离心分离机设计03

2 总体方案设计

通过前期对研究背景和研究现状的深入调研，在查阅大量资料的基础上，对于卧式螺旋离心机（卧螺离心机）有了比较深刻的理解，基于目前被广泛研究的卧螺离心机主要在生产能力、分离效率、稳定性、大型化、自动化、优化组合、一机多用这些方面进行改进，而做的最主要的改进工作就是在转鼓、螺旋输送器、差速器、以及传动方式这四个方面。目标是实现生产力、分离效率、稳定的提高。在详细思考和比对之后最后得到以下四个方案。

这里初步选定了设计方案的参数：转鼓直径400mm ，转速0-3000 r/min ，长径比3，差速转速5-50r/min 。

2.1 方案一

方案一的设计主要目标是设计相对简单的结构、较低的成本,使其能够满足工作要求，主要组成部分是：电机、带轮、转鼓、输送器、外壳、机座、差速器、以及相配套的其他部件，如图2-1。

1 辅电机；

2 2K-H 行星轮差速器；

3 法兰连接转鼓；

4 等螺距螺旋输送器；

5 主电机

图2-1 方案一结构图

工作原理：

转鼓3与螺旋输送器4通过差速器2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3，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。输料螺旋输送器叶片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。

双电机包括主电机5和辅助电机1, 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。

转鼓3和螺旋输送器4通过转速差长生强大的离心力使得物料分离成轻液和沉渣，而螺旋输送器的螺旋部分的旋转可以把沉渣推向排渣口，使沉渣顺利排出。

差速器2是通过行星轮系实现转鼓和螺旋输送器的转速差。其转速差范围和太阳轮已经

1 2

3

4

5

齿圈的转速相关，即由两个电机的转速控制。

其他部件，比如轴承，机座等等都有其特定的作用，实现承载，固定，调节精度等等，这里不做详细说明。

其中：

1. 转鼓结构的直段转鼓和锥段转鼓采用法兰盘连接，直段转鼓和差速器也使用法兰盘连

接。 2. 方案中的螺旋输送器干燥段和澄清段的螺距都相等。

3. 双电机驱动，同时采用传统的单级2k-H 行星轮差速器实现转鼓和螺旋输送器的差速。

4. 其它结构如轴承，排渣口，主轴，电机，带轮根据需要设计和选择。 特点：

1. 满足基本工作要求。

2. 结构相对简单，制造方便。

3. 成本低。

4. 分离效率一般，生产能力有限。

5. 寿命短。

2.2 方案二

方案二主要是在方案一的基础上进行改进，目标是克服方案一的一些不足，比如分离效率低，生产能力低以及寿命短等等，同时可以实现自动调速。相对于方案一来说有了较大的改进。其中主要组成结构包括：电机、带轮、转鼓、输送器、外壳、机座、差速器、其他部件、液压站等等，如图2-2。

1 辅电机； 2行星摆线针轮差速器； 3 法兰连接转鼓； 4 变螺距螺旋输送器； 5 主电机；

6 液压电机； 7液压油路； 8液压站

图2-2 方案二结构图

其中：

1. 转鼓结构的直段转鼓和锥段转鼓采用法兰盘连接，直段转鼓和差速器也使用法兰盘连

接。

1 2 3

4

5

6

7 8

2. 螺旋输送器部分做了改进，采用澄清段等螺距叶片结构和干燥段变螺距叶片的螺旋输送器。

3. 改变差速器结构为行星摆线针轮差速器。

4. 增加了液压站一体配套结构实现无极调速。其中液压站一体配套结构由液压电机、液压

站和液压油路组成。其中液压油路中间配有减压阀、溢流阀、单向阀、液-电压力继电器、滤油器等组成。 具体实现原理：

(1)变螺距螺旋输送器

这里采用的卧螺离心机螺旋输送器结构，如图2-3，为一枢接在配套转鼓内的螺旋叶片，该叶片由自然连接的澄清段叶片和干燥段叶片构成，澄清段叶片部分的螺距S=δ，δ为常数；干燥段叶片部分的螺距S=δ-K ，δ为常数，K 为常数或不断增加的变量并且K 值小于δ值。干燥段叶片外圆在垂直于螺旋轴线的投影面上的运动轨迹可以为阿基米德螺旋线。通过对干燥区的叶片采用变螺距技术，使得沉渣在干燥区通过的空间比等螺距大大减小；且沉渣受到径向的离心力压迫外，还受到螺旋输送器对它的双轴向挤压力，污泥在干燥区内受到更充分的挤压后将污泥的毛细水挤出，于是沉渣的毛细孔隙减小，所含的水分向外排放，从而使沉渣的含水量降低，提高了分离效果。

图2-3 变螺距螺旋输送器结构图

与传统的全部等螺距结构对比具有的优点：

沉渣在干燥区通过的空间大大减小，受力挤压更加充分，沉渣含水量低，增加了分离效果

(2)行星摆线针轮差速器

方案二采有的是一种离心机用行星摆线针轮差速器，包括安装有针齿销和针齿套的针齿壳、左端盖，输入轴内端部对称安装的偏心轴套，偏心轴套外侧套装有两个偏心轴承，每个偏心轴承外侧均安装有摆线轮，以及安装在针齿壳右端的右端盖和输出轴，其特征在于:所述右端盖制成分体结构，主要包括与针齿壳连接的右端法兰和位于输出轴输出部分的右端盘，右端法兰通过支撑轴承安装在输出轴上，支撑轴承的外侧输出轴上设有锁紧螺母，右端盘一端通过紧固件与右端法兰连接，右端盘的另一端通过支撑轴承安装在输出轴上。

优点： 这种差速器具有装配精度高，拆卸十分方便，承载能力大，另外还具有结构紧凑、噪音低，使用寿命长等。

(3)液压站实现无极调速

S=

δ-k

方案二采用的是一种用于污泥脱水的卧螺离心机液压装置，如图2-4。包括用于驱动卧螺离心机的转鼓的主电机、用于驱动卧螺离心机的螺旋的液压电机和与该液压电机通过油管连接的液压站。在油管上依次设有溢流阀、单向阀、滤油器、液一电压力继电器和压力传感器。

5 主电机

6 液压电机 7液压油路 8液压站图

2-4 液压站示意图

这种液压调速装置有以下优点:

1.因为设置了液压阀组反馈装置，所以可以把压力变化信号及时反馈给液压控制系统，根

据压力的变化，实时地、成比例地调节液压系统的流量，且结构简单，使用方便。

2.更为简便的速差控制方式及更低的速差，液压马达在卧螺离心机上应用时差速可以根据

负载变化，当卧螺离心机堵料时，差速目动反馈调节，推料功率自动补偿，排出固渣后二再自动恢复初始差速，可以防止堵料。

方案二与方案一比较具有以下优点：

1.对于螺旋输送器的改进，透过变螺距叶片结构使得沉渣含水率降低，增加了分离效果。

2.行星摆线针轮差速器替换原来的传统2K-H行星轮使得承载能力增加，装配精度高，同

时噪声低，寿命增加。

3.液压控制的自动调速系统，使得工作范围变宽，适用性增强，同时调速精确使用方便。

总体来说：方案二相对于方案一在工作范围，分离效率，已经寿命，承载能力上都有了一定程度的提高，也存在一些不足：

1.法兰连接转鼓结构相对复杂，稳定性差。

2.采用液压系统调速需要增加一配套的液压系统，成本高，同时整体结构空间增大。

3.所用行星摆线针轮差速器不适用于大功率离心机，适用范围受到限制，因此存在调速范

围较窄的缺点。

2.3 方案三

方案三是在方案二的基础上做出改良。主要针对方案二中转鼓存在的稳定性差，差速器