离心机设计

摘要

离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。

离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。

中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。

工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。

由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。

【关键词】离心机电机驱动管式高速离心沉降

Abstract

Centrifugal separation, centrifuge is using liquid and solid particles or liquid and liquid mixture of mechanical components.

The centrifuge is mainly used for solid particles and will suspension liquid separated, In the emulsion or two different from each other, the liquid phase dissolved apart from milk (such as isolated cream), It can also be used to eliminate the liquid, such as wet solid with wet clothes washing machine, Special speeding tubular centrifuges are separable different density of the gas mixture, Use different density and particle size of solid particles in the liquid settling velocity different characteristics, but also on the settlement of centrifuge solid particles by density or selecting.and.

A centrifuge used in chemical, petroleum, food, pharmaceutical, dressing, coal, water treatment and shipping department.

In ancient China, people use rope tied at the end of the clay, the other end of the rope hand, rotate, rotating centrifugal extruded clay POTS of honey, this is the principle of centrifugal separation of early.

Born in Europe industrial centrifuge, such as the middle of the 19th century, successively appeared three feet in textile dewatering centrifuge, and billows of the separation of sugar in the floating.the centrifuge. The earliest centrifuge is intermittent operation and artificial slag discharge. Slag discharge due to the improvement of the organization, the 1930s appeared continuous operation of centrifuge, intermittent operation centrifuge for realizes automatic control and development.

【Keywords】Centrifuge Tulbular High Speed rotating

Centrifugal sedimentation

目录

摘要....................................... I ABSTRACT .................................. II 第1章绪论. (1)

第1.1节前言 (1)

第1.2节管式高速离心机的概述 (1)

第1.3节管式高速离心机的原理 (2)

第2章离心机技术特点及其技术参数 (2)

第2.1节离心力场的基本特性 (2)

2.1.1 分离因数Fr (2)

2.1.2 沉降速度Vc (3)

第2.2节分离物料的特性 (4)

2.2.1 悬浮液特性 (4)

2.2.2 固体颗粒特性 (4)

第3章转鼓的强度计算 (5)

第3.1节高速回转圆筒的应力和形变 (5)

3.1.1 鼓壁质量的离心力引起的应力和形变 (5)

3.1.2 物料离心压力引起的鼓壁应力和形变 (7)

第3.2节筛网等附件的离心力引起的鼓壁应力和形变 (7)

第3.3节轴对称边界载荷作用下的圆筒壳体 (8)

3.3.1 一般情况 (8)

3.3.2沿一边缘受力矩M作用的圆筒 (10)

第4章离心机的震动 (12)

第4.1节离心机临界转速的计算 (13)

第4.2节影响临界转速的其他因素 (13)

第4.3节离心机的减震设计 (14)

4.3.1隔振原理 (14)

4.3.2隔振器的选择 (16)

第5章管式高速离心机的设计 (17)

第5.1节主要结构及技术参数 (18)

5.1.1 机械主要部件 (18)

5.1.2 驱动控制部分 (19)

第5.2节转鼓的强度计算 (20)

第5.3节减震系统的选择 (22)

第5.4节离心机主要工作参数的计算 (23)

第5.5节离心机功率计算 (25)

5.5.1 功率消耗的计算 (25)

5.5.2 轴功率的计算 (26)

5.5.3 电机功率的确定 (27)

第1章绪论

第1.1节前言

离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。

离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。

中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。

工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。

由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。

第1.2节管式高速离心机的概述

管式离心机是利用离心力来达到液体与固体颗粒、液体与液体的混合物中各组分分离的机械设备。

管式分离机是目前用离心法进行分离的理想设备，主要用于液-固、液-液或液-液-固三相分离，其最小分离颗粒为1微米，特别对一些液固相比重差异小，固体粒径细、含量低，介质腐蚀性强等物料的提取、浓缩、澄清较为适用。

与其他分离机械相比，具有可以得到高纯度的液相和含湿量较低的固相，而且具有连续运转、自动控制、操作安全可靠、节省人力和占地面积小、减轻劳动强度和改善劳动条件等优点，已广泛应用在生物医学、中药制剂、保健食品、饮料、化工等行业。

第1.3节 管式高速离心机

第2章离心机技术特点及其技术参数

第2.1节 离心力场的基本特性

2.1.1 分离因数Fr

离心机在运行过程中产生的离心加速度和重力加速度的比值。称为该离心机的分离因数。

g

r Fr 2

ω=

式中 R ——离心机转鼓半径，CM ω——转鼓的角速度，1/S

N ——转鼓的转速，r/min

(1) 分离因数是离心机分离能力的主要指标，分离因数Fr 越大，物料所受的离心机越大，分离效果越好。对于小颗粒，液相黏度大的难分离悬浮液，需要采用分离因数大的离心机加以分离。目前工业用离心机的分离因数从数百到数十万。

(2) 分离因数Fr 与离心机的转鼓半径r 成正比，与转鼓转速n 的平方也成正比。因此提高转鼓转速比增大转鼓半径对分离因数Fr 的影响要大得多。分离因数的极限值取决于转鼓材料的机械强度。一般告诉离心机的特点是小直径，高转速。

2.1.2 沉降速度Vc

根据斯托克斯定律，在Re<0.2是，颗粒在溶液中的沉降速度Vg 与下列因素有关。

式中 Vg ——颗粒在溶液中的沉降速度。m/s

D ——颗粒直径，M

d ρ——颗粒密度，Kg/3M

l ρ——液体密度，Kg/3M

μ——液体粘度，Pa*s

G ——重力加速度，M/2

S

以上式子可以看出，颗粒的沉降速度Vg 与颗粒的直径成平方关系，与颗粒与液体的密度差成正比，与液体粘度成反比。

如果在离心力场中，则颗粒的沉降速度为：

c n 52πω=g l

d μρρ18)(d Vg 2-=

2218)(d Vc ωμρρr l d -=

在分离过程中，颗粒的沉降速度Vc 越大，分离效果就越明显，斯托克斯定律表明了分离效果与物性参数的基本关系。

第2.2节 分离物料的特性

2.2.1 悬浮液特性

悬浮液是指液体和悬浮与其中的固体颗粒所组成的系统。根据固体颗粒的大小与浓度可以分为：粗颗粒悬浮液，细颗粒悬浮液，高浓度悬浮液和低浓度悬浮液。固体颗粒的粒度、悬浮液的浓度及滤渣或沉渣的厚度增长率与离心机的处理能力有密切的关系。 悬浮液的粘度取决于液相粘度和悬浮液的浓度。

)5.41(21X +=μμ

式中 μ1——悬浮液的粘度，Pa*s

μ2——纯液相的粘度，Pa*s

X —— 悬浮液中所含固体颗粒的体积百分浓度

2.2.2 固体颗粒特性

固体颗粒特性一般指颗粒群中颗粒的主要物理性质，包括颗粒的大小、颗粒的分布、形状、密度、表面性质等。他们与分离有着密切的关系。

悬浮液与料浆中的固体颗粒，是由许多单个颗粒和聚集在一起的颗粒团组成的混合体。颗粒的大小和几何形状与周围液体表面间相互作用有关，颗粒越小，表面积越大，固液间的表面效应就越显著。

有些颗粒由于结晶力或分子间的吸引力很强，颗粒与液体有明显的界面，因此分离容易，如金属粉末、沙粒及某些结晶盐。有些

颗粒如硅酸盐、粘土、氢氧化铝、氢氧化铁，颗粒与液体没有明显的界面，分离叫困难。

颗粒可分为坚硬或软脆两种类型，坚硬的颗粒比较稳定，软脆的颗粒在输送、搅拌、混合、凝聚的过程中可能会引起破碎而降低颗粒度，从而影响固液分离效果。

第3章转鼓的强度计算

离心机转鼓是一个每分钟转动数百次至数万次以上的高强度回转壳体。高速回转时，在离心的作用下转鼓壁内主要产生很大的应力，这些应力是由于高速回转时，鼓壁金属的自身质量产生的离心力，及在转鼓内壁上所附着的筛网、物料和液体层所产生的离心力都作用在鼓壁上，是转鼓壁上产生相应的应力。因此，转鼓的强度计算必须要同时考虑这几部分所产生的应力。

离心机的转鼓是一个组合部件。由筒体、顶盖及鼓底等几部分组合而成。

第3.1节 高速回转圆筒的应力和形变

3.1.1 鼓壁质量的离心力引起的应力和形变

高速回转的圆筒型转鼓，鼓壁金属本身质量所产生的离心力对圆筒型鼓壁的作用，就像薄壁圆筒承受内压一样。但是由于鼓壁质量产生的离心力，其方向是离开回转轴而延回转半径方向向外的。因此它在轴线方向没有分量，故鼓壁金属自身质量产生的离心力，不可能在鼓壁内产生经线方向的应力1σ，而只产生周向应力2σ。