畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）lw450fn臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)x

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目LW450F-N臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)過程裝備與控制工程學(xué)生姓名學(xué)號(hào)年級(jí)指導(dǎo)教師教務(wù)處制表二Ο一二年月日LW450F-N臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè):過程裝備與控制工程學(xué)生:指導(dǎo)教師:摘要：臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于過程工業(yè)的分離懸浮液的離心分離機(jī)械。具有自動(dòng)、連續(xù)操作、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊、單機(jī)生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個(gè)領(lǐng)域。本課題的任務(wù)為設(shè)計(jì)一臺(tái)臥式螺旋推料離心機(jī)，用于甲醇凈化。首先概述課題選擇的意義及國內(nèi)外臥螺離心機(jī)的研究現(xiàn)狀。然后對(duì)其主要部件轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，并對(duì)離心機(jī)的生產(chǎn)能力和各功率作了研究；對(duì)輔助部件，如差速器、電機(jī)、軸承等，進(jìn)行選型，并完成傳動(dòng)設(shè)計(jì)和密封裝置的設(shè)計(jì)。再者，對(duì)轉(zhuǎn)鼓大端蓋進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后對(duì)當(dāng)今國內(nèi)外臥式螺旋離心機(jī)的研究發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)和展望。關(guān)鍵詞：臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度校核StructuraldesignofLW450F-NhorizontalscrolldecantercentrifugeMajor:processequipmentandcontrolengineeringStudent:Teacher:Abstract：Horizontalscrolldecantercentrifugeisacentrifugemachinewhichiswidelyusedinprocessingindustrialseparationofslurry.It

hasautomation,a

continuousoperation,wideapplicationrange,compactstructure,largesinglecapacityofproduction

andothercharacteristics.Nowitalsohasbeenwidelyusedinchemical,petrochemicalindustry,oilrefining,lightindustry,medicine,food,textile,metallurgy,coal,mineral,marine,environmentalprotection,militaryandotherfieldsofsolid-liquidseparation.Thetopicforthetaskistodesignahorizontalscrolldecantercentrifugewhichdrumdiameteris450mmformethanolpurification.Firstly,sketchoutthemeaningofthetaskandtheresearchstatusofhorizontalscrolldecantercentrifugeinChinaandothercountriesintheWorld.Thendesignandcalculatethemainpartsofthecentrifuge,likethebowlandthehelicalconveyor,alsostudytheproductioncapacityandthepower.Forotherassistparts,suchasdifferential,electricalmachine,Bearingsandsoon,selectthemodel;accomplishtransmissiondesignandsealingequipment.Moreovercheckthestrengthofthebigend.Finally,thesituationofcurrentdomesticandforeigncentrifugeresearchanddevelopmentissummedupandexpected.KeyWords:horizontalscrolldecanter;structuraldesign;transmissiondesign;strengthcheck目錄0概述 1選題意義 1研究路線及方法 11甲醇簡介 31.1甲醇的性質(zhì) 31.2甲醇的一些物性參數(shù) 3純甲醇的一些物性參數(shù) 3工業(yè)用甲醇的物性參數(shù) 3甲醇的用途 4甲醇生產(chǎn)工藝 4國外甲醇生產(chǎn)技術(shù) 5國內(nèi)甲醇生產(chǎn)技術(shù) 5甲醇的需求 5甲醇凈化的意義 62離心機(jī)概述 7離心機(jī)發(fā)展歷程 7離心機(jī)的分類 7臥螺離心機(jī) 8臥螺離心機(jī)簡介 8臥螺離心機(jī)主要性能和技術(shù)參數(shù) 8臥螺離心機(jī)工作原理 8臥螺離心機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) 9臥螺離心機(jī)國內(nèi)外研究情況 10國內(nèi)研究 10國外研究 10國內(nèi)外技術(shù)的比較 11密閉防爆臥螺離心機(jī) 113臥螺離心機(jī)參數(shù)選擇 13給定的設(shè)計(jì)條件 13主要參數(shù) 13有關(guān)沉降區(qū)參數(shù)的選擇 13液池深度的選擇 14轉(zhuǎn)鼓半錐角的選擇 14轉(zhuǎn)速差的選擇 14沉降區(qū)長度 15有關(guān)脫水區(qū)參數(shù)的選擇 15螺旋角的選擇 15螺距的選擇 15脫水區(qū)長度 15轉(zhuǎn)鼓材料的選擇 154工藝計(jì)算 17轉(zhuǎn)鼓壁的厚度計(jì)算 17生產(chǎn)能力的計(jì)算 17進(jìn)料管設(shè)計(jì) 19離心機(jī)主要部件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 19轉(zhuǎn)鼓 19螺旋輸送器 20物料的質(zhì)量 20臥螺離心機(jī)物料輸送的功率計(jì)算 20啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 21啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 21克服軸與軸承摩擦所需功率 22克服空氣摩擦所需功率 23卸出物料所需功率 24臥螺離心機(jī)功率確定 255主要輔助部件 26電機(jī)的選型 26主電機(jī)的選型 26輔電機(jī)的選型 26差速器的選型 26皮帶輪設(shè)計(jì) 27小端皮帶輪設(shè)計(jì) 27轉(zhuǎn)鼓大端皮帶輪設(shè)計(jì) 28密封裝置 306強(qiáng)度計(jì)算 31轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力分析 31圓柱段應(yīng)力分析 31圓錐段應(yīng)力分析 31轉(zhuǎn)鼓大端蓋的強(qiáng)度計(jì)算 32螺旋所受軸向力的計(jì)算 35軸承選取及校核 36轉(zhuǎn)鼓小端軸承的選取及校核 36轉(zhuǎn)鼓小端軸承的選取及校核 377結(jié)論與展望 39參考文獻(xiàn) 40致謝 410概述選題意義甲醇是重要的化工原料，也是潔凈燃料，其用途廣泛，不僅如此，還可以作為原料生產(chǎn)甲醛、對(duì)二甲苯、二甲醚等多種下游產(chǎn)品。近年來新興的甲醇汽油，因其環(huán)保高效，得到了大力推廣。因此，我國每年需要生產(chǎn)大量的甲醇，才能滿足各個(gè)領(lǐng)域的需求。甲醇生產(chǎn)原料采用天然氣和煤的較多，我國又是煤豐富的國家，目前產(chǎn)量幾乎各占一半。此課題針對(duì)煤制甲醇工藝中，由于煤灰等顆粒物的存在，夾雜在甲醇中，致使甲醇純度不高，影響質(zhì)量，所以提出用離心機(jī)分離固液混合物的方法，來對(duì)最終產(chǎn)物甲醇進(jìn)行凈化，分離出甲醇。又因臥式螺旋離心機(jī)具有自動(dòng)，連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方便，應(yīng)用范圍廣，對(duì)物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，易于密封，單機(jī)生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)，更使其成為凈化甲醇的首選。甲醇是易揮發(fā)、易燃、有很強(qiáng)毒性的物質(zhì)，在用臥螺離心機(jī)進(jìn)行甲醇凈化的時(shí)候，還要考慮到防爆設(shè)計(jì)，以確保生產(chǎn)過程的安全性。研究路線及方法查相關(guān)資料，得到分離液的物料參數(shù)，固相和液相成分，及其在室溫下的相關(guān)物性參數(shù)，為后續(xù)計(jì)算做準(zhǔn)備。并由已知條件推得離心機(jī)的角速度和分離因數(shù)；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓參數(shù)設(shè)計(jì)，合理選取轉(zhuǎn)鼓的半錐角、溢流口內(nèi)徑、液池深度，從而得到轉(zhuǎn)鼓筒體的結(jié)構(gòu)。并按照相關(guān)要求設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)鼓大小端蓋、液位調(diào)節(jié)裝置；螺旋推進(jìn)器的設(shè)計(jì)，合理選取螺旋頭數(shù)、螺旋角和螺距，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)完成螺旋葉片、內(nèi)筒、加料隔倉、左右軸頸的設(shè)計(jì)計(jì)算；選取轉(zhuǎn)鼓材料，查取相關(guān)參數(shù)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓圓柱段和圓錐段的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，得到轉(zhuǎn)鼓的厚度；按照懸浮液生產(chǎn)能力公式計(jì)算臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力，并計(jì)算啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等傳動(dòng)件所需功率、啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率、克服軸與軸承摩擦所需功率、克服轉(zhuǎn)鼓、物料、與空氣摩擦所需功率及卸出物料所需功率；根據(jù)計(jì)算出來的離心機(jī)總功率值，確定主電機(jī)的型號(hào)，根據(jù)卸出物料功率，確定輔電機(jī)的型號(hào)；差速器的選擇，比較各種差速器的優(yōu)缺點(diǎn)，合理選取差速器的類型，確定傳動(dòng)比，然后根據(jù)傳動(dòng)特點(diǎn)完成設(shè)計(jì)；傳動(dòng)設(shè)計(jì)，按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成主皮帶輪和輔皮帶輪的設(shè)計(jì)；根據(jù)轉(zhuǎn)鼓大小端處軸的直徑和轉(zhuǎn)速，選擇軸承的樣式和型號(hào)，然后進(jìn)行校核；確定密封裝置；轉(zhuǎn)鼓錐段和柱段的應(yīng)力分析；轉(zhuǎn)鼓大端蓋的強(qiáng)度校核；完成離心機(jī)的總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1甲醇簡介1.1甲醇的性質(zhì)甲醇是最簡單的飽和醇，化學(xué)式是CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量，常壓沸點(diǎn)℃，常溫常壓下是無色透明、略帶乙醇香味的揮發(fā)性液體。甲醇與水能夠互溶，在汽油中也有較大溶解度。甲醇劇毒，易燃燒，其蒸汽與空氣的混合物在一定范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生爆炸，爆炸極限為6.0%~36.5%（體積分?jǐn)?shù)）。甲醇的一些物性參數(shù)純甲醇的一些物性參數(shù)條件下，純甲醇的密度，粘度。工業(yè)用甲醇的物性參數(shù)工業(yè)用甲醇的技術(shù)要求見下圖：圖1工業(yè)用甲醇的技術(shù)要求由于工業(yè)生產(chǎn)的甲醇大都是一等品，所以此處取甲醇懸浮液的密度為，也即是要凈化的固液混合液的密度。甲醇的用途甲醇是重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醚，此項(xiàng)生產(chǎn)所需用甲醇量約占甲醇消耗總量的30%~40%；其次作為甲基化劑，用于生產(chǎn)甲胺、甲烷氯化物、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、對(duì)苯二甲酸二甲酯等。再者甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。隨著碳一化工的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醚、乙醇等工藝正在日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對(duì)硫磷、多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料、合成纖維等工業(yè)中有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑。其用途細(xì)分如下：碳一化工的支柱有機(jī)化工的主要原料精細(xì)化工與高分子化工的重要原料染料工業(yè)中的應(yīng)用合成樹脂與塑料工業(yè)中的應(yīng)用橡膠工業(yè)中的應(yīng)用化纖工業(yè)中的應(yīng)用農(nóng)藥工業(yè)中的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用生物化工制單細(xì)胞蛋白新一代燃料甲醇摻燒汽油純甲醇用于汽車燃料甲醇制汽油甲醇制甲基叔丁基醚甲醇生產(chǎn)工藝合成甲醇的原料路線在過去幾十年中經(jīng)歷了很大的變化。20世紀(jì)50年代以前，甲醇生產(chǎn)多以煤和焦炭為原料，采用固定床氣化方法生產(chǎn)的水煤氣作為甲醇原料氣。20世紀(jì)50年代以來，天然氣和石油資源大量開采，由于天然氣便于輸送，適合于加壓操作，可降低甲醇裝置的投資和成本，在蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，以天然氣為原料的甲醇生產(chǎn)流程被廣泛采用，至今仍為甲醇生產(chǎn)的最主要原料。20世紀(jì)60年代后，重油部分氧化技術(shù)有了長足進(jìn)步，以重油為原料的甲醇裝置有所發(fā)展。估計(jì)今后在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，國外甲醇生產(chǎn)仍以烴類原料為主。從發(fā)展趨勢(shì)來看，今后煤炭為原料生產(chǎn)甲醇的比例會(huì)上升，煤制甲醇作液體燃料將成為其主要用途之一，也滿足綠色環(huán)保的要求。液體原料石腦油和渣油、固體原料煤炭、氣體原料天然氣和油田氣等經(jīng)部分氧化法或蒸汽轉(zhuǎn)化法可制得合成氣CO和H2。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件，可以合成甲醇，將合成后的粗甲醇經(jīng)預(yù)精餾脫除甲醚等副產(chǎn)物，精餾而制得成品甲醇。由于我國是煤炭儲(chǔ)量大國，因此以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇的比例幾乎達(dá)到了一半。目前煤制甲醇的方法有單產(chǎn)甲醇法和合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇法（聯(lián)醇法），其中單產(chǎn)甲醇法又包括高壓法、低壓法和中壓法。國外甲醇生產(chǎn)技術(shù)國外甲醇多以天然氣為原料，采用低壓法工藝，主要有ICI、Lurgi、等方法，前兩種被認(rèn)為是當(dāng)今較為先進(jìn)的甲醇生產(chǎn)技術(shù)，約80%的甲醇采用這兩種方法生產(chǎn)。近十多年來，國外甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快，除了普遍采用低壓法操作以外，在生產(chǎn)規(guī)模、節(jié)能降耗、催化劑開發(fā)、過程控制等領(lǐng)域都有新的突破。1.4.2國內(nèi)甲醇生產(chǎn)技術(shù)我國甲醇工業(yè)發(fā)展較晚，同發(fā)達(dá)國家相比，在生產(chǎn)技術(shù)和下游產(chǎn)品的開發(fā)利用方面都存在著較大的差距，但在生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品利用開發(fā)上也都有了許多新的進(jìn)步。改革開放后，甲醇工業(yè)發(fā)展也較迅速。目前，國內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線；單位產(chǎn)能投資高，約為國外大型甲醇裝置投資的2倍，成本較高。據(jù)了解，我國有近200家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中10萬t/a以上的裝置只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也只有60萬t/a，其余80%都是10萬t/a以下的小規(guī)模裝置。國內(nèi)甲醇生產(chǎn)大致可分為3種生產(chǎn)工藝：高壓法工藝、低壓法工藝、中壓聯(lián)醇工藝。甲醇的需求近年來，隨著甲醇應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，各國對(duì)甲醇工業(yè)的發(fā)展都非常重視。如此眾多的領(lǐng)域需要甲醇，而且需求量很大，所以看得出生產(chǎn)大量甲醇的必要性。甲醇燃料的興起，更是增大了甲醇的需求量。發(fā)展大型煤制甲醇，并加工為烯烴和替代燃料，以煤代替石油，是國家能源安全的需要，也是化學(xué)工業(yè)高速發(fā)展的需要。如此大的需求，隨著煤氣化技術(shù)，甲醇合成技術(shù)和設(shè)備、機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步，甲醇的裝置規(guī)模均在2000t/d~3000t/d，最大已達(dá)7000t/d。甲醇凈化的意義在甲醇生產(chǎn)中，煤制甲醇工藝仍然占主要地位，但是煤制甲醇法中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生煤灰等微小顆粒，會(huì)夾雜在甲醇中，致使甲醇純度不高，影響質(zhì)量，也影響其使用效果。因此提出運(yùn)用分離機(jī)分離固液混合物的原理，從甲醇中分離出固相顆粒，以凈化甲醇，從而得到高濃度的甲醇，用于各方面的需求。而臥式螺旋卸料離心機(jī)作為分離機(jī)械，因其諸多優(yōu)點(diǎn)，而成為甲醇凈化的首選。2離心機(jī)概述離心機(jī)發(fā)展歷程在現(xiàn)代工業(yè)中，固—液系統(tǒng)（包括懸浮液和乳濁液）分離的目的是：（1）回收有價(jià)值的固相，排掉液相；（2）回收液相，排掉固相；（3）固、液兩相都回收；（4）固、液兩相都排掉（如污泥脫水）。達(dá)到上述分離效果的主要操作方法有重力沉降、過濾和離心分離。利用離心力達(dá)到固—液、液—液、液—液—固分離的方法通稱為離心分離。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。自1836年第一臺(tái)工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國問世，迄今一百多年以來已獲得很大的發(fā)展?，F(xiàn)在離心機(jī)已廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個(gè)領(lǐng)域。例如濕法采煤中煤炭的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動(dòng)物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)已成為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機(jī)。1877年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)，進(jìn)入20世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，需要把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)作燃料油使用，50年代研制成功了自動(dòng)排渣的碟式活塞排渣分離機(jī)，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對(duì)于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。離心機(jī)的分類離心機(jī)按分離原理可以分為兩大類，即過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。過濾式離心機(jī)包括三足式、上懸式、臥式刮片卸料、臥式活塞推料、離心力卸料、振動(dòng)卸料、進(jìn)動(dòng)卸料、螺旋卸料、螺旋卸料沉降——過濾組合式等。沉降式離心機(jī)包括撇液管式、螺旋卸料、管式、室式、碟式等。離心機(jī)的分類方法還有很多，除了上述按分離原理的分類外，也可按分類原理、操作目的、操作方法、結(jié)構(gòu)型式、分離因數(shù)、卸料方式等分類。臥螺離心機(jī)臥螺離心機(jī)簡介最初的臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（簡稱臥螺離心機(jī)）是由兩對(duì)開式齒輪傳動(dòng)獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的轉(zhuǎn)速差，以輸送沉渣的并用于淀粉工業(yè)。真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)臥螺離心機(jī)是1954年制造的，并且該機(jī)首次使用了二級(jí)行星齒輪差速器。螺旋卸料離心機(jī)也有沉降和過濾兩種形式，它是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)料和卸料的離心機(jī)，目前應(yīng)用較多的是沉降式，由于其卸渣過程中經(jīng)過一段干燥區(qū)，所以排出的沉渣含濕量較其他一些沉降離心機(jī)為小，一般螺旋卸料離心機(jī)的分離因數(shù)都較前幾種離心機(jī)為高，所以它能分離含更細(xì)顆粒的懸浮液。中國的螺旋離心機(jī)發(fā)展比較晚，但近年來發(fā)展速度較快。目前國內(nèi)已能生產(chǎn)的臥螺離心機(jī)有200、350、380、450、600、800、1000等規(guī)格。臥螺離心機(jī)主要性能和技術(shù)參數(shù)固相濃度~2毫米懸浮液容積濃度1~50%生產(chǎn)能力最大可達(dá)190米3/時(shí)（懸浮液）轉(zhuǎn)鼓直徑160~1600毫米轉(zhuǎn)鼓長徑比1~轉(zhuǎn)鼓半錐角5°~13°液池深度與直徑的比~轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的~3%2.3.3臥螺離心機(jī)工作原理在機(jī)殼內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器由兩個(gè)同心軸承相連接，主電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相連接，行星差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速不一樣，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。懸浮液從右端的中心進(jìn)料管連續(xù)進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端的干燥區(qū)，送出液面并從排渣孔甩出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開設(shè)有若干溢流孔，液相便從此處流出，從而完成固液分離。如下圖所示：圖2臥式螺旋離心機(jī)工作原理示意圖2.3.4臥螺離心機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)，維修方便。對(duì)物料的適應(yīng)性很大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離的很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動(dòng)不影響分離效果。應(yīng)用范圍廣，能完成固相脫水、液相澄清、可分離固相重度比液相輕的懸浮液、液—液—固分離、粒度分級(jí)過程。單機(jī)生產(chǎn)能力大（當(dāng)量沉降面積可達(dá)10000米2，生產(chǎn)能力可達(dá)190米3/時(shí)），分離質(zhì)量比較高，操作費(fèi)用低，占地面積小。結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機(jī)型能在加壓和低溫條件下操作。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)稍高，大致與真空過濾機(jī)相等。沉渣的洗滌效果不好。2.4臥螺離心機(jī)國內(nèi)外研究情況2國內(nèi)研究七十年代，我國開始引進(jìn)，國產(chǎn)化一些機(jī)型成為原化工部七五科技攻關(guān)項(xiàng)目。八十年代我國就開始測(cè)繪，已測(cè)繪德國FIOTTWE公司、美國SHAPLESS公司、法國GUINARD公司、瑞典ALFA-Laval公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機(jī)，并進(jìn)行仿制，國家當(dāng)時(shí)在全國組織6個(gè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)。九十年代我國在已能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī)。國家在1979年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn)，成功的生產(chǎn)出WL200，WLl000，LWB500，LWG500等型號(hào)的產(chǎn)品?，F(xiàn)在國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)有WL200，WL350，WL450，WL600，LW800，DLW430，LW350，LW400，LW500，LW620等。現(xiàn)列舉國內(nèi)幾家企業(yè)的研究成就如下：成都天保公司與美國圣騎士合作研發(fā)的大長徑比臥螺離心機(jī)技術(shù)參數(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，并達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。目前天保公司臥螺心機(jī)最大轉(zhuǎn)鼓直徑可達(dá)1000mm，最大長徑比達(dá)。重慶江北機(jī)械廠引進(jìn)法國堅(jiān)納公司技術(shù)，并嚴(yán)格按法國堅(jiān)納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品D（LW）系列產(chǎn)品。金華鐵路機(jī)械廠近來已推出最新機(jī)型LW355x1460，LW400x860，LW500x1250，LWG500x1250。它們的主要特點(diǎn)是能去除泥漿中的有害粗顆粒，調(diào)整泥漿比重，降低粘度，其LW500x1250，LW500x1250的最大處理量能達(dá)到50立方米。2國外研究為了讓臥螺離心機(jī)有更高的分離能力，國外學(xué)者對(duì)臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)。下面就結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面舉例如下：1988年日本SourokuSuzuki研制了雙錐角臥螺離心機(jī)。1997年Woon-FongLeung等在轉(zhuǎn)鼓錐段排出口附近的內(nèi)筒上安裝流動(dòng)控制結(jié)構(gòu)。2004年日本TetsuoOhinata等開發(fā)了直筒壓榨式臥螺離心機(jī)。德國Westfalia公司的DiscDecanter，它首次在臥螺離心機(jī)中融合了蝶式分離機(jī)技術(shù)。英國Euroby公司推出的CentriDry離心機(jī)，它將離心脫水和熱烘干技術(shù)集合在一臺(tái)機(jī)器上。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的NX型螺旋卸料沉降式離心機(jī)，其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號(hào)，還可以根據(jù)新的材料要求，設(shè)計(jì)新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。2國內(nèi)外技術(shù)的比較（1）材料方面：此方面國內(nèi)與國外技術(shù)基本相同，主要部件都采用不銹鋼制造，只有在處理特殊介質(zhì)時(shí)，才采用其他適合材質(zhì)。（2）差速器方面：此方面基本相同，一般多為雙級(jí)2K-H，3K，K-H-V等形式行星漸開線齒輪差速器或采用行星擺線針輪及漸開線齒輪差速器的組合形式。（3）螺旋的密封方式：此方面也比較相像，螺旋的密封方式大多采用機(jī)械密封或迷宮式密封。（4）分離因數(shù)方面：近年來，隨著科技的進(jìn)步，國內(nèi)外臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)也在不斷提高，一些離心機(jī)分離因數(shù)可達(dá)到4000~5000，部分國外小機(jī)型甚至超過10000。（5）制造方面：因?yàn)榧夹g(shù)或成本問題，國內(nèi)廠家多數(shù)采用鍛、鑄件車削加工或不銹鋼板卷繞焊接方式，這樣使得結(jié)構(gòu)材料的均勻度、強(qiáng)度、耐腐蝕性、抗荷載能力等不是很好。而國外大多數(shù)廠家采用離心澆鑄的方式，有效地保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗載荷能力等要求。（6）驅(qū)動(dòng)方式：國內(nèi)離心機(jī)驅(qū)動(dòng)方式通常較為單一，采用最多的驅(qū)動(dòng)方式是雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，即一臺(tái)電機(jī)通過皮帶直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，另一臺(tái)電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)螺旋。而進(jìn)口設(shè)備中往往可提供除常用的雙電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式外的多種驅(qū)動(dòng)方式，如單電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，另外一種常見驅(qū)動(dòng)方式是采用液壓驅(qū)動(dòng)。（7）磨損保護(hù)：國內(nèi)外主要廠家的離心機(jī)在與污泥接觸的螺旋葉片外緣采用了燒結(jié)耐磨合金片或陶瓷片鑲嵌工藝，可方便更換，但整體更換成本較高。部分廠家對(duì)螺旋葉片外緣進(jìn)行碳化鎢熱噴涂處理，成本較低，但壽命較鑲嵌工藝短。（8）自控方式：日前國內(nèi)外的主流控制方式是PLC(可編程邏輯控制器)控制。國外離心機(jī)的控制技術(shù)比國內(nèi)領(lǐng)先數(shù)年，部分廠家早在10年前就己開始使用工業(yè)計(jì)算機(jī)或DCS控制系統(tǒng)。雖然我國臥螺離心機(jī)工業(yè)起步較晚，但在某些性能方而，已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，目前已有部分廠家的離心機(jī)在某些專項(xiàng)技術(shù)上達(dá)到甚至超過了國外離心機(jī)。但不可否認(rèn)的是，我國離心機(jī)制造行業(yè)的整體水平與國外的離心機(jī)還存在一定的差距，尤其體現(xiàn)在整機(jī)可靠性、穩(wěn)定性、使用壽命、裝配精度、操作的靈活性、人性化以及某些新技術(shù)的應(yīng)用等方面。因此還是需要努力不斷縮小差距。密閉防爆臥螺離心機(jī)對(duì)于具體分離對(duì)象來說，有的有毒性，有的有腐蝕性，這樣就需要設(shè)計(jì)出不同類型的離心機(jī)用于不同性質(zhì)的物料。在密閉防爆或者加壓操作的工藝條件下，就要求離心機(jī)工作空間與外界環(huán)境隔離，對(duì)離心機(jī)的密封性有特殊要求。例如聚丙烯的分離，考慮物料的特性，若易揮發(fā)組分——己烷泄漏出來，會(huì)增加消耗定額，更重要的是容易引起爆炸，這樣就要求整個(gè)操作在密閉條件下進(jìn)行，就需要密閉防爆離心機(jī)。臥螺離心機(jī)有三處泄露點(diǎn)，即轉(zhuǎn)鼓兩端的轉(zhuǎn)軸與不動(dòng)的機(jī)殼之間，以及在回轉(zhuǎn)的螺旋輸送器內(nèi)筒和不動(dòng)的加料管之間，這三處需要進(jìn)行密封處理，安裝三個(gè)高速密封裝置即可。目前普遍采用的離心機(jī)的氮?dú)獗Ｗo(hù)，在機(jī)殼上設(shè)置了一個(gè)氮?dú)膺M(jìn)氣管，一個(gè)氮?dú)獬鰵夤?，離心機(jī)在工作時(shí)，對(duì)內(nèi)腔中充入氮?dú)?，并設(shè)置在線氧氣檢測(cè)裝置和壓力變送傳感器，對(duì)運(yùn)行過程中的離心機(jī)內(nèi)腔的氧氣濃度進(jìn)行檢測(cè)，控制其含量在安全范圍以內(nèi)，也即保證機(jī)內(nèi)的氧氣濃度在易燃易爆介質(zhì)的爆炸極限之外。這樣既方便簡單，可靠性又高。3臥螺離心機(jī)參數(shù)選擇3.1給定的設(shè)計(jì)條件轉(zhuǎn)鼓直徑為450mm轉(zhuǎn)鼓長徑比為4轉(zhuǎn)速為3500rmp操作溫度為室溫操作壓力為微正壓3.2主要參數(shù)臥螺離心機(jī)的主要參數(shù)包含有轉(zhuǎn)鼓直徑、轉(zhuǎn)鼓長度、轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)速度和分離因數(shù)。由設(shè)計(jì)任務(wù)所給出的數(shù)據(jù)知，轉(zhuǎn)鼓的直徑，長徑比，則轉(zhuǎn)鼓長度。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，則角速度分離因數(shù)。3.3有關(guān)沉降區(qū)參數(shù)的選擇沉降區(qū)參數(shù)包括沉降區(qū)長度、液池深度、半錐角、轉(zhuǎn)速差。圖3轉(zhuǎn)鼓尺寸簡圖液池深度的選擇，，一般常用值，選取轉(zhuǎn)鼓圓錐小端出渣口的半徑，即；，一般工業(yè)用沉降離心機(jī)的，選取轉(zhuǎn)鼓圓柱段大端溢流口的半徑，即；可得液池深度。轉(zhuǎn)鼓半錐角的選擇澄清用螺旋沉降離心機(jī)，脫水用螺旋沉降離心機(jī)，前者用于高分散低濃度和難分離懸浮液，后者用于中粗粒子和高濃度較易分離的懸浮液。由于本課題所設(shè)計(jì)的離心機(jī)是用于甲醇凈化，屬于澄清用螺旋沉降離心機(jī)，所以選取轉(zhuǎn)鼓半錐角。轉(zhuǎn)速差的選擇當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速大于螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速時(shí)，為正差，有利于沉降分離；當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速低于螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速時(shí)，為負(fù)差，有利于沉渣的輸送，且能降低差速器的功率，綜合考慮，選取轉(zhuǎn)速差。沉降區(qū)長度柱段沉降區(qū)長度：錐段沉降區(qū)長度：3.4有關(guān)脫水區(qū)參數(shù)的選擇脫水區(qū)參數(shù)包括半錐角α、螺旋角β、θ、脫水區(qū)長度LG和轉(zhuǎn)速差?n。螺旋角的選擇對(duì)處理較易分離的中粗粒子而磨蝕性又不嚴(yán)重的材料時(shí)，現(xiàn)在工業(yè)脫水用離心機(jī)所用或者；對(duì)于輸送條件較差的物料，一般均取小值，即。一般工業(yè)用螺旋沉降離心機(jī)，除特殊情況外，絕大多數(shù)機(jī)型均選用螺旋葉片母線垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，即的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中，選用的結(jié)構(gòu)，所以。螺距的選擇由于甲醇中所含的固體顆粒量比較小，所以可取小一點(diǎn)的值，選取，即，則螺距。脫水區(qū)長度脫水區(qū)長度。3.5轉(zhuǎn)鼓材料的選擇轉(zhuǎn)鼓的最高許用轉(zhuǎn)速，受轉(zhuǎn)鼓材料機(jī)械強(qiáng)度的限制。鼓壁應(yīng)力與轉(zhuǎn)速或者圓周線速的二次方成正比。對(duì)于一定材料而言，其允許的最大圓周線速度有一定的限度。不同材料制成的各種直徑轉(zhuǎn)鼓的最大允許轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)都有定值。選取00Cr17Ni14Mo2不銹鋼材料，即316L不銹鋼，查表得，。為轉(zhuǎn)鼓材料的許用應(yīng)力，在按無力矩理論計(jì)算轉(zhuǎn)鼓時(shí)，其指選取下面兩個(gè)值中較小值，。式中：、——設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服限和強(qiáng)度限，；——屈服限的安全系數(shù)，一般；——強(qiáng)度限的安全系數(shù)，一般；由JB/T8051《離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范知，則，，則。，得到。此離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)均滿足要求，所以選取00Cr17Ni14Mo2即316L不銹鋼為轉(zhuǎn)鼓材料。4工藝計(jì)算4.1轉(zhuǎn)鼓壁的厚度計(jì)算圓筒形轉(zhuǎn)鼓鼓壁厚為：圓錐形轉(zhuǎn)鼓鼓壁厚為：圓錐形轉(zhuǎn)鼓，其徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力均在大口端最大，因此強(qiáng)度校核只需校核圓錐大口段的鼓壁應(yīng)力，即——轉(zhuǎn)鼓填充系數(shù)，，其中為轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料層內(nèi)半徑。為焊縫強(qiáng)度系數(shù)，此處焊縫100%探傷，取則根據(jù)鋼板的標(biāo)準(zhǔn)厚度，考慮到圓筒及圓錐部分的加工制造方便和腐蝕裕量等，取。生產(chǎn)能力的計(jì)算顆粒的沉降速度為式中：——臨界粒徑，即小于它的顆粒隨溢流排走；——兩相密度差（kg/m3）；——液相粘度（kg/m.s）；25oC時(shí)，甲醇的粘度為，密度；25oC時(shí)，煤灰的密度為，臨界粒徑取為。則其中，一般工業(yè)用離心機(jī)的。則從以上各式可以看出：沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于物料性質(zhì)和離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)。上述計(jì)算是以單個(gè)粒子離心沉降進(jìn)行計(jì)算的。實(shí)際離心機(jī)沉降過程中，固相粒子間相互影響，流體流動(dòng)的影響及卸料方式等因素的影響都使生產(chǎn)能力有所降低，實(shí)際生產(chǎn)能力為：為修正系數(shù)，它于機(jī)器的結(jié)構(gòu)、操作及物料有關(guān)。進(jìn)料管設(shè)計(jì)則式中為物料流速，取值為m/s則根據(jù)管子的標(biāo)準(zhǔn)，選取管子規(guī)格為4.4離心機(jī)主要部件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算4.4.1轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓的質(zhì)量左樞軸：左端蓋：左端法蘭：錐形筒體：柱形筒體：右端法蘭：右端蓋：右樞軸：轉(zhuǎn)鼓的總質(zhì)量為：轉(zhuǎn)鼓繞軸的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)鼓繞軸的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：轉(zhuǎn)鼓的重心距左軸承的距離4.4.2螺旋輸送器螺旋輸送器的總質(zhì)量螺旋葉片的質(zhì)量：內(nèi)筒的質(zhì)量：左軸頸的質(zhì)量：右軸頸的質(zhì)量：螺旋輸送器的總質(zhì)量為。4螺旋輸送器繞軸的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量螺旋輸送器繞軸的極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。4.4.3物料的質(zhì)量圓柱段物料的質(zhì)量：圓錐段物料的質(zhì)量：物料總質(zhì)量為臥螺離心機(jī)物料輸送的功率計(jì)算臥螺離心機(jī)的功率計(jì)算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計(jì)算，并根據(jù)算出來的各功率，可以合理地確定主、輔電動(dòng)機(jī)的功率，進(jìn)而確定電機(jī)及差速器的型號(hào)。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型，操作方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個(gè)方面：（1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率；（2）啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率；（3）克服軸與軸承摩擦所需功率；；（4）克服轉(zhuǎn)鼓，物料與空氣摩擦所需功率；；（5）卸出物料所需功率；。.1啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率欲使離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)件線速度，m/s；——轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2，此處的轉(zhuǎn)動(dòng)件主要包括轉(zhuǎn)鼓、螺旋、傳動(dòng)軸和減速器，因此估取極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率為：式中：——啟動(dòng)時(shí)間，s，一般在30秒到120秒之間，此處?。弧D(zhuǎn)鼓角速度，；.2啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率對(duì)于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī)，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。假設(shè)某種分離操作，單位時(shí)間內(nèi)排出的個(gè)組分中，各組分的質(zhì)量為，各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑為，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率為：式中：——單位時(shí)間被分離各組分處理量；已知液相密度，固相密度，混合液密度，設(shè)為固相所占體積分?jǐn)?shù)，則，得到。單位時(shí)間處理固相的質(zhì)量：單位時(shí)間處理液相的質(zhì)量：——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)各組分旋轉(zhuǎn)半徑；固相：液相：——物料分離的組分?jǐn)?shù)；克服軸與軸承摩擦所需功率克服支撐軸承摩擦所需的功率可以認(rèn)為是加載支撐軸承上的摩擦力與摩擦表面間的相對(duì)速度之積。支撐軸承上的摩擦力可以由摩擦力公式求得，其為作用在支撐軸承上的支反力與摩擦系數(shù)的乘積，相對(duì)速度則可由軸承接觸處軸徑和軸旋轉(zhuǎn)的角速度求得，所以，克服支撐軸承摩擦所需的功率就可以由如下公式來表達(dá)：式中：——軸與軸承間摩擦系數(shù)，對(duì)于滾動(dòng)軸承取~，此處取；、——分別為軸頸表面的線速度，m/s；、——分別為兩軸承處的支反力，N；、——?jiǎng)e為兩軸承處的軸頸直徑，m；關(guān)于軸承支反力、，應(yīng)考慮在轉(zhuǎn)子的靜載荷與動(dòng)載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉(zhuǎn)鼓及其它轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量，動(dòng)載荷為由于轉(zhuǎn)動(dòng)件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。估算由于加料轉(zhuǎn)鼓的不平衡產(chǎn)生的動(dòng)載荷時(shí),通常假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)件的重心對(duì)其回轉(zhuǎn)中心線有一個(gè)偏移量。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的沉降式離心機(jī)式中為轉(zhuǎn)鼓半徑（米）。所以軸上的總載荷可按如下公式計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量估取則作用在軸上的總載荷為：左軸承側(cè)懸臂梁受力，簡化為皮帶輪和差速器的重力作用于一點(diǎn)，皮帶輪質(zhì)量取2kg，則總質(zhì)量為。其受力簡圖如下：圖4離心機(jī)受力簡圖作用在兩軸承上的支反力為：兩式聯(lián)立解得，由設(shè)計(jì)圖紙可知，左右支撐軸承處軸徑為：則將上述各數(shù)據(jù)代入式（5.4）可得克服支撐軸承摩擦所需的功率：.4克服空氣摩擦所需功率臥螺沉降式離心機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)鼓外表面、物料層內(nèi)表面都會(huì)因克服空氣摩擦阻力而消耗一定的功率，由于影響空氣摩擦阻力的因素很復(fù)雜，想要精確的計(jì)算不容易達(dá)到，因此一般工程計(jì)算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，都習(xí)慣采用一些近似的計(jì)算方法，在這里克服空氣摩擦所需的功率可以由如下公式來計(jì)算：式中：——氮?dú)饷芏龋撼合氯。弧D(zhuǎn)鼓的長度：；——轉(zhuǎn)鼓角速度：；——轉(zhuǎn)鼓外半徑：——轉(zhuǎn)鼓中物料層的內(nèi)半徑:。將上述各值帶入，可得克服空氣摩擦所需功率：.5卸出物料所需功率對(duì)于螺旋卸料離心機(jī)，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，故卸料功率應(yīng)包括：(1)克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力消耗功率；(2)克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率；(3)克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率。因?yàn)榇穗x心機(jī)的螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓母線，則克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力消耗功率為：kw克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率為：克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率為：式中：——每秒獲得沉渣質(zhì)量，；——轉(zhuǎn)鼓平均內(nèi)半徑，；——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)，?。弧猎c螺旋葉片間的摩擦系數(shù)，??；——螺旋葉片圈數(shù)，。則由于離心機(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：臥螺離心機(jī)功率確定離心機(jī)的功率可以分為兩種狀態(tài)，一種是離心機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下消耗的功率，另一種是離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中消耗的功率。在啟動(dòng)階段消耗的總功率為：在運(yùn)轉(zhuǎn)階段消耗的總功率為：由上述計(jì)算可以看出，離心機(jī)在啟動(dòng)階段所消耗的功率大于在操作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率，因此，離心機(jī)的額定功率主要還是參照啟動(dòng)功率來確定。在本設(shè)計(jì)中，離心機(jī)的功率為：。5主要輔助部件5.1電機(jī)的選型5.1.1主電機(jī)的選型根據(jù)離心機(jī)的總功率，并由JB/T5271-1991、JB/T5272-1991，選擇主電機(jī)型號(hào)為Y180L-2，額定功率為37kw，轉(zhuǎn)速為2939r/min。5.1.2輔電機(jī)的選型根據(jù)卸出物料所需功率選擇輔電機(jī)型號(hào)為Y2-801-2，額定功率為0.75kw，轉(zhuǎn)速為2840r/min。5.2差速器的選型在臥螺卸料離心機(jī)中，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的轉(zhuǎn)速差，導(dǎo)致二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)物料沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)，直至到出渣口被卸出。為了保證轉(zhuǎn)鼓和螺旋以不同的角速度同向回轉(zhuǎn)，并得到最佳的轉(zhuǎn)差值，因此臥螺離心機(jī)從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間都需要一個(gè)傳動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)鼓跟差速器的外殼相連，帶動(dòng)差速器以相同的速度旋轉(zhuǎn)，差速器的輸出軸與螺旋輸送器相連，從而帶動(dòng)螺旋輸送器旋轉(zhuǎn)，因而得到轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器之間的轉(zhuǎn)速差。由于差速器高速回轉(zhuǎn)，需傳遞的轉(zhuǎn)矩大，潤滑條件又差，當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值時(shí)，對(duì)差速器壽命影響很大，故對(duì)各零件在組裝過程中的間隙調(diào)整要求特別高，公差要求非常精密，間隙太大或太小均不利于差速器的運(yùn)行。差速器的種類很多，一般差速器采用周轉(zhuǎn)輪系結(jié)構(gòu)，目前臥式螺旋離心機(jī)常用的差速器為擺線針齒行星差速器。這種差速器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。因?yàn)榇瞬钏倨髦蟹彩怯邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)的地方，均采用了滾動(dòng)摩擦，對(duì)主要傳動(dòng)零件進(jìn)行了精磨，具有高精度和高的表面光潔度，所以效率高，可達(dá)。本設(shè)計(jì)中的臥螺離心機(jī)根據(jù)卸出物料所需功率，選擇差速器型號(hào)為XW8125型。其功率為0.75Kw，傳動(dòng)比為29。其相關(guān)參數(shù)如下：輸出端輸出端5.3皮帶輪設(shè)計(jì)5小端皮帶輪設(shè)計(jì)與差速器輸入端聯(lián)接的皮帶輪轉(zhuǎn)速為與輔助電機(jī)所聯(lián)的皮帶輪為小帶輪，轉(zhuǎn)速為傳動(dòng)比5.3選擇V帶型號(hào)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中工作情況系數(shù)表，取工作情況系數(shù)根據(jù)和，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中普通V帶選型圖，選帶型號(hào)為Y型。Y型帶參數(shù)：頂寬節(jié)寬高度帶質(zhì)量輪緣尺寸：5.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑取小帶輪直徑，其中取，則，取。5.3驗(yàn)算帶速一般情況下，帶速在5~25m/s之間為宜，取值合適。5.3確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距一般可取為，即，估取。則帶的基準(zhǔn)長度選取標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度值。則5.3驗(yàn)算小帶輪包角5.3確定V帶根數(shù)其中：——單根V帶所傳遞的功率——功率增量——包角修正系數(shù)——帶長修正系數(shù)查相關(guān)對(duì)應(yīng)的表知，，，。代入數(shù)值，得到，取整為。帶輪的寬度。5.3確定帶的初拉力5.3計(jì)算帶輪軸上所受壓力5.3.2轉(zhuǎn)鼓大端皮帶輪設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)鼓聯(lián)接的皮帶輪轉(zhuǎn)速為與電機(jī)所聯(lián)的皮帶輪為小帶輪，轉(zhuǎn)速為傳動(dòng)比5.1選擇V帶型號(hào)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中工作情況系數(shù)表，取工作情況系數(shù)根據(jù)和，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中普通V帶選型圖，選帶型號(hào)為SPA型。SPA型帶參數(shù)：頂寬節(jié)寬高度帶質(zhì)量輪緣尺寸：5.2確定帶輪基準(zhǔn)直徑取小帶輪直徑，其中取，則，取。5.3驗(yàn)算帶速5.4確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距一般可取為，即估取則帶的基準(zhǔn)長度選取標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度值。則5.5驗(yàn)算小帶輪包角5.6確定V帶根數(shù)其中：——單根V帶所傳遞的功率——功率增量——包角修正系數(shù)——帶長修正系數(shù)查相關(guān)對(duì)應(yīng)的表知，，，代入數(shù)值，得到，取整為帶輪的寬度5.7確定帶的初拉力5.8計(jì)算帶輪軸上所受壓力密封裝置用于甲醇凈化的臥式螺旋卸料離心機(jī)，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮介質(zhì)的特性，由于甲醇是易燃、易爆物質(zhì)，在凈化過程中，要避免其泄露到空氣中，以防發(fā)生安全事故。并且從課題中的F就可以看出，此課題設(shè)計(jì)的離心機(jī)是防爆離心機(jī)。在密閉、防爆工藝條件時(shí)，要求離心機(jī)工作空間與外界環(huán)境隔離，根據(jù)其要求程度，隔離效果可以有所不同，有的要完全隔離，不能有一點(diǎn)的泄露，有的則可以允許小范圍的溢出。要達(dá)到密閉，必須在三個(gè)泄露點(diǎn)，即轉(zhuǎn)鼓兩端的轉(zhuǎn)軸與不動(dòng)的機(jī)殼之間，以及在回轉(zhuǎn)的螺旋輸送器內(nèi)筒和不動(dòng)的加料管之間，安裝三個(gè)高速密封裝置?？梢允褂妹詫m式密封，并充以惰性氣體來達(dá)到密封的目的，但因?yàn)槠涑錃獾南牧看?，所以大多?shù)情況下采用機(jī)械密封。一般都采用雙端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)加沖洗封液，這樣有助于改善潤滑、冷卻條件和提高密封性能。對(duì)于材料的選擇，摩擦副的材料一般選用硬質(zhì)合金與浸漬石墨組對(duì)，高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)采用硬質(zhì)合金，靜環(huán)采用浸漬石墨。為了盡量縮短機(jī)械密封的軸向尺寸，彈性元件一般采用小螺旋彈簧或波形圈彈簧。典型工況下機(jī)械密封材料選取截取部分內(nèi)容如下：名稱醇濃度/%95溫度沸點(diǎn)以下靜環(huán)石墨浸漬樹脂、酚醛塑料、填充聚四氟乙烯動(dòng)環(huán)碳化鎢、45剛、鑄鋼、碳化硅、氮化硅輔助密封圈丁晴、氯丁、聚硫橡膠、乙丙、丁苯、氟橡膠、聚四氟乙烯彈簧3Cr13、4Cr13根據(jù)上述因素，選取機(jī)械密封的靜環(huán)材料為浸漬石墨，動(dòng)環(huán)材料為碳化硅，彈簧為3Cr13。6強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力分析圓柱段應(yīng)力分析鼓壁自身質(zhì)量引起鼓壁的應(yīng)力由于轉(zhuǎn)鼓壁自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力的方向和轉(zhuǎn)鼓軸線相垂直，因此它在鼓壁上不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力，即；鼓壁上產(chǎn)生的周向應(yīng)力。式中：——轉(zhuǎn)鼓材料的密度，kg/m3——轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑——轉(zhuǎn)鼓的角速度物料質(zhì)量引起鼓壁的應(yīng)力鼓壁的經(jīng)向應(yīng)力式中：——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的密度，kg/m3——轉(zhuǎn)鼓填充系數(shù)，——轉(zhuǎn)鼓的壁厚鼓壁的周向應(yīng)力。圓錐段應(yīng)力分析鼓壁自身質(zhì)量引起鼓壁的應(yīng)力由于鼓壁質(zhì)量離心慣性力的方向始終沿著半徑向外垂直于軸線，無軸向分力，故不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)向應(yīng)力；鼓壁上產(chǎn)生的周向應(yīng)力式中：——圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁上任取的半徑由此可知，在圓錐段不同位置處所受的周向應(yīng)力不同。6.1.2.2.物料質(zhì)量引起鼓壁的應(yīng)力鼓壁的經(jīng)向應(yīng)力鼓壁的周向應(yīng)力在圓錐形轉(zhuǎn)鼓的小口上，，則，；在圓錐形轉(zhuǎn)鼓的大口上，，則，。6.2轉(zhuǎn)鼓大端蓋的強(qiáng)度計(jì)算轉(zhuǎn)鼓大端蓋受物料離心壓力的作用，簡化成沿外周邊鉸支在板面上作用有按拋物線分布的載荷的環(huán)板。其力學(xué)模型如下：圖4轉(zhuǎn)鼓大端蓋受力簡圖其中環(huán)板單位面積上的載荷用下式表示：將有壓力作用和無壓力作用部分分為兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。為區(qū)域I，為區(qū)域II。在區(qū)域I中徑向應(yīng)力：周向應(yīng)力：在區(qū)域I中徑向應(yīng)力：周向應(yīng)力：式中：其中：則在端蓋的內(nèi)周邊時(shí)，，則徑向應(yīng)力為周向應(yīng)力為在端蓋的外周邊時(shí)，，則徑向應(yīng)力為周向應(yīng)力為由此可見，轉(zhuǎn)鼓大端蓋在外周邊所受的周向應(yīng)力最大則經(jīng)過計(jì)算，取大端蓋的厚度為。6.3螺旋所受軸向力的計(jì)算螺旋在輸渣過程中，所受的軸向力，是計(jì)算軸承時(shí)所需的載荷數(shù)據(jù)。螺旋所受軸向力為設(shè)沉渣沿鼓壁滑動(dòng)方向與垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線的徑向平面間的夾角可得時(shí)，式中知道螺旋也片的升角；脫水區(qū)軸向長度離心機(jī)的濕渣生產(chǎn)能力沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁之間的摩擦系數(shù)沉渣與螺旋葉面之間的摩擦系數(shù)脫水區(qū)平均半徑轉(zhuǎn)鼓與螺旋的角度差沉渣在葉面上的滑動(dòng)方向與切線方間的夾角的求解公式如下：代入各已知參數(shù)的值，得到，又兩式聯(lián)立，解得沉渣與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)角速度脫水區(qū)的平均分離因數(shù)則6.4軸承選取及校核6.4.1轉(zhuǎn)鼓小端軸承的選取及校核6.4小端軸承的選取根據(jù)轉(zhuǎn)鼓小端軸直徑為，轉(zhuǎn)速為，初選軸承為深溝球軸承，型號(hào)為SKF6026，其參數(shù)如下：內(nèi)徑外徑厚度基本額定動(dòng)載荷基本額定靜載荷為6.4小端軸承的校核當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算公式是式中：——徑向載荷，——軸向載荷，——徑向動(dòng)載荷系數(shù)——軸向動(dòng)載荷系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中滾動(dòng)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算的、值表中查得查得則，滾動(dòng)軸承的基本額定壽命計(jì)算公式如下：式中：——軸承的轉(zhuǎn)速，——軸承的額定壽命（小時(shí)）——軸承的額定動(dòng)負(fù)荷，——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷——壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承，則6.4.2轉(zhuǎn)鼓小端軸承的選取及校核6.4大端軸承的選取根據(jù)轉(zhuǎn)鼓小端軸直徑為，轉(zhuǎn)速為，初選軸承為圓柱滾子軸承，型號(hào)為SKFNU1026，其參數(shù)如下：內(nèi)徑外徑厚度基本額定動(dòng)載荷基本額定靜載荷為6.4小端軸承的校核的圓柱滾子軸承只承受徑向力，當(dāng)量動(dòng)載荷滾動(dòng)軸承的基本額定壽命計(jì)算公式如下：式中——軸承的轉(zhuǎn)速，——軸承的額定壽命（小時(shí)）——軸承的額定動(dòng)負(fù)荷，——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷——壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承，則7結(jié)論與展望本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)臥螺離心機(jī)，并用于甲醇凈化。結(jié)合給定的已知條件，首先進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)，包括半錐角、液池深度、轉(zhuǎn)鼓小端直徑、轉(zhuǎn)鼓的厚度、轉(zhuǎn)速差、螺旋葉片的螺距、所用材料等，進(jìn)而計(jì)算出離心機(jī)