螺旋离心机的设计【带图纸】 .doc

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1、编号 本科生毕业设计（论文）题目： 螺旋离心机的设计 机电工程 学院 机械设计制造及其自动化专业 学 号 学生姓名 指导教师 二 摘要离心机主要由转鼓和螺旋输送器组成，由于离心力的作用，物料从螺旋输送器中甩出后密度大的物料撞向转鼓内壁，密度小的在在密度大的外侧。转鼓和螺旋输送器之间存在转速差，螺旋叶片将固体料推向一侧，液体自由运动到另一侧，由此即可实现两种及两种以上混合物的分离。本课题主要分离对象是蓝藻，蓝藻密度比水小。本文第一部分简要的介绍了离心机的发展及应用；第二部分着重对JN300-750双驱动卧离心机的结构进行了设计，包括转鼓，螺旋输送器，带轮等的设计，并通过PRO/E三维实体建模，装

2、配，有限元分析及运动仿真对离心机进行实体设计；第三部分主要对具体对象即蓝藻在分离过程中的沉渣动力学进行了分析与计算。关键词：卧式螺旋离心机；双驱动；设计计算；JN300-750 AbstractCentrifug mainly composes of the drum and the screw conveyor，as the centrifugal force, the material from the screw conveyor in the density of the material hits the drum wall, the material with less densi

3、ty lies in the external. Drum and the screw conveyor speed at the different rate , the helical blades push the solid material into one side and the liquid into the other side of the freedom movement,in this way, two or more mixtures can be separated .The main subject of separation of target in this

4、passage is the algae, whose density is smaller than water. The first part of this passage briefly introduces the development and application of the centrifPro/Ees; The second part focuses on the JN300-750 dual drive horizontal structure of centrifPro/Ee design, including the drum, screw conveyor, pu

5、lleys, etc and designing with PRO/E 3D solid modeling, assembly, finite element analysis and motion simulation of the centrifPro/Ee physical design; THE third part of the specific object that is in the process of algae in the separation of sediment dynamics were analyzed and calculated.Key words hor

6、izontal spiral centrifuge dual drive design and calculation JN300-750目录第1章 绪论11.1概述11.1.1离心机的应用及其发展概况11.1.2离心机的分离过程及分类11.1.3离心机的特点及应用范围31.1. 4螺旋卸料沉降式离心机的概况41.2卧螺沉降式离心机的工作原理及结构特点61.2.1卧螺沉降式离心机的工作原理61.2.2卧螺沉降式离心机的内部结构71.2.3卧螺沉降式离心机的技术参数及优缺点81.3卧螺沉降式离心机的新型驱动方式介绍91.4课题来源131.5课题研究的内容和意义13第2章 离心机整体结构的设计15

7、2.1 转鼓的设计152.1.1 计算数据及参数选择152.1.2 转鼓的强度计算162.2 螺旋输送器的设计182.2.1 内筒的设计182.2.2 螺旋叶片的设计182.3 离心机功率计算与电动机选择202.3.1 离心机功率的计算202.3.2 电动机的选择242.4 带传动设计242.4.1 带动转鼓的带传动设计242.4.2 带动转子的带传动设计262.5 轴承的选择与校核282.5.1轴承的选择282.5.2轴承的校核28（1）圆锥滚子轴承的校核28（2） 深沟球轴承的校核29第3章 离心机脱水区的沉渣动力学313.1 蓝藻在脱水区的滑动动力学313.2 蓝藻在脱水区的停留时间32

8、3.3 螺旋的输送效率333.4 分离的总效率333.5 生产能力的计算333.6 螺旋转矩及输渣功率343.6.1 螺旋转矩343.6.2 螺旋和转鼓输渣功率353.7 螺旋所受的轴向力353.8 转鼓内表面与螺旋推渣表面的磨损性35第4章 机器的安装37第5章 机器的调试与使用39第6章 机器的维护与保养41第7章 离心机常见故障和处理方法43第8章 结论与展望458.1结论458.2不足之处及未来展望45参考文献47致谢49第1章 绪论1.1概述1.1.1离心机的应用及其发展概况在现代工业中，固-液系统（包括悬浮液和乳浊液）分离的目的是：（1）回收有价值的固相，排掉液相；（2）回收液相，

9、排掉固相；（3）固、液两相都回收；（4）固、液两相斗排掉（如污泥脱水）。达到固-液分离的主要操作方法有重力沉降、过滤和离心分离。利用离心力来达到固-液、液-液，以及液-液-固分离的方法通常称为离心分离。实现离心分离的机械称为离心机。离心机基本上属于后处理设备，主要应用于脱水，浓缩，分离，澄清及固体颗粒分离等工艺过程。从离心机的发展史来看，离心机是随着现代工业的不断进步和发展而产生的。18世纪产业革命后，随着纺织工业的迅速发展，1836年出现了棉布脱水机。1877年为了适应乳酪加工工业的需要，发明了用于分离牛奶的分离机。进入20世纪后，随着石油综合利用的发展，要求把水，固体杂质，焦油状物料等除去

10、，以便使重油当作燃料油使用。50年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣离心机，到了60年代发展成完善的系列产品。随着近代环境保护、三废治理发展的需要，对于工业废水和污泥脱水处理的要求都很高，因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机的进一步发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。随着国民经济各行业的不断发展，各种类型的离心机也在不断地更新换代，而且各种新型离心机也在不断涌现。1.1.2离心机的分离过程及分类 离心分离根据操作原理可区分为两类不同的过程-离心过滤和离心沉降。而其相应的机种又可区分为过滤式离心机和沉降式离心机。离心过滤过程从广义的概念上来说，可理解

11、为包括加料、过滤、洗涤、甩干和卸渣等五个步骤。如果就狭义的概念而言，可分为两个物理阶段：生成滤渣和压紧滤渣。第一个阶段与普通过滤原理在原则上相近似，但其推动力不同；而第二阶段与普通过滤的规律根本不同。离心沉降过程也可以分为两个物理阶段：固体颗粒的沉降和形成密集的沉渣层。前者遵从固体在流体中的相对运动规律，而后者则遵从土壤力学的基本规律。离心沉降过程本身又可以分为离心沉降和离心分离。在离心过滤和离心沉降分离固体颗粒过程中都具有“压缩”现象，这个现象很值得重视。在离心过滤过程中，这种压缩效应减小了沉渣的空隙，反而有助于降低沉渣的含湿量。 离心机种类繁多，可按分离原理、操作目的、操作方法、结构形式、

12、分离因素、卸料方式等分类，见图1-1。图1-1 离心机的分类1.1.3离心机的特点及应用范围 离心机的主要特点，一是使用广；二是对物料的使用性较强；三是产品的规格多、变形多。离心机一般是工艺流程中的后处理设备，直接关系到产品的最终质量。离心机和其它分离机械相比，不仅能得到含湿量低的固相和高纯度的液相，而且具有节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，并且有连续运转、自动遥控、操作安全可靠和占地面积小等优点。因此，自1836年第一台工业用的三足式离心机在德国问世，迄今一百多年来已获得很大的发展。各种类型的离心机品种繁多，各有特色，正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展，且组合转鼓结构增多，专用品

13、种越来越多。现在离心机已广泛应用于化工、石油提炼、轻工、医药、食品、纺织、煤炭、选矿、船舶、环保、军工等各个部门。如湿法采煤的煤粉回收；石油开采的钻井泥浆净化回用；铀同位素的浓缩；污水处理的污泥浓缩和脱水；石油化工产品的精制；抗菌素、农药的提取；牛乳、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、动植物油、米糠油淀粉等食品的制造；织品纤维脱水；润滑油、燃料油的提纯等都需要使用离心机。离心机已成为国民经济各部门广泛应用的一个通用机械。 过滤介质作为过滤分离机械的心脏材料，其质量直接决定着整个机器设备的性能。过滤介质有很高的性能要求：要保证较高的过滤速度、较低的滤液浓度、较少的物料损耗，同时，介质应该拥有较好的再

14、生能力和较长的使用寿命。 目前我国的过滤材料年需求量约为5000万平方米，生产中尚需进口部分国外滤布。目前用于分离机械的传统的过滤材料主要有涤纶、丙纶、尼龙、腈纶、粘胶纤维和棉花等。在一些特殊的工作条件下，如过滤浓酸、浓碱或在高温下工作，这就需要功能性极强的材料做过滤介质。适合于这些物料过滤的材料有新型的玻璃纤维滤布和聚四氟乙烯滤布等。此外，采用水微孔陶瓷、微机树脂、烧结金属材料和无机晶须等新型的过滤材料在很大程度上得到了开发，有的已经进入应用阶段。另外，膜过滤技术包括反渗透、超滤和微滤也得到了广泛应用和大力发展。国外在过滤材料研究、生产、应用中，都已形成了一个较完整的系统。其材料开发朝非织布

15、过滤材料、聚四氟乙烯、芳香族聚酯胺纤维、碳纤维、金属纤维的方面发展。在工业发达国家如美国和日本，非织造滤布材料占总滤布材料的55%以上，西欧占75%。由于世界工业的发展面临如何节省能源，有效利用资源，加强环境保护，因此，过滤与分离机械方向正朝着下面几个方向发展：1大型化、高参数由于能源、资源、环保等工业的发展都是需要单机能力大，所以大型化、高参数的设备主要表现为：（1）卧式螺旋卸料离心机，出现直径为11.5以上及分离因素为10000的螺旋离心机，碟片离心机的直径更可以达到1500mm。（2）刮刀离心机。ALFa-Laval、Krauss-Maffi公司普通型与虹吸型刮刀卸料离心机均有2m左右的

16、产品。Robotal公司生产的刮刀卸料离心机转鼓直径D=2100mm、功率110KW。（3）三足离心机直径达3m。大直径、自动卸料、密闭液压刮刀、自动清洗，虹吸三足离心机。2节能型、复合型随着分离机械向大型化发展，如何降低单位处理量能耗是当务之急。因此，离心机如何用最小的能耗提高其滤饼脱水效果得到最干的滤饼，或为后续的干燥工业节能。因此，有大量的节能型过滤与分离设备出现。（1）螺旋离心机增加挤压段。（2）各种离心机普遍采用变频（双变频）或液力传动，比干燥脱液大大节能，有适宜的分离因素，启动阶段的功耗合理。（3）过滤、洗涤加干燥三合一。3增加过滤分离推动了刮刀卸料离心机、三足离心机增加虹吸作用。

17、增加虹吸作用后可增加推动力，提高过滤速度、处理量，调节生产周期，滤布正反面均可洗涤。带式真空过滤机在过滤带的卸渣端增加简易的压榨装置，使过滤推动力为真空与加压，同时有蒸汽强化对滤饼水分蒸发。4机械化、自动化、智能化最典型的是板框及厢式加压过滤机，其优点是能适应多种操作工艺，缺点是劳动强度大，从它改进为厢式到增加压榨隔膜，同时在自动拉板、自动振打、自动洗涤，刮去残余滤饼、自动压紧、自动补偿装置等全面自动化、机械化及改善劳动条件等方面有了长足的进步，实现了无人操作。在设计上，完美设计型，模块化设计等十分普及。1.1. 4螺旋卸料沉降式离心机的概况螺旋卸料沉降式离心机是高速运转、连续进料、分离分级、

18、螺旋推进器卸料的离心机。螺旋卸料沉降式离心机分为立式螺旋卸料沉降式离心机和卧式螺旋卸料沉降式离心机。本文研究的是卧式螺旋卸料沉降式离心机。该离心机已广泛应用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程。它利用离心沉降法莱分离悬浮液，能连续操作、处理量大、无滤布和滤网、单位产量的耗电较少、适应性强、维修方便、能长期运转，应用前景十分广阔。 最初的卧式螺旋卸料离心机是由两对开式齿轮传动获得转鼓与螺旋之间的差转速，以输送沉渣并被应用于淀粉工业上。真正现代的有使用价值的第一台螺旋离心机首次使用了二级行星齿轮差速器。卧式螺旋卸料离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。在

19、各种国际展览会上，各种各样的螺旋离心机，是所展出的离心机中最吸引人的机型，可见各国对螺旋离心机的重视。螺旋卸料沉降式离心机是国际上五十年代发明的机械，七十年代，我国开始引进，国产化一些机型成为原化工部七五科技攻关项目。八十年代我国开始测绘，已测绘德国FIOTTWE公司、美国SHAP;ESS公司、法国GUINARD公司、瑞典ALFA-Laval公司等国外著名公司生产的多种规格的离心机，并进行仿制，国家当时在全国组织6个生产厂家进行仿制生产。现国内已能生产的螺旋卸料沉降式离心机有WL200、WL350、WL450、WL600、LW800、DLW430、LW350、LW400、LW500、LW620

20、等。随着化学工业的飞速发展，各化工生产厂家对高精度、高质量设备的需求量不断增加。当前各种类型的离心机品种繁多，各具特色，并且都向提高技术参数、系列化、机电一体化方向发展。螺旋卸料沉降离心机由于能够连续出料，生产能力大，对物料的适应性强，占地面积少等特点，因此应用越来越广泛。目前其发展速度很快，但从总体趋势看：1、为了提高单机生产能力，采取加大转鼓直径，增加长径比的方法，如GUINARD公司的D型螺旋卸料沉降式离心机，转鼓直径最大的为1500mm，长径比还不到2。2、为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转子速度的方法，如阿法拉法公司生产的4500离心机，转鼓直径310mm，转速达76

21、00r/min，这样搞的转速，目前我国还不能达到。3、目前国外离心机正向着机电一体化方向发展，已实现在离心机上对分离物料的自动检测与调节，机械性能自动保护，振动的随机检测和自动报警，过载保护分离反馈等。我国目前已开始注意机电一体化的研究与应用，但在离心机方面也只是刚刚起步。4、适应不同物料及工况的需要，目前国内外离心机制造厂又推出来许多不同型号的防爆型离心机，用于易燃易爆场合的物料分离。本课题主要研究的对象是卧式螺旋卸料沉降式离心机。以下简称卧螺沉降式离心机。近来由于石油化学工业的迅猛发展，以及污水治理的需要，使卧螺沉降式离心机得到了进一步的发展。例如在合成塑料（聚氯乙烯、聚丙烯）及合成纤维（

22、聚对苯二甲酸乙二酯）生产分离设备中，卧螺沉降式离心机是关键设备之一，在聚乙烯醇的生产中也要使用螺旋离心机；在污泥脱水中使用了高分子絮凝剂，使螺旋离心机的固相回收率大大提高，因而它成为污水治理的有效分离设备。在连续离心机中，卧螺沉降式离心机是对物料适应性较好、应用范围较广的一种离心机。1.2卧螺沉降式离心机的工作原理及结构特点1.2.1卧螺沉降式离心机的工作原理卧螺沉降式离心机的主要构件有转鼓、螺旋推进器、变速器、过载保护装置、卸渣装置等等，如图1-2所示。 工作原理是这样的，在机壳内，转鼓和螺旋推进器由两个同心轴承相连接，主电动机通过三角皮带轮带动转鼓旋转，转鼓通过左轴承处的空心轴与行星差速器

23、的外壳相连接，行星差速器的输出轴带动螺旋推进器与转鼓作同向转动，但转速不一样。若以表示转鼓的绝对转速，以表示螺旋推进器的绝对转速，表示二者的差转速，若螺旋推进器超前转鼓即为正差转速，反之为负差转速。工程上常用转差率来表示，一般=0.2-3%，采用正转差率，物料所获得的离心惯性力为转鼓转速与差转速所产生的离心惯性力之和，有利于沉降分离，而采用负转差率时，有利于沉渣的输送，而且可以减少由减速器传送的功率，本课题的卧螺沉降式离心机是采用的正差转速右旋。悬浮液从右端的中心加料管连续送人机内，经过螺旋推进器内筒加料隔仓的进料孔进到转鼓内。在离心力的作用下转鼓内形成以环形液池，重相固体颗粒离心沉降到转鼓内

24、表面而形成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被螺旋叶片推送到转鼓的小端，送出液面并从排渣孔甩出。在转鼓的大端盖上开设有若干溢流口，澄清液便从此处流出。通过调节溢流挡板溢流口的位置、机器转速、转鼓与螺旋推进器的差速、进料速度，就可以改变沉渣的含湿量和澄清液的含固量。当过载或螺旋推进器意外卡住时，保护装置能自动断块主电动机的电源，停止进料，防止意外事故的发生，确保安全。图1-2 卧螺沉降式离心机简图 1.2.2卧螺沉降式离心机的内部结构转鼓的形状有圆筒形、圆锥形、筒锥结合形。圆筒形有利于固相脱水，圆锥型有利于液相澄清，筒锥结合形兼有两者特点，本课题所研究对象是筒锥结合形。在转鼓内表面为了减少

25、筒壁的磨损和防止沉渣打滑通常焊有筋条或锉上沟槽，转鼓的全长和直径的比对分离来说是很重要的参数，愈难分离的物料所需要的比值就愈大，另外，转鼓锥体部的锥角也对物料的输送有很大的影响，对愈难输送的沉渣，转鼓的锥角也就愈小，因为这个可以避免产生回流现象，以便顺利排渣，但是，转鼓的锥角越小，卧螺沉降式离心机的沉降面积越小，使用效率也就越低。值得一提的是，一种转鼓结构即双锥结构，它既能增大沉降面积又能使沉渣顺利排出。这种双锥结构大大的增加了物料在转鼓内的停留时间，这就非常有利于分离沉降能力差的难分离物料，因为对这种物料来说，决定其生产能力的主要因素是物料在转鼓中的停留的时间。而且，双锥结构还可以用作轻、重

26、液体和固体的三相分离。双锥结构使转鼓的长度变短，处理量变大，液池变深，节约了用于克服空气阻力和其它阻力的动力及其它能耗。在转鼓的排渣口处，为了使出了液面的沉渣继续脱水，并且不让离心出来的液体随沉渣一起从排渣口排出增加排出沉渣的含湿量，在排渣口处设置了一个挡板结构，挡板形式多种多样，此处暂介绍一种可以控制滤饼流动的可调阀门。这个阀门安在液池的上部位。它的底部固定在输送器上，它的顶端与转鼓壁形成的空间供沉渣流动。这使得只有靠近转鼓的沉渣才能排出去。靠近转鼓的沉渣受到覆盖在其上沉渣的压榨，使得这一部分沉渣成为所有沉渣中最干燥的一部分。在表面上的那些较湿的沉渣将被输送回液池，在最终作为干沉渣排出之前作

27、反复循环。这些回流量这要与受阻滤饼的高度，物料输入量、沉渣干燥程度、及其流变性有关。在实际操作条件下的最佳阀门开启位置根据现场调整而定。螺旋推进器也是卧螺沉降式离心机的一个主要部件，它的主要作用是输送沉渣和顺利排掉滤渣。它由螺旋叶片、内筒和进料管组成，它的螺旋叶片为了平衡，通常是双头螺旋，螺距需根据实际情况而定，叶片的材料具有高耐磨性。叶片的倾角一般有两种，一种是螺旋叶片垂直于转鼓母线，在转鼓锥筒段，叶片倾角等于转鼓锥段的半角，另一种是叶片母线垂直于转鼓的回转轴线，但是经过试验，有时在锥段也可以采用叶片倾角大于转鼓锥段的半角的设计结构，这种结构的输渣效果好而且省功，减少磨损。本课题采用叶片母线

28、垂直于转鼓锥段母线，即。叶片采用板材，按一个导程通过计算展开、下料、成型组装焊接而成的。螺旋叶片的下料展开可以用图解展开法和计算展开法。在螺旋推进器处设置一些压榨结构，可以形成一种新型的卧螺沉降式离心机即压榨式卧螺沉降式离心机。一般有在螺旋筒体上设置压榨板，在螺旋槽内设置压榨棍，在螺旋筒体上设置压力囊，在螺旋叶片推料面上设置压力囊等几种情况。对于这种机型，需要注意防止固相沉渣的阻塞，因此都带有差转速自动控制系统。内筒的主要作用是接受分布和加速悬浮液。内筒为了使悬浮液进入转鼓内的沉降效果更好，可以采用多种设计方案。它的主要方法是让悬浮液在内筒的出口处的径向速度最小，这样就使得悬浮液在径向停留时间

29、加长，有利于悬浮液的沉降分离。目前，有一些国外专利就内筒设计做了专门的探讨。差速器一般是摆线针轮行星变速器和渐开线行星齿轮差速器，使转鼓和螺旋推进器之间保持一定的差转速的同向旋转。过载保护装置有机械式、机械液压式和电控机械等。 1.2.3卧螺沉降式离心机的技术参数及优缺点 螺旋卸料沉降式离心机主要操作参数为：转鼓转速、转鼓与输送螺旋间的差转速、溢流孔位置和进料速度。主要结构参数为：转鼓大端内直径D、转鼓长度L和转鼓长径比，转鼓半锥角，以及输料螺旋的螺旋头数和螺距。螺旋卸料沉降式离心机参数范围：转鼓直径160mm1600mm转鼓长径比1转鼓半锥角差转速转鼓转速的固相粒度0.0052mm悬浮液固相

30、浓度液池深度与直径比值0.052生产能力最大190立方米每时螺旋卸料沉降式离心机的主要优点：1、自动连续操作，不需要用滤布，能长期连续运行，维护简便。2、应用范围广泛，可用于固体脱液，液体澄清，固体颗粒按粒度分级，以及用于液-液-固分离等。3、对物料的适应性大，能分离的固体粒度范围，悬浮液的体积浓度范围2波动对分离效果影响不大。4、结构紧凑，容易实现结构上的密闭，密闭式机器可在一定的正压下操作。5、单机生产能力大，分离质量比较高，操作费用低，占地面积小。螺旋卸料沉降离心机的缺点是：沉渣的含湿量一般比过滤式离心机稍高，大致与真空过滤机相等；虽然能对沉渣进行洗涤，但洗涤效果不好：结构较复杂，机器造

31、价高。1.3卧螺沉降式离心机的新型驱动方式介绍 传动装置是卧螺沉降式离心机中最为复杂而又极为重要的部件，传统的类型很多，有机械式、液压式、电磁式等，其中行星传动最为广泛，液压最为先进且可无级调速。随着卧螺沉降式离心机技术的发展，新型的传动方式以及结构得到了广泛的发展和应用，在传统的基础上，发展处了例如双重电机驱动、零转速差速器、改进型液压马达驱动、可控制扭矩的感应电磁式差速器等新技术，下面就这几项技术作简要介绍。（1）双重电机驱动随着离心机转鼓尺寸的增大和工作转速的提高，电动机的负载将增大。为了达到离心机的工作转速，需要克服离心机的惯性、空气阻力、摩擦阻力等，这使得驱动电机产生高电流及较长的启

32、动时间，并在电机上产生了较大的热载荷和热应力。如果离心机的启动功率超过电机的极限，就要采用重型电机等特殊形式（采用附加结构和特殊的抵抗内热的材料），然而电机的尺寸和支架的重量将相应的增大。而双重电机驱动是由两个电机协同工作，至少是在启动时两电机配合，提供启动所需的能量，并相应的减少每个电机上的电压和电流，也就是减少了电机上的热载荷，在达到操作转速后，第一个电机继续驱动离心机，而第二个电机可能处于闲置状态，如图1-3所示。图1-3 双重电机驱动示意图但受此启发，我们也可以将该结构进行改进，使得一个电机直接带动转鼓转动，而另一个电机直接带动螺旋输送器转动，从而可以使得二者独立的转动，即为双驱动，本

33、课题就是采用此种的双驱动结构，从而就省略了差速器。通过变频器改变两个电机的转速，从而直接改变转鼓和螺旋输送器的转速，很大程度上方便了控制。而且，用PLC编程控制电机，自动实现过载保护，从而也可以省略了过载保护装置，简化了整体结构。如下图1-4所示：图1-4 两变频器分别驱动的卧螺离心机系统（2）“零转差”差速器转鼓与螺旋叶片的转速差是螺旋卸料离心机的主要参数之一，其值直接影响排渣能力、螺旋转矩及澄清效果。由于螺旋叶片与转鼓之间有相对运动，进入转鼓的液体除沿转鼓轴向作层流运动外，处于螺旋转鼓处的液体还具有与螺旋一样的相对于转鼓的角速度和轴向速度。螺旋搅动产生湍流，使已经沉降的粒子重新浮起，对分离

34、产生不良结果。“零转差”差速器是在传动装置中增加了一个超越离合器，将摆线针轮与超越离合器制成一体，如图1-5所示。这种装置改变了离心机的工作方式，在工作中连续进料、分离、排液与卸渣交替进行。在进料并进行固液分离过程中，采用零转差工作，通过离合器的作用使差速器整体旋转。此时，转鼓与螺旋以相同的速度同向旋转，在分离过程中连续进料和排出分离液。当沉降在转鼓内的沉渣层累积到一定厚度，停止进料，启动辅助电机，此时，螺旋与转鼓以一定的差速度同向旋转，完成卸渣。这种结构的离心机，由于分离液在分离和排液过程中，转鼓与螺旋无相对运动，液体沿螺旋通道流动时沿转鼓轴向作层流运动，延长了液体在转鼓内的停留时间，避免了

35、已沉降的粒子重新浮起，分离效果显著提高。图1-5 “零转差”差速器示意图（3）液压马达的改进该装置的目的是用以个液压系统同时加速和控制转鼓的传动并为差速装置的液压马达提供液压介质。与传统的液压驱动差速器的装置相比，它不必再用另一个装置来提供液压马达的液压介质，从而减少驱动的功率。为了达到上述目的，该装置在主电动机和转鼓之间附加一个泵。泵的压力管路提供给差转速装置的液压马达以液压介质。在液压马达和泵之间有一个调节阀，当转鼓转速降低、离心力降低时，调节阀可以调节液压介质的进给量，从而使差速器装置的扭矩降低。（4）可控制扭矩的感应电磁式差速器感应式螺旋输送器的电机直接或间接与螺旋输送器相连，感应式电

36、机由一个速度扭矩控制器控制。速度扭矩控制器有一个测速计，该测速器分别连接着螺旋输送器和转鼓，以测量转鼓和螺旋输送器的速度。速度扭矩控制器还包括一个矢量控制反转器，它可以独立的控制感应式螺旋输送器电机的励磁电流和转矩电流。矢量控制反转器可以根据测速器的速度状态对电机的转速做出相应的调整，并是扭矩保持不变。也就是说如果螺旋输送器的扭矩增大，则差转速增大，固体的传输速度增大，物料的处理速度加快。相反的，如果螺旋输送器的扭矩减小，差转速减小，使得固体的输送速度减小，所以物料的处理速度变慢。因此，使固体在转鼓内的停留时间变长，固结作用增强，从而达到使扭矩保持恒定的目的。该技术的优点在于螺旋输送器的独立旋

37、转，与转鼓没有任何动力学上的联系，英雌并不需要齿轮差速器和液压马达，减轻了整个设备的重量，使得速度扭矩控制器可以对速度和扭矩进行精确的控制，该装置并不需要过载保护装置。感应式电动机进行单独的支撑，因而可以提高轴承的使用寿命。 1.4课题来源 本课题为学校命题。立题依据为：近年来河流湖泊有各类浮躁生长，污染了水源，破坏了环境，由于浮躁细小，一般的分离设备不能适用于藻水分离，因此需要一种高效率的分离设备。1.5课题研究的内容和意义 本课题所研究的卧螺沉降离心机主要用来分来河流湖泊中的各类浮躁物尤其是蓝藻。由于蓝藻的密度比水的密度小，蓝藻漂浮在水面上，因而要对现有的离心机结构进行适当的改进，而且所采

38、用的是双电机驱动。脱水前蓝藻中的含水量达70%80%左右，而经过离心脱水后，滤饼即蓝藻渣中含水量为10%。本文作者绘制了双驱动卧式螺旋离心机300其中包括螺旋输送器以及转鼓等主要零部件，对卧式螺旋离心机的内部结构达到了很熟悉的程度，查阅了国内外大量的相关文献，了解了有关卧螺沉降式离心机的理论分析和研究成果，包括一些在理论和结构上有创新的专利文献。这些有助于熟悉卧螺沉降式离心机的整体结构和具体部件，为本课题的开展准备了理论基础和实践基础。双驱动卧螺沉降式离心机300750技术特性如下表所示：转鼓端电动机功率KW 工作介质蓝藻浆液螺旋端电动机功率KW转鼓最大直径mm300转鼓转速rpm2700分离

39、因素1200螺旋输送器差转速rpm20主轴承跨距mm最大处理能力/ h10设备总重量Kg 由于本课题所采用的是双电机驱动，一个电机直接与转鼓相连，带动转鼓转动；一个电机与螺旋输送器相连，带动螺旋输送器转动，二者互不干涉，但转速不同，两者存在转速差，从而实现推料卸料并最终完成分离。也正因为这个转速差的存在，从而整体结构中就不需要差速器结构了。更者，两个电机可以分别独立的通过变频器控制，调节转速，而且还可以连接PLC控制面板，自动实现过载保护，从而也就不需要过载保护装置了。因此，这两个电动机，包括功率、转速、结构以及与转鼓和螺旋输送器的连接等成为本课题设计的关键所在。本文从转鼓和螺旋输送器的结构开

40、始着手，分别计算出各自所需转速和在运转过程中所消耗的功率，兼并考虑整体结构的尺寸要求，正确选择这两个电动机。振动问题是离心机械常见的问题，严重时影响机器设备的正常工作。因此，对其进行分析计算是非常必要的。在对卧式螺旋离心机的振动进行分析计算时，采用PRO/E建模，在该模型的计算分析里面找出重心位置，以及相应的参数。本课题的一个难点是：对已有的模型进行分析计算，虽然目前有许多商业软件适合转子动力学的分析，但由于该卧螺沉降式离心机的结构特点，用这些软件来计算卧螺沉降式离心机整机的动力特性并不完全适合，不是软件本身的缺陷，就是目前没条件应用一些软件。对比之下，本文最终通过PRO/E里的“高级仿真”即

41、有限元分析来完成计算和分析。当前，离心机已成为固液分离技术的主要设备之一，因此，对离心机的使用也提出了许多更高的要求，要求其适应于更多种类的物料，型号、规格更具多样性，尤其是其自动化程度及生产能力都应当有大幅度的提高。近几年来看，我国已经加入世贸组织，离心机的国内外市场必将前景广阔，同时，对离心机的技术理论的合作与交流也必将越来越多，这正是对离心机理论和实践发展难得的契机。随着离心机应用市场容量的不断扩大，卧螺沉降式离心机的应用也必将越来越广。研究、开发这种离心机，不仅可以从实践上积累更多的经验，在理论研究上必将为设计制造部门提供可靠的理论依据和计算方法，这正是本文研究的目的和意义所在。第2章

42、 离心机整体结构的设计2.1 转鼓的设计2.1.1 计算数据及参数选择由设计要求知：转鼓的最大直径D=300mm，最大长度L=750mm，则长径比为L/D=2.5。取转鼓的最大转速为n=2700r/min，则角速度，分离因素为根据脱水区的影响因素，转鼓半锥角取，取20r/min。如图2-1所示，取转鼓圆锥小端出渣口半径=90mm，沉降区半径=120mm，转鼓半径为=150mm，则 0.8 图2-1 转鼓结构简图2.1.2 转鼓的强度计算 圆筒形转鼓壁厚为 圆锥形转鼓壁厚为 本设计中，转鼓的圆锥形大口处周向应力最大，故壁厚按大口处计算，因此，按圆锥形转鼓壁厚计算得：式中，R为转鼓的内半径；K为转

43、鼓中物料的填充系数， 为焊缝的强度系数； 为转鼓壁材料的许用应力； 为转鼓的半锥角。许用应力选取下列两值中的较小者： ; 式中， 为设计温度下材料的屈服极限； 为设计温度下材料的强度极限； 为屈服极限的安全系数，一般为22.5； 为强度极限的安全系数，一般为3.54。本设计中，转鼓材料为，密度Kg/，焊缝系数为 ，蓝藻密度 950Kg/，转鼓的内半径为R=0.15m，转鼓半锥角为，角速度282.6rad/s。根据圆锥形转鼓壁厚计算公式：式中，；;转鼓的许用应力计算如下：由机械手册查得： ；取 ；则 ；取最小值 ，并将上述各值代入壁厚计算式，则得：根据钢板的标准厚度，考虑到圆筒及圆锥部分的加工制

44、造方便、腐蚀裕量以及本文要求的尺寸结构等因素，取 。经过PRO/E建模，转鼓的实体结构如图2-2所示：图2-2 转鼓的实体模型对其进行有限元分析，应力分布如下图2-3所示：图2-3 转鼓有限元分析可知，其强度基本符合要求。2.2 螺旋输送器的设计 螺旋输送器主要由内筒和螺旋叶片组成。2.2.1 内筒的设计 内筒的结构简图如下图2-4所示。由于螺旋输送器是安装在转鼓内部的，因此，根据转鼓的尺寸以及整体的结构，基本确定内筒的尺寸如下图所示，取其壁厚也为10mm，内径为140mm。内筒选用的材料与转鼓相同，也为，则根据转鼓的强度计算公式亦可知内筒强度符合要求。在此不做具体计算校核，下文将对其进行有限

45、元分析，以检验强度是否真正达到要求。图2-4 内筒的结构简图2.2.2 螺旋叶片的设计现今的卧螺离心机设计中，直段和锥段的螺旋一般采用等螺距，其所采用的螺旋输送器等螺距设计技术，虽然满足沉渣在螺旋干燥段通过的空间变小，但其空间变小的趋势太慢，导致其沉降效果大大降低；尤其是对于难分离的物料或当物料含固量低的时候，卧螺离心机的脱水后沉渣含水量较高，很难达到处理要求。为此，本文在现有结构的基础上加以改进：螺旋叶片由两部分组成：直段部分和锥断部分。直段部分螺旋螺距为一定值，螺距S一般按S/D取0.20.5，这里取S=63mm，螺旋角。锥段部分螺距也为一定值，但螺距比直段部分小，本文取31mm。 螺旋叶

46、片的外圆轮廓线与所对应的配套转鼓的转鼓的内壁平行，即要求螺旋叶片的母线与转鼓锥段母线垂直，且螺旋叶片与所对应的转鼓内壁的间隙不小于2mm，但由于本文分离的对象是蓝藻浆液，蓝藻渣的密度比水的密度要小，是漂在水面上的，因此在沉降区，水靠近转鼓的内壁，蓝藻渣在远离转鼓内壁上，故而螺旋叶片与所对应的转鼓内壁的间隙取最大为10mm。 这种卧螺离心机输送结构，通过对于干燥区的螺旋输送器锥段部分采用减小螺距的办法，使得沉渣在干燥区通过的空间比直段部分大大减小；且沉渣除受到径向的离心机压迫外，还受到螺旋输送器对它的双轴向挤压力，蓝藻在干燥区内受到更充分的挤压后将其内部的水分挤出，沉渣含水量又大大的降低，提高了分离效果。目前所使用的叶片如下图2-5所示，螺旋输送器通过叶片把物料均恒的从底端推到顶端出料，当前卧螺离心机的叶片主要是用不锈钢制作的，经退火或固溶处理后直接焊接在内筒外圆柱面上的，然后直接用于生产大大减短了卧螺离心机的使用寿命，特别是对具有耐磨的腐蚀性物料，根本不能用普通的卧螺离心机进行分离，对卧螺离心机的推广运用起了关键性的扼止作用。 图2-5 改进前结构