卧式螺旋卸料离心机文献综述

题目：φ600卧式螺旋卸料离心机

一、前言

1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势

（1）本课题的研究意义：

离心机是一种利用转鼓带动物料旋转产生的离心力来强化分离过程的分离设备[1]。离心分离是利用离心力对液—固、液—液—固、液—液等非均相混合物进行分离的过程。其过程分为离心过滤、离心分离和离心沉降三种形式，与之相应的离心机也分为过滤离心机、离心分离机和沉降离心机三大类。分离的目的不外是：回收有价值的固相；回收有价值的液相；固相和液相都回收；固液两相都排掉[2]。

卧式螺旋卸料离心机，是当前国家鼓励发展的环保产业设备，主要用于城市工业废水和生活污水的固液分离，从而实现污水的无害排放、重新回收和再利用。此外，该设备也用于石油、化工、冶金、医药、食品、轻工等行业的物料分离。

卧式螺旋卸料离心机的主要优点：能自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转，维修方便；应用范围广，可进行固相脱水、液相澄清、液—液—固分离、粒度分级及分离固相重度比液相轻的悬浮液；对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围广，并且在颗粒大小不均匀的条件下，能照常分离得很好；结构紧凑、易于密封，某些机型能在加压和低温条件下操作；单机生产能力大，分离质量高，操作费用低，占地面积小等[3]。（2）研究现状

国内技术现状及主要差距[4-13]

1、国内技术现状

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转速差，以输送沉渣的并被用于淀粉工业上。真正具有现代实用价值的第一台螺旋离心机是1954年制造的，该机首次使用了二级行星齿轮差速器。螺旋离心机出现之后，由于它具有突出的优点而得到了迅速发展，它在离心领域内一直占有特殊的地位。

我国螺旋离心机发展较晚，但近年来发展速度较快。目前我国已能生产的卧螺离心机有WL-200、350、380、450、600、1000等规格。

我国离心分离行业尚属正在发展中，总体水平不高。随着社会进步，人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识。同时，通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收，促进了我国离心分离技术的迅速发展，主要体现在：

1)已基本形成了一个科研、设计和制造的体系。

2)成立了分离领域的学术组织。

3)在基础理论与应用方面进行了研究。

4)目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料，振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机；分离机则有碟式、室式及管式。上述产品不仅遍及全国且远销国外，且技术特性有所提高。

5)为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等)，一些新型离心机亦先后问世。内旋转子过滤离心机的研制，立式密闭螺旋机及复合机等已投产。

6)自控技术与CAD技术的应用。

7)各种相关标准的制订。

8)同国外著名离心机厂商的技术合作。

2、主要差距

尽管我国的离心分离设备有了很大进展，但从整体而言，与世界先进国家相比，差距甚大。主要表现在：

1)规格、品种少，系列化程度差。特别缺少集几种结构形式、集几种推动力于一体的复合式离心机。

2)技术参数低。国外离心分离机械产品的参数普遍高于我国，并继续向高参数、大容量方向发展。以卧螺离心机为例，最近研制的机型为国内最大的，其转鼓直径亦仅720 mm。长径比最大为L/d=4，分离因数亦较低。而国外转鼓最大直径已达2.1 m，长径比L/d=6，处理能力大于200 m3/h，可用于二相或三相分离。还发展了双向挤压型、沉降、过滤复合机型。目前，较先进的机型都采用计算机控制，会随着物料特性和参数的变化自动调节其相应的工况。

3)产品进展缓慢。而国外，由于采用模块化的组合结构，特别是采用了大规模定制设计的新手段，故能满足用户的个性化需求，并加快了产品的更新换代速度。甚至还储备所谓“冷冻产品”，以随时适应市场竞争的需要。

4)其它方面。在产品的可靠性、稳定性、自控技术、加工工艺、新材料的使用、配套产品的品质，以及理论研究等方面，均存在不少的差距。

2．国外离心分离技术的进展[14-26]

受新技术推动及相关产业发展的影响，国外离心分离技术的进展主要体现在以下几个方面：

1、加强理论研究，选择最佳设计方案

瑞典Alfa-laval公司，在碟片流道研究中发现，碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数“λ”，而工业离心机的“λ”通常在5~28之间。随着“λ”值的增加，碟片的转速增加，薄层减少，可提高雷诺数并缓和涡流。通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计，进料量可增加20%。此外，还对相分离技术进行了研究。

近年来，研究人员为选择最佳方案，采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等，对离心机的工作性能和关键零件进行研究，为设计优良性能的离心机提供了理论依据。并对带内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究。

2、技术参数的提高和新机型的问世

为提高产品的纯度，及满足能源和环保的要求，高参数已成为国外机型的发展特点。由于生物工程需要分离极细的颗粒，如细菌、酶及胰岛素等，故最新碟式机已可处理0．1μm微粒，且分离因数可达5000。如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval 公司的BTAX510机型均属此例。随着工艺要求的提高，新机型不断问世。美国Dorr-Oliver 公司的BH-46型碟式机，转鼓内径已达1.2 m，转鼓重量为4.5 t，用2个功率为220 kW 的电机驱动，最大生产能力为450 m3/h，当量沉降面积已达250，000 m2，为碟式机之

最。

瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型碟式机，具有自动调节的涡流喷嘴。利用喷嘴进料黏度和浓度的关系，可提供恒定的固相浓度，与进料速度和固体含量的变化无关。

而具有10000分离因数的卧螺离心机，可从某种程度上弥补管式分离机的不足。BTNX3560-A机型的特点是先进的旋转动态设计：主轴承改为弹性安装，可延长寿命，降低机器噪音与振动。德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞机，尺寸虽小，却更能有效进行固相分离。还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等。

3、新材料的应用

为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，一批新型材料不断涌现。如，工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料。

法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子，英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子。

但在碟式机中，由于需要高强度和一定的耐腐性能，双相组织的不锈钢广泛采用。最近，俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2)，有足够的强度和塑性。德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料，具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点。为弥补耐蚀和强度之间的矛盾，一些先进的制造商普遍采用了转鼓的自增强技术。（3）发展趋势

1)强化动态监测和自动化。随着自动控制和传感技术的发展，许多先进的自控手段被引入，并对离心机运行中的各项参数，如温度、流量、速度、振幅和噪音等进行全方位的监测，并通过传感器将收集信息输入计算机，经系统处理后，可及时了解各种参数的变化以采取相应的措施。由此出现了无人操作的碟式分离机。

2)各种组合机和专用机的开发。ALFA-LA V AL公司在碟式分离机上组合螺旋输送器，Krauss-Maffei公司的活塞推料机上组合锥形转鼓等。此外为提高离心机的分离性能和寻求最佳操作工况，Westfalia公司的碟式分离机品种之多已是世界之最。设计方面的进展：随着计算机技术的发展，CAD 技术与模块化设计已普遍使用。目前，全球市场竞争的愈加激烈，制造业面临着提高客户价值的巨大挑战。20 世纪90 年代以来，“大规模定制”在制造业逐步兴起。即“以近似于大批量生产的效率生产商品和提供服务以满足客户的个性化需要”。由于设计在产品生命周期中的重要性，面向大规模定制的设计(DFMC)已成为设计方面的新动向[28]。

世界离心机行业正在进一步探索和研究，相信国内将会向国际先进水平不断努力。2．课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题

设计目的：

完成φ600卧式螺旋卸料离心机设计。

设计的内容：

1）总体结构设计；

2）主轴及螺旋轴的传动设计等；

3）功率计算；

4）转鼓强度计算；