LW250-850差动卧式螺旋离心机毕业设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 编编 号号 本本科科生生 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 机械工程 学院 机械工程及其自动化专业 学 号 0401060620 学生姓名 韩 晶 指导教师 姜大志 副教授 2010 年 6 月 摘要 I 摘摘 要要 本课题根据污水处理特点的要求设计卧式螺旋离心机 与其他离心机相 比 卧式螺旋离心机具有诸多优点 1 自动 连续操作 无滤网和滤布 能 长期运转 维修方便 2 应用范围广 可用于固相脱水 液相澄清 分离固 相中度比液相轻的悬浮液和液 液 固分离 3 对物料的适应性较大 能分离 的固相粒度范围较广 并且在颗粒大小不均匀的条件下 能照常分离得很好 4 结构紧凑 易于密封 5 单机生产能力大 占地面积小 根据转鼓的直径和长度设计主要的技术参数 离心机的结构设计 包 括转鼓 转子 传动部件 轴承 主轴等 在受力分析的基础上 对转鼓强 度 轴承寿命的校核 对生产能力 排渣能力进行验算 通过计算离心机的 能耗 确定主电机 最后 通过样机试制和工业试验对本设计进行验证 型式试验结果表明 样机的机械性能达到设计要求 关键词关键词 卧式螺旋离心机 差动 设计计算 LW250 850 Abstract II Abstract The subject characteristics according to the requirements of wastewater treatment design horizontal spiral centrifuge Compared to other centrifuges horizontal spiral centrifuge has many sdvantages 1 Automatic continuous and operation no filter and filter cloth long term operation easy maintenance 2 Wide application can be used for solid phase dehydration liquid clarification separation of solid state light to moderate suspension than the liquid and liquid liquid solid separation 3 Greater adaptability of materials that can separate a wide range of solid phase particle size and particle size in the uneven condition can be separated very well as usual 4 Compact easy to seal 5 Single large capacity small footprint 5 Single large capacity small footprint According to the design drum diameter and length of the main technical parameters of the structure of centrifuge design including the drum rotor transmission components bearings shaft etc A mechanical analysis based on the strength of the drum bearing life can be checked On production capacity slagging capacity checking by calculating the energy consumption of the centrifuge to determine the main motor Finally prototype and pilot trial designed to verify this Type test results show that the prototype of the mechanical properties meet the design requirements Key words horizontal spiral centrifuge differential design and calculation 目录 i i 目目 录录 第一章 绪论 1 1 1 离心机的分类 1 1 2 离心机的应用及其发展状况 2 1 3 卧式螺旋离心机的概况 3 1 4 卧螺离心机的主要优缺点 4 第二章 差动螺旋离心机简介 5 2 1 离心机的工作原理 5 2 2 离心机的结构特点 6 2 3 离心机的选材 7 第三章 LW250 850 差动螺旋离心机的设计 9 3 1 离心机主要参数的确定 9 3 1 1 长径比 的确定 9 3 1 2 转鼓半锥角的确定 9 3 1 3 液池深度的确定 9 3 1 4 转鼓相关尺寸的确定 9 3 1 5 螺旋螺距的确定 10 3 1 6 转鼓转速和分离因素的确定 10 3 1 7 螺旋外径 D 的确定 10 3 1 8 总结 11 3 2 离心机整体方案的设计 11 3 2 1 离心机的总体方案 11 3 2 2 差速器的结构与选择 11 3 2 3 转鼓结构形式 12 3 2 4 螺旋输送器结构形式 13 3 3 功率的计算 13 3 3 1 启动转鼓等转动件所需功率的计算 13 3 3 2 使物料达到操作转速所需功率 2 N的计算 14 3 3 3 克服转鼓 物料与空气摩擦所需功率 3 N的计算 15 3 3 4 卸出物料所需功率 4 N的计算 15 3 3 5 电机的选用 16 目录 ii 3 4 皮带轮的相关设计计算 16 3 5 转鼓强度校核计算 17 3 5 1 接触物料部件材料的选择 17 3 5 2 许用应力的确定 18 3 5 3 转鼓强度校核计算 18 3 5 4 轴承校核计算 19 3 6 离心机生产能力的计算 21 3 6 1 当量沉降面积 值的确定 21 3 6 2 分离效率系数 21 3 6 3 悬浮液中固相颗粒的重力沉降速度 g V 21 第四章 机器的安装 23 第五章 机器的调试与使用 25 第六章 机器的维护与保养 27 第七章 离心机常见故障和处理方法 29 参考文献 31 致 谢 33 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 离心机的分类离心机的分类 离心分离根据操作原理可区分为两类不同的过程 离心过滤和离心沉降 而与其 相应的机种可区分为过滤式离心机和沉降式离心机 离心过滤过程从广义的概念上来说 可理解为包括加料 过滤 洗涤 甩干和卸渣 等五个步骤 离心沉降过程也可分为两个物理阶段 固体颗粒的沉降和形成密集的沉渣层 图 1 1 离心机的分类 江南大学学士学位论文 2 1 21 2 离心机的应用及其发展状况离心机的应用及其发展状况 离心分离是利用离心力对液一固 液一液一固 液一液等非均相混合物进行分离的 过程 实现离心分离操作的机械称为离心机 离心机和其它分离机械相比 不仅能得到 含湿量低的固相和高纯度的液相 而且具有节省劳力 减轻劳动强度 改善劳动条件 具有连续运转 自动遥控 操作安全可靠和占地面积小等优点 因此 自 1836 年第一台 工业用三足式离心机在德国问世 迄今一百多年以来己获得很大的发展 各种类型的离 心机品种繁多 各有特色 并正在向提高技术参数 系列化 自动化方向发展 且组合 转鼓结构增多 专用机种越来越多 现在 离心机己广泛用于化工 石油化工 石油炼 制 轻工 医药 食品 纺织 冶金 煤炭 选矿 船舶 军工等各个领域 例如 湿法 采煤中粉煤的回收 石油钻井泥浆的回收 放射性元素的浓缩 三废治理中的污泥脱水 各种石油化工产品的制造 各种抗菌素 淀粉及农药的制造 牛奶 酵母 啤酒 果汁 砂糖 桔油 食用动物油 米糠油等食品的制造 织品 纤维脱水及合成纤维的制造 各种润滑油 燃料油的提纯等都使用离心机 离心机己成为国民经济各个部门广泛应用 的一种通用机械 离心机基本上属于后处理设备 主要用于脱水 浓缩 分离 澄清 净化及固体颗 粒分级等工艺过程 它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的 例如 18 世纪产业革 命后 随着纺织工业的迅速发展 1836 年出现了棉布脱水机 1877 年为适应乳酪加工工 业的需要 发明了用于分离牛奶的分离机 进入 20 世纪之后 随着石油综合利用的发展 要求把水 固体杂质 焦油状物料等除去 以便使重油当作燃料油使用 50 年代研制成 功了自动排渣的碟式活塞排渣分离 机 到 60 年代发展成完善的系列产品 随着近代环境保护 三废治理发展的需要 对于 工业废水和污泥脱水处理的要求都很高 因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机 碟式分离 机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的发展 特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的 发展尤为迅速 离心机的结构 品种机器应用等方面发展迅速 但理论研究落后于实践是个长期存 在的问题 目前在理论研究方面所获得的知识 主要还是用来说明试验的结果 而在预 测机器的性能 选型以及设计计算 往往仍要凭借经验或试验 但随着现代科学技术的 发展 固一液分离技术越来越受到重视 离心分离理论研究迟缓落后的局面也在积极扭 转 国内技术现状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 自控技术与 技术的应用 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 3 3 5 各种相关标准的制订 6 同国外著名离心机厂商的技术合作 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 2 技术参数低 3 产品进展缓慢 1 31 3 卧式螺旋离心机的概况卧式螺旋离心机的概况 螺旋卸料沉降式离心机是高速运转 连续进料 分离分级 螺旋推进器卸料的离心 机 螺旋卸料沉降式离心机分立式螺旋卸料沉降式离心机和卧式螺旋卸料沉降式离心机 本文研究的是卧式螺旋卸料沉降式离心机 该离心机已广泛用于石油 化工 冶金 煤 炭 医药 轻工 食品等工业部门和污水处理工程 它利用离心沉降法来分离悬浮液 能连续操作 处理量大 无滤布和滤网 单位产量的耗电量较少 适应性强 维修方便 能长期运转 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 GUNIARD 公司 瑞典 ALAF 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 WL 450 WL600 WL800 DLW430 L W350 LW400 LW500 LW620 等 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 GUNIARD 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 7600 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 江南大学学士学位论文 4 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 1 41 4 卧螺离心机的主要优缺点卧螺离心机的主要优缺点 主要优点 1 自动 连续操作 无滤网和滤布 能长期运转 维修方便 2 应用范围广 它能完成下列分离过程 1 固相脱水 对易分离物料 其脱水效果与过滤式离心机一样好 对含有可压缩 固相的悬浮液 在过滤离心机上分离效果很差 甚至无法分离 用卧螺离心机能完成此 分离过程 2 液相澄清 它对液相的澄清效果虽然不如分离机 但是可获得比分离机干得多 的沉渣 而允许的悬浮液固相浓度比分离机高的多 3 可分离固相重度比液相轻的悬浮液 通常这种物料是用过滤式离心机来分离的 但是当固相是可压缩的物料或滤布清洗 再生有困难时 只有依靠这种结构上稍加改进 的卧螺离心机进行分离 4 液 液 固分离 固相含量大于 14 的液 液 固混合物 在碟式分离机上就 难以分离 一般分离这种物料要先进行液 固分离 再进行液 液分离 然而 用卧螺 离心机可以直接把固相和轻 重液相一次分离 5 粒度分级 通过卧螺离心机可以将固相按颗粒大小进行分级 3 对物料的适应性较大 能分离的固相粒度范围较广 并且在颗粒大小不均匀的条 件下 能照常分离得很好 能适应各种浓度悬浮液的分离 浓度的波动不影响分离的效 果 4 结构紧凑 易于密封 某些机型能在高压和低温条件下操作 5 单机生产能力大 当量沉降面积可达 10000 平方米 生产能力可达 190 立方米每 小时 分离质量比较高 操作费用的 占地面积小 主要缺点 1 沉渣的含湿量一般比过滤离心机稍高 大致与真空过滤机相等 2 沉渣的洗涤效果不好 3 结构比较复杂 造价高 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 5 5 第二章第二章 差动螺旋离心机简介差动螺旋离心机简介 2 12 1 离心机的工作原理离心机的工作原理 图 2 1 卧式螺旋离心机的原理图 工作原理是这样的 在机壳内 转鼓和螺旋推进器由两个同心轴承相连接 主电动 机通过三角皮带轮带动转鼓旋转 转鼓通过左轴承处的空心轴与行星差速器的外壳相连 接 行星差速器的输出轴带动螺旋推进器与转鼓作同向转动 但转速不一样 若以表 示转鼓的绝对转速 以表示螺旋推进器的绝对转速 表示二者的差转速 若螺旋推进 器超前转鼓即为正差转速 反之为负差转速 工程上常用转差率来表示 一般 0 2 3 采用正转差率 物料所获得的离心惯性力为转鼓转速与差转速所产生的离心惯性力之和 有利于沉降分离 而采用负转差率时 有利于沉渣的输送 而且可以减少由减速器传送 的功率 本课题的卧螺沉降式离心机是采用的正差转速右旋 悬浮液从右端的中心加料 管连续送人机内 经过螺旋推进器内筒加料隔仓的进料孔进到转鼓内 在离心力的作用 下转鼓内形成以环形液池 重相固体颗粒离心沉降到转鼓内表面而形成沉渣 由于螺旋 叶片与转鼓的相对运动 沉渣被螺旋叶片推送到转鼓的小端 送出液面并从排渣孔甩出 在转鼓的大端盖上开设有若干溢流口 澄清液便从此处流出 通过调节溢流挡板溢流口 的位置 机器转速 转鼓与螺旋推进器的差速 进料速度 就可以改变沉渣的含湿量和 澄清液的含固量 当过载或螺旋推进器意外卡住时 保护装置能自动断块主电动机的电 源 停止进料 防止意外事故的发生 确保安全 被分离的悬浮液通过进料管连续进入螺旋输送器的加料仓 物料在螺旋输送器的加 料仓内得到加速 悬浮液经螺旋输送器进料口迅速进入转鼓内 利用悬浮液中固液相的 密度差 在离心力场作用下 固相颗粒迅速沉降在转鼓内壁形成沉渣 由于转鼓和螺旋 江南大学学士学位论文 6 之间存在一定的转速差 这样沉降在转鼓内壁上的物料由螺旋输送器将其推到转鼓小端 的出渣口排除机外 被澄清的分离液沿螺旋叶片通道经转鼓大端溢流口排除机外 这样 就实现了固液的分离 2 22 2 离心机的结构特点离心机的结构特点 螺旋离心机的固液分离是以离心沉降为基础的 因此转速较高 螺旋离心机主要部 件包括转鼓 螺旋输送器 差速器及支承装置 传动装置等几部分 一 转鼓 转鼓是螺旋离心机的关键部件之一 按照转鼓的结构形式 有全锥形 柱 锥形和双 锥形 转鼓的结构和参数决定了螺旋离心机的特点和分离操作效果 转鼓的内径 D 沉降 区长度和脱水区长度组成了工作长度 L 分离因素和转速这些参数直接影响其悬浮 1 L 2 L 液处理能力和输渣能力 柱 锥形转鼓能大大增加液池的容量 从而提高澄清效果 转鼓部件主要由转鼓体 大端轴颈和小端轴颈组成 图 2 2 转鼓的结构参数图 二 螺旋输送器 螺旋输送器是利用螺旋和转鼓间的转速差将沉降在转鼓壁的沉渣输送到转鼓的排渣 口排出 主要由大端轴颈 螺旋筒体和小端轴颈组成 如图所示 图 2 3 螺旋输送器的结构 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 7 7 三 差速器 差速器是螺旋离心机上不可缺少的最精密又最复杂的核心部件 其作用是使螺旋与 转鼓之间形成一个微小的转速差 差速器的可靠性直接影响螺旋离心机整机的工作能力 和可靠性 差速器种类很多 本次设计选用渐开线齿轮行星差速器 四 支承装置 支承装置包括机座 轴承座等 轴承座支承传动部件 并安装在机座上 2 32 3 离心机的选材离心机的选材 材料的强度性体现在离心机的转速上 它也直接对体积流量和质量流量产生影响 此外离心机的腐蚀也与其材料结构有关 转鼓和螺旋输送器通常用不锈钢铸造和焊接 或用高强度的不锈钢和钛钢制造 也可用玻璃钢制造 目前国内外设备中 主要部件都 采用不锈钢制造 尤其是转鼓与螺旋部分全部采用不锈钢 只有少数国外厂家可针对不 同的处理对象及介质的要求 采用合适的材质 如对于污水处理和无腐蚀性场合 采用 高强度碳钢防腐 在外壳方面尽量考虑节省材料 降低成本 如采用玻璃钢外壳 差速 器齿轮及行星齿轮轴多采用 18CrMnTi 合金圆钢等经渗碳处理制成 江南大学学士学位论文 8 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 9 9 第三章第三章 LW250 850LW250 850 差动螺旋离心机的设计差动螺旋离心机的设计 3 13 1 离心机主要参数的确定离心机主要参数的确定 L1 L L2 r h 图 3 1 结构原理简图 3 1 13 1 1 长径比长径比的确定的确定 长径比即离心机转鼓的轴向有效长度与其直径的比值 长径比越大 趁降区越长 分离效果越好 但轴功率越大 3 4 850 250 L 3 1 23 1 2 转鼓半锥角转鼓半锥角 的确定的确定 转鼓半锥角大 对沉渣脱水有利 但降低了输渣效率 会产生回渣现象 甚至无 法输渣 因此选较小的锥角 以便降低沉渣在锥段打滑 但小锥角会降低当量沉降面积 从而降低机器的容积生产率 根据有关资料介绍 浓缩脱水用螺旋离心机转鼓半角一般 为 澄清用螺旋离心机转鼓半锥角一般为 该课题是用于蓝藻分离 选择1015 58 转鼓半锥角 11 3 1 33 1 3 液池深度的确定液池深度的确定 转鼓沉降区的液池深度是一个重要的操作参数 一般情况下 工业用螺旋离心机 浓缩脱水用离心机 澄清离心机 污水处理取 0 120 2 0 20 3 0 120 2 则液池深度mm 故取 0 120 21251525hR 25hmm 即液池半径12525100rRhmm 3 1 43 1 4 转鼓相关尺寸的确定转鼓相关尺寸的确定 转鼓直径 转鼓长度 出渣口直径 转鼓的圆柱段D 250mm 850Lmm 120dmm 长度 1 Rr LL tg 12560 850516 11 mm tg 则圆锥段长度 2 850516334Lmm 计算沉降区长度 1QQ LLL 江南大学学士学位论文 10 锥段筒体沉降区长度 Q Rr L tg 由上述可知 所以100rmm 125 100 129 11 Q Lmm tg 故沉降区长度 1 516 129645 QQ LLLmm 3 1 53 1 5 螺旋螺距的确定螺旋螺距的确定 螺旋输送器叶片的螺距大小对输渣的影响 仅次于转个半锥角 在螺旋推料器直 径 D 一定时 螺距 S 越大 螺旋升角越大 而越大物料会在转鼓壁打滑 严重 时会在转鼓和螺旋筒体之间引起堵塞或在叶片通道之间堵塞 螺旋叶片的选择 单头 左旋 对于难分离物料 输渣较难 螺旋升角一般在 对于一般物料 螺旋升 24 角也应该在 由于本课题研究的是污水处理 取 46 46 SDtg 式中 转鼓直径 250mmDD 螺旋升角 46 mm 25046SDtgtg 5586 为了减少螺旋叶片对澄清段的污水的搅动 提高分离澄清效果 综合选择 2 80Smm 螺旋螺旋升角 80 5 8 250 arctg 取6 故螺旋升角选定为6 3 1 63 1 6 转鼓转速和分离因素的确定转鼓转速和分离因素的确定 根据离心机工作原理 转鼓转速越高分离效果越好 沉渣越干 澄清液越清 轴 功率越大 但实际操作中并不是说转速越高越好 一般来说 对于易于沉降的物料 转速提高轴功率增大 容易引起故障或推渣困难 造成物料堵塞 因此要根据进料状 况和分离效果等因素来选择适合的转速 卧式螺旋离心机分离因素为 1600 1800 r F 由公式 可知 2 r R F g 当 1600 时 r F r F g R 1600 9 8 354 0 125 离心机转速 6060 354 3380 min 22 nr 当 1800 时 r F r F g R 1800 9 8 376 0 125 离心机转速 6060 376 3591 min 22 nr 取离心机转速 3500r min 分离因素 1720 角速度 367 3 1 73 1 7 螺旋外径螺旋外径的确定的确定 D 在螺旋与转鼓内壁之间保留 5mm 的空隙 液池深度 h 25mm 所以可得螺旋外径 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1111 350 5 2 340mm D 3 1 83 1 8 总结总结 序号项目参数值备注 1 转鼓转速 n r min 3500 2分离因素 r F1720 3 长径比 3 4 4 转鼓半锥角 11 5液池半径r 100 6转速差 min n r 20 滞后 7 转鼓内径 D mm 250 8 出渣口直径 d mm 120 9 转鼓圆柱端长度 mm 1 L516 10 转鼓长度 L mm 850 11 沉降区长度 mm 645 最大 12 螺旋直段螺距 mm S 80 13 螺旋外径 mm 240 14 螺旋叶片头数单头 15 螺旋叶片旋向右旋 表 3 1 主要技术参数 3 23 2 离心机整体方案的设计离心机整体方案的设计 3 2 13 2 1 离心机的总体方案离心机的总体方案 在整体结构上 采用转子与驱动系统一体化结构 使机器尽可能占地面积小 采取 向空中发展 将电机置于机座上方 选择差速器在小端 进料管在大端 主传动皮带轮 在小端的方案 主轴承和差速器均采用油脂润滑 3 2 23 2 2 差速器的结构与选择差速器的结构与选择 图 3 2 行星锥齿轮差速器零件分解图 1 和 5 差速器壳 2 半轴齿轮垫片 3 半轴齿轮 4 行星齿轮 江南大学学士学位论文 12 5 行星齿轮垫片 8 行星齿轮轴 十字轴 结构 1 差速器壳由 1 5 两半组成 用螺栓紧固在一起 主减速器从动齿轮用铆 钉或螺栓固定在差速器壳左半部 1 的凸缘上 2 装合时行星齿轮轴 8 的四个轴颈装在 两半差速器壳组成的十字形孔中 每个轴颈上松套着一个行星直齿锥齿轮 4 3 两个半 轴齿轮 3 与四个行星齿轮啮合 半轴齿轮用其轴颈支承在差速器壳相应的孔中 其内花 键与半轴相连 4 行星齿轮的背面大都做成球面与差速器壳的凹球面配合 保证良好 的对中性 与半轴齿轮啮合正确 5 行星齿轮 半轴齿轮背面与壳体相应的摩擦面间 装有软钢 青铜或尼龙制的减磨垫片 7 和 2 磨损后可通过更换垫片来调整齿轮的啮合间 隙 选型 本课题离心机的转鼓直径为 250mm 根据下表可选择型号为 NC1 技术参数如 下表所示 图 3 3 差速器 NC 型规格及主要技术参数 图 3 4 NC 型差速器机构图 3 2 33 2 3 转鼓结构形式转鼓结构形式 LW250 850 螺旋离心机要求结构紧凑的特点 采用柱 锥形整体结构 转鼓常用铸造 或焊接 国外由于离心浇铸技术较成熟 且使用推广时间较长 较多地采用离心浇铸转 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1313 鼓 国内的离心机厂家基本上采用焊接式转鼓 转鼓筒体锥形部分的筒壁磨损较大 为了减少磨损 防止沉渣在转鼓内打滑而影响 效率 在整个转鼓内壁沿母线方向均匀设置防滑槽 以防止沉渣打滑 3 2 43 2 4 螺旋输送器结构形式螺旋输送器结构形式 螺旋输送器一般主要由螺旋叶片 螺旋筒体 加料仓等组成 LW350 1200 螺旋离心 机直段叶片选用带状叶片减少螺旋对分离液的搅动 锥段叶片选用整体叶片增加其刚性 本课题所讨论的机器选用螺旋叶片母线垂直于转鼓壁 螺旋半锥角与转鼓半锥角相同 即螺旋半锥角为 11 度 筒体采用柱 锥形的结构形式 3 33 3 功率的计算功率的计算 螺旋离心机的功率包括以下几方面 启动转鼓等转动件所需功率 1 N 使物料达到操作转速所需功率 2 N 轴承摩擦所需功率 3 N 克服转鼓 物料与空气摩擦所需功率 4 N 卸出沉渣所需功率 5 N 上述五类功率计算在理论上可以进行 但实际情况有出入 一般采用理论计算并参 考实际生产情况确定合理的电机功率 3 3 13 3 1 启动转鼓等转动件所需功率的计算启动转鼓等转动件所需功率的计算 要使螺旋离心机的转鼓转速等转动部件有静止达到转速 必须有外界做功 222 2 222 pp v Admr dmJ 式中 外界所作的功 J p A 转动件线速度 m sv 转动件绕轴旋转的转动惯量 p J 2 kg m 心轴直径的转动惯量得 2 4 3476 p Jkg m 启动转动件的平均功率为 1 N 1 p A N t 2 2000 p J t 式中 启动转动件的平均功率 kw 1 N 启动时间 st 离心机转鼓的角速度 367r s 计算转动件绕轴旋转的转动惯量 p J 江南大学学士学位论文 14 1 圆柱段转鼓的转动惯量 1p J 2 1 4 p KmD J 式中 圆柱段转鼓的转动惯量 1p J m 旋转体的质量 K 系数 旋转体的飞轮计算直径D 查表 取 K 0 5 0 368 222 12 DDD 式中 转鼓圆柱段的外径 0 27m 1 D 转鼓圆柱段的内径 0 25m 2 D 2 2 1 0 5 80 0 368 3 68 44 p KmD Jkg m 2 圆柱段转鼓的转动惯量 2p J 其转动惯量 J 2 3015 kg 2P 转鼓的转动惯量为 J J J 5 9815 kg P1P2P 考虑到螺旋叶片 螺旋轴 螺旋叶片轴等转动件的转动惯量 J k J P2 P 此处取 k 1 35 2 所有转动件绕轴旋转的转动惯量 J k J 8 kg P2 P 3 启动时间 取启动时间 t 100s 2 2 1 8 367 5 39 20002000 100 pp AJ Nkw tt 3 3 23 3 2 使物料达到操作转速所需功率使物料达到操作转速所需功率的计算的计算 2 N 对于连续加料的螺旋离心机 加入的物料被分离为沉渣和分离液等 可分别求出操 作中各组分所需功率 然后求其和 设单位时间中排出分离液和沉渣各组分的质量 kg s 各组分在转鼓内卸 1 m 2 m 出位置的半径为 m 则使加入物料达到工作转速所需功率为 1 r 2 r 2 N 222 1 12 2 2 2000 m rm r Nkw 物料每分钟移动的距离 S 为 S L n 式中L 叶片距 0 08m 转速差 20r min n S L 1 6m min n 排渣能力可按下式计算 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1515 60 s SDG 2 2 式中 G 排渣能力 1800kg h 沉渣的厚度 m 固相密度 1 65 s 3 10 3 m D 转鼓内径 0 25m 则代入上式便得 3 1800 0 2521 61 65 10 602 88 22 1 0 2 从中可解出 0 0067m 又 h 式中 液池的平均厚度 m h 液池中水的厚度 m 已知 0 065m 则 0 0583mh h r D 2 2 0 14m 1 r D 2 2 0 17m 2 根据排渣能力的定义 可得 m 0 5 kg s 2 3600 G 由物料中分离液与沉渣的体积比 可得 m 1L X X s C Cm 1 2 式中 固相单位体积浓度 0 15 X C 固相 氧化铁 密度 1 65 s 3 10 3 m 分离液 水 的密度 1 0kg m L 3 10 3 m 1 7kg s 1 综上可得 启动物料达到操作转速所需功率 2 N 2 N 2 2 22 2 2 11 2000 1 rmrm 2222 1 1 7 0 143670 5 0 173673 2 2000 kw 3 3 33 3 3 克服转鼓 物料与空气摩擦所需功率克服转鼓 物料与空气摩擦所需功率的计算的计算 3 N 转鼓外表面 物料层内表面与空气摩擦所需功率 可根据下式计算 6344 3 11 3 10 a NLRr 式中 转鼓外半径 0 13mR R 江南大学学士学位论文 16 空气密度 常压下为 1 29kg a a 3 m 带入式中得 6344 3 11 3 101 29 1 2 367 0 130 1 0 33Nkw 3 3 43 3 4 卸出物料所需功率卸出物料所需功率的计算的计算 4 N 对于螺旋卸料离心机 是将沉渣从转鼓的某处推送到卸料口卸出机外 故应包括以 下这些功率 1 转鼓圆锥段推料功率 4 N 2 222 42 2 1 1000 s mLf L N Rr LRr 332 222 3233 3 2 2 1 0 5 1 32 fRrffRr fRr 式中 每秒湿沉渣的质量 按最大沉渣排出量计算 0 128kg s s m s m 沉渣与转鼓段臂的摩擦系数 0 3 0 85 取 0 5 2 f 2 f 沉渣与看 螺旋叶片的摩擦系数 0 2 0 4 取 0 3 3 f 3 f 螺旋锥段螺距 0 08m 2 转鼓角速度 367 转鼓圆锥段长度 0 334m 2 L 2 L R 转鼓半径 R 0 125m r 转鼓出渣口半径 r 0 06m 0 6 kw 5 N 2 转鼓圆柱段推料功率 4 N 222 2 231 1 42 21 4 10002 s f fR m RL Nf Rf 式中 转鼓圆柱段长度 0 516m 1 L 1 L 沉渣与转鼓圆柱段壁的摩擦系数 0 3 0 85 取 0 5 2 f 2 f 沉渣与看 螺旋叶片的摩擦系数 0 2 0 4 取 0 3 3 f 3 f 螺旋直段螺距 0 08m 1 1 带入公式得 4 0 68 Nkw 3 卸出物料所需功率 444 0 60 681 28 NNNkw 3 3 53 3 5 电机的选用电机的选用 1234 NNNNN 5 39 3 2 0 33 1 28 10 2kw 电动机型号 额定功率 满载转速 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1717 Y160M 2 P 11kW 1460r min NN n 3 43 4 皮带轮的相关设计计算皮带轮的相关设计计算 1 确定功率 假设电动机为 Y160M 4 P 11kw 转速为 1460r min 查表得工作系数 故1 2 A K 1 2 1113 2 caA PK Pkw 2 选取 V 带带型 根据 n 查图确定选用 SPB 型 ca P 3 确定带轮基准直径 查表取小带轮直径 140mm 1 d 1 d 大带轮直径 2 d 21 3500 140337 1460 didmm 查表圆整取 根据 2 355dmm 1212 0 72ddadd 初步确定中心距长度500amm 验算带的速度 m s 30m s 0 14 367 25 48 2 v 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 根据 初步确定中心距长度 1212 0 72ddadd 500amm V 带基准长度 2 21 12 2 24 dd Ladd a 2 355 140 2 500140355 24 500 1800 15mm 查表取1800 d Lmm 中心距 1800 1800 15 500500 22 d LL aamm 5 验算主动轮上的包角 1 21 1 355 140 18057 518057 5144120 500 dd a 6 计算 V 带根数 ca aL P z PPK K 查表得 5 21 1 16 0 89 0 88P P a K L K 13 2 2 9 5 21 1 160 89 0 8 z 取 Z 3 根 6 计算预紧力 F 预紧力 2 0 1 5 2 500qv KvZ P F ca 江南大学学士学位论文 18 2 13 22 5 50010 17 25 48302 25 48 30 95 FN 7 计算作用在轴上的压轴力 2 P 压轴力 1 20 2sin 2 PZF 2 144 2 3 302 sin1723 2 PN 3 53 5 转鼓强度校核计算转鼓强度校核计算 3 5 13 5 1 接触物料部件材料的选择接触物料部件材料的选择 螺旋离心机是专为污水处理设计的 污水处理过程中还投加了多种絮凝剂 缓蚀剂 阻垢剂 杀菌剂等水处理药剂 因此采用耐腐蚀性能较好的不锈钢 00Cr17Ni14Mo2Ti 其机械物理性能如下表 表 3 2 不锈钢的机械性能 密度抗拉强度屈服强度泊松比弹性模量伸长率断面收缩 率 7 95302100 32105477 3 5 23 5 2 许用应力的确定许用应力的确定 为了保证设备安全可靠的工作 应满足强度条件 式中 工件所受应力 材料的许用应力 按强度极限计算 b b b n 按屈服强度计算 s s s n 式中 强度极限的安全系数 3 5 4 取 4 b n b n b n 屈服极限的安全系数 2 2 5 取 2 5 s n s n s n 根据上式得 530 132 5 4 b b b MPa n 210 84 2 5 s s s MPa n 由此取 84MPa 3 5 33 5 3 转鼓强度校核计算转鼓强度校核计算 一 转鼓圆柱段应力计算 转鼓自身质量产生的转鼓应力 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 1919 转鼓自身质量只产生周向应力 2 22 2 R g 液体和固体物料层引起的转鼓应力 2 222 2 2 2 R Rr 式中 转鼓壁厚 10mm 含污泥比重 2 2 33 1 65 10 kg m 转鼓材料的许用应力 84MPa 转鼓材料的密度 33 7 9 10 kg m R 转鼓内径 R 0 125m 液池半径 0 1mr r 转鼓角速度 367 转鼓圆柱段的总应力为 222 22 2 22 2 R Rr R g 3222 32 1 65 103670 1250 1250 1 7 9 10367 0 125 9 82 0 01 7 8MPa 二 转鼓圆锥段应力计算 转鼓自身质量产生的转鼓应力 转鼓自身质量只产生周向应力 2 22 2 R g 液体和固体物料层引起的转鼓应力 2 222 2 2 2 cos R Rr 式中 转鼓半锥角 11 转鼓圆柱段的总应力 222 22 2 22 2 cos R Rr R g 3222 32 1 65 103670 1250 1250 1 7 9 10367 0 125 9 82 0 01 cos11 7 9MPa 由上述计算得 84MPa 即转鼓壁厚为 10mm 强度足够 即使增加防滑槽及为此增加的转鼓壁厚符合强度要 求 3 5 43 5 4 轴承校核计算轴承校核计算 离心机转鼓在工作过程中要承受因本身质量 物料质量产生的周向力 此外 由离 心机的整体结构决定了转鼓在转动过程中起绉的作用 江南大学学士学位论文 20 因制造 装配 进料不均等因素的影响 在工作过程中 转鼓的回转中心与质量中 心是不重合的 一般情况下按偏心距 e D 5000 计算 3 5 4 13 5 4 1 受力分析受力分析 离心机转鼓在工作过程中要承受因本身质量 物料质量产生的周向力 此外 由离 心机的整体结构决定了转鼓在转动过程中起绉的作用 因制造 装配 进料不均等因素的影响 在工作过程中 转鼓的回转中心与质量中 心是不重合的 一般情况下按偏心距 e D 5000 计算 3 5 4 13 5 4 1 受力分析受力分析 1 回转体不平衡引起的离心力 2 5000 C Dmw F 式中 m 回转体总质量 m 180kg D 转鼓直径 D 250mm w 转鼓角速度 w 367 1 s 代人得 22 0 25 180 367 1212 50005000 C Dmw FN 2 回转体动 静载荷的和 1 1212 180 9 82976 c PFmgN 3 受力分析 由前所述 可将大 小端支承 转鼓及两端轴颈视为一刚性轴 轴承受力计算 12 0 rAAB FLPLLPL 得 12 AB rA PLLPL F L 式中 大端轴承处轴颈所受支反力 rA F 回转体部件动 静载荷之和 2976N 1 P 1 P L 大 小端轴承间距离 L 970mm 大端轴承到回转体重心距离 380mm A L A L 带轮中心到小端轴承距离 540mm B L B L 带轮对轴的压力 1723mm 2 P 2 P 带入上式得 rA F 29769703801723 540 2769 970 N 21 2769 172329761516 rBrA FFPPN 3 5 4 23 5 4 2 轴承寿命校核计算轴承寿命校核计算 本文所讨论的机器所有轴承采用油脂润滑 主轴承大端选用圆锥滚子轴承 小端选 用圆柱滚子轴承 轴承座里的轴承选用深沟球轴承 其因为螺旋离心机转速差速小 故 对此深沟球轴承可不进行校核 相关技术参数如表所示 表 3 3 轴承技术参数 轴承型号额定静载荷额定动载荷极限转速 3131055200722005300 LW250 850 差动卧式螺旋离心机 2121 N221261800888006300 1 圆锥滚子轴承 32009 校核 轴承寿命公式 6 10 60 h C L nP 式中 轴承寿命指数 10 3 C 轴承额定动载荷 65000N n 轴承转速 5300r min P 轴承当量动载荷 2769N 10 6 3 1065000 116468 60 53002769 h Lh 取静载安全系数 S 取 2 2 2769453855200 A SF 2 圆柱滚子轴承 N2212 校核 轴承寿命公式 6 10 60 h C L nP 式中 轴承寿命指数 10 3 C 轴承额定动载荷 888000N n 轴承转速 6300r min P 轴承当量动载荷 1516N 10 6 3 6 1088800 2 10 60 63001516 h Lh 取静载安全系数 S 取 2 2 1516303261800 A SF 3 63 6 离心机生产能力的计算离心机生产能力的计算 按悬浮液计算的生产能力 卧式螺旋离心机的生产能力可按下式计算 g QV 3 ms 3 6 13 6 1 当量沉降面积当量沉降面积值的确定值的确定 22 1 121111 2342312 r L FDL L 式中 转鼓圆柱段的长度 0 516mm 1 L 1 L 转鼓总长度 L 0 85mmL 液池深度与转鼓半径之比 0 2 离心机的分离因素 1720 r F r F D 转鼓直径 D 0 25mm 带入上式得 22 1210 512 111 17200 25 0 850 20 20 20 2 2340 852312 734 2 m 3 6 23 6 2 分离效率系数分离效率系数 分离效率系数可按下列经验公式求得 0 3674 0 3359 16 42 sL Lj X L 江南大学学士学位论文 22 式中 固相密度 S s 33 1 65 10 kg m 液相密度 L L 33 1 10 kg m 悬浮液固相颗粒的计算直径 20XXm 沉降区长度 0 891m j L j L 带入上式得 0 28 0 33590 3674 36 3 0 65 1020 10 16 42 1 100 891 3 6 33 6 3 悬浮液中固相颗粒的重力沉降速度悬浮液中固相颗粒的重力沉降速度 g V m s 2 18 CSL g K Xg V 悬浮液的动力粘度 3 6 10 kg m s 悬浮液固相颗粒的粒子形状修正系数 2 39 C K C K 带入上式得 m s 623 6 3 2 39 20 10 0 65 109 8 0 2815 79 10 18 6 10 g V 带入离心机生产能力公式得 g QV 63 0 28 15 79 107340 9 Qmh LW250 850 差动卧式螺旋离心机 2323 第四章第四章 机器的安装机器的安装 LW250 850 离心机系制造厂整机组装调试后出厂 在新机和大修后的整机吊运安装 过程中应注意下列事项 1 在整机吊装时 必须用足够结实的钢丝绳吊于离心机机架上四个 M24 吊环螺钉 呈水平后 方能起吊 2 本机采用弹性支承主机 机架底下有四个 JG4 4 减震器支承主机 正确地安放在 水泥墩基础上或楼板上 不需用底脚螺钉固定 3 机器安装后 可参阅工艺流程图 接上各管道 进料管和出水管均用软性联接 以免离心机的振动传到管道造成损坏 在进料管法兰连接部位可用 3mm 橡胶板作密封 防止泄露 4 悬浮液的进料最好采用带搅拌机的高位槽 靠液体重力压差进料 供料高度一般 2m 当采用泵进料时 管道上应加入旁路 切忌无旁路 泵直接进料 进料口前应配 有三通与阀门 以便用水或蒸汽或其它溶剂冲洗离心机 如物料含砂较多 3 时 前 即应经粗滤 或用除砂器去除粗渣与砂 以防开始进料时堵塞进料管或离心机 并减少 螺旋叶的磨损 延长离心机的使用寿命 5 有关电气安装参见相应电机说明书 若电控箱不在操作现场 建议用户在进料阀 附近安装一只电流表