化工机械--离心机原理概述

悬浮液分类：
按固体颗粒大小和浓度分（可用重量百分数、体积百分表示）
⑴ 粗颗粒悬浮液：粒径 d > 50 m ⑵ 高浓度悬浮液：浓度 ＞10% ⑶ 细颗粒悬浮液：粒径 d < 50 m ⑷ 低浓度悬浮液：浓度 ＜10%
选用过滤式离心机 选用沉降式离心机或过滤机
过滤式离心机
沉降式离心机
• (二).乳浊液
定义：由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体所组成的系统， 称为乳浊液。
其中： 主液体相为连续相。 其它液体相为副液相，或叫：分散相，非连续相。
乳浊液主要是指液—液相组成的非均匀混合物。 如：油水混合物，形成水包油时，水为主液相，油为分散相。
分散相液珠直径：一般：0.1< d <0.4~0.5 m 液珠直径再大时会分层。
Fr 值越大，表明分离效果越好。 R↑ 转鼓直径增大，但比较缓慢
Fr ↑及Fc↑方法 ω↑ 转鼓转速提高(当结构一定时, ω↑ 效果更好)，但提高有限
• 三 .离心机分类
过滤式离心机
分为三类：
沉降式离心机
分离机
共同特点：
体积小，结构紧凑，分离效率高，生产能力大，附属设备少。
（一）离心机分类
• 1．按离心机的离心分离因数大小来分类
1、当n<nk，即工作转速低于临界转速时，y与e同号，绕度y将随 N增大而增大。 2、当n>nk，即工作转速高于临界转速时，y与e异号，绕度y将随 N增大而减小。 3、当n>>nk，分母趋于-1，绕度接近于-e，转子的质心接近于回 转中心，振动极微，运转也非常平稳，这种现象称为转轴的“自动
对中”，一般在n>（4~6）nk时会出现。
⑶分离固相与液相，均收回或排掉。 （如：污水处理，造纸，选煤等）
⑷分离液—液相，均收回或不收回。 （如：油水分离，燃料油提纯等）
分离方法： 物理方法、化学方法、电学方法（电解与电离）。
物理方法：
机械分离方法 （过滤；离心沉降） 比重沉淀方法 （沉降；浮选）
• 物理分离原理：
在场外力作用下混合物中各相（如液相和固相）由于 质量不同产生“相重差”，从而得到分离。
适应范围：固相含量较少，固体颗粒较小（d < 10 μm )。
常见机型：螺旋卸料式。
3、离心分离：转鼓不开孔 依据液-液两相的密度差，在高速离心力场下，使液液
分层，重相在外层，轻相在内层，然后分别排出，达到分 离目的。
适应范围：乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d<5 μm )
常见机型：管式分离机，室式分离机，碟式分离机。
• （1）过滤式离心机这是鼓壁上有孔，借离 心力实现过滤分离的离心机。
• （2）沉降式离心机这是一种鼓壁上无孔， 借离心力实现沉降分离的离心机。
• （3）分离式离心机这是一种鼓壁上无孔， 具有极大的转速，一般在4000r/min以上， 分离因数在3 000以上的离心机。
• 3．按操作方式的不同分类
圆周速度： v R w Dn
60
m s
（切线速度）
颗粒向心加速度：an R w2
m s2
颗粒离心惯性力：Fc m an m R w2 N
分离因数 Fr
定义：颗粒自身离心惯性力与其重力之比，为分离因数
•
分离因数：
Fr
Fk G
R 2
g
an g
分离因数Fr是表示离心机分离能力的主要指标，是一个重要性 能参数。
• （1）常速离心机α<3 000，主要用于分离颗 粒不大的悬浮液和物料的脱水。
• （2）高速离心机3 000<α<50 000，主要用于 分离乳状和细粒悬浮液。
• （3）超高速离心机α>50 000，主要用于分离 相不易分离的超微细粒的悬浮系统和高分子 的胶体悬浮液。
• 2．按操作原理的不同分类
4） 行业规定，为安全起见，应该有：
n0.75nk
——此状态下的轴称为刚轴
n1.3nk
——此状态下的轴称为柔轴。
5、刚性轴与挠性轴是根据工作状态来区分的，是相对概念。在一 定的条件下，可以相互转化。
6、对于挠性轴来说，轴的转速一定有与其固有频率相等的时候， 意味着机器必然损坏，但由于周围的各种阻尼作用，即使发生共振 ，但时间很短，机器的运转和快趋于平稳。
旋转，产生的离心力为P，使轴挠曲， 圆盘处挠度为y，由力的平衡e 有：
y e
k
2
1
式中：——质量偏心距（质心到几何中线
心的距离）
——转子的固有频 率（弯振频率）
由上式可知：
Baidu Nhomakorabea
1）若质量偏心 =0（理论而言），那么在
x 一般转速 （也即一般w ）下，转轴无挠度，
y=0，即不发生 弯曲。
2）
若 则
乳浊液两相浓度发生变化时，主液相与副液相可以相互转换。
物理性质： 浓度，液珠大小，粘度，布朗运动系数等。
乳浊液分离难度较大，一般选用高速分离机进行，依靠高速旋 转把不同比重的液体分离开来。 如：管式分离机；碟片式分离机。
转速：n=4000~15000 r/min
• （三）固体颗粒
定义：在悬浮液中不分解的颗粒为固体颗粒。
ey
=0，但
0
k 时（即转子在临界转速下运转）
0 y0
此时可能 y
y 任意值（即发生弯曲）
在这三种情况的无穷多个值中，y 0 的机会只有 一个。所以由此说明：在质量完全匀布而无质量
e 偏心时即 =0 时，转子只有以 k运转时，
转子才会发生挠曲，即弯曲，而且y值有可能很大。
3）当 e 0（即存在质量偏心时），若 k ，则y值
四、离心机的减振和隔振
（一）减振：目的是消除或减小不平衡干扰力和 干扰力矩，以减轻机器振动。措施：
1、设计时应使离心机的工作转速远离其系统的 临界转速。
2、提高机器的制造安装质量。
3、制定合理的操作工艺
4、不应该随意改变机器转速，更不应该在高速 转子上任意补焊、锉削、碰撞、拆除或添加零 件等。
5、对于使用良好的新机器，在使用相当长时间 后，须重新进行一次转子的平衡试验。
心机驱动系统的固有频率发生共振，从而引起整个系
统强烈振动。出现这种现象时的转速称为临界转速。 用nk表示，在数值上等于转子的固有频率。
•
临界转速与离心机和与之配用的转子有关。一台
离心机可配用数种转子，因此设计离心机时应考虑离
心机的减振设计对各种转子的包容性。离心机的工作
范围很宽，从几千转/分钟至几万转/分钟，离心机振动 发生的转速越高，其危险性就越大。
3.颗粒形状：
固体颗粒形状一般不规则、多种多样、不同物体颗粒, 形状不同。
常见有：球形，椭圆形，扁圆形，片形，雪花形 等等。
分离原理及离心机分类 • 二、分离因数
离心分离原理： 利用转鼓旋转产生的离心惯性力，把悬浮液、乳浊液
及其它物料分离或浓缩。
（1）离心惯性力 Fc
转鼓角速度：w n
30
rad s
会很大，甚至当 k 时都会使y值很大。
4）以上2）、3）说明，转子不能在临界转速下工作， 否则转子会因弯曲过大而折断。
5）式也说明，质量偏心e的大小并不影响临界转 速的数值，它们是互相独立的二个参数。也就是说存 不存在临界转速以及它的大小如何，与存不存在质量
偏心 e 无关。 e 但是，偏心 严重影响振幅y的大小。它说明加工和平衡
物理分离种类：
离心沉降（如：沉降式离心机，分离机） 沉降式：
重力沉降 （如：沙层自由沉降）
离心过滤（如：过滤式离心机） 过滤式 ： 加压过滤
真空过滤 （如：各种压滤机） 深层过滤 振动筛 筛分式： 脱水 浮选式：油水分离；固相漂浮分离。 分离方法应用：化工、石油、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤 炭、水、选矿、船舶、军工、污水处理等。
• 5．按转鼓主轴位置分类 • （1）卧式离心机（2）立式离心机
（二）离心机型号表示法
2、分离机型号
第二节 转子的临界转速与振动
一、振动和临界转速的概念：
•
由于转子的加工误差和 离心机 安装误差造成转子
质心在不同程度上偏离离心机主轴，因此，在转子旋
转时会产生振动，这些振动在某些特定转速下会与离
• （1）间歇式离心机是指转鼓对所承载的被 分离而截留的物料有一定质量限度的离心 机。可根据需要延长或缩短过滤时间，主 要用以固—液悬浮混合液的分离。
• （2）连续式离心机整个设备的操作均在连 续化状态下，用于固—液悬浮液和液—液 乳浊液的分离。
• 4．按卸料方式分类
• （1）人工卸料离心机（2）重力卸料离心机 • （3）刮刀卸料离心机（4）活塞推料离心机 • （5）螺旋卸料离心机（6）离心卸料离心机 • （7）振动卸料离心机（8）进动卸料离心机
用途：油料，油漆，制药，化工等。 如：油水分离，蛋白质，青霉素，香精油等分离。
分离物料的特性
分离的对象：非均匀混合物（非均一系） 非均匀混合物种类
悬浮液
（一）悬浮液
乳浊液
固体颗粒
定义：由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统称为悬 浮液。
其中：液相为主相，称为连续相。 固体颗粒为副相，称为分散相。
悬浮液的特性： 物理性质：密度（浓度）、粘度、表面张力等。 固相比： 固液浓度比。
固有频率的数目与弯曲方式有关：
弯曲方式只有一种振型，则只有一个固 有频率，只有一个临界转速，如果有两 个转子，两个振型，两个固有频率。依 次类推，临界转速中数值最小的为一阶 临界转速、其次为二阶、三阶、、、、
为了避免机器振动过大，尽可能先
做好转子部件的平衡以降低干扰力，更 重要的使机器的工作转速远离该机器的 固有频率，即要求该机器的工作转速远 离临界转速。所以在设计时进行临界转 速的计算是非常必要的。
利用离心力作为推动力来实现液相非均一系混合物的分离或 浓缩的机器称为“离心机”
在工业生产过程中，离心机属后处理设备，主要用于脱水、 浓缩、澄清、净化及固体颗粒分等级工艺过程。
采用离心机进行的分离过程，根据其操作原理可分为离心过 滤、离心沉降和离心分离三种：
1、离心过滤过程：转鼓壁上有许多小孔，壁内有过滤网（滤布） ，悬浮液在转鼓内旋转，靠离心力把液相甩出筛网，而固相颗粒 被筛 网截留，形成滤饼，从而实现固、液分离。
（二）隔振：利用减振元件将振源和基础 地面或仪器设备加以隔离，以避免振动 影响的扩大；或是将需要保护的仪表设 备与振动地面隔离，以免受损害。
离心机的隔振一般是指在离心机机座 底板与基础面之间合理放置隔振器，使 离心机搁置在隔振器上，从而减少干扰 力、干扰力矩对机器本身及周围建筑物 带来的不利影响，改善了操作条件。
适应范围：固相含量高，固体颗粒较大的悬浮液（d >10μm)。
2、离心沉降过程：转鼓上无孔，也无滤网。悬浮液随转鼓 高速旋转，因固、液两相的比重不同，则产生不同的离心惯 性力，离心力大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，液相则沉降 在里层，然后分别从不同的出口排出，达到分离的目的。
沉降式离心机一般转速较高：n=7000~8000rpm
第二章 离 心 机 Centrifugal Machine
2.1 离心机的典型结构及工作原理
• 混合物种类： （称非均一系；非均匀液体）
混合物的分离在多种行业中都存在，根据不同目的进行定向分离。
• 分离目的：
⑴ 获得有用的固相，排掉液相。 （如：选煤，制药，制糖，制碱，食品等）
⑵获得有用的液相，排掉固相。 （如：造酒，制药，榨油，食品等）
e 都不好的转子，由于其偏心 过大，即使其工作转速远
离临界转速，由于振幅y大，转子也会发生强烈的振动。 反之，若加工和平衡都做得很好的转子，只要保证工作转 速不等于临界转速，即使工作转速很接近临界转速，转子 也能良好运转。
三、刚性轴与挠性轴 r/e
y
k
e 2
1
nk n
e 2
1
1
0
c
从上式可以看出：
颗粒的表示方法：颗粒尺寸，颗粒分布，颗粒形状。
1.颗粒尺寸： 常用粒径 d 表示
d > 50 m 粗颗粒
5< d <50 m 中等颗粒
d < 5 m
细颗粒
粒径的测量方法有：当量球径；当量圆径；统计直径。
2.粒度分布：
用不同粒径的颗粒在颗粒群中各自所占的比例或百分数表示。
粒度分布表达方式：⑴ 用总粒度数表示。 ⑵ 用单位长度上的粒度数表示。 ⑶ 用单位面积上的粒度数表示。 ⑷ 用单位体积内的粒度数表示。
单转子的临界转速和振型
650MW 发电机转子
n1= 604 r/min
n2= 1840 r/min
n3= 4651 r/min 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型
二、单转子的临界转速
O’
m A
k
O
y
C
r
e A
O
由于加工的原因，转子的质心与其几何轴 线心不完全重合，产生的偏心（距）为e， 转子质量为M，以角速度
减振元件：螺旋圆柱钢弹簧、承压橡胶和 承剪橡胶。
第三节 离心机的结构