离心甩干机设计

毕业论文全套设计图纸加11970985或197216396 离心甩干机设计 摘 要 为了研究离心甩干技术的工作原理并提高离心甩干力度，通过研究离心力场，结合离心甩干机的甩干机理，分析颗粒在筛面的运动，运用数学原理和理论力学知识建立了物料在筛篮上的动力学模型，对离心机的结构、零部件和工作原理进行了细致的分析研究，并针对现场使用过程中出现的问题进行了原因分析。通过对离心甩干机的设计改进，使离心甩干机更加稳定，甩干更加强劲。 关键词　离心甩干机；螺旋刮刀；分离因数 III 目 录 摘 要 I 第1章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 选煤的工艺过程 1 1.3 选煤产品的甩干 1 第2章 离心分离理论及设备 4 2.1 离心力场的基本特性 4 2.1.1 离心力和分离因数 4 2.1.2 哥氏力 5 2.1.3 离心液压 6 2.2 分离物料的特性 6 2.2.1 悬浮液特性 6 2.2.2 固体颗粒特性 6 2.3 离心甩干设备类型、特点 7 第3章 XLL-11000型离心甩干机总体设计 8 3.1 设计选用机型及工作原理 8 3.2 离心机整体方案的确定及结构特点 8 3.2.1 工作部分 8 3.2.2 传动部分 9 3.2.3 润滑系统 9 3.3 安装与运转 9 3.3.1 安装 9 3.3.2 运转 10 3.4 操作与维护 11 3.4.1 操作 11 3.4.2 维护 11 第4章 工作部分设计 13 4.1 分离因数 Fr的确定 13 4.2 筛篮转速确定 13 4.3 筛篮结构设计 13 4.3.1 筛篮大端直径 14 4.3.2 筛篮长度 14 4.3.3 筛篮半锥角的确定 14 4.3.4 筛网选型及其特征对甩干效果的影响 18 4.3.5 筛网缝隙宽度的选择： 18 4.3.6 筛网缝隙排列对分离效果的影响 19 4.3.7 筛篮主要参数如下： 19 4.3.8 筛篮强度校核 19 4.3.9 筛篮的制造 20 4.3.10 筛篮的平衡实验 21 4.4 螺旋转子结构设计 21 4.4.1 螺旋转子结构 21 4.4.2 螺旋转子的升角的确定 21 4.4.3 提高刮刀耐磨性措施 21 4.5 离心机生产能力校核 22 4.6 筛篮与刮刀转子间间隙的确定 23 4.7 分配盘结构设计 23 4.8 钟形罩结构设计 24 4.9 壳体结构设计 24 4.10 减震装置设计 25 4.11 润滑系统的设计 26 总结 28 参考文献 29 致谢 31 32 第1章 绪论 1.1 引言 目前煤炭仍是世界上人类利用的主要能源，我国又是世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤炭在我国的能源消费总量构成中的比例超过50%。今后五十年甚至更长一段时间，煤炭作为中国的主要能源及钢铁、化工领域的原料在相当长的时间内不会有大的改变，煤炭仍将是我国的主要能源。因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的地位。然而，在中国的煤炭消耗中，煤炭的加工利用处于低水平阶段，存在着高能耗、高污染、低效率的利用现状，也产生了一系列的环境污染问题，如燃煤产生烟尘和SO:排放量分别占80%和90%，中国的大气环境污染属典型的煤烟型大气污染。并且今后随着我国国民经济的的快速发展，煤炭的产量将保持增长势头，从而对煤炭的洗选加工和环境保护提出了更高的要求，环保要求的提高、洁净煤计划的实施、煤炭市场日趋激烈的竞争等成为煤炭深度洗选脱硫降灰的内在动力。 1.2 选煤的工艺过程 一般来说，选煤厂由以下主要工艺组成，原则流程如图1.1： （1）原煤准备：包括原煤的接受、存储、破碎和筛分。 （2）原煤的分选：目前国内的主要分选工艺包括跳汰-浮选联合流程；重介-浮选联合流程；跳汰-重介-浮选联合流程；块煤重介-末煤重介旋流器分选流程；此外还有单跳汰和单重介流程。 （3）产品甩干：包括块煤和末煤的甩干，浮选精煤甩干，煤泥甩干。 （4）产品干燥：利用热能对煤进行干燥，一般在比较严寒的地区采用。 （5）煤泥水的处理。 1.3 选煤产品的甩干 选煤产品的甩干是利用重力、机械力或加热干燥等方法使固体物料与水分离，以降低湿物料水分含量的作业。甩干作业是湿法选煤厂的重要选煤工艺环节。选煤产品甩干有以下几个目的： 降低选煤产品中的水分，以满足用户和运输的需要。在选煤厂，各种精煤的综合水分一般要求达到8%~10%，高寒地区要求为8%以下。湿法选煤带有大量的水分，若炼焦用煤水分很高，不仅使炼焦时间延长，生产量减小，而且炼焦炉所用煤气量变大，寿命缩短。水分高的煤炭，运输也困难，特别是北方的冬季，煤炭的冻结更给卸车带来困难。水分过高，选煤厂贮存和装车也很困难。 图1-1 选煤工艺过程示意图 洗水再用，节约用水。湿法选煤用水量很大。一般情况下，跳 汰机每处理1吨原煤用水3吨；1吨块原煤用水0.7吨；1吨末原煤约用 1.6~2.0吨水，这么多的水不回收，将造成很大的浪费。 使煤泥回收，洗水闭路循环，以免环境污染。煤泥水外流不仅造成环境污染，也增加煤炭的损失。采用有效的甩干，既可回收煤泥，实现洗水闭路循环，也减轻了对环境的污染。 此外，在风力选煤前，如煤中含有大量的外在水分，也必需先经过甩干。 选煤产品的甩干方法有：重力甩干、机械力甩干、热能甩干、物理化学甩干和电化学甩干法。其中常用的方法有：重力甩干、机械力甩干和热能甩干法。 本次研制的机主要针甩干机对3 ~ 0.5mm的末煤甩干 ，该机具有投资小、系统改造力度小、工艺效果好的特点，将成为老厂改造和新建选煤厂的首选设备，由于适合的粒度较小，因此不仅适用于选煤业，还适用于化工、制药、食品及环保业中进行固液分离，具有良好的社会、经济效益和发展前景。 第2章 离心分离理论及设备 2.1 离心力场的基本特性 离心力场的基本特性基于等速回转运动基本规律。描述离心力场基本特性的主要内容包括离心力、分离因数、哥氏力以及离心液压等。 2.1.1 离心力和分离因数 假设具有质量为m的质点，沿以o点为圆心，以r为半径的圆周作等速回转运动时，回转角与转速n的关系式为： （弧度/秒） 公式（2.1） 回转角速度和圆周速度之间的关系式为： =r (米/秒) 公式（2.2） 在任何一个等速回转运动时，都会产生向心加速度以及与其等值而反向的离心加速度，则 == （米/秒） 公式（2.3） 作用在质点上的向心力和离心惯性力（以下简称离心力）数值相等方向相反。计算公式如下: （公斤力） 公式（2.4） 式中 G —物体的重量； g — 重力加速度； 该分离的物料在离心力场所中所受的离心力和它所受的重力的比值，称为分离因数，则 = 公式（2.5） 显然分离因数是离心加速度与重力加速度的比值。 分离因数是表示离心机分离能力的主要指标，是代表离心机性能的重要标志之一。越大，物料受的离心力越大，分离效果也越好。因此，对于固体颗粒小、液性粘度大和难分离的悬浮液，要采用分离因数较大的离心机。离心机是一种高效率的分离设备。 分析公式2.5可以看到提高分离因数的途径。由于分离因数与转鼓半径成正比，因此增大转鼓尺寸时，增长较平缓，但转鼓半径增大后，转鼓的应力状态受到较大的影响。而分离因数与转鼓转速却成平方关系，提高转速时，增长很快。故高速离心机的结构特点是转速高、直径小、分离因数大。分离因数的提高并不是任意无限制的，其极值取决于转鼓的机械强度。 离心力场和重力场的主要区别是：在重心沉降和过滤操作时，固体颗粒和液体颗粒所走的距离和地球半径比起来是很微小的，因而可以认为重力场是均匀的。重力场的强度是固定不变的。而离心场则不然，离心力场的强度是以分离因数来表示的，分离因数可以通过改变转鼓强度和转鼓半径来改变。 离心分离根据操作的原理不同，可分为两种不同的过程——离心过滤和离心沉降。在选煤厂中，离心过滤多用于末煤的甩干上，而离心沉降多用于煤泥水的澄清和煤泥的回收中。因此，本次研制的甩干机采用离心过滤原理。离心过滤是把所处理的含水物料加在转子的多孔筛面上．由于离心力的作用，固体在转子筛面上形成固体沉淀物，液体则通过沉淀物和筛面的孔隙而排出。由于液体是通过物料的孔隙排出，而甩干物料的粒度组成影响响着孔隙的大小，所以，甩干效果受粒度组成的影响很大。物抖的甩干过程；由于离心力的作用而得到强化。离心力的大小影响着甩干的效果。[1] 2.1.2 哥氏力 当研究回转运动的特性时，除了离心力外，还必须注意到可能出现的哥氏力。哥氏加速度是哥氏力的来源，哥氏加速度是由于质点不仅作圆周运动，而且也作径向运动所产生的。 由理论力学得知，当牵连运动为均角速定轴运动时，哥氏加速度的大小为 公式（2.6） 式中 指点相对于转鼓的径向速度 方向与垂直，相对于把相对速度矢量按动系的角速度的转向转过90度。 哥力氏按下式确定 公式（2.7） 如果质点对回转的转鼓无相对运动时，或者它的相对位移与回转轴平行的话，则=0。 从理论上来分析，哥氏力在离心机中确实存在，而且对物料在离心力场中的运动状态也有一定的影响。 2.1.3 离心液压 离心机工作时，处于转鼓中的液体和固体物料层，在离心力的作用下，将给转鼓内壁已相当大的压力，称为离心液压。离心液压的计算公式如下： 公式（2.8） 式中 —离心液压；公斤力/米 — 转鼓内被分离物料的重度；公斤力/米 —转鼓得回转角速度；弧度/秒 R—转鼓内物料环的内表面半径；米 g—重力加速度；米/秒 当转鼓的转速很大时，液面近似于与转鼓壁平行的同心圆柱面，此时r近似于常数。离心液压不仅作用在转鼓壁上，同时也作用在顶盖和鼓底上。计算转鼓的强度时必须把离心液压考虑上。 2.2 分离物料的特性 2.2.1 悬浮液特性 悬浮液是由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统。悬浮液的浓度以及固相和液相的特性确定了悬浮液的特性。悬浮也可按固体颗粒的大小和浓度来分类。可分为粗颗粒悬浮液，细颗粒悬浮液以及高浓度悬浮液、低浓度悬浮液等。固体颗粒的粒度和悬浮液的浓度与滤渣或沉渣的厚度增长率、离心机的处理能力有密切的关系，在设备选型中占有很重要的地位。 2.2.2 固体颗粒特性 颗粒特性一般是指颗粒群中的主要物理性质，包括颗粒的大小，粒度分布、形状、比重等。他和液体的主要性质以及悬浮液的浓度和形态等决定了其他一些特性。例如颗粒的沉降速度、滤渣的渗透率和比阻等。影响离心机甩干效果的主要因素是分离因数的大小，其次就是被处理物料的颗粒度组成，对不同类型的离心机颗粒度的影响效果不同。其中对于过滤式刮刀卸料离心甩干机，颗粒度在0.5mm以下含量大小对甩干效果影响最大，如果0.5mm以下粒度低于入料量的10%，则产品水分可在要求的范围之内，不能满足实际要求，若颗粒度的上限过大，会导致耗能加大，筛网寿命低。因此根据实验数据，其适合的颗粒度在3~0.5mm。 2.3 离心甩干设备类型、特点 运用过滤原理的离心甩干机，其机型主要包括卧式振动离心机，立式振动离心机，惯性卸料离心机及刮刀卸料离心机等。 惯性卸料离心机是靠离心力克服物料与筛网摩擦力卸料的末煤甩干机，由于单纯利用惯性卸料，物料的运动速度不容易控制和提高。因此其使用在逐渐减少。对于分级甩干3~0.5mm级的细煤甩干，目前国内外比较看好的是刮刀卸料离心甩干机。这种甩干机运转平稳，噪声低，维修量小，离心强度大，所以产品水分低，能满足市场要求。 第3章 XLL-11000型离心甩干机总体设计 3.1 设计选用机型及工作原理 根据本次设计甩干物料的特点及对各种离心机特点的比对，设计机型选用立式刮刀卸料离心甩干机。这种离心甩干机工作中，物料移动不是主要依靠所受的离心力，同时也利用了筛篮内的螺旋形刮刀，将物料送到排料口。物料移动速度可以提高，而且可以进行控制。同时，筛面与回转轴线间的角度也可以大大地减小，从而减小离心机的体积和重量。其工作原理是利用机械旋转产生离心力，实现固液混合物分离的过程，湿煤通过入料口，经布料锥进入筛篮与刮刀之间的空间，在离心力的作用下，水和水的颗粒（离心液）透过物料层，穿过筛网，沿上盖流入机座上部的集水槽内，然后通过设在机座两侧的排液管排出机外，煤粒则保持在筛篮内侧，因螺旋刮刀与筛篮之间有一转速差，螺旋刮刀就将煤粒从筛网上刮下，并将其推送至筛篮底部，从而把甩干后的末煤卸到机器下边的收料漏斗里，这一过程连续不断地进行。 3.2 离心机整体方案的确定及结构特点 图3-3是通过采用弹塑性有限元(更新的拉格朗日方法)模拟的切削仿真，模型中创建了三个部件：弹塑性材料的刀具和工件，刚性材料的平板。使用的是二维情况下的仿真。整体思路是让工件固定，刀具以一定的速度切向工件，为了更方便的获得刀具的切削力让刀具和刚性平板粘接，且给刚性平板设置参考点，把参考点的反作用力作为历史变量输出到后处理文件中。这样就可以用刚性平板参考点的反力来近似代替刀具的切削力和轴向力，这样的近似由实验证明是合理的。 3.2.1 工作部分 工作部分主要由筛篮、螺旋刮刀、钟形罩和分配盘组成。锥形筛篮装在钟型罩上，钟形罩则用螺栓固定在外轴上。布料锥装在螺旋刮刀转子上，螺旋刮刀转子用螺栓和键固定在心轴上，其转速略低于筛篮的转速。钟形罩和螺旋刮刀转子的结构可保证煤粒不致落入轴承内，且又便于甩干后煤粒的移动。两对齿轮均为普通圆柱斜齿轮，齿轮旋向的选择，使得齿轮工作时产生的轴向力与螺旋刮刀刮煤时所引起的轴向力部分抵消，从而使轴承的工作状况得到改善。 为安全起见，上、下外壳还设有捅煤孔，以备在堵煤时排煤用。 1.筛篮 2.螺旋转子 3.分配盘 4.鈡形罩 5.入料口 6.上盖 7.圆锥齿轮 8.中间轴 9..斜齿轮 10.心轴 11.外轴 12.机壳 图3-1 结构简图 3.2.2 传动部分 本机的传动系统一对圆锥齿轮传动副传动和两对斜齿圆柱齿轮传动组成。电动机通过圆锥齿轮传动副带动中间轴转动。中间轴上装有两个齿数相差为１的齿轮。它们分别与装在外轴上的齿轮（这两个齿轮的齿数相同） 相啮合，从而使锥形筛篮和螺旋刮刀转子保持同向旋转，并有一适当的转差。三角皮带选用15N型三角带。三角皮带通过调节张紧螺栓来张紧。两对齿轮均为普通圆柱斜齿轮，齿轮旋向的选择，使得齿轮工作时产生的轴向力与螺旋刮刀刮煤时所引起的轴向力部分抵消，从而使轴承的工作状况得到改善。 3.2.3 润滑系统 本机采用稀油集中润滑系统。润滑系统采用独立电机驱动稀油集中润滑系统；润滑油从油箱经滤油器进入齿轮油泵，然后经主压油管进入多支油管(分油器)，再经三个分支油管进入各润滑点。 3.3 安装与运转 3.3.1 安装 离心机在制造厂进行总装配，并进行空运转试验，试验合格后，以成套的形式发给用户。 安装前：检查安装地点的地脚尺寸是否与图纸相符，同时还要用水准仪检查安装地点是否水平，水平误差用垫板调整。 安装：离心机应尽可能整体安装，起吊位置应选在机座和电机座的适当位置上，切忌利用上盖上的两个吊耳起吊整机。如情况不允许需分解安装时，请按下列顺序从机座上取下各零部件：三角皮带，（有关）润滑管路，油箱，电机及托架等；安装时，先装主体部分，再按与分解时相反的顺序安装拆下的零部件。 对安装的要求： a.基础动力系数按2.0计算； b.入料前加一段立管,立管对正离心机轴线，以保证入料均匀； c．减振器安装后，紧固其上部螺母，并用卡尺测量减振器上部橡胶块，橡胶块直径的最大增量为１mm； d．离心机总装后，按本说明书第五项第3条的说明向油箱注入规定的润滑油。 3.3.2 运转 A、运转前的准备： a．检查所有螺纹联接是否已拧紧； b．检查油管有无压坏破裂的地方，管接头是否已拧紧； c．检查油泵能否自由旋转； d．检查传动部分是否灵活，一个人用双手攀动皮带应能不费多大力气就可使离心机转动； e．检查三角皮带是否已张紧； f．检查油箱内的油位是否在油标上部标记位置附近，油量不足时应补油。 B、空运转：上述检查合格后，机器即可进行空运转，空运转时间需8小时。 a.接通油泵电机，仔细观察油压表,油压在开始起动时较高(可达0.4MPa)。随后降至恒压（约为0.08-0.35MPa）.如果油压始终较高(大于0.4MPa)或较低（小于0.04MPa），应停机检查，找出原因； b. 待油压稳定后，接通主电机，注意观察其旋转方向和整机的振动情况； c．测量离心机在水平面上的振动情况，基座处单向振幅不应超过0.5mm，超过时应停机检查； d．润滑油的温度达到恒温约需4小时，恒温时，油的温度不应高于周围环境温度35℃。 C、负荷运转：空运转合格后，机器即可进行负荷运转，负荷运转时，给料量必须由小到大逐渐增加。负荷运转时，应检查： a．机器的工艺性能（包括处理能力、甩干效果）； b．机器的振动和噪声情况，润滑油的温升； c．电机电流的变化情况，功率消耗[4]。 3.4 操作与维护 3.4.1 操作 （1）开车前： a．从下部外壳的４个孔，检查甩干末煤有无堵塞现象； b．用手攀动皮带，检查机器有无卡碰现象； c．检查三角皮带的张紧程度； d．检查油箱内油位是否在油标上部标记位置附近。 （2）开车： a.开动油泵电机，注意观察油压是否正常； b.待油压基本稳定后，开动主电机； c.待机器运转稳定后，开始给机器加料。给料时应逐渐增加，并注意观察电机电流的变化； d.在运转过程中，严禁铁器、木块及其他杂物进入离心机。 （3）停车： a.停止给料； b．待机内无残存物料时，用清水冲洗筛网，冲洗时间约需3钟； c．停主电机； d. 停油泵电机。 3.4.2 维护 （1）筛篮：筛篮内表面应尽可能保持准确的圆锥形，以保证筛面上各点与螺旋刮刀间的距离相同，这样可使筛面磨损均匀，筛篮寿命长。筛孔面积应尽可能大，以获得良好的甩干效果。需经常检查筛缝是否被煤泥堵塞，并及时清洗。 （2）螺旋刮刀转子：随着刮煤板的磨损，刮板边缘与筛面之间的间隙变大，这使机器的甩干性能变坏，并使筛篮的磨损加重。为保持3毫米左右的正常间隙，在心轴与螺旋刮刀之间有一组调整垫片，每一垫片的厚度为1毫米，当把一个垫片从上部移到下部时，可使刮刀与筛面之间的间隙减少0.34毫米，当所有垫片全部移到下部后，说明刮刀已不能使用，此时应对刮刀进行补焊或换上新的。 （3）钟形罩：钟形罩上部装在外轴上，下部与筛篮联接。当末煤离开筛篮通过钟形罩的过煤通道时， 因其离心力较大，它们之间的相对滑动也较大，因而使得钟形罩的过煤通道磨损较快，所以在每次更换筛篮时，应检查钟形罩的磨损程度。在钟形罩的过分磨损的地方， 应堆焊耐磨金属层。堆焊时要防止产生挠曲变形，焊后需要进行动平衡试验。 （4）齿轮： 齿轮传递功率较大，精度较高。在运转过程中，需注意保持润滑油的清洁和充分供给。在拆、装齿轮箱时，应注意保持各零件的清洁，特别要注意不使异物（如螺帽等）进入齿轮箱里。 （5）机座：机座外部设有四个捅煤孔。以备堵煤时排煤用。机座上部设有排水槽，在它与出口保护环的联接处，应有良好的密封。 （6）出口保护环：甩干后的末煤以很高的速度撞到出口保护环上，保护环的磨损比较严重，在更换筛篮等易损件时，应注意观察保护环的磨损情况，以便及时更换[5]。 第4章 工作部分设计 4.1 分离因数 Fr的确定 在物料的甩干过程，离心力的大小影响甩干的效果。而分离因数就是表示离心机中物料所受离心力大小、分离能力的一个重要指标，对离心机的甩干效率起决定作用。所谓分离因数是指物料所受的离心加速度和重力加速度的比值（见公式2.1）。 在选煤厂，采用过滤原理的离心机，分离因数一般在80－200，采用沉降原理的离心机，分离因数为500－1000左右。参考同类机型并结合本次设计机型的实际特性，本机分离因数确定为180。 4.2 筛篮转速确定 在分离因数确定以后，根据公式（2.1）可确定筛篮和螺旋转子的转速。 Fr = = = =180 　　　　　　　 公式（4.1） 则 n = 529转/分； 式中　 —离心加速度，米/秒； g—重力加速度，米/秒； —离心机筛篮运动的角速度,弧度/秒； R—离心机筛篮的内半径,米 n—筛篮每分钟的转数,转/分；[6] 4.3 筛篮结构设计 筛篮是过滤式离心机的工作表面，是保证离心机正常工作的重要部件，筛篮形状为锥台形且内表面应保证圆形。对于螺旋卸料的过滤式离心机，这点尤为重要，否则，就不能保证筛面与螺旋叶片之间的间隙。 筛篮主要由上法兰、下法兰、加强肋、加强环、不锈钢锥形网筒组成；其中不锈钢锥形网筒由数块扇形筛网组焊而成（组焊时在专用胎具上进行），扇形筛网是由不锈钢丝轧制成特殊形状的筛条和支撑条通过专用设备焊接成型的，筛条沿筛篮圆锥母线排列。为了减轻筛缝堵塞，筛缝做成上小下大。筛篮通过上法兰和下法兰上的孔用螺栓与主机连成一体。 4.3.1 筛篮大端直径 离心机的处理量与筛篮大端直径关系最大，一般来说，筛篮大端直径越大，其处理量也越大，根据设计原始资料，本机筛篮大端直径确定为1150mm。 4.3.2 筛篮长度 一般来说，筛篮长度越长，物料在筛篮上甩干的时间越长，甩干效率也越高，产品水分也越低。但对离心机其他机械性能要求也越高。若用筛篮长径比Q来确定，过去离心甩干机均采用较小的长径比Q≤0.54，为了进一步降低产品水分，本次设计的离心甩干机采用较大的长径比0.56，即： H / D = H / 1150 =0.56 所以，筛篮的长度H = 644mm. [7] 4.3.3 筛篮半锥角的确定 当其他参数一定时，筛篮半锥角对产品水分和处理能力有较大的影响，一般来说筛篮半锥角越大，处理能力也越大，但产品水分反而会增加。 （1）滤渣受力分析 为研究滤渣在离心机中的受力情况，取微块滤渣进行分析，其受力情况如图所示： (a) (b) (c) (a)轴向截面（b）锥筒切平面（c）螺旋叶片切平面（显示，的方向）图4-1由离心力输渣时滤渣受力图 其力平衡方程为： 筛篮轴向截面沿方向 公式 (4.2) 锥筒切平面中沿方向 公式 (4.3) 锥筒切平面中沿方向 = 公式 (4.4) ——螺旋叶片对滤渣的法向法向反力； ——煤与筛篮之间的摩擦系数； ——筛篮对滤渣的法向反力； ——煤与筛篮之间的摩擦系数； —— 滤渣沿筛篮滑动方向与垂直于滤渣所在处筛篮母线的平面间夹角； —— 滤渣沿螺旋叶片滑动方向与切线间夹角； —— 螺旋叶片升角； C——离心力 ； 连立（4.1）、（4.2）两式，解的 公式 (4.5) 公式 (4.6) 将(4.4)、(4.5)代入 (4.3) 整理得 公式 (4.7) 式中 求解(4.6)得 　公式 (4.8) 同理 (4.4)、(4.5)可简化为 公式 (4.9) 　 公式 (4.10) （2）螺旋转矩、输渣功率和螺旋轴向力 筛篮和螺旋所受的转矩和周向力大小相等，方向相反。为便于计算，下面来求转鼓所受的转矩和周向力，这样可使物料在两种输送情况下的转矩和周向力或的相同的计算公式。我们规定当转鼓所受的转矩方向与螺旋相对于转鼓的强度方向相同时为正,相反时为负；当转鼓所受的周向力方向有小端指向大端时为正，反之为负。 1）螺旋转矩 由图可得微块滤渣对转鼓所产生的摩擦转矩为： 公式 (4.11) 上式中的回转半径是变化的，c、和也随变化。为简化计算，和可取平均半径处的值，并假定滤渣在转鼓中的分布式均匀的，这样做在工程计算中是允许的。这种情况下，式4.10中的离心力可表示为： 公式 (4.12) 将式4.11代入4.10进行积分得： N 公式 (4.13) 式中 系数； g —重力加速度； —平均分离因数，； —转鼓平均半径， ； — 转鼓与螺旋之间的角速度差； 2）输渣功率 KW 公式 (4.14) 3）螺旋轴向力 微块滤渣对转鼓所产生的轴向力为： N 系数= 在得出的螺旋转矩，输渣功率和螺旋 轴向力的计算公式中，三者均与半锥角有关，系数、均与有关，而又是、和的函数，因此系数、是、和的函数。如图所示： 当时，、为正值，说明螺旋转矩M的方向与螺旋相对于转鼓的转速方向相反，螺旋轴向力的方向向着转鼓小端，输渣功率为正说明滤渣需有螺旋运输 ，输渣将消耗电机功率。 当时，、为负值，说明螺旋转矩M的方向与螺旋相对于转鼓的转速方向相同，螺旋轴向力的方向沿着转鼓大端，输渣功率为负说明滤渣不需有螺旋运输 ，输渣不再消耗电机功率。但输渣功率仍将对传动装置产生影响。 A、、不变的情况 B、不变的情况 C、、不变的情况 D 、不变的情况 图4-2 当时，当、一定时，、均随a的增大显著减小；随的增大先是减小后又增大，有一个极小值，随的增大而减小，小时减小的快，反之慢。当a一定时，、均随、的增大明显增大。 当，、一定时，随a的增大而增大，但增加幅度不大；均随a的增大明显增大，随的增大变化不大，随的增大显著减小，小时减小的快，大时减小的慢。 根据以上分析结果可以得出这样的结论：在设计过滤式螺旋卸料离心机时，在结构允许的条件下，应使筛篮的半锥角尽可能接近物料与筛篮之间的摩擦角，这样可以减少传动装置的负荷，减轻螺旋叶片的磨损。因此本次设计选取螺旋角α＝20，物料与筛篮之间的摩擦角λ=，这样可获得较低的产品水分，又可获得较大的处理能力。 又由以上参数计算得筛篮小端直径为：713mm，并计算中径为：932mm。[8] [9] 4.3.4 筛网选型及其特征对甩干效果的影响 离心机筛网有条形网、编织网、板网等等类型。目前常使用的是板网。鉴于板网的缺点，本次设计采用焊接条缝筛网，其结构如图(4.3)： 其筛条断面为基本矩形断面，厚度约为4mm，这样的结构提高了刚性及强度。各片筛网焊接成筛篮后，强度足够，省掉了转鼓，因而可简化工艺。 图4-3 筛网示意图 筛网的孔型对分离效果是有影响的，孔型有条缝形和圆孔形，本次设计选用的条缝形筛网，是根据甩干原料颗粒大小来决定的。本次设计的甩干机针对的物料粒度为3-0.5mm，采用条缝形筛缝，即可减少细颗粒的漏损，保存较高的回收率，又使筛网具有较大的开孔率和有效过滤面积。 4.3.5 筛网缝隙宽度的选择： 在确定筛网缝隙宽度时，应考虑以下因素：在离心甩干机中，滤渣层的厚度很薄，只有2mm左右，因此筛网本身的过滤阻力对离心机的分离能力影响很大，而筛网的过滤阻力与缝隙的大小密切相关，因此增大缝隙宽度，可以加大开孔率和有效过滤面积，减小过滤阻力，提高离心机的分离能力，降低产品含湿量。筛网缝隙的大小与物料的粒度、粘度、浓度等因素有关，特别是与物料的粒度关系甚大，对于细颗粒物料应选用较小的缝隙，其最适宜的数值须经试验确定，根据实验，本次所用筛网缝隙宽度为0.35mm，筛逢长35.5mm。 4.3.6 筛网缝隙排列对分离效果的影响 筛网缝隙的排列有横向排列、纵向排列、斜向排列。 筛条用不锈钢（1Cr18Ni9Ti）制成，以提高其耐磨及防锈性能，一般一套筛网可以处理3万吨左右的甩干煤，就是说，使用期限大约3－4个月。[11] 4.3.7 筛篮主要参数如下： 筛篮转速 r/min 534 筛篮大端直径 mm 1150 筛篮小端直径 mm 713 筛篮半锥角 20 筛网缝隙 mm 0.3 4.3.8 筛篮强度校核 离心机筛篮是一个从低速向高速旋转的容器，其转速从静止上升至每分钟几百转。由于筛篮自身存在质量引起离心力；而筛篮内的物料在旋转中也将引起离心力；它们都将对筛篮壁产生应力，并且若产生的应力的总合大于筛篮本身材料的许用应力，会使回转件发生“飞裂”，引起严重事故，因此须对设计好的筛篮强度进行校核[12]。 由筛篮壁厚校核公式： 公式 (4.15) == 故筛篮强度足够。 式中, r——筛网材料密度kg/m； g——重力加速度9.8m/s； ——筛网开孔率20％； R——筛篮大端半径m； r——物料密度kg/m； ——筛网厚度m； ——筛网半锥角20； ——螺旋转子角速度rad/s； ——物料填充系数； 其中，K== 0.4； ——材料许用应力； 其中, n——安全系数2~2.5； ——开孔削弱系数0.88； 4.3.9 筛篮的制造 制造筛篮时，根据要求选用适当规格型号的不锈钢丝在专用设备上轧制成如图（4.2）形状的筛条和支撑条，并根据筛缝的不同在专用设备上将筛条和支撑条焊接成筛网，然后将检验合格的筛网制作成如图的扇形网片，最后在专用成型模具上将扇形网片、上、下法兰盘、加强肋、加强环等组焊成型。该工序重点是控制筛篮的焊接变形，因此筛篮的各部件在专用模具组焊成型时，必须保证定位准确，夹紧到位，组焊完成后，需待冷却定型后再脱模、拆模。在动平衡机上做动平衡试验。最后经检验合格后，抛光、油漆。 图4-2 筛条示意图 材料选择是否恰当，不仅影响筛篮的制造成本，而且直接影响筛篮的质量和使用寿命。经分析、比较不同材料的筛篮使用效果，选用 ZG35制作连接法兰，Q235制作不连接法兰、加强肋、加强环，不锈钢丝作为筛网制作的首选材料。经使用效果证明，所选用的材质都可达到技术要求[13]。 4.3.10 筛篮的平衡实验 工作时筛篮以中等速度转动，由于制造的不精确、材料的不均匀和和安装精度的原因，筛篮的重心有可能不在回转轴线上，则当其转动时，其偏心重量就会产生惯性力，从而引起离心机及基础的振动，影响机器的正常工作和使用寿命。因此，安装前后都须进行动静平衡试验。实验在专用筛篮平衡机上进行，确定出偏心重量和位置后，在适当的位置增加配重。 4.4 螺旋转子结构设计 4.4.1 螺旋转子结构 螺旋转子的结构尺寸主要根据与筛篮的结构关系确定（如图4.3）。 根据筛篮半径和该设备型号及处理能力等各项指标取转子大端直径为1146mm，由转子底角（70）计算转子小端直径为688mm,转子高为445mm，转子底部距筛篮底部间距离为30mm，转子壁厚为10mm，除去刮刀刃和筛网之间的间隙，经计算得刮刀宽度为206mm，刮刀厚度为24mm[15] [17]。 4.4.2 螺旋转子的升角的确定 刮刀形状参数设计由公式： = 公式 (4.16) 其中：——螺旋升角； S——螺旋刮刀导程； d——平均直径； n——刀片头数； p——螺距； 取：n=12, d=917mm，S =4615mm得：，p=385mm。 4.4.3 提高刮刀耐磨性措施 为了有效的提高刮刀的使用寿命，在其工作表面加工上高强度的耐磨涂层，可以大大延长工作部件的寿命，可使其寿命提高4倍左右。 图4-3转子结构示意图 4.5 离心机生产能力校核 在确定了螺旋转子的结构尺寸及相应参数后，需应用上述数据校核原始设计所要求的生产能力。离心机生产能力是指单位时间通过离心机的最大物料量，它取决于料流的速度和螺旋转子的过料面积。见公式： 生产能力 kg/s k ——填充系数,指物料充填螺旋过料的比率 k=0.4 ——物料的容积重量,取900kg/ A ——螺旋过料面积, 其中 = = =0.14 D——螺旋外锥直径，m； d ——螺旋内锥直径，m； β——螺旋刮刀升角，（）； Z ——螺旋刮刀头数； t ——螺旋叶片厚度，（0.016m）； v——料流的速度； 其中， = =0.33 S——螺旋导程，m； ——筛篮与螺旋转子之间的转速差，； ——输渣效率，（取0.71）； 所以， kg/s = = =16.6kg/s =59 t/h 与该机型设计初的50t/h相比，这个处理能力是可以的，不会出现过载现象，所以经校核规定该机处理量为50t/h是合理的[18] [19]。 4.6 筛篮与刮刀转子间间隙的确定 按照这种离心机的要求，配合间隙应为2毫米。如果间隙因磨损而加大，应进行调整。增减心轴凸缘上的垫片，可以使刮刀转子升高或降低，从而实现调整间隙的目的。如果磨损太严重，就应更换新的刮刀。 4.7 分配盘结构设计 分配盘是用球墨铸铁铸成，并用螺栓固定在螺旋转子体上。当刮刀体转动时，分配盘上的物料被均匀地甩向筛篮的内壁，从而改善离心机的甩干效果。为减少分配盘的不平衡给整个机体带来横向摆动，分配盘必须做动平衡实验。普通甩干机的分配盘顶圆锥角为90度，使物料沿切线方向加速后进入筛篮上部入料区，入料区减小，甩干工作区增大，使物料甩干时间大大延长，以提高甩干效果。根据实际设计需要取分配盘高为60mm，底径为448mm,壁厚为10mm ；如图所示： 图4-4 分配盘结构图 4.8 钟形罩结构设计 钟形罩的作用是和螺旋刮刀转子配合的结构保证煤粒不致落入轴承内，且又便于甩干后煤粒的移动。结构如图4-5：[21] 4.9 壳体结构设计 机壳是离心机的不动部件，主要用于离心液的收集、排出及甩干后物料的排出。机壳内壁有耐磨铸石做衬里，以增加其耐磨性。给料管内壁挂耐磨搪瓷，以减小磨擦力，加强耐磨性，提高其使用寿命。它包括盖，上部机壳，下部支承机壳及减速器机壳。下部支承机壳和减速器是焊接成的一个整体，上部机壳为一个单独焊接体。用弹性地脚螺栓把下部支承机壳牢固地固定在槽形钢梁上，钢梁受承离心机的全部重荷及其工作时的全部运动冲击力。 图4-5 钟形罩结构示意图 上部机壳搁置在下部支承机壳之上，并用螺栓固定。壳盖是用钢板焊接成的组合件，用来罩住甩干的伞形筛网。壳盖有两种作用：一是保护筛网不受损伤，不被杂物堵塞和脏污；二是减低从筛缝里甩出的高速水流的速度，并使之落入排水溜槽内。更换筛网时须经常拆卸和安装壳盖，因此，它应具有重量轻、强度高、装卸简便等特点。 带动离心机转子回转的立式电动机，它垂直安装在电动机底座上，电动机底座的一端用弹性地脚螺栓固定在槽形钢梁上。另一端用普通螺栓与离心机下部支承要壳相连。这样，离心机与电动机就组成了一个整体。如下图4-6：[23] [22] 4.10 减震装置设计 离心甩干机在较高的旋转速度下，虽然在装配回转不见前已作过动平衡实验，但是，实际使用时，不免仍有震动和摇摆的现象。这是因为： 1．装配和安装电动机时，有误差或互相摩擦的地方，以致转子的旋转轴线与铅直轴线偏离，而产生倾倒矩，在水平面上发生有节奏的振动。另外，垂直安装的电动机的重心高，具有不稳定的性质，很容易失去平衡。 2．离心机回转部件磨损后，质量不均匀，在工作中因失去平衡而产生震动。 3．单位时间内，离心机给料不均匀或分配盘向四周甩料不均匀，也是产生震动的主要原因。 弹性地脚螺栓隔振的优点是：结构简单、工作可靠、尺寸小、不影响设备高度、消耗金属量小、价格便宜、安装和拆卸方便[24]。 图4-6 壳体结构简图 1－地脚螺栓；2－弹性橡胶块；3－离心机外壳底缘；4－金属保护外套；5－槽钢 图4-7隔振地脚螺栓 4.11 润滑系统的设计 离心甩干机的传动系统用稀油压力集中润滑，润滑油箱经滤油器进入齿轮油泵，然后经主压油管进入多支油管（分油管）再经4个支油管进入以下润滑点：1）心轴上部轴承和外轴上下轴承；2）两对斜齿轮；3）中间轴上部轴承；4）中间轴下部轴承。并在润滑系统中，采用电接点压力表。当油压过低（小于0.04MP）或过高（大于0.35MP）时，发出警报信号，警告司机停机检查。其润滑系统（见图4.8）[25] 图4-8-1润滑系统简图 图4-8-2润滑系统简图 总结 对离心甩干机设计的工作部分的研究，有了较清晰的了解和认识，一个系统的正常工作是有很多部件组成的。在离心甩干机工作部分设计中，有些参量是对本次设计至关重要的。离心力的大小影响甩干的效果。而分离因数就是表示离心机中物料所受离心力大小、分离能力的一个重要指标，对离心机的甩干效率起决定作用。然后是筛篮的构造，筛篮是过滤式离心机的工作表面，是保证离心机正常工作的重要部件，其中有筛篮强度的校核以保证承受物料高速运动时产生的离心力。螺旋转子是离心机工作部分的另一重要部件。它和筛篮的间隙确定和寿命问题都是值得考虑和研究的。 总之通过对本设计专题的研究和学习，掌握很多解决实际问题的方法和技巧，对以后搞设计打下一个有利的基础。 参考文献 [1] 陈利冰, 粟玉民,梁福兴,张永胜. 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