现状 在国内，最开始发明的离心机是在五十年代的时候；然而到七十年代的时候，我国才开始从国外引进离心机并 开始对其研究；随着到八十年代的时候，我国才开始逐渐重视离心机的发展应用，于是就大量的翻译国外关于离 心机的资料，从而为我国自主研发提供了全面的理论知识；到了九十年代的时候，由国内自主研制并生产出了离心 机，并且在工业上得到了广泛应用。 在针对离心机存在的问题在实际应用中，东北工学院采选机械研究室，分析了液体和固体颗粒运动的原理和实 验数据来进行分析，并通过理论计算得出离心机生产率的计算方法，同时还研究了固体颗粒在离心 分离 过程中的 动 力 学特 性、在离心机内的运输 规律、在离心 机选择 时参数的 适应性 以及离 心机的功率的 特性等[5]。 离心机的沉渣在浙江化工学院的蔡圩涛详细研究的情况下，作出了特别详细的受力分析，及沉渣的受力情况， 并建立了其计算公式。同时更详细地研究沉渣的运动归律，在对 沉渣进行 运动学 和动 力学 分析的基础上，此推 导了螺旋 输送 沉渣的功率计算公式[6]。 卧式沉升螺旋自动卸料机和沉降卧式离心机设备具有连续工作运行、自动化处理程度高、单机自动处理物料能 力大、对不同物料环境适应能力强等几大优点。对离心机的结构特征和控制优势的全面研究,通过在国内几家大型烟 草企业进行实验和利用,离心机分离效果稳定,实现了液体澄清、残渣湿度很低、操作简单、易于清洗的技术需求。 同时掌握了一些工作参数和分离指标[7]。 由于研究缺乏科学的实验观察与科学测试实验手段,目前的相关研究主要重点集中在流动强度、差速流动系统、 减振、耐磨和具体技术应用等几个方面[8]，内部液体流动与材料分离系统性能的相关研究反而较少。近年来,采 用科学数值化和模拟分析方法做多元化的分析大型流体离心机械的内部运动流场已经发展成为一种重要的科学研究技术手 段,在流体离心机研究领域,国内外相关学者已经相继获得了一些重要成[9-11]。 (1)国外研究现状 在对离心机流体方面的研究，国外的研究学者偏重于实验的研究，尤其是在流体力学方面的实验成果是很丰富 的。索柯罗夫主要研究了卧螺离心机内流体的运动态，通过实验的方法证明了固相在离心机内流体中的受力情况主 要分为三种，即离心力、离心液压和科氏力，并推导出了相应的流体动力学方程[12]。 早在我国工业化发展初期的1836年,在德国就已经研制出现了一种新型工业用三足式压力离心机,自此以后各种 各样的离心机层出不穷,适用领域越来越广泛,性能参数越来越优良。同年便开始出现了一种用于洗涤棉布面料脱水 的新式离心机;在1877年以后还陆续出现了一种用于脱水分离新鲜牛奶母乳制造品和奶酪的新式离心机[13]。随着 现代人类对天然石油的不断综合利用离心机的发展也随之加速了；1988年日本的铃木发明了中双斜转鼓的离心机； 1997年，舍伯恩在黄瓶离心机的内筒中安装了一个结构控制流量，以获得干燥的滤饼。 日本学者打破了传统的锥型离心机，研发了能够在转鼓壁位置处更方便的排除沉渣的结构设计---直筒压榨式卧 螺离心机，这种离心机特殊的设计是结构上的的压榨结构，可以进一步实现降低残渣的含湿率，并提高其分离的能 力[14] 。 1.1.4 发展趋势 由于我国对离心机的研究起步较晚，理论基础的研究并不怎么成熟，整体的水平仍然处于落后那些发达国家， 主要的差距体现在整机的可靠性、稳定性、材质、加工方法、装配精度、驱动、自控方式、差速器性能等方面 [15]。随着我国工业快速发展中所不断面临的低能耗、高能源利用率、环境资源保护等诸多复杂问题,对于平卧螺 杆式离心机的持续发展应用提出了新的技术挑战，其发展趋势主要集中在以下几个维度： (1)大型化、高参数。由于我国现代机械工业的迅速进步发展,对于大型卧螺螺旋离心机的生产能力和卧螺分 离机的效率等都提出了更为苛刻的技术要求,大型化、高参数是卧螺离心机的必然发展的新趋势，主要表现在：分离因素 的不断提高，转鼓直径的不断增加，长径比不断增大，工作转速越来越高。 (2)选用节能型、复合型。降低了平卧螺杆式离心机设备单位在热处理量下的设备能耗费用是其设备大型化后 的必然发展要求,国内外开发了多种低能耗卧螺离心机，主要有：改进结构的卧螺离心机，如双锥卧螺离心机等。 (3)自动化、智能化。引入先进的远程自动控制检验测试手段,对离心机正常运行的全过程及其中的各项质量参数 自动进行实时的和全方位自动监测，传感器收集到的信息传输到计算机上的控制终端[16] 。 2 离心机总体设计的具体方案 7 2.1 离心机设计的具体方案 研究设计课题是卧式螺旋沉降离心机，要求对离心机的转鼓、螺旋输送器、主，副电动机、带传动的机械设计 计算。从原理上保证离心机正常工作，分离混合液效率高的优点。设计时需要对整体及各个零部件的选用，保证达 到生产效率的改善提高的目的。 2.1.1 原理分析和总体结构设计 设计的卧式螺旋卸料沉降离心机的总体传动系统，如图3.1所示：主电机10通过带传动驱动轴上的转鼓5转动提 供沉降离心力，副电机9也是通过带传动8接通差速器7驱动螺旋螺旋输料器4提供排渣力，离心机达到额定工作转速 和差转速时开始进料，原料通过泵送入进料管1，然后进入非常快速地旋转的螺旋输料器4，原料被加速旋转进入到转鼓5 内，由于液体和固体存在比重差，固体优先快速沉降在转鼓5内壁，在通过螺旋从出渣口12连续排出转鼓5，液体则 从转鼓5另一端均匀分布的从出液口13流出转鼓， 以此达到离心机分离固体和液体的目的。分离结束后，降低离心 机转速，将剩余残渣排出转鼓5；同时，清洗液通过进料管1进入转鼓5内部将原分离液置换出来。如图2.1所示。 1.进料管 2.机座 3.机壳 4.螺旋输料器 5.转鼓 6.轴承座 7.差速器 8.带轮 9.副电机 10.主电机 11.减振器 12.出渣口 13.出液口 图2.1 卧式螺旋离心机结构示意图 2.1.2 离心机传动设计 卧式螺旋离心机要实现混合的原液分离出固体和液体，采用差速器通过螺旋输料器来实现固液分离所需要的 离心力。主电机能够最终靠带传动并使皮带高速往复转动时并从而使转鼓转动实现转鼓非常快速地旋转,副电机能够最终靠带传 动并使皮带非常快速地旋转带动螺旋输料器高速往复转动。螺旋输料器与转鼓之间转动差和速度差，提供原液分离需要的 离心力。如图2.2所示。 8 1.左轴承 2.转鼓 3.螺旋 4.螺旋轴 5.右轴承 6.差速器 7.副电机 8.主电机 图2.2 卧式螺旋离心机结构传动图 2.2 离心机主要结构部件 2.2.1 转鼓 转鼓是离心机及其重要的部件。离心机 的类型可以按其 转鼓的 形状分 为圆柱形、圆锥形、柱-锥形和双锥形 等类型[17] ，而在本设计所采用的是柱-锥形转鼓。如下图2.3 图2.3 转鼓结构图 1.小端盖；2.转鼓筒体；3.环状凸缘；4.大端盖；5.液位调节装置；6.筋条 转鼓的部件主要有这六个部件组成：小端盖、大端盖、环状凸缘、转鼓筒体、液位调节装置[18]； 转鼓的形 状最开始是为锥形，随工业的发展到后面才出现了柱-锥形。柱-锥形转鼓的优点是大幅度提升了液池的容量，从而 大幅度的提升使用澄清的效果。但是有的离心机仍然主要是采用的是圆锥形转鼓,因为它不仅适用于在进行脱水的过程同时 还根据自身的需求粒子密度及其大小将脱水物料进行分类的各种情况。 转鼓的主要参数 卧式螺旋沉降离心机主要参数适合使用的范围:转鼓圆柱段直径:160mm~1600mm;转鼓半角:5°~18°；固相颗粒度: 0.005~2mm；液池深度与转鼓值直径的比值:0.05~2；转鼓总长度与直径比的比值:1~4.2；转鼓与螺旋之间的转速 差:转鼓转速的0.2~+3%；悬浮液固相浓度:1~50%；参数中， 转鼓体的全长筒长度与最大直径的比(称为长径比)是 一个很关键的参数。这些重要参数将直接影响到离心机的分离残渣能力、解决能力及输送残渣能力[19] 。 转鼓简体在圆锥形部分的转鼓与筒壁发生摩擦时的磨损比较大。为了有效率地减少整个转鼓的非常快速地旋转时的磨 损,在其内表面沿整个转鼓内表面母线及其平行线的方向分别均匀塞焊若干条筋条,这不但可以使其能有效率地在整 个转鼓内表层形成由整个转鼓内部沉渣与钢板块连接构成的密实的保护层的,防止沉渣在整个转鼓圆周内表面的上高 速旋转产生打滑。 2.2.2 螺旋输送器 螺旋输送器是卧式螺旋沉降离心机的主要部件，它能不间断地输送沉渣至排渣口外。它的传动机体的结构、材 料和性能参数不仅直接影响着离心机的生产能力和常规使用的寿命，而且还直接影响着我离心机的传动工作效果的稳定性 和好坏[20]。 为了可以方便输送沉降在转鼓内壳体表面的物料,螺旋输送器与转鼓必定是同心的装在轴承上，螺旋 输送器与转鼓以相同的方向旋转，但它们之间有一定转速差(一般转速差为转鼓转速的0.2~3%)。 9 图2.4 柱锥形螺旋卸料器 1.左轴颈；2.螺旋叶片；3.内筒；4.加料隔仓；5.加速锥；6.右轴颈 螺旋输送器部件的结构： 螺旋输送器一般由螺旋叶片、内筒、加料隔仓、左右轴颈组成如上图2.4所示： 螺旋叶片上的结构材料一般与转鼓主体材料相同。 螺旋叶片表面受到严重磨损后,通常都会使螺旋叶片输渣的 能力逐渐降低,沉渣湿含量的变化含量逐渐增大。很重要指的也就是在应当在进行分离各类物料过程对其中的各种 类型固体物质粒子的耐磨蚀性很大时,所以我们特别要求螺旋叶片材料应一定要有高的硬度和具有较高的抗耐磨性: 1.大型材料螺旋材料叶片表面堆叠材料硬质材料；2.表面喷涂耐磨层；3.可定期更换的耐磨扇形片。 2.2.3 差速器 差速器是最复杂而又很重要的零部件,其设计性能和产品质量往往直接决定着整个差速机器的正常工作稳定能 力和速度可靠性。 它主要是由一个转子转速通过一个空心轴加速带动转动,让一个螺旋与转鼓之间有一定的转速差, 这个转速差一般为转鼓转速的0.2~3%,称为差转速[21]。欲设计出一个体积小、重量轻、效率高的差速器，就必 须正确合理地选择差速传动的类型,。渐开线行星齿轮差速器传动在现离心机中应用最广泛。因此，本设计中选用的 是2K-H渐开线K-H渐开线.第二级转臂；a1.第一级太阳;a2.第二级太阳轮；b1.第一级内齿 圈；b2.第二级内齿圈 差速器内有两级半联的2K-H行星齿轮传动。两内齿轮b1和b2同差速器外壳整体与转鼓是相连接在一起的，第二 级传动的转臂H2与螺旋输料器是相连接在一起的。渐开 线行星 齿轮 差速器 是多个 分流对 称结构的传动装置， 其充分的利用了内部齿轮的传输空间。并分为多个传输功率。另外，内啮合本身还具有承载能力，还能够利用内部 齿轮的空间，使结构更紧凑。因此，该差速器具有承载能力大、体积小、噪声低、易于维修等优点。 3 离心机的生产能力计算 3.1 概述 悬浮液自主进料泵出口进入主机沉降离心机启动转鼓后，液相沿转鼓轴快速流动至所在溢料流口溢出转鼓外,其 中的固体悬浮粒子随液相运动作用的轴向旋转移动外,还在沉降离心力推动作用下沿转鼓径向运动沉降。较细颗 粒 留在转鼓 内的时间少于沉降需要的时间,而比较细的颗粒将留在转鼓外，通过快速的液体回流而不被颗粒分离。因 此,沉降离心机的生产能力,应该被理解成是为使它能将伴随所需液体分离的最小固体气相悬浮粒子同时沉降在螺旋 10 转鼓内,而不致随所需分离液体所带出的最大悬浮液增加流量。这样,分离物料因素一定的同一物料离心机,对于不同 的一种物料或同一种的物料在不同的物料分离因素要求下,生产能力也将一定是不同的。 3.2生产能力计算[22] 沉降离心机 的生产能力 取决于 液体的轴 向流速 和粒子的 离心沉 降速度，不同 的流动 理论具有不一样的 计算 方法，导致计算生产能力的方法也不同，分别如下： (1)按 ∑理论计算生产能力； (2)按层流理论计算生产能力； (3)按线性理论计算生产能力； 这里用第一种方法计算，按 ∑理论计算卧式螺旋沉降离心机的生产能力。 只能把它称为一个 ∑简单概念，它是由安布勒[23]于1952年提出的,由于表达式简单,概念明确,所以一直被广 泛沿用至今。按照 ∑理论,对于具有柱锥形转鼓的卧式螺旋离心机，实际生产能力的基本计算公式可直接表达如下： Q=∑ (3.1) 式中 Q——实际生产能力，m/h； ——分离效率系数； ——悬浮液 中固 相颗粒 的重力 的沉降 速度，m/s； ∑——当量沉降面积, ㎡； 3.2.1柱锥形转鼓的当量沉降面积 ∑ 的计算 图3.1 柱锥形转鼓的几何形状尺寸 ∑= (3.2) 式中 ——分离系数； D——转鼓大端公称直径，m； ——转鼓圆柱段的沉降区长度，m；0 ——转鼓
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