离心分离机设计02

1.4 卧式螺旋离心机

卧式螺旋离心机由于其先天具有处理量大、自动化操作、脱水效果好等特点，在环境保护领域得到了广泛的使用和推广。在国外，污水处理设备首选卧螺离心机。我国从七十年代末开始引进螺旋离心机，对国外著名公司生产的多种规格的卧螺离心机进行了仿制。

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差转速，以输送沉渣并被应用于淀粉工业上。真正现代的有实用价值的第一台螺旋离心机首次使用了二级行星齿轮差速器．卧螺离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。

螺旋卸料沉降式离心机是国际上五十年代发明的机械，七十年代，我国开始引进。国产化一些机型成为原化工部七五科技攻关项目。八十年代我国就开始测绘，己测绘德国FIOTTWE 公司、美国SHAPLESS公司、法国GUINARD公司、瑞典ALFA-Laval公司等国外著名公司生产的多种规格的离心机，并进行仿制，国家当时在全国组织6个生产厂家进行仿制生产。现国内己能生产的螺旋卸料沉降式离心机有WL200，WL350，WL450，WL600，LW800，DLW430，LW350，LW400，LW500，LW620等[4]。

随着工业的飞速发展，各行业对高精度、高质量设备的需求量不断增加，当前各种类型的离心机品种繁多，各具特色，并且都向提高技术参数、系列化，机电一体化方向发展。螺旋卸料沉降离心机由于能够连续出料，生产能力大，对物料的适应性强，结构紧凑，占地面积少等特点，因此应用越来越广泛。目前其发展速度很快，但从总的趋势看；

(1)为了提高单机生产能力，采取加大转鼓直径，增加长径比的方法，如GUINARD公司的D型螺旋卸料沉降式离心机，转鼓直径最大的为1500mm，长径比为4.7。

(2)为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转速度方法，如阿法拉法公司生产的4500离心机，转鼓直径310mm，转速达7600r/min，这样高的转速，目前我国还不能达到。

(3)目前国外离心机正朝着机电一体化方向发展，己实现在离心机上对分离物料的自动检测与调节，机械性能自动保护，振动的随机检测和自动报警，过载保护分离反馈等。我国目前已开始注意机电一体化的研究与应用，但在离心机方面也只是刚刚起步。

(4)适应不同物料及工况的需要，目前国内外离心机制造厂又推出来许多不同型号的防爆型离心机，用于易燃易爆场合的物料分离。

工作原理为：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。能在全速运转下，连续进料、分离、洗涤和卸料。其中电机一般是主电机和辅助电机配合，主电机实现转鼓的旋转，而辅助电机配合差速器实现转鼓和螺旋输送器的转速差。差速器的作用很明显就是透过2k-h行星轮系或者组合行星轮系实现差速功能。如图1-3所示

图1-3 卧式螺旋离心机结构

目前对于这类离心机的研究是非常多的，国内外都在一定程度上取得了比较重大的成果。同时各类的设计及其改进的成果都有其优缺点。下面将在发展现状里边详细的予以阐述。

1.4.1 卧螺离心机结构上的发展现状

目前对于卧螺离心机的设计和改进主要是在以下几个方面：生产能力、分离效率、稳定性、大型化、自动化、优化组合、一机多用。其中最主要的方向就是透过对结构的优化以及传动方式的优化实现生产能力、分离效率以及稳定性的提高。其中最重点的是在结构上对转鼓和螺旋输送器的结构及参数优化，传动方式上对于差速器的设计以及传动方案的选择。

通过大量文献调研的结果，可以看到，为了提高生产能力、分离效率、稳定性，目前对于卧螺离心机主要在以下几个方面做出了改进[4]：

1.对于转鼓可以在很多方面进行改进：可以用焊接的一体式结构来代替传统的法兰盘连接

以提高运转的稳定性;可以通过双锥角结构配合较大的大椎段锥角以使得卸料更加方便，提高分离效率。同时目前有一种360°的无死角排渣机构，可以实现排渣的彻底无死角。

2.螺旋输送器的改进在主要是参数的优化使其更适应在复杂力场下的工作：用变螺距的方

法代替传统的等螺距螺旋输送器，可以提高分离效果；可以在输送器上开泄露孔可减少磨损增加寿命；可以在叶片上叶片孔，可以防止堵料，提高平稳性。

3.对于传动方案的设计也有很多方法，改进的目标就是使得成本最低，控制最精确，工作

范围宽：目前有液压站一体配合的控制系统，也有利用共直流母线交流变频调速系统进行调速。

4.差速器的设计上比较多样，主要的目标是使得差速器工作稳定，精确，同时寿命高，结

构简单。而目前主要做的改进有以下几种：采用行星摆线针轮差速器具有装配精度高，拆卸十分方便，承载能力大等优点；更多的是采用差速器与超越离合器组合机构，具有避免搅动，工作范围宽，传递转矩大，转速高等优点，和卧螺离心机匹配性强。

上面总结了卧螺离心机目前的发展现状，那么接下来我将就上面说到的改进方法进行比较和详细的说明。

1.4.1.1 结构上的理论研究

为提高螺旋离心机的性能，人们对离心机常见问题进行攻关，对主要结构部件进行有限元分析[5]：

1)中国航空工业高级工程师蔡显新，提出采用壳单元与环单元涡合的方法对带分流叶片整

体离心叶轮进行弹塑性分析。

2)哈尔滨工程大学机电工程学院工程师袁夫彩，运用优化设计理论中的复形调优法对wL

一600卧螺离心机参数进行了综合分析和定量选择，编制出优化求解的C程序，使得参数确定工作简捷、方便、合理。

3)四川省江北机械厂李福明，根据螺旋卸料离心机的圆锥形螺旋叶片的形体特点，建立了

等速螺旋线的极坐标方程式。

4)江苏省化工机械研究所董水富、杨辉童、林伟青，讨论了进料浓度，分离因数，溢流半

径等参数的改变对WL一400型离心机高岭土分级性能的影响。

5)南京绿州机器厂卧螺离心机设计所高级工程师颜春敏，定性地分析了卧螺离心机的沉渣

条件与其转鼓的锥角刀、螺旋输送器叶片的倾角B、叶片的螺距、液池半径及差转速An 之间的关系，阐述了改善卧螺离心机输渣条件的设计思想。

1.4.1.2 转鼓的改进

1987年日本SUZUKISOUROKU研制了双锥卧螺离心机，见图1-4。

图1-4 双锥卧螺离心机

这种双锥卧螺离心机的能耗可以比普通卧螺离心机低很多，与普通卧螺离心机不同的是其转鼓小端为双锥形状的转鼓。双锥形状的转鼓使物料在双锥卧螺离心机中有效滞留时间变长，增强了分离效果，甚至在低转速下也可以获得很好的分离效果。因此，物料加速功耗随转速减小而降低，故可以极大地节约能量，同时由于采用双锥形状的转鼓，使离心机的液池深度加大。这就意味着转鼓旋转中心到液池表面的距离变短，这时滤液排放时带走的速度动能减小，节约了能耗.卧螺离心机的分离效果取决于液池表面积和分离因数。因此，当分离因数一定时，增加分离能力的有效方法是加大卧螺离心机的长度，大长径比的卧螺离心机弯曲通道内的流动比普通卧螺离心机更接近理想的柱塞流动状态，也有利于分离。1992年丹麦的NielsFI.Madsen进行了大长径比卧螺离心机的理论和实践的研究，证明大长径比卧螺离心机的能耗优于与之相当的小长径比的大直径卧螺离心机，当分离因数一定时，两种可替换的卧螺离心机能耗比与转鼓直径之比成正比。但是由于卧螺离心机长径比的增加，带来了制造和设计的困难[5]。在设计中可采用柔性悬置主轴承、浸没式螺旋卸料器、分离式差速器等改进方法来克服长径比增加带来的困难，使卧螺离心机的长径比超过4.2以上，从而降低了投资成本和运行费用。

下面是一种改进型的转鼓，如图1-5，包括直转鼓筒体、锥转鼓筒体，直转鼓筒体的一端固定设置锥转鼓筒体。该结构设计新颖、简单合理，转鼓筒体采用一体结构，加工精度比较容易控制，能确保转鼓的同心度，也不存在部件之间的连接密封性问题，并增强了转鼓的刚性，可提高整机运行的稳定性，同时能有效减少原材料的投入、减少整机重量，降低生产成本和系统运行功耗，使脱水系统更稳定、更经济的运行，可广泛应用于环保、化工、食品制造等行业。所述的卧螺离心机转鼓，包括直转鼓简体、锥转鼓筒体，其特征在于直转鼓筒体的一端固定设置锥转鼓筒体[6]。