卧式螺旋离心机设计计算说明书

1、800 卧式螺旋卸料离心机设计摘 要:卧式螺旋卸料沉降离心机是一种广泛应用于过程工业的别离悬浮液的离心别离机械。其具有连续操作、处理量大、耗电量低、适应性强等特点，是工业上主要的别离设备之一，现已被广泛应用于化工、石油提炼、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、环保、军工等各个领域的固液别离。 本课题的任务为设计转鼓直径为 800mm 的卧式螺旋卸料沉降离心机。本文首先对卧式螺旋卸料离心机工作原理和主要部件结构作了一定的介绍；对整体进行了的结构性设计，对一些主要部件进行了重点设计，如转鼓、螺旋等，对关键设备差速器进行了设计选型；对该离心机的主要部件，包括转鼓，螺旋支承轴的强度进行了校

2、核；最后对当今国内外卧式螺旋离心机的研究开展状况进行了总结和展望。关键词：卧式螺旋卸料沉降离心机；设计计算；别离；转鼓；转子 I Design of a 800 horizontal scroll decanter centrifugeAbstract：Horizontal scroll decanter centrifuge is a centrifuge machine which is widely usedin processing industrial separation of slurry. As important separating equipment it hasa co

3、ntinuous operation large capacity low power consumption adaptability and othercharacteristics. Now it also has been widely used in chemical oil refining light industrymedicine food textile metallurgy coal mineral marine environmental protection militaryand other fields of solid-liquid separation. Th

4、e topic for the task is to design a horizontal scroll decanter centrifuge which drum diameter is 800mm. Firstly there is a introduce to the operating principle and the critical piece of horizontal scroll decanter centrifuge in this paper And then conducted on the overall structural design especially

5、 focus on some major design components such as drum screw and so on the key equipment differential mechanism has been designed and chosen the strength check of the centrifuge including drum screw support shaft has also been processed Finally the situation of current domestic and foreign centrifuge r

6、esearch and development is summed up and expected.Key Words: horizontal scroll decanter design-calculation separation drum rotor II 目 录摘 要. I1 绪论.11.1 离心机的应用及其开展.11.2 离心机的分类.11.3 离心沉降.21.3.1 离心沉降别离技术的根本原理.21.3.2 离心沉降别离机的种类.31.4 螺旋卸料沉降式离心机.41.4.1 螺旋卸料沉降式离心机的概况.41.4.2 卧螺离心机的工作原理.51.4.3 卧螺离心机的主要优缺点.61.

7、4.4 螺旋卸料沉降式离心机国内外研究现状.72 卧螺离心机的主要参数及根本构件.82.1 别离因数.82.2 主要部件.92.2.1 转鼓.92.2.2 螺旋输送器.102.2.3 差速器.112.3 螺旋卸料沉降离心机的技术参数选择.122.3.1 转鼓直径.122.3.2 转鼓长度.132.3.3 转鼓转速.142.3.4 转鼓半锥角.142.3.5 池深与转鼓半径比.142.3.6 螺旋输送器.152.3.7 生产能力.153.生产能力计算154 传动设计184.1 螺旋卸料离心机差速器.184.2 渐开线行星齿轮差速器形式的选择.184.3NC 系列齿轮行星差速器的结构原理194.4

8、NC 系列行星齿轮差速器的根本参数205 卧螺离心机物料输送的功率计算205.1 启动转鼓等转动件所需功率 N1 205.2 启动物料到达工作转速所需功率 N 2 215.3 克服轴与轴承摩擦所需功率 N 3 225.4 克服空气摩擦所需功率 N 4 23 III5.5 卸出物料所需功率 N 5 235.5.1 圆锥形转鼓段推料功率计算.245.5.2 圆柱段转鼓推料消耗功率计算.245.6 卧螺离心机功率确定.256.强度计算266.1 转鼓强度计算.266.1.1 圆柱形转鼓强度计算.266.1.2 圆锥形转鼓强度计算.286.2 轴的强度校核.30参考文献.34 IV1 绪论1.1 离心

9、机的应用及其开展 离心别离是利用离心力对液-固、液-液-圈、液-液等非均相混合物进行别离的过程。实现离心别离操作的机械称为离心机 1 。离心机和其它别离机械相比，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、操作平安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闯世，迄今一百多年以来己获得很大的开展。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、自动化方向开展，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

10、、船舶、军工等各个领域 2 。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。 离心机根本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、别离、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开展而相应开展起来的。例如：18世纪产业革命后，随着纺织工业的迅速开展，1836年出现了棉布脱水机。1877年为适应乳酪加工

11、工业的需要，创造了用于别离牛奶的别离机。进入20世纪之后，随着石油综合利用的开展，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别离机，到60年代开展成完善的系列产品。随着近代环境保护、三废治理开展的需要，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、碟式别离机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的开展，特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的开展尤为迅速。 离心机的结构、品种机器应用等方面开展迅速，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

12、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开展，固-液别离技术越来越受到重视，离心别离理论研究缓慢落后的局面也在积极扭转。1.2 离心机的分类 离心别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 3 。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具体分类如图1.1所示。 第 1 页 共 35 页 图1.1 离心机的分类1.3 离心沉降 离心沉降由三个物理过程组成 4 ，即：固体的沉降，按照介质对其中物体运动阻力的流体离心进行；沉渣压实，按照分散系得离心规律进行；从沉渣中排出局部由分子力所保持的液体。离心沉降理论，是由安布勒Ambler于 1952 年首次提出，

13、其后又进行了更深的探讨。1.3.1 离心沉降别离技术的根本原理 离心沉降在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关，并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值 an 2 r 可随回转角速度 和回转半径 r 的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作适用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的别离。 第 2 页 共 35 页 图 1.2 离心沉降别离原理图 离心沉降离心沉降它是利用混合物各组分的质量不同，采用离心旋转产生离心力大小的差异，使颗粒下沉而液体上升，到达清洁、别离目的的方法。 组成悬浮系的流体与悬

14、浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到别离的沉降操作。当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物固体颗粒或液滴在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。此时，颗粒或液滴受三个径向作用力：惯性离心力 Fc m 2 r ，式中 m 为颗粒质量； 为回转角速度；r为旋转半径。浮力方向与惯性离心力相反。流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力。颗粒在此三力的共同作用下沿径向向外加速运动。对于符合斯托克斯定律的微小颗粒，径向运动的加速度很小，上述三力根本平衡。 离心沉降同一颗粒在相同介质中分别作离心沉降和重力沉降时推动颗粒运动的惯性离心力 Fc 与重力之比称为离心别离因数，它是反映离心沉降设备

15、性能的重要参数。1.3.2 离心沉降别离机的种类 1旋风别离器 含尘气体由矩形进口管沿切向进入器内在器壁的作用下作圆周运动。颗粒被惯性离心力抛至器壁，并聚集于锥形底部的集尘斗灰斗中。净化了的气体从中央排气管离去。 旋风别离器的别离因数约为52500，一般可别离575m的细小尘粒。旋风别离器构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，广泛应用于很多工业部门，用于除去气体中的粉尘，或从气体中回收有用粉料。 2旋液别离器 其构造和工作原理与旋风别离器根本相同，主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗粒的水力分级。 3螺旋卸料离心机 在长锥形转鼓内装有螺旋推料器，料浆加在转鼓中部，澄清液从转鼓大头端面的

16、窗口溢出，沉积在转鼓内壁的沉淀，由螺旋推料器推向转鼓小头，经沥干后卸出。此机适宜于处理细分散悬浮液，能获得含水率较小的固体沉淀。 4碟式别离机 第 3 页 共 35 页 在转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为0.20.6m，碟片数为50100。转鼓转速为47008500r/min，别离因数可达400010000。碟式别离机可用于别离乳浊液如油料脱水等，也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体。 5管式高速离心机 采用长径比很大的管状转鼓，以便增加转速，提高别离因数。此种离心机的转速通常高于15000r/min，别离因数可达12500。主要用于含细小液滴的乳浊液别离和含少量微细颗粒的悬浮液别离。1

17、.4 螺旋卸料沉降式离心机1.4.1 螺旋卸料沉降式离心机的概况 螺旋卸料沉降式离心机是高速运转，连续进料、别离分级、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。现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别离悬浮液，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

18、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开展。 螺旋卸料沉降式离心机是国际上五十年代创造的机械，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工程。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。 随着

19、工业的飞速开展，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，?缫惶寤较蚍埂菪读铣两道胄幕捎谀芄涣隽希芰螅晕锪系氖视郧浚峁菇舸眨嫉孛婊俚忍氐悖虼擞迷嚼丛焦惴骸壳捌浞顾俣群芸欤幼艿那魇瓶矗?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为了别离固相颗粒比拟细，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，目前我国还不能到达。 3目前国外

20、离心机正朝着机电一体化方向开展，己实现在离心机上对别离物料 第 4 页 共 35 页的自动检测与调节，机械性能自动保护，振动的随机检测和自动报警，过载保护别离反应等。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别离。1.4.2 卧螺离心机的工作原理 卧螺离心机的工作原理如图1.1、图1.2所示，电机通过大、小端带轮分别带动转鼓、差速器旋转，高速旋转的转鼓内有同心安装的具有螺旋叶片的推进器，转鼓由轴承座支撑。转鼓通过右轴承座处的空心轴与差速器的外壳相连接，差速

21、器的输出轴带动螺旋输送器与转鼓同向转动，但转速不同，其转差率一般为转鼓转速的0.23。需别离的物料从进料管进入机内，经过螺旋输送器进到转鼓内。在离心力的作用下，转鼓内形成一个环形液池，重相固体粒子离心沉降到转鼓内外表上而形成沉渣，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。沉渣从小端排渣孔排出。在转鼓的大端盖上开设有假设干个溢流孔，处理后的液体从此处排出。大端溢流孔位置可以安装可调节的溢流挡板，通过调节溢流口位置、机器转速、转鼓与螺旋输送器的转速差、进料速度就可以改变沉渣的含湿量和澄清液的含固量。 图 1.1 卧式螺旋沉降式离心机简图 第 5 页 共 35 页 图1.2 卧式

22、螺旋沉降式离心机转鼓简图1.4.3 卧螺离心机的主要优缺点1优点 自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转，维修方便。 应用范围广。它能完成以下别离过程： a.固相脱水 对易别离物料，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，在过滤离心机上别离效果很差，甚至无法别离；用卧螺离心机能完成此别离过程。 b.液相澄清 它对液相的澄清效果虽然不如别离机，但是可获得比别离机干得多的沉渣，而允许的悬浮液固相浓度比别离机高的多。 c.可别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别离的，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良的离心机进行别离。 d.液-液-固别离 固相含量大于14的液-液-固混合物，在碟式别离机上就难以别离。一般别离这种物料要先进行液-固别离，再进行液-液别离。然而，用卧螺离心机可以直接把固相和轻、重液相一次别离。 e.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。 对物料的适应性较大，能别离的固相粒度范围较广，并且在颗粒大小不均匀的条件下，能照常别离得很好。能适应各种浓度悬浮液的别离，浓度的波动不影响别离的效果。 结构紧凑、易于密封，某些机型能在高压和低温条件下操作。 第 6 页 共 35 页 单机生产能力大当量沉降面积可达10000 m 2 ，生产能力可达190 m3