卧式螺旋离心机设计计算说明书

推荐精选800卧式螺旋卸料离心机设计摘 要:卧式螺旋卸料沉降离心机是一种广泛应用于过程工业的分离悬浮液的离心分离机械。其具有连续操作、处理量大、耗电量低、适应性强等特点，是工业上主要的分离设备之一，现已被广泛应用于化工、石油提炼、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、环保、军工等各个领域的固液分离。本课题的任务为设计转鼓直径为800mm的卧式螺旋卸料沉降离心机。本文首先对卧式螺旋卸料离心机工作原理和主要部件结构作了一定的介绍；对整体进行了的结构性设计，对一些主要部件进行了重点设计，如转鼓、螺旋等，对关键设备差速器进行了设计选型；对该离心机的主要部件，包括转鼓，螺旋支承轴的强度进行了校核；最后对当今国内外卧式螺旋离心机的研究发展状况进行了总结和展望。关键词：卧式螺旋卸料沉降离心机；设计计算；分离；转鼓；转子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, ithas acontinuous operation, large capacity, low power consumption, adaptabilityand 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 conductedon the overallstructuraldesign,especially focus on some major designcomponents, such asdrum, screw and so on,the key equipment differential mechanism has been designed and chosen;the strength check of thecentrifuge, includingdrum, screwsupport 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 录摘 要. I1 绪论.11.1离心机的应用及其发展.11.2离心机的分类.11.3离心沉降.21.3.1离心沉降分离技术的基本原理.21.3.2离心沉降分离机的种类.31.4螺旋卸料沉降式离心机.41.4.1螺旋卸料沉降式离心机的概况.41.4.2卧螺离心机的工作原理.51.4.3卧螺离心机的主要优缺点.61.4.4螺旋卸料沉降式离心机国内外研究现状.72卧螺离心机的主要参数及基本构件.82.1分离因数.82.2主要部件.92.2.1转鼓.92.2.2螺旋输送器.102.2.3差速器.112.3螺旋卸料沉降离心机的技术参数选择.122.3.1转鼓直径.122.3.2转鼓长度.132.3.3转鼓转速.142.3.4转鼓半锥角.142.3.5池深与转鼓半径比.142.3.6螺旋输送器.152.3.7生产能力.153.生产能力计算154传动设计184.1螺旋卸料离心机差速器.184.2渐开线行星齿轮差速器形式的选择.184.3NC系列齿轮行星差速器的结构原理194.4NC系列行星齿轮差速器的基本参数205卧螺离心机物料输送的功率计算205.1启动转鼓等转动件所需功率205.2启动物料达到工作转速所需功率215.3克服轴与轴承摩擦所需功率225.4克服空气摩擦所需功率235.5卸出物料所需功率235.5.1圆锥形转鼓段推料功率计算.245.5.2圆柱段转鼓推料消耗功率计算.245.6卧螺离心机功率确定.256.强度计算266.1转鼓强度计算.266.1.1圆柱形转鼓强度计算.266.1.2圆锥形转鼓强度计算.286.2轴的强度校核.30参考文献.341 绪论1.1离心机的应用及其发展离心分离是利用离心力对液-固、液-液-圈、液-液等非均相混合物进行分离的过程。实现离心分离操作的机械称为离心机 1 。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，具有连续运转、自动遥控、操作安全可靠和占地面积小等优点。因此，自1836年第一台工业用三足式离心机在德国闯世，迄今一百多年以来己获得很大的发展。各种类型的离心机品种繁多，各有特色，并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，专用机种越来越多。现在，离心机己广泛用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域 2 。例如：湿法采煤中粉煤的回收，石油钻井泥浆的回收，放射性元素的浓缩，三废治理中的污泥脱水，各种石油化工产品的制造，各种抗菌素、淀粉及农药的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造，织品、纤维脱水及合成纤维的制造，各种润滑油，燃料油的提纯等都使用离心机。离心机己成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。例如：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世纪之后，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，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分离机，到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有了进一步的发展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。离心机的结构、品种机器应用等方面发展迅速，但理论研究落后于实践是个长期存在的问题。目前在理论研究方面所获得的知识，主要还是用来说明试验的结果，而在预测机器的性能、选型以及设计计算，往往仍要凭借经验或试验。但随着现代科学技术的发展，固-液分离技术越来越受到重视，离心分离理论研究迟缓落后的局面也在积极扭转。1.2离心机的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 3 。而与其相应的机种可区分为过滤式离心机和沉降式离心机,具体分类如图1.1所示。图1.1 离心机的分类1.3离心沉降离心沉降由三个物理过程组成 4 ，即：固体的沉降，按照介质对其中物体运动阻力的流体离心进行；沉渣压实，按照分散系得离心规律进行；从沉渣中排出部分由分子力所保持的液体。离心沉降理论，是由安布勒(Ambler)于1952年首次提出，其后又进行了更深的探讨。1.3.1离心沉降分离技术的基本原理离心沉降在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关，并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值可随回转角速度和回转半径r的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作适用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离。图1.2 离心沉降分离原理图 离心沉降离心沉降它是利用混合物各组分的质量不同，采用离心旋转产生离心力大小的差别，使颗粒下沉而液体上升，达到清洁、分离目的的方法。组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到分离的沉降操作。当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物（固体颗粒或液滴）在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。此时，颗粒或液滴受三个径向作用力：惯性离心力，式中为颗粒质量；为回转角速度；r为旋转半径。浮力(方向与惯性离心力相反)。流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力。颗粒在此三力的共同作用下,沿径向向外加速运动。对于符合斯托克斯定律的微小颗粒，径向运动的加速度很小，上述三力基本平衡。离心沉降同一颗粒在相同介质中分别作离心沉降和重力沉降时,推动颗粒运动的惯性离心力与重力之比称为离心分离因数，它是反映离心沉降设备性能的重要参数。1.3.2离心沉降分离机的种类(1)旋风分离器含尘气体由矩形进口管沿切向进入器内,在器壁的作用下作圆周运动。颗粒被惯性离心力抛至器壁，并汇集于锥形底部的集尘斗（灰斗）中。净化了的气体从中央排气管离去。旋风分离器的分离因数约为52500，一般可分离575m的细小尘粒。旋风分离器构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，广泛应用于很多工业部门，用于除去气体中的粉尘，或从气体中回收有用粉料。 (2)旋液分离器其构造和工作原理与旋风分离器基本相同，主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗粒的水力分级。(3)螺旋卸料离心机在长锥形转鼓内装有螺旋推料器，料浆加在转鼓中部，澄清液从转鼓大头端面的窗口溢出，沉积在转鼓内壁的沉淀，由螺旋推料器推向转鼓小头，经沥干后卸出。此机适宜于处理细分散悬浮液，能获得含水率较小的固体沉淀。(4)碟式分离机在转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为0.20.6m，碟片数为50100。转鼓转速为47008500r/min，分离因数可达400010000。碟式分离机可用于分离乳浊液(如油料脱水等)，也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体。(5)管式高速离心机采用长径比很大的管状转鼓，以便增加转速，提高分离因数。此种离心机的转速通常高于15000r/min，分离因数可达12500。主要用于含细小液滴的乳浊液分离和含少量微细颗粒的悬浮液分离。1.4螺旋卸料沉降式离心机1.4.1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、螺旋推进器卸料的离心机，螺旋卸料沉降式离心机分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。现该离心机已广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程。它利用离心沉降法来分离悬浮液，能连续操作、处理量大、无滤布和滤网、单位产量的耗电量较少、适应性强、维修方便、能长期运转。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。真正现代的有实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螺离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。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。八十年代我国就开始测绘，己测绘德国FIOTTWE公司、美国SHAPLESS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。现国内己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等。随着工业的飞速发展，各行业对高精度、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，结构紧凑，占地面积积少等特点，因此应用越来越广泛。目前其发展速度很快，但从总的趋势看；(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,长径比为4.7。(2)为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转速度方法，如阿法拉法公司生产的4500离心机，转鼓直径310mm，转速达7600r/min，这样高的转速，目前我国还不能达到。(3)目前国外离心机正朝着机电一体化方向发展，己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。1.4.2卧螺离心机的工作原理卧螺离心机的工作原理如图1.1、图1.2所示，电机通过大、小端带轮分别带动转鼓、差速器旋转，高速旋转的转鼓内有同心安装的具有螺旋叶片的推进器，转鼓由轴承座支撑。转鼓通过右轴承座处的空心轴与差速器的外壳相连接，差速器的输出轴带动螺旋输送器与转鼓同向转动，但转速不同，其转差率一般为转鼓转速的0.23%。需分离的物料从进料管进入机内，经过螺旋输送器进到转鼓内。在离心力的作用下，转鼓内形成一个环形液池，重相固体粒子离心沉降到转鼓内表面上而形成沉渣，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。沉渣从小端排渣孔排出。在转鼓的大端盖上开设有若干个溢流孔，处理后的液体从此处排出。大端溢流孔位置可以安装可调节的溢流挡板，通过调节溢流口位置、机器转速、转鼓与螺旋输送器的转速差、进料速度就可以改变沉渣的含湿量和澄清液的含固量。图1.1 卧式螺旋沉降式离心机简图图1.2 卧式螺旋沉降式离心机转鼓简图1.4.3卧螺离心机的主要优缺点(1)优点自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转，维修方便。应用范围广。它能完成下列分离过程：a.固相脱水 对易分离物料，其脱水效果与过滤式离心机一样好。对含有可压缩固相的悬浮液，在过滤离心机上分离效果很差，甚至无法分离；用卧螺离心机能完成此分离过程。b.液相澄清 它对液相的澄清效果虽然不如分离机，但是可获得比分离机干得多的沉渣，而允许的悬浮液固相浓度比分离机高的多。c.可分离固相重度比液相轻的悬浮液 通常这种物料是用过滤式离心机来分离的，但是当固相是可压缩的物料或滤布清洗、再生有困难时，只有依靠这种结构上稍加改进的离心机进行分离。d.液-液-固分离 固相含量大于14%的液-液-固混合物，在碟式分离机上就难以分离。一般分离这种物料要先进行液-固分离，再进行液-液分离。然而，用卧螺离心机可以直接把固相和轻、重液相一次分离。e.粒度分级通过卧螺离心机可以将固相按颗粒大小进行分级。对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围较广，并且在颗粒大小不均匀的条件下，能照常分离得很好。能适应各种浓度悬浮液的分离，浓度的波动不影响分离的效果。结构紧凑、易于密封，某些机型能在高压和低温条件下操作。单机生产能力大(当量沉降面积可达10000，生产能力可达190)，分离质量比较高，操作费用的，占地面积小。(2)缺点沉渣的含湿量一般比过滤离心机稍高，大致与真空过滤机相等。沉渣的洗涤效果不好。结构比较复杂，造价高。1.4.4螺旋卸料沉降式离心机国内外研究现状螺旋卸料沉降式离心机是高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料的离心机，螺旋卸料沉降式离心机分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，现该离心机己广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程。利用离心沉降法来分离悬浮液，能连续操作、处理量大、无滤布和滤网、单位产量的耗电量较少、适应性强、维修方便、能长期运转。伴随着我国经济的迅速发展，螺旋卸料沉降式离心机有着广阔的市场。例如：城市的建设得到了迅速发展，城市的规模扩大，人口增加，水环境污染成了一大难题。据专家统计，我国城市污水排放量年增加为3亿立方米左右，加快城市污水厂的建设步伐势在必行。城市污水处理厂的污泥脱水设备应用比较广泛的是带式压滤机和螺旋卸料沉降式离心机。但是，由于螺旋卸料沉降式离心机的技术明显优予带式压滤机，螺旋卸料沉降式离心机将逐步取代带式压滤机。1954年国际上出现了真正具有现代实用价值的第一台螺旋卸料沉降式离心机。根据不同的分离物料，设计者根据物料特点进行专门的设计。现就不同的应用领域，已有相应的螺旋卸料沉降式离心机出现，在国际上，该技术已相当成熟。处理气一液-固三相混合物的螺旋卸料沉降式离心机、处理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式离心机、粒子分级用螺旋卸料沉降式离心机、逆流洗涤螺旋卸料沉降式离心机、并流式螺旋卸辩沉降式离心机、污泥脱水用螺旋卸料沉降式离心机。在国际上的发达国家，污泥用的螺旋卸料沉降式离心机已标准化、系列化。近几年还在其结构上根据应用的实践进行了许多改进，出现了一些新的结构设计方面的专利。例如最近推出了一种叫“NOXON”的螺旋卸料沉降式离心机，它的适应性非常强，能处理多种不同尺寸和形状大小的材料，操作方便，用计算机控制。瑞典阿尔法公司新开发的NX型螺旋卸料沉降式离心机，其结构尺寸根据不同尺寸、形状的颗粒而调整其型号，还可以根据新的材料要求，设计新的螺旋卸料沉降式离心机。它的动平衡和静平衡处理非常好，能在负载下高速运转，其输入和输出口的设计有效地防止物料阻塞。该螺旋卸料沉降式离心机与固体物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨损，旋转部位用不锈钢材料，使整个运转过程处在一个封闭的系统里，其自动装置充分保障了工作安全。该卧螺离心机能有效分离纤维、粒子等，其处理颗粒的尺寸范围可从1微米到5毫米，而且处理量大，能达到每小时200立方米流量。瑞典阿尔法在螺旋卸料沉降式离心机的理论研究和制造设计已经处于世界先进水平，从螺旋卸料沉降式离心机的结构设计、使用材料、防腐措施、应用范围、自动控制和密封装置研究的都很透彻。因此，它的机械设备广泛应用于世界各地的各个领域。国外较著名的离心机生产商有德国FIOTTWE公司、美国SHAPLESS公司、法国GUINARD公司、瑞典ALFA-Laval公司等。我国在螺旋卸料沉降式离心机的理论研究方面也取得了相当不错的进展。80年代，我国开始重视螺旋卸料沉降式离心机的发展，一些科研工作者开始研究国外螺旋卸料沉降式离心机的发展动态，机械工业部通用机械研究所翻译了大量英文和俄文资料，为我国卧式螺旋沉降离心机的设计提供了理论基础。我国在九十年代已能自己研制生产螺旋卸料沉降式离心机，国家在1979年便在工厂进行螺旋卸料沉降式离心机的生产，成功的生产出WL200，WLl000，LWB500，LWG500等型号的产品。重庆江北机械厂是国家最早投入螺旋卸料沉降式离心机生产厂家之一，为我国第一批螺旋卸料沉降式离心机生产作出了较大贡献，为我国离心机理论提供了不少数据和实验。现在该厂引进法国坚纳公司技术，并严格按法国坚纳公司技术标准生产具有国际水准的新产品D（LW）系列产品。该系列产品性能卓越具有完善的工作特点和传动装置，它的差速器可实现无级变速，它是与计算机完美结合的典型，在计算机的屏幕上，我们可看到其主要参数，其自动装置和密封系统也比较先进。金华铁路机械厂通过二十多年的研制生产，也拥有比较雄厚的技术力量，该厂设计制造的螺旋卸料沉降式离心机是在引进、消化、吸收国外先进分离机械的基础上，结合我国石油、地质勘探的需要而研制开发的系列产品，近来己推出最新机型LW355x1460，LW400x860，LW500xl250，LWG500x1250。它们的主要特点是能去除泥浆中的有害粗颗粒，调整泥浆比重，降低粘度，其LW500x1250，LW500x1250的最大处理量能达到50立方米。1958年成立的上海离心机研究所，近些年来通过与国际著名离心机制造公司的密切合作，己生产出大长径比的螺旋卸料沉降式离心机系列产品，使转鼓的沉降区域物料分离时间延长，从而显著提高固液分离效果，并在此基础上成功的研制了国内第一套污泥脱水成套设备和首辆污泥脱水成套设备工程车；一些高等院校也在这些方面做了不少工作。2卧螺离心机的主要参数及基本构件2.1分离因数 被分离的物料在离心力场中所受的离心力和它所受的重力的比值，称为分离因数，即：式中 离心力场中物料的质量（kg） 转鼓角速度：=157 rad/s 转鼓内半径： =400将上述各数据代入可得分离因数：2.2主要部件2.2.1转鼓转鼓部件是卧螺离心机的主要部件。转鼓的结构、形状和参数在很大程度上决定了离心机的特点和工艺效果，卧螺离心机可以按转鼓的形状分为圆柱形、圆锥形、圆柱-圆锥形和双锥形等类型 5 - 6 。转鼓的参数一般包括最大内直径、总长度、锥形部分的锥角和溢流环的直径等。图2.1 转鼓结构图转鼓部件主要包括：转鼓筒体2和大小端盖4、1(包括液位调节装置5) 7 。其结构见图2.1。转鼓简体转鼓简体初期的形状为锥形，以后出现柱-锥形。后者与锥形转鼓相比较，柱-锥形转鼓能大大增加液池的容量，从而提高澄清效果。但是有的螺旋离心机仍然采用圆锥形转鼓，因为它适用于在脱水的同时还需按粒度大小将物料分类的情况。转鼓简体锥形部分的筒壁磨损比较大。为了减少转鼓的磨损，在其表面沿母线方向塞焊若干筋条，这不仅能促使在转鼓上形成由沉渣构成的密实保护层，而且可以改善螺旋对沉渣的输送作用，防止沉渣在转鼓圆周上打滑。转鼓圆锥部分的小端，对称地布置有沉渣卸出孔。出渣孔一般有三种形式：径向的、轴向的，半轴向半径向的。径向出渣孔结构简单；轴向出渣孔可增加转鼓的有效工作长度，不积渣；后者介于前二者之间。为了保护卸渣孔免于磨损，卸渣孔内可安装硬质合金保护衬套。卧螺离心机转鼓的参数一般包括最大内直径、长度、锥形部分的锥角和溢流直径卧螺离心机转鼓最重要的、而且有代表性的参数是最大内直径，这一参数通常列入离心机的型号。离心机的系列化也是以转鼓最大内直径作为主要参数来制定的。转鼓的最大内直径和转鼓的转速决定了离心机分离因数的大小。转鼓体的全长同最大直径的比(称为长径比)也是很关键的参数。对于易分离的物料，长径比为12，一般在1.5左右；对于难分离的物料，长径比为2.54，一般在3左右；长径比超过4时，在制造上有困难，但它是未来发展的方向。2.2.2螺旋输送器螺旋输送器是螺旋卸料离心机的主要部件，它能连续地把沉渣送至排渣口并排出机外，它的结构、材料和参数不仅关系到离心机的生产能力、工作寿命，而且还关系到分离效果的好坏 8 - 9 。螺旋输送器的筒体与转鼓同心安装在轴承上，螺旋输送器边缘所形成的回转外廓通常同转鼓的形状相同。即有单锥、筒锥、双锥等形式。为了输送沉降在转鼓内表面的物料，螺旋与转鼓以相同的方向旋转，但转速不同(一般转差为转鼓转速的0.23%)，此转差是由行星差速器来实现的。螺旋输送器一般由螺旋叶片、内筒、加料隔仓、左右轴颈等组成(图2.2)。图2.2 连续整体螺旋部件示意图图2.3内筒是柱-柱的螺旋螺旋输送器推料叶片的形式很多，有连续整体螺旋叶片、连续带状螺旋叶片喝间断式螺旋叶片等。最常用的是连续整体式螺旋叶片，这种螺旋叶片制造比较容易，同时亦适用多种物料分离。螺旋叶片头数，根据使用要求可以是单头螺旋、双头螺旋、也可以是多头螺旋。与单头螺旋相比，双头螺旋能保证沉渣在转鼓内较均匀地分布，运转平稳，并且双头螺旋有较高的沉渣输送能力。脱液型螺旋卸料沉降离心机一般采用双头螺旋，而澄清型离心机大都采用单头螺旋。内筒一般是焊接或铸造而成的空心筒体。内筒的形状一般有单锥、柱-锥或由大小柱筒组合而成的形式，筒内用横隔板分隔成一个或两个以上有加料孔的加料隔仓，以适应因液层深度改变后，沉降区长度的变化而引起加料位置的变化。这是因为过去认为最适宜的加料位置是在脱水区与沉降区的交界处。但目前认为加料位置放在转鼓柱锥段交界处较适宜，可避免对沉渣的冲刷，分离效果反而更好。这样，不管液层深度如何变化，只有一个加料位置，只需一个加料隔仓，可简化内筒结构。螺旋叶片材料一般与转鼓材料相同。但是，当分离物料中的固体粒子磨蚀性很大时，叶片表面很容易被磨损。螺旋叶片磨损后，通常会使螺旋的输渣能力降低，造成沉渣含湿量增大。如果沉渣与螺旋叶片的摩擦力大于沉渣与转鼓内表面的摩擦力，则沉渣就粘附在螺旋叶片上并和螺旋一起旋转，于是沉渣就不能从转鼓中卸出，并逐渐塞满转鼓。为防止这种现象发生，就要求叶片材料必须具有高的硬度和耐磨性，提高螺旋叶片表面的硬度和耐磨性。2.2.3差速器差速器为行星轮减速器，它由外转子通过空心轴带动旋转，使螺旋推料器的转速比锥形转鼓快一定的转速，这个差值一般是转鼓转速的0.2 3% ，通常称为差转速 10 - 11 。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动，因而螺旋推料器可以推送固体物料。当悬浮液从右端进料连续加入时，由于转鼓回转产生的离心力的作用下，物料聚集在转鼓大端，形成一沉降区。在沉降区里，悬浮液中的固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上，并被螺旋推料器送到转鼓小端的干燥区，最后从卸渣口甩出。锥形转鼓大端的端面上开有圆形口，达到一定的深度的澄清液从溢流口流出，这样就实现了固、液的分离。图2.4 差速机构运动简图2.3螺旋卸料沉降离心机的技术参数选择一般而言，离心记得技术参数是根据分离过程的要求和经济性原则，综合平衡各种因素而进行选择的。螺旋沉降离心机的技术参数包括(1) 结构方面的参数：转鼓内直径D、转鼓总长度L、转鼓半锥角、转鼓溢流口处直径、螺旋的螺距S或升角；(2)操作方面的参数：转鼓的转速n或角速度、转鼓与螺旋的转速差。选择和确定合理的技术参数是设计螺旋沉降离心机的首要任务。选择这些技术参数的依据是：悬浮液的特征、处理量、分离效率的要求、沉渣产量、渣含湿量、输渣功率等。在诸多参数和因素中，必须首先解决主要参数的确定。2.3.1转鼓直径转鼓直径D的确定要考虑离心机系列型号的标准尺寸，单机生产能力的物料性质。转鼓直径是系列型号的主要尺寸数据。系列中转鼓直径的数值是从优先数系中，选取几何级数公比来确定的。在L/D一定情况下，生产能力大致与成正比。本设计中转鼓直径：D=800mm 转鼓形状：柱锥形 材料：0Crl8Ni9不锈钢2.3.2转鼓长度转鼓长度L 按长径比值来确定。转鼓体的全长同最大直径的比(称为长径比)也是很关键的参数。对于易分离的物料，长径比为12，一般在1.5左右；对于难分离的物料，长径比为2.54，一般在3左右；长径比超过4时，在制造上有困难，但它是未来发展的方向。现取长径比=3.2，则转鼓长度 =8003.2=2560 mm当转鼓直径D、总长度、锥段小端出渣口直径D3 一定时，沉降区长度受液层深度h和半锥角变化的影响。如图2-3所示当L、不变，将实线所示的、h改为虚线所示尺寸时，可以看出沉降区长度的变化是很大的。因而h值和角值的选择对悬浮液处理能力有影响。图2.5 ，h值对沉降区长度的影响示意图 柱锥段总长度：柱筒段沉降区长度锥段长度锥筒段沉降区长度物料环内径转鼓内径：锥段小端出渣口半径液层深度：圆锥段半锥角从图2.5可知 柱筒段沉降区长度： 式中，一般常用值=0.60.7，取=0.65 将上述各数据代入可得：锥段小端出渣口半径： 柱筒段沉降区长度（即转鼓柱筒段长度）：则转鼓锥段长度 ： 液层深度h=50mm 则物料环内径：锥筒段沉降区长度：则沉降区长度： 2.3.3转鼓转速参考工业LW-800型离心机，转速范围 12502000 r /min 又因转鼓材料为1Crl8Ni9Ti不锈钢，这种材料的各种转鼓直径的最大允许转速和分离因数如下表2-1所示。表2-1 最大允许转速和最大分离因数D(mm)3504506008001000（r/min）4100320024001800140033002350190014001150现选取转速n=1500 r /min 2.3.4转鼓半锥角一般取取值范围518；8为推送较难输送的沉渣。 本设计选取半锥角：=72.3.5池深与转鼓半径比规定范围为0.050.2，现取0.1。2.3.6螺旋输送器选择连续整体螺旋输送器，左旋，双头螺旋。2.3.7生产能力 表2-2 螺旋沉降离心机的生产能力范围系列LW-200LW-350LW-450LW-600LW-800LW-1000生产能力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考虑的，当 =4时，值可以提高20-30% 参考上表，生产能力范围 设计参数汇总：表2-3 基本参数及主要计算数据基本参数单位内容转鼓转速r/min1500差转速r/min30转鼓大段内径mm800转鼓长度mm2560长径比3.2半锥角7沉降区长度mm1989转鼓直段长度mm1582转鼓锥段长度mm978物料粘度cp0.81物料固相密度kg/m1600物料液相密度kg/m1360物料颗粒度m15300螺旋螺距mm2003.生产能力计算离心沉降过程涉及液体在转鼓内的流动过程、悬浮液中的固相粒子在转鼓内的沉降过程、沉渣的输送和脱水过程，这些过程对沉降离心机的生产能力和技术参数的选择有重要的影响 12 - 13 。虽然对这些问题都进行过许多实验性和理论性的研究，但由于悬浮液物料的多样性及悬浮液固相粒子分布的多变性，因此至今还没有找到能够精确计算沉降离心机生产能力和沉渣最终含湿量的可靠公式。在生产实践中广泛采用小型实验离心机试验，取得实验数据后，再进行模拟放大。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，前者由于不同的流动理论而有不同的计算方法，因而得出不同的生产能力计算方法。(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。本设计以理论计算卧螺沉降离心机的生产能力。理论是由安布勒(Alnblor)于1952年提出的，由于其表达式简单，概念明确，一直沿用至今 14 - 15 。在保证具有一定澄清度条件下的生产能力()，按照理论，对于具有圆锥形转鼓的螺旋型离心机，实际生产能力的计算公式可表达为： （3-1） 图3.1 螺旋型离心机转鼓剖面示意图式中 修正系数： ；当量沉降面积，对于卧螺离心机，可近似表达为 17 ：给定液体中作沉降式的极限沉降速度：固相密度：=1600液相密度：=1360两相密度差沉降区的有效长度：=1989；临界粒径：=15； 液相粘度：=0.81圆柱段转鼓长：=1582圆锥段转鼓长：=978转鼓角速度：=157rad/s则，将上述各数据代入各式可得：修正系数： 重力沉降速度：带有修正因子的计算公式：考虑到叶片所占空间会降低沉降固相所需时间，故修正因子=0.94。再考虑到转鼓由螺旋推进器输送的沉渣也要排开体积与其相等的液体，故第二修正因子被取成：=0.67(柱-锥形)因而，对柱锥形螺旋，实际当量沉降面积公式为： 将上述各值代入式（3-1）即可得离心机的生产能力：则可知本项目的离心机生产能力为：=40则，进料口直径计算公式可表达为： 式中 生产量： = 40 物料流速：=1.5m/s；则，将上述各数据代入可得进料口直径：圆整后为100查化工原理16附表二十四（管子规格）公称直径 ：100外径 ：114壁厚 ：44传动设计4.1螺旋卸料离心机差速器在螺旋卸料离心机中，离心沉降分离出的沉渣沿转鼓内壁上的纵向移动，是靠螺旋相对转鼓导前或滞后的旋转运动来实现的。为了保证转鼓和螺旋以不同的角速度同向回转，并得到最佳的转差值，因此，螺旋卸料离心机从电动机到工作机之问都需要一个传动装置，已不再采用简单传动组成的开式运动链。因转鼓、螺旋分别用不同的电动机通过简单传动驱动，并以一定转差同向回转时，两者运动链互不相连，不能形成封闭运动链，这就导致要求电动机容量很大，并耗费较多的能量，同时还将使传动装置趋于笨重。为了避免功率上的大量损失，以及得到紧凑的轻结构，故现代螺旋卸料离心机的传动装置都广泛地采用了以行星传动为基础，由转鼓、物料和螺旋问形成的摩擦而构成的封闭运动链。差速器传动装置是螺旋卸料离心机中最复杂而又极为重要的部件，其性能和质量往往决定着整个机器的工作能力和可靠性。欲设计出体积小、重量轻、可靠耐用、效率高的差速器，就必须正确选择传动类型，精确合理地进行结构设计和强度计算，精密制造齿轮、行星轮轴承和转臂等主要构件，并严格进行动平衡，这样设计制造的传动装置，才能使螺旋卸料离心机在生产中得到正常的运转。渐开线行星齿轮差速器是现代螺旋卸料离心机中应用最广泛的传动形式。这种差速器的结构有2K-H、3K和K-H-V三种，其中以2K-H应用最多，3K次之。目前最典型的结构是双级2K-H型。4.2渐开线行星齿轮差速器形式的选择 渐开线行星齿轮差速器有各种型式，如2K-H、3K和K-H-V等。在特定的工作条件下，正确选择螺旋卸料离心机的差速器，是设计差速器必须首先解决的问题。 选择传动型式时，必须遵循一系列的准则，其中以传动的外廓尺寸、重量、效率、传动对制造技术的要求等，是选择传动型式的最重要的准则。螺旋卸料离心机上应用最广的试2K-HI型。当齿数比小于8时，适当选择行星齿轮数，且行星轮间负荷分配均匀时，2K-HI型的外廓尺寸和重量很小。在速度、功率和工作条件方面都没有限制。为了满足螺旋卸料离心机工艺上提出的要求，常设计成双极2K-HI型差速器。综上所述，欲得到外廓尺寸小，重量轻，效率高，制造、装配简单等优良指标的传动，根据选择传动类型式的准则综合考虑，推荐选用双极2K-HI型传动作为螺旋卸料离心机的差速器。因此本设计选用：表4-1传动型式传动比范围效率工作时最大功率备注2K-HI(二级)8600.970.996不限用于任何工作条件下的大、中、小功率传动。制造方便、轴向尺寸小。4.3 NC系列齿轮行星差速器的结构原理NC 型齿轮行星差速器由两级NGW 行星齿轮机构组成(图4.1) 25 - 26 ， 内齿圈B1， B2 连接的外壳和离心机转鼓固联，并与主传动皮带轮连接，输入主传动转速。 输出轴以花键轴头和离心机的螺旋卸料器轴连接，一级中心轮A1 由辅传动皮带轮通过扭矩离合器和输入轴! 输入辅传动转速，由行星轮架(系杆) X1 自带的二级中心轮A2 耦合到第二级行星传动机构，进一步减速输出。图4.1 NC差速器结构原理图主传动转速和辅传动转速的转速差为。若一级中心轮齿数为，一级内齿轮齿数为， 二级中心轮齿数为，二级内齿轮齿数为，则输出轴(即离心机的螺旋卸料器) 和转鼓的转速差为设计考虑了输出转速差小于2 r/ min 的情况，行星机构的传动比设计为35，57，93 和159几个公称传动比。当传动比大时，由于中心轮直径很小，行星轮个数受临界条件限制，因此i 57的情况，可采用2个行星轮，而其他采用3 行星轮结构。行星机构还有一个显著的优点，即可以根据实际需要，很方便地改变各级齿轮的配齿方案，得到所需的各种传动比。4.4NC系列行星齿轮差速器的基本参数NC 系列行星齿轮差速器的基本型式如图4.1这种差速器在国内生产的LW，WL 各种型式离心机上配套应用，经过长期运转考验，达到了较好效果。可配用的转鼓直径为180800 mm，转鼓转速35005500r/ min，输出差转速为280 r/ min，所配离心机的分离因素可达到44005500，具体性能参数如表4-2.因此，本设计选用NC4型。表4-2型号公称传动比i公称输出转矩/Nm输出轴最高转速/rmin-1驱动功率/kW适配主机转鼓直径/mm质量/kgNC157,96195055002.2426064NC257,93,1592600450035.536090NC357,933600400047.5500100NC457,96490035005.5118001705卧螺离心机物料输送的功率计算卧螺离心机的功率计算及电机选择是卧螺离心机设计中的重要组成部分。根据卧螺离心机的工作要求进行功率计算，可以合理地确定主、辅电动机的功率，选择电机及差速器。卧螺离心机的功率消耗与卧螺离心机的类型，操作方式和卧螺离心机的结构有关，一般情况下，卧螺离心机所需功率包括下几个方面：(1)启动转鼓等转动件所需功率；(2)启动物料达到操作转速所需功率；(3)克服轴与轴承摩擦所需功率；(4)克服转鼓，物料与空气摩擦所需功率；(5)卸出物料所需功率。5.1启动转鼓等转动件所需功率欲使卧螺离心机转鼓等转动件，由静止状态达到工作转速具有一定的动能，必须由外界作功，该功为 (5.1)式中 转动件线速度，m/s；转动件绕轴旋转的转动惯量，；启动转动件的平均功率，为： (5.2)式中 启动时间，s；转鼓角速度：=157 rad/s转动惯量计算：转动件的转动惯量，主要考虑转鼓、推进器、差速器皮带轮等质量较大、半径较大的转动件的转动惯量。此外还有一些较小的转动件，启动时也需要功率，可不逐一计算，只要将上述计算的功率增加10-20%即可。 式中 转鼓总质量，估算旋转件平均旋转半径，代入数值估算，转动件的转动惯量：=代入式(5.2)可得： (kW)由公式(5.2)可以看出，选择不同的值可计算出不同的启动功率。按启动时间计算所需启动功率如表5-1所列：表5-1 启动转动部件所需功率列表序号123456789203040506070809010074493730252119115155.2启动物料达到工作转速所需功率对于连续进料卧螺离心机，加入的物料被分离为沉渣和分离液等组分，可分别求出操作中每种组分所需的功率，然后求其和。假设某种分离操作，单位时间内排出的个组分中，各组分的质量为 (kg/s)，各组分在转鼓内卸出的位置半径为，则使加入物料达到工作转速所需的功率为： (kW) (5.3) 式中 单位时间被分离各组分处理量,固相：，液相：转鼓内各组分旋转半径：固相：，液相：物料被分离的组分数代入式（5.3）得： kW5.3克服轴与轴承摩擦所需功率克服支撑轴承摩擦所需的功率可以认为是加载支撑轴承上的摩擦力与摩擦表面间的相对速度之积。支撑轴承上的摩擦力可以由摩擦力公式求得，其为作用在支撑轴承上的支反力与摩擦系数的乘积，相对速度则可由轴承接触处轴径和轴旋转的角速度求得，所以，克服支撑轴承摩擦所需的功率就可以由如下公式来表达： (5.4) 式中 轴与轴承间摩擦系数；、分别为轴颈表面的线速度，m/s； 、分别为两轴承处的支反力，N；、别为两轴承处的轴颈直径，m；关于轴承支反力、，应考虑在转子的静载荷与动载荷作用下轴承的支反力。静载荷为转鼓及其它转动件总质量，动载荷为由于转动件偏心产生的离心惯性力。一般按偏心距e=D/1000(D为转鼓直径)计算。所以轴上的总载荷可按如下公式计算： (5.5)转动件总质量：则作用在轴上的总载荷为： 作用在两轴承上的支反力为： 由设计图纸可知，左右支撑轴承处轴径为： 则将上述各数据代入式（5.4）可得克服支撑轴承摩擦所需的功率：kW5.4克服空气摩擦所需功率卧螺沉降式离心机工作时，转鼓外表面、物料层内表面都会因克服空气摩擦阻力而消耗一定的功率，由于影响空气摩擦阻力的因素很复杂，想要精确的计算不容易达到，因此一般工程计算中根据经验，都习惯采用一些近似的计算方法，在这里克服空气摩擦所需的功率可以由如下公式来计算： (5.6)式中 空气密度：常压下取=1.29kg/m；转鼓的长度：=2.56m；转鼓角速度：=157 rad/s；转鼓外半径：=0.408m转鼓中物料层的内半径: =0.35m。将上述各值带入式（5.6）可得克服空气摩擦所需功率 kW5.5卸出物料所需功率对于螺旋卸料离心机，螺旋卸料是将沉渣从转鼓上某处推送到卸料口卸出机外，故卸料功率应包括：(1) 克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力消耗功率；(2) 克服沉渣与转鼓壁摩擦所消耗功率；(3) 克服沉渣与螺旋叶片摩擦消耗功率。计算时将卸料功率分为锥段和柱段两部分，分别计算圆锥段消耗功率和圆柱段