離心分離機結構設計

1、離心分離機結構設計初選參數(shù)：轉(zhuǎn)鼓直徑400mm，轉(zhuǎn)速0-3000r/min轉(zhuǎn)鼓設計表1轉(zhuǎn)鼓直徑與允許的最大轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的關系轉(zhuǎn)鼓直徑m0.20.350.40.450.60.81.0最大轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min7200410036003200240018001400最大分離因數(shù)5700330028902550190014001150表一表2國內(nèi)外主要的臥式螺旋卸料離心機的基本參數(shù)離心機型號轉(zhuǎn)鼓直徑mm轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min分離因數(shù)LW4004002200355010802810LW4504502000340010001900LW5005002000320011202860LW60060014002500

2、6602100LW630630140025006902200LW800800125020007001790表二1.1轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑的選取轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑是離心機的主要結構參數(shù)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑越大，其處理量也越大。但由于受材料強度、加工制造難度等因素的影響，轉(zhuǎn)鼓直徑增大時，離心機的轉(zhuǎn)速必然降低，分離因數(shù)趨小。目前生產(chǎn)、使用較多的是轉(zhuǎn)鼓直徑為2001000mm的臥式螺旋卸料沉降離心機。針對某廠的污水處理量，并通過查閱相關資料、調(diào)查研究國內(nèi)外相近型號離心機的技術參數(shù)及國內(nèi)外制造水平的差異，確定了轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑為400mm。1.2長徑比2的選取長徑比即離心機轉(zhuǎn)鼓的軸向有效長度與其直徑的比值。長徑比越大，沉降區(qū)越長，分離效果

3、越好，但軸功率也越大。應根據(jù)不同懸浮液的性質(zhì)（主要是沉降性能）選擇不同長徑比，同時要與轉(zhuǎn)速結合考慮。用于固液分離的臥式螺旋卸料沉降離心機，為了提高單機容量，一般2取值為14。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?？紤]直徑較大的特點，如果長徑比過長，則整機的長度尺寸較大，易發(fā)生振動影響使用壽命，并出于安全方面的要求。在此長徑比入選為3，即轉(zhuǎn)鼓的有效工作長度為1200m。1.3轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的選取根據(jù)離心機工作原理，分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓半徑的平方成正比，轉(zhuǎn)速越高，分離因數(shù)越大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速

4、越高分離效果越好、沉渣越干、澄清液越清、軸功率亦越大，但實際操作中并不是說轉(zhuǎn)速越高越好。一般來說，對于易于沉降的物料，轉(zhuǎn)速提高軸功率增大，容易引起機械故障或推渣困難，造成物料堵塞。因此要根據(jù)進料狀況和分離效果等因素來選擇合適的轉(zhuǎn)速（分離因數(shù)）。分離因素：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)F，即：rFm32r2rF=Y二二rGmgg式中m離心力場中物料的質(zhì)量（kg）3轉(zhuǎn)鼓角速度：r轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑：1.4轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速N和分離因數(shù)Fr的檢驗初選轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速N=3000r/min,D=400mm，轉(zhuǎn)鼓材料為lCrl8Ni9Ti為例，轉(zhuǎn)鼓直徑與允許的最大轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的關系見表1

5、。由于二,Fr2-g（其中3離心機的角速度；rF為離心機的分離因數(shù)；r為60r轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑。）計算得到3=314.16rad/s，F(xiàn)r=1068.56N。由表1可知轉(zhuǎn)鼓直徑與允許的最大轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)之間的關系。由于Fr=1282.3V2890,并且根據(jù)表2可知轉(zhuǎn)速N=2500r/min在允許的范圍內(nèi)，所以可以初步證明本設計中轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速N和分離因數(shù)Fr在強度方面的選取是正確的。1.5轉(zhuǎn)鼓直徑轉(zhuǎn)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(zhì)。轉(zhuǎn)鼓直徑是系列型號的主要尺寸數(shù)據(jù)。系列中轉(zhuǎn)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i二32二1.26來確定的。在L/D一定情況下，生產(chǎn)

6、能力大致與D3成正比。本設計中轉(zhuǎn)鼓直徑：D=400mm轉(zhuǎn)鼓形狀：柱錐形材料：1Crl8Ni9不銹鋼1.6轉(zhuǎn)鼓半錐角這種類型離心機在液面下靠近液面處有一錐角變化點，使沉渣輸出液池之后在平緩的坡度上穩(wěn)定移動，而在液池下采用大錐角使得回流力減小，因此沉渣回流現(xiàn)象也變小。由于第一錐段錐角大，使得第一錐段軸向距離變短，在離心機總長不變時，第二錐段相應變長。故可以適當增大雙錐角臥螺離心機液池深度，而不會使得轉(zhuǎn)鼓的干燥距離變短。同時液池深度的增大使得轉(zhuǎn)鼓沉降面積增大，根據(jù)生產(chǎn)能力與沉降面積成正比的關系，雙錐角臥螺離心機生產(chǎn)能力也增加了。一般取取值范圍518；8為推送較難輸送的沉渣。本設計采用雙錐角結構，選取

7、半錐角：取以1=15,以2=8。在設計結構時候可以以以=10的單錐角計算。這樣取的好處是，當12與只差不一樣時候，錐段長度也不一樣。為了使大椎段長度短些，取較大的大椎角。根據(jù)1.7求出r1,r2,L2等等參數(shù)，根據(jù)幾何方法列兩個二元一次方程可以分別得到a的值和b的值。以提供以后轉(zhuǎn)鼓的加工參數(shù)。找?guī)缀侮P系：a+b=L2；atan15+btan8=r1-r3根據(jù)1.6的計算結果可得到：其中L2=397mm；rl-r3=70mm。計算出：a=110mmb=287mm1.6轉(zhuǎn)鼓長度轉(zhuǎn)鼓長度L按長徑比L/D值來確定。轉(zhuǎn)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

8、,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?，F(xiàn)取長徑比L/D=3,則轉(zhuǎn)鼓長度L=400X1200mm當轉(zhuǎn)鼓直徑D、總長度L、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和半錐角以變化的影響。如圖2-3所示當L、r、r不變，將實線所23示的Q、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a角值的選擇對懸浮液處理能力有影響。Q這里采用雙錐角結構，為了方便計算，采用中間值=10。計算。取a1=15，a2=8。則a=10。L柱錐段總長度：L=800mmL柱筒段沉降區(qū)長度1L錐段長度2L錐筒段沉降

9、區(qū)長度3r物料環(huán)內(nèi)徑1r轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑：r二400mm22r錐段小端出渣口半徑3h液層深度：h二rr21Q1圓錐段大半錐角Q2圓錐段小半錐角從圖可知柱筒段沉降區(qū)長度：rrL1kL=LT3=r(23)tana2Dtana式中k二r/r,332一般常用值k=0.60.7，取k=0.6533將上述各數(shù)據(jù)代入可得：錐段小端出渣口半徑：r二rxk二0.65x200二130mm323柱筒段沉降區(qū)長度（即轉(zhuǎn)鼓柱筒段長度）：rTr-r200-130L廣L-曲=1200二803mm則轉(zhuǎn)鼓錐段長度：L=L-L二1200-803二397mm21液層深度h=30mm則物料環(huán)內(nèi)徑：r=20030二170mm1錐筒段沉降區(qū)長度

10、：L3二htana=170mmtanl0則沉降區(qū)長度：L=L+L=803+170=973mm沉降131.7轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速又因轉(zhuǎn)鼓材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，這種材料的各種轉(zhuǎn)鼓直徑的最大允許轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)如下表2-1所示。轉(zhuǎn)鼓直徑m0.20.350.40.450.60.81.0最大轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min7200410036003200240018001400最大分離因數(shù)5700330028902550190014001150現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速n=3000r/min1.8池深與轉(zhuǎn)鼓半徑比規(guī)定范圍為0.050.2，現(xiàn)取0.1。1.9螺旋輸送器選擇連續(xù)整體螺旋輸送器，左旋，雙頭螺旋。1.10生產(chǎn)能力表2-2螺旋沉

11、降離心機的生產(chǎn)能力范圍系列LW-200LW-350LW-450LW-600LW-800LW-1000生產(chǎn)Q（m3/h）0.5-1.51.5-44-1010-30能力G（t/h0.1-0.30.3-10.75-21.5-42-65-10探Q值是按L/D3考慮的，當L/D=4時，Q值可以提高20-30%參考上表，生產(chǎn)能力范圍3050m3/h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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min03000差轉(zhuǎn)速r/min530轉(zhuǎn)鼓大段內(nèi)徑mm400轉(zhuǎn)鼓長度mm1200長徑比3半錐角平均10沉降區(qū)長度mm973轉(zhuǎn)鼓直段長度mm803轉(zhuǎn)鼓錐段長度mm397物料粘度cp0.81物料

12、固相密度kg/m31600物料液相密度kg/m31360物料顆粒度“m15300螺旋螺距mm？離心機的功率消耗與離心機的類型、操作方式和離心機的結構有關，一般情況下，離心機所需的功率包2括以下幾個方面：2.1.1啟動轉(zhuǎn)鼓等傳動件所需功率N1；2.1.2啟動物料達到操作轉(zhuǎn)速所需功率N2；2.1.3克服軸與軸承摩擦所需功率N3；2.1.4克服轉(zhuǎn)鼓、物料與空氣摩擦所需功率N4；2.1.5卸出物料所需功率N5；2.1.1啟動轉(zhuǎn)鼓等傳動件所需功率1.啟動轉(zhuǎn)鼓等傳動件所需功率N1欲使離心機轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件，由靜止狀態(tài)達到工作轉(zhuǎn)速具有一定的功能，必須由外界作功，該功為：A=J1v2dm=J1r22dm二？r2d

13、mp2221.=JW22P式中v轉(zhuǎn)動件線速度，m/s；Jr2dm為轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2。p啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率N1為：2-1)AJW2N=p=pKW1T2000T11Jr2dmw2N=KW12000T10.22x1000 x(3000 x2兀60)23000 x10KW=131.6KW式中T啟動時間，S；m轉(zhuǎn)鼓總質(zhì)量，估算m1000kg；W離心機的角速度，W=78.5。轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量J，主要考慮轉(zhuǎn)鼓、皮帶輪、制動輪等質(zhì)量較大、半徑較大的轉(zhuǎn)動p件的轉(zhuǎn)動慣量。此外還有一些較小的轉(zhuǎn)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。由公式(5.2)可以看出

14、，選擇不同的T值可計算出不1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(zhuǎn)動部件所需功率n列表序號123456789T/(s)1102030405060708090N/(kW)1131.665.843.932.926.3221.918.816.514.632啟動物料達到操作轉(zhuǎn)速所需功率加入轉(zhuǎn)鼓中的物料有靜止狀態(tài)達到工作轉(zhuǎn)速時也需要外界做功，它與加料方式有關。加入的物料被分離為濾渣和濾液（過濾式離心機），或沉渣和分離液（沉降式離心機），或沉渣、輕液和重液（分離機）等組分?？煞謩e求出某一種分離操作中每種組分所需的功率然后求和。假設某種分離操作，單位時間內(nèi)排出的z個組分中，各

15、組分的質(zhì)量m（kg/s）,各組i分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出位置半徑為ri（m），則使加入的物料達到工乍轉(zhuǎn)素所需功率N2”為:Emr222-2)i_iKW2000i=19mr22N”二乙一22000i=1N(3000 x2n)2x(4x0.1272+10 x0.182)60333000=4.26KW式中z物料被分離的組分數(shù)皿一沉渣質(zhì)量-沉渣卸出位置半徑m分離液質(zhì)量2r分離液卸出位置半徑。2克服軸與軸承摩擦所需功率運動件由于摩擦所消耗功率，應為摩擦力與摩擦面之間的線速度之積。f(F1V1+F2V2)=1000fb(Fd+Fd)11222000KW2-3)式中f軸與軸承間的摩擦系數(shù)；滑動軸承f=0.050.1,

16、滾動軸承f=0.0050.02v、v分別為軸頸表面的線速度，m/s；12F、F分別為兩軸承處支反力，N；12d、d分別為兩軸承處軸頸直徑，m。12關于軸承支反力匚、F2,應考慮在轉(zhuǎn)子的靜載荷與動載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉(zhuǎn)鼓及其它轉(zhuǎn)動件總質(zhì)量mo，動載荷為由于轉(zhuǎn)動件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏D心距e=1000（D為轉(zhuǎn)鼓直徑）計算。所以軸上的總載荷F為：450e=0.451000F=m(g+eo2)N0F=147.3x9.81+0.45x10-3x(000 x2兀)260F=147.3x9.81+19.74F=4353N由總載荷F計算出支反力F1，F(xiàn)2，代入式中求出N。由圖可知：F+F

17、=435312Fx975=Fx5901求得：F=2634,F=1719120.01x2000 x2冗x(2634x0.1+1719x0.1)N3=602000=0.46KW克服轉(zhuǎn)鼓、物料與空氣摩擦所需功率離心機工作時，轉(zhuǎn)鼓外表面、物料層內(nèi)表面與空氣摩擦消耗功率，可根據(jù)下式計算TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark86 o Current Document N=11.3x10-6pL3(R4+R4)n(2-4)4a0120000.4700.450.09. HYPERLINK l bookmark90 o Current Document N=11.3x10-6x1.

18、29x0.75x(x2兀)3x()4+()4n HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 46022N=0.31KW4L轉(zhuǎn)鼓的長度，m；轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度，red/s；R轉(zhuǎn)鼓外半徑，m；0R轉(zhuǎn)鼓中物料層內(nèi)半徑，m；1p空氣密度，常壓下取p=1.29kg/m3。aa卸出物料所需功率一些離心機卸料時的阻力增加了主軸的負荷而消耗一部分主軸的功率。此功率的大小與卸料方式有關。螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機外，故卸料功率消耗應包括：克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力消耗功率N5；克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率N”5；克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率

19、N”5；功率計算式推導如下，有兩種情況：第一種螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線，如圖所示。KW2-5)1500GJ廣C74螺旋卸料轉(zhuǎn)鼓設每秒鐘獲得沉渣質(zhì)量為m公斤，回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力C,沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力為C,s則C=Csina=mRw2sinaNsm2沉渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被推移的距離不等，設平均路程S為母線的3，即2L3cosa則克服沉渣離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線分力所消耗的功率為：12L1N=CS=mRw2sina51000sm3cosa1000mRw2L二s_mtga2-7)1500沉渣離心慣性力垂直于轉(zhuǎn)鼓母線的分力為C”,C”=Ccosa=mRw2cosaNsm則克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間摩擦消耗的功率為：N二Cf2

20、L1523cosa1000mRw2Lf2-6)=smKW1500若螺旋外徑處的螺旋升角為0，則垂直與葉片的沉渣的作用力F為:F二(C+Cf)cosacos02若螺旋圈數(shù)為z,設沉渣在螺旋葉片表面上行走的路程為螺旋表面全長的3，即S二2兀Rz-i-ym13cos04兀Rz=m3cos0則克服沉渣與螺旋葉片間的摩擦消耗的功率為N5二FfS爲=f(C+Cf)cosacos04兀第23cos01000mR2w-f兀z(sin2a+2fcos2a)=sm312KW螺旋輸送器推卸沉渣消耗的總功率N5為:N=N+N”+N5555tgaKW2-9)51500二sm1500Lga+Lf+兀Rfz(in2a+2f

21、cos2a2m3122-8)R+r式中R轉(zhuǎn)鼓平均內(nèi)半徑R二,m；mm2a圓錐形轉(zhuǎn)鼓半錐角；f沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間摩擦系數(shù)取0.2；2f沉渣與螺旋葉片間摩擦系數(shù)娶0.13z螺旋葉片圈數(shù)。第二種螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，如圖所示，螺旋卸料轉(zhuǎn)鼓假設每秒鐘獲得沉渣質(zhì)量為mkg。根據(jù)第一種情況的推導，可得到克服沉渣離心慣s性力沿轉(zhuǎn)鼓母線分力消耗的功率N5與（5）式相同，為：mRw2L=sm克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦消耗的功率N5也同式2-10)2-11)mR2LfN5=15002KW沉渣垂直于螺旋葉片的作用力F為：F二(C+C”f)cosB沉渣沿螺旋葉片表面行走路程S為：c4兀RzS=m7m3cosB則克服沉渣于螺旋

22、葉片間摩擦消耗的功率N”5為:mR22兀zf=sm(sma+fcosa)TOC o 1-5 h z7502由于我設計的離心機的螺旋采用的是垂直于轉(zhuǎn)鼓壁的形式，故螺旋輸送器推卸沉渣所消耗的總功率5為:N=N+N”+N”5555=msmktga+Lf+2兀Rfz(sina+2fcosa)(2-12) HYPERLINK l bookmark170 o Current Document 1500231212x1.9233x(2000 x2兀)2N二60 x0.75xtan11o+0.75x0.2+ HYPERLINK l bookmark174 o Current Document 515002兀x

23、0.19233x0.1x10 x(sin11+2x0.2xcos11。)=67.5x(0.15+0.15+0.71)=67.5KW1.6離心機功率確定上述各種離心機的功率計算，都不是在同一時間內(nèi)存在的，因而在確定離心機功率時，不能把它們?nèi)康悠饋?，應根?jù)離心機的結構、操作方式等具體情況來決定。連續(xù)運轉(zhuǎn)、連續(xù)加、卸料離心機啟動階段消耗的總功率為：N二N+N+N134N=9.65KW運轉(zhuǎn)階段消耗的總功率為：N二N+N+N+N2345N=71.11KW一般情況下，這類離心機常以運轉(zhuǎn)階段的總功率作為選擇電機的主要依據(jù)2.電機選型帶輪參數(shù)轉(zhuǎn)鼓設計表1轉(zhuǎn)鼓直徑與允許的最大轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的關系轉(zhuǎn)鼓直徑m0

24、.20.350.40.450.60.81.0最大轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min7200410036003200240018001400最大分離因數(shù)5700330028902550190014001150表一表2國內(nèi)外主要的臥式螺旋卸料離心機的基本參數(shù)離心機型號轉(zhuǎn)鼓直徑mm轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min分離因數(shù)LW4004002200355010802810LW4504502000340010001900LW5005002000320011202860LW600600140025006602100LW630630140025006902200LW800800125020007001790表二1.1轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑的選取轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑是離心機的主要結構參數(shù)，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑越大，其處理量也越大。但由于受材料強度、加工制造難度等因素的影響，轉(zhuǎn)鼓直徑增大時，離心機的轉(zhuǎn)速必然降低，分離因數(shù)趨小。目前生產(chǎn)、使用較多的是轉(zhuǎn)鼓直徑為2001000mm的臥式螺旋卸料沉降離心機。針對某廠的污水處理量，并通過查閱相關資料、調(diào)查研究國內(nèi)外相近型號離心機的技術參數(shù)及國內(nèi)外制造水平的差異，確定了轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑為400mm。1.2長徑比入的選取長徑比即離心機轉(zhuǎn)鼓的軸向有效長度與其直徑的比值。長徑比越大，沉降