畢業(yè)設(shè)計（論文）離心分離機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、離心分離機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計初選參數(shù)：轉(zhuǎn)鼓直徑400mm，轉(zhuǎn)速0-3000r/min1. 轉(zhuǎn)鼓設(shè)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(guān)系轉(zhuǎn)鼓直徑m 0.2 0.350.40.450.60.81.0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(jī)的基本參數(shù)離心機(jī)型號轉(zhuǎn)鼓直徑 mm轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 r/min分離因數(shù)lw4004002200355010802810lw4504502000340010001900lw5005002000320011202860lw60060

2、0140025006602100lw630630140025006902200lw800800125020007001790表二1.1 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑的選取轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑是離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)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(qiáng)度、加工制造難度等因素的影響，轉(zhuǎn)鼓直徑增大時，離心機(jī)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2001000 的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)。針對某廠的污水處理量，并通過查閱相關(guān)資料、調(diào)查研究國內(nèi)外相近型號離心機(jī)的技術(shù)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400。1.2 長徑比 的選取長徑比即離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的軸向有效長度與其直徑的比值。長徑比越大，沉降

3、區(qū)越長，分離效果越好，但軸功率也越大。應(yīng)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(jié)合考慮。用于固液分離的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，為了提高單機(jī)容量，一般 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。考慮直徑較大的特點，如果長徑比過長，則整機(jī)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1200 。1.3 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的選取根據(jù)離心機(jī)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

4、因數(shù)越大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高分離效果越好、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(jī)械故障或推渣困難，造成物料堵塞。因此要根據(jù)進(jìn)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)，即：式中 離心力場中物料的質(zhì)量（kg） 轉(zhuǎn)鼓角速度： 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1cr18ni9ti 為例，轉(zhuǎn)鼓直徑與允許的最大轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)的關(guān)系見表1。由于,（其中

5、離心機(jī)的角速度； r f 為離心機(jī)的分離因數(shù)；r 為轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑。） 計算得到 =314.16rad/s， f 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(guān)系。由于f r =1282.32890，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(shè)計中轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n 和分離因數(shù)f r 在強(qiáng)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(jī)系列型號的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，單機(jī)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)公比來確定的。在l/d一定情況下，生產(chǎn)能力大致與成正比。本設(shè)

6、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(jī)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(jī)總長不變時，第二錐段相應(yīng)變長。故可以適當(dāng)增大雙錐角臥螺離心機(jī)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(guān)系，雙錐角臥螺離心機(jī)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(shè)計采用雙錐角結(jié)構(gòu)，選取半錐角： 取1=1

7、5，2=8。在設(shè)計結(jié)構(gòu)時候可以以=10的單錐角計算。這樣取的好處是，當(dāng)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(guān)系： a+b=l2 ； atan15+btan8=r1-r3根據(jù)1.6的計算結(jié)果可得到：其中l(wèi)2=397mm；r1-r3=70mm。計算出：a=110mm b=287mm 1.6轉(zhuǎn)鼓長度轉(zhuǎn)鼓長度l 按長徑比值來確定。轉(zhuǎn)鼓體的全長同最大直徑的比(稱為長徑比)也是很關(guān)鍵的參數(shù)。對于易分離的物料，長徑比為12，一般在1.5

8、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=3，則轉(zhuǎn)鼓長度 =4001200 mm當(dāng)轉(zhuǎn)鼓直徑d、總長度、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和半錐角變化的影響。如圖2-3所示當(dāng)l、不變，將實線所示的、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值和角值的選擇對懸浮液處理能力有影響。這里采用雙錐角結(jié)構(gòu)，為了方便計算，采用中間值=10計算。取1=15，2=8。則=10。 圖 ，h值對沉降區(qū)長度的影響示意圖柱錐段總長度：l=800mm 柱筒段沉降區(qū)長度錐段長度錐筒段沉降區(qū)長度 物料環(huán)內(nèi)徑

9、 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑： 錐段小端出渣口半徑 液層深度：1圓錐段大半錐角2圓錐段小半錐角從圖可知 柱筒段沉降區(qū)長度： 式中，一般常用值=0.60.7，取=0.65 將上述各數(shù)據(jù)代入可得：錐段小端出渣口半徑： 柱筒段沉降區(qū)長度（即轉(zhuǎn)鼓柱筒段長度）：803mm則轉(zhuǎn)鼓錐段長度 ： 液層深度h=30mm 則物料環(huán)內(nèi)徑：錐筒段沉降區(qū)長度：則沉降區(qū)長度： 1.7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m 0.2 0.350.40.450.60.81.0最大轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min7200410036003200240018001400最大分離

10、因數(shù)5700330028902550190014001150現(xiàn)選取轉(zhuǎn)速n=3000 r /min 1.8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 螺旋沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力范圍系列l(wèi)w-200lw-350lw-450lw-600lw-800lw-1000生產(chǎn)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考慮的，當(dāng) =4時，值可以提高20-30% 參考上表，生產(chǎn)能力范圍 設(shè)計參數(shù)匯總：表2-3 基本參數(shù)及主要計算數(shù)據(jù)基

11、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物料固相密度kg/m1600物料液相密度kg/m1360物料顆粒度m15300螺旋螺距mm？2.離心機(jī)的功率計算離心機(jī)的功率消耗與離心機(jī)的類型、操作方式和離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，離心機(jī)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(dá)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n

12、4；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(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的功能，必須由外界作功，該功為： 式中 轉(zhuǎn)動件線速度，m/s；為轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2。啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率n1為： kw （2-1） = =131.6kw 式中 啟動時間， s；轉(zhuǎn)鼓總質(zhì)量，估算1000kg； 離心機(jī)的角速度，=78.5。轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，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

13、(5.2)可以看出，選擇不同的值可計算出不同的啟動功率。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)動部件所需功率列表序號123456789102030405060708090131.665.843.932.926.3221.918.816.514.62啟動物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率加入轉(zhuǎn)鼓中的物料有靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時也需要外界做功，它與加料方式有關(guān)。加入的物料被分離為濾渣和濾液（過濾式離心機(jī)），或沉渣和分離液（沉降式離心機(jī)），或沉渣、輕液和重液（分離機(jī)）等組分。可分別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(shè)某種分離操作，單位時間內(nèi)排出的z個組分中，各組分的質(zhì)量（

14、kg/s），各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出位置半徑為（m），則使加入的物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)素所需功率為： kw （2-2）=4.26kw 式中 物料被分離的組分?jǐn)?shù)m1沉渣質(zhì)量r1沉渣卸出位置半徑m2分離液質(zhì)量r2分離液卸出位置半徑。2.1.3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(yīng)為摩擦力與摩擦面之間的線速度之積。 kw （2-3） 式中 軸與軸承間的摩擦系數(shù)；滑動軸承=0.050.1，滾動軸承0.0050.02、分別為軸頸表面的線速度，m/s；、分別為兩軸承處支反力，n；、分別為兩軸承處軸頸直徑，m。關(guān)于軸承支反力、，應(yīng)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，

15、動載荷為由于轉(zhuǎn)動件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏心距（為轉(zhuǎn)鼓直徑）計算。所以軸上的總載荷為：e=0.45 n 由總載荷計算出支反力，代入（3）式中求出。 由圖可知：f1+f2=4353f1975=f590求得：f1=2634 , f2=1719 n3= =0.46 kw2.1.4克服轉(zhuǎn)鼓、物料與空氣摩擦所需功率離心機(jī)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： n （2-4）nkw轉(zhuǎn)鼓的長度，m；轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度，red/s；轉(zhuǎn)鼓外半徑，m；轉(zhuǎn)鼓中物料層內(nèi)半徑，m；空氣密度，常壓下取=1.29kg/m3。2.1.5卸出物料所需功率一些離心機(jī)卸料時的阻力增加了主軸的負(fù)荷而

16、消耗一部分主軸的功率。此功率的大小與卸料方式有關(guān)。螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外，故卸料功率消耗應(yīng)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；克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率；克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率；功率計算式推導(dǎo)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。螺旋卸料轉(zhuǎn)鼓設(shè)每秒鐘獲得沉渣質(zhì)量為公斤，回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力，沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力為，則 = n沉渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被推移的距離不等，設(shè)平均路程為母線的，即 m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：= kw （2-5）沉渣離心慣性力垂直于轉(zhuǎn)鼓母線的分力為， n則克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間摩擦消耗的功率

17、為： = kw （2-6）若螺旋外徑處的螺旋升角為，則垂直與葉片的沉渣的作用力為： 若螺旋圈數(shù)為，設(shè)沉渣在螺旋葉片表面上行走的路程為螺旋表面全長的，即 = m則克服沉渣與螺旋葉片間的摩擦消耗的功率為： = = kw （2-7）螺旋輸送器推卸沉渣消耗的總功率為： = （2-8） 式中 轉(zhuǎn)鼓平均內(nèi)半徑，m； 圓錐形轉(zhuǎn)鼓半錐角；沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間摩擦系數(shù) 取0.2；沉渣與螺旋葉片間摩擦系數(shù) 娶0.1；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(shè)每秒鐘獲得沉渣質(zhì)量為 kg。根據(jù)第一種情況的推導(dǎo)，可得到克服沉渣離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線分力消耗的功率與（5）式相同，為： = kw （2

18、-9）克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦消耗的功率也同式= kw （2-10）沉渣垂直于螺旋葉片的作用力為：沉渣沿螺旋葉片表面行走路程為： = m則克服沉渣于螺旋葉片間摩擦消耗的功率為： = （2-11） 由于我設(shè)計的離心機(jī)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為： =（2-12） =67.5（0.15+0.15+0.71）=67.5 kw2.1.6離心機(jī)功率確定上述各種離心機(jī)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(jī)功率時，不能把它們?nèi)康悠饋恚瑧?yīng)根據(jù)離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、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(jī)啟動階段消耗的總功率為： kw運轉(zhuǎn)階段消耗的

19、總功率為： kw一般情況下，這類離心機(jī)常以運轉(zhuǎn)階段的總功率作為選擇電機(jī)的主要依據(jù)。2. 電機(jī)選型3. 帶輪參數(shù)4. 轉(zhuǎn)鼓設(shè)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(guān)系轉(zhuǎn)鼓直徑m 0.2 0.350.40.450.60.81.0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(jī)的基本參數(shù)離心機(jī)型號轉(zhuǎn)鼓直徑 mm轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 r/min分離因數(shù)lw4004002200355010802810lw4504502000340010001900lw50050020003

20、20011202860lw600600140025006602100lw630630140025006902200lw800800125020007001790表二1.1 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑的選取轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑是離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)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(qiáng)度、加工制造難度等因素的影響，轉(zhuǎn)鼓直徑增大時，離心機(jī)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2001000 的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)。針對某廠的污水處理量，并通過查閱相關(guān)資料、調(diào)查研究國內(nèi)外相近型號離心機(jī)的技術(shù)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400。1.2 長徑比 的選取長徑比即離心機(jī)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，分離效果越好，但軸功率也越大。應(yīng)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(jié)合考慮。用于固液分離的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，為了提高單機(jī)容量，一般 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