LW250-850差动卧式螺旋离心机设计

摘要 编 号 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题目： LW250-850 差动卧式螺旋离心机 摘 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：卧式螺旋离心机；差动；设计计算；LW250-850 Abstract 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 目 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 2N的计算 .14 3.3.3 克服转鼓、物料与空气摩擦所需功率 3的计算 15 3.3.4 卸出物料所需功率 4的计算 15 3.3.5 电机的选用 16 目录 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 gV21 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 第一章 绪论 1.1 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 1.2 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 (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。 1.3 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 ALAFLaval 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 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。 1.4 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 第二章 差动螺旋离心机简介 2.1 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 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。 2.2 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