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l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 l ，w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 摘要 本课题研制的是l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机，使其能够替代进口产品， 部分指标超过进口样机，达到国际先进水平。 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机是利用离心力沉降原理来工作的。高速旋转 的转子产生的离心力，利用悬浮液中固相与液相的密度差，使固相、液相达到 分离的效果。 l w 一5 0 0 离心机核心是螺旋、转鼓、差速器。螺旋、转鼓采用的是焊接结 构，经热处理后加工成型。本课题对l w 一5 0 0 离心机的结构进行了分析研究。 并根据其自身的特点，对制造过程中的基准及基准件的选择、热处理及加工余 量的关系、焊接变形、工件的无损探伤检验等方面进行了分析研究，并以此为 基础，在制造工艺中采取了许多新的措施，将热处理、焊接、机械加工等相关 专业有机地结合起来，制订了最佳的工艺路线。对各零部件的平衡方案进行了 系统地分析。对空运转试验、负荷运行检验极以及在运行中易产生的问题进行 了详细的分析介绍。以确保离心机的正常稳定地运行。 本文在理论上还建立了双轴系统模型，对转鼓、螺旋进行了系统地分析研 究。对转子的临界转速、振动类型、不平衡响应进行了计算和分析，为离心机 的正常运行奠定了理论基础。 关键词： 离心机，振动分析，转鼓，螺旋，差速器 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 l w 一5 0 0p r o p eiio rt r i p p e r s u b sid ec e n t rif u g aim a c hir l e r e s e a r c hi n g a n dp r o d u ci n g s u m m a r y t h i s q u e s t i o n f o r r e s e a r c h i n g i sl w 一5 0 0 p r o p e l l e rt r i p p e r s u b s i d e c e n t r i f u g a lm a c h i n e ，w h i c hc a nb ei np l a c e o fi m p o r t e dp r o d u c t i o n ， s o m et e c h n i q u et a r g e to ft h a tm a c h i n ec a ne x c e e dt h ei m p o r t e ds a m p l e a n da c h i e v et h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d l w 5 0 0w o r k sb yt h ep r i n c i p l e o fc e n t r i f u g a lf o r c es u b s i d i n g t h ec e n t r i f u g a lf o r c ew h i c hi sp r o d u c e d b yt h er o t o rh i g hs p e e ds c r e w i n g ，u s i n gt h ed e n s i t yd i f f e r e n c eo f s o l i d a n d l i q u i di ns u s p e n s i o nl i q u i d ，a n dt h e nm a k e t h es e p a r a t ee f f e c t t h ec o r eo fl w 5 0 0a r ep r o p e l l e r ，r o t o r d r u m ，d i f f e r e n t i a lm e c h a n i s m t h ep r o p e l l e ra n dr o t o r d r u mi sw e l d e dc o n s t r u c t i o na n dp r o c e s s i n g a f t e rh e a tt r e a t m e n t t h i ss t u d yd o e sr e s e a r c h i n gf o rc o n s t r u c t i o no f l w 5 0 0a n da c c o r d i n gt ot h et r a i to fi t s e l f , r e s e a r c h i n gf o rd a t u ma n d d a t u mp a r t s 。t h er e l a t i o nb e t w e e nh e a t - t r e a t m e n ta n dp r o c e s sm a r g i n ， w e l d e dd e f o r m e d ，t h ef l a wd e t e c t i o no fw o r kp i e c ea n de t c o nt h i s b a s i s ，a d o p tm a n yn e w m e a s u r ew h i c hc o m b i n ew i t ht h eh e a tt r e a t m e n t ， w e l d i n g ，p r o c e s s i n g a n do t h e r s s h b j e c t s o w cc a nm a k et h e p b e s t t e c h n o l o g i c a l l i n e m a k et h e s y s t e ma n a l y s i s o fe v e r yp a r t sb a l a n c e s c h e m e m a k et h ed e t a i l e da n a l y s i si n t r o d u c t i o no fe m p t yr e v o l v i n g t e s t 1 0 a dm o v i n gt e s ta n do t h e rp r o b l e m s oi tc a nm o v es t a b l e i te s t a b l i s had o u b l e a x l e s y s t e m m o d e la n dm a k et h e s y s t e m r e s e a r c h i n go fr o t o r - d r u ma n dp r o p e l l e r m a k ec o m p u t e da n da n a l y s i s o fc r i t i c a lr o t a t i o n a ls p e e dv i b r a t i o ns t y l e ，u n b a l a n c er e s p o n d i n g t h e y m a k et h et h e o r yb a s i so ft h ef o r m a lm o v eo fc e n t r i f u g a lm a c h i n e k e yw o r d s ：c e n t r i f u g a lm a c h i n e ，v i b r a t i o na n a l y s i s ，r o t o r - d r u m ， p r o p e l l e r ，d i f f e r e n t i a lm e c h a n i s m l 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 1 概述3 6 1 离心机与其他分离机械相比，不仅能得到含湿最低的固相和高纯度的液 相，而且具有体积小、密封性好、连续运行、自动遥控等优点，因此被广泛应 用于化工、石化、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、 船舶、环保、军工等各个部门。如湿法采煤的煤粉回收；石油开采的钻井泥浆 净化回用：铀同位素的浓缩：污水处理的污泥浓缩和脱水；石油化工产品的精 制：抗菌素、农药的提取；牛乳、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、动植物油、 米糠油淀粉等食品的制造；织品纤维脱水；润滑油、燃料油的提纯等都需使用 离心机。离心机已成为国民经济各部门广泛应用的分离设备。 离心机的应用功能主要有：脱水、浓缩、澄清、分级、分离等方面。须根 据不同的物料特性、分离要求，选择不同的离心机型。在实际生产过程中，只 有选用了合适的分离设备才能使流程简单、能耗下降、产品质量提高取得良好 的经济效益。 离心机的种类繁多。本论文中主要论述的是l w 一5 0 0 螺旋卸料离心机的研 制开发，以及在聚氯乙烯生产流程中的的运行检验情况。 1 1 离心机的发展过程、国内外现状及发展趋势 1 1 1 离心机的发展过程 离心机是利用离心力来达到固一液、液一液、以及液一液一固分离的机械。 节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件，并具有连续运转、自动控制、操作 安全可靠等优点。因此自1 8 3 6 年第一台工业用三足离心机在德国问世，至今 一百多年来已获得很大的发展。各种类型的离心机不断推出。1 8 3 6 年出现了 棉布脱水机，1 8 7 7 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2 0 世纪5 0 年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣分离机，到 6 0 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，因此处使卧式螺旋卸料沉降离心 机、碟式分离机和三足下部卸料沉降离心机的进一步发展，特别是卧式螺旋卸 料沉降离心机的发展尤为迅速。随着国民经济各行业的不断发展，各种类型的 离心机也在不断地更新换代，而且新类型的离心机也在不断涌现。 1 1 2 国内外现状 在国外离心机的生产制造有近百年的历史，主要的生产制造厂有法国 a l f a l a v a l 公司，西德w e s t f a l i a 公司，美国s h a r p l e s 公司，b i r d 公司及 日本的石川岛播磨株式会社，巴工业株式会社，三菱重工株式会社等十几家大 公司。这些公司都有完整的系列产品，同时又着力发展专用机型，产品规格系 列化使得这些大公司的产品广泛应用于化工、食品、煤炭、医药等领域，在市 场上有很强的竞争力。 我国在建国后开始发展分离机械制造业，科研上由机械部合肥通用所牵 头，以北京化工学院，成都科大，天津大学为主负责离心机信息交流、课题研 究、技术方案的论证工作。制造单位有四川江北机械厂、上海化机、无锡分离 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 机械厂、浙江象山、南京绿洲、吉化机械厂等到十几家国营大型化工机械厂及 一些小的离心机生产厂家。四川江北机械厂是生产离心机的专业厂家，它可生 产三种离心机，刮刀离心机、活塞离心机，卧螺离心机。其卧螺离心机以l w 4 5 0 为主，广泛应用于中小型p v c 生产厂。浙江象山机械厂的l w 5 8 0 离心机产量 较大，广泛应用于味精、p v c 行业。无锡分离机械厂和苏州设备厂有l w 2 2 0 和 l w 4 0 0 两种规格，应用于酒糟，淀粉以及食品等到行业。该规格特点是结构比 较全，有逆流型，并流型，分级型三种结构。吉化机械厂也是生产离心机的专 业厂家，代表性的产品有l w 1 0 0 0 n 卧式螺旋卸料沉降离心机，应用于聚丙烯 生产中；l l 5 0 0 立式螺旋卸料沉降离心机，应用于聚乙烯行业中。 1 1 3 发展趋势 随着化学工业的飞速发展，各化工生产厂家对高精度、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 g u i n a r d 公司的d 型螺旋卸料沉降离心机，转鼓直径最大的为1 5 0 0 m m ，长径比 为4 7 ，我国目前生产的螺旋卸料沉降离心机的直径最大为8 0 0 ，长径比还不 到2 。 ( 2 ) 为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转速的方法， 如阿法拉法公司生产的4 5 0 0 离心机，转鼓直径3 l o m m ，转速达7 6 0 0 r m i n ，这 样高的转速，目前我国还不能达到。吉化机械厂生产的w l 3 8 0 离心机的转速也 只是3 8 0 0r m i n 。 ( 3 ) 目前国外离心机正向着机电一体化方向发展，已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，震动的随机检测和自动报警， 过载保护分离反馈等。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 ) 为了适应不同物料及工场的需要，目前国内外离心机制造厂又推出了 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 。2 离心机的种类及应用范围 1 2 1 三足式离心机 是一种间歇操作的离心机。多用于分离含固相颗粒1 0 l am 的悬浮液如粒 状、结晶状或纤维状物料等。该类型离心机具有结构简单，操作方便，适应性 强，过滤时间可根据物料特性及分离要求灵活掌握。滤渣洗涤充分，固体颗粒 不易破碎等优点。在各行业应用极为广泛。 1 2 2 上悬式离心机 也属间歇操作过滤机。适用于分离含中等颗粒粒径为1 0 0um 、l m m ，或细 颗粒粒径为1 0 1 0 0um 的悬浮液，如砂糖、味精、葡萄糖、盐类、铀废料等。 操作时，物料从机壳上部机盖处或特备的加料口进入转鼓，加料前先将转鼓启 动，并在低速下运转，待加料完毕后，在将转鼓加至全速，如工艺需要，可洗 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 涤滤渣并甩干后停车，或低速卸料。 由核工业第二设计院设计的，吉化机械厂制造的，用于核废料处理的直径 为4 0 0 m m 上悬式离心机就属于该类型离心机。 1 2 3 卧式刮刀离心机 卧式刮刀卸料间歇操作离心机，是在全速运转下进行加料、洗涤、甩干、 卸料、洗网等工序的，各工序自动循环进行。各操作工序的延续时间及工序问 的交替由时间继电器通过电气一液压控制系统进行调整与控制。自动操作时， 各工序所需时间，在开车前需调节时间继电器进行控制。人工操作时，各工序 进行的时间由操作人员控制。 该机型适用于分离含固相颗粒粒径1 0 1 2i l l 的悬浮液。固相可得到较好的 脱水和洗涤效果。但刮刀卸料会使部分颗粒被破碎。该种离心机处理量大，分 离效果好，对悬浮液的浓度变化适应性强。 1 2 4 卧式活塞推料离心机 卧式活塞推料离心机是一种连续操作、脉动卸料的离心机。适用于分离含 固相颗粒粒径2 5 0um 的结晶或纤维状物料的悬浮液，并能对滤渣进行较充 分的洗涤，固相物料遭破坏程度比刮刀卸料离心机轻，但要求进料固相的最佳 浓度为4 0 6 0 ，且供料稳定。活塞推料离心机有单级、双级、多级之分，级 数越多，对悬浮液的适应性越强，分离效果也越好。是化肥、碳酸氢铵、硫酸 铵食盐、尿素生产中进行液固分离的主要设备之一。 1 2 5 离心力卸料离心机 离心力卸料离心机又称锥蓝离心机或惯性离心机，是自动连续过滤离心机 中结构最简单的一种离心机。适用于分离含晶体的易过滤悬浮液。可分离固相 颗粒粒径2 0 0um 。当机器的转鼓锥角、筛网间隙、转数等参数确定后，只能 用于与此对应的物料分离，所以使用范围受到一定的限制。但具有结构简单， 制造容易，维修方便，能自动连续操作，处理量大等特点。已在制糖、碳酸氢 胺、精盐等行业中推广使用。 1 2 6 振动卸料离心机 该种机型是依靠离心机转动产生的离心力及转鼓轴向的振动实现对煤粉 颗粒的脱水和卸料的，可用于粒径为o 1 3 m m 的煤粉脱水或o 。l m m 的煤泥脱水， 脱水后的煤粉含水率约为8 。1 0 。 1 2 7 进动卸料离心机 是7 0 年代出现的新机型。该型离心机由二种不同转速的空心轴和实心轴 组成，转鼓与实心轴相联，实心轴通过万向节带动转鼓绕自身轴线自转。空心 轴使转鼓保持一定倾角公转，呈规则进动运动，母线处于最大倾角位置附近区 域的滤渣层向上滑动进行卸料，从而将物料不断卸出。但由于二个转轴的差转 速旋转，使转鼓上缘的每个点逐一成为卸料点，从而将物料不断卸出。其倾角 和转速是可变的。用于粒径l o oum 聚苯乙烯、氯化钠、氯化钾等。 1 2 8 立式螺旋卸料离心机 本机型由沉降转鼓和过滤转鼓两部分组成，料液在离心力的作用下进行分 离，得到含湿量较高的固相，通过螺旋进入过滤转鼓进一步分离，液相由下部 l w s o o 螺旋卸料沉降离心机研制开发 沉降出口排出。该机型适用于分离含固相颗粒粒径l o 6 0um 的悬浮液，被分 离的固相密度远大于液相密度，且为不易堵塞滤网的结晶物料或短纤维状物 料，如淀粉。 1 2 9 卧式螺旋卸料沉降离心机 适用于分离含固相颗粒粒径5 l an l 的悬浮液和澄清含少量固相的液体， 也适合分离对滤布再生有困难的无定性物料及固相浓度和颗粒度变化范围较 大的悬浮液，对细粘物料分离后滤渣一般含湿量较高，处理两夜间少。螺旋卸 料对固相颗粒有一定破碎，但此机型能连续操作，处理两大，密封性好，可用 于聚氯乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯、淀粉、碳酸钙、柠檬酸、尾煤等的分离以 及动植物油脂净化，大豆蛋白分离，污水处理等。 1 2 1 0 管式分离机 其转鼓成管状的高速沉降式离心机，转鼓直径较小、长度较长、转度较高， 分离因素高达1 0 0 0 0 以上。能分离一般离心机难以分离的物料，如固相浓度小， 颗粒细( d * = o 5 1 0l am ) ，液相粘度大，固一液密度差小的悬浮液或乳浊液。 广泛用于制药、油漆、染料、生物制品、饮料等行业。 1 2 1 l 碟式分离机 碟式高速分离机是利用蝶片和由转鼓高速旋转产生的极大的离心力场把 进入转鼓中的物料分割成许多薄层，从而使沉降距离变小，分离效果提高，使 被处理的液液乳浊液或液一固悬浮液达到澄清、分离、浓缩的目的。在离分 如牛乳、油类、抗菌素、酒类、饮料等方面使用较多。 1 3 沉降离心机的原理和特点 1 3 1 沉降分离原理 对固液分离面言，沉降分离是将敖在悬浮液中的固体颗粒，利用固液两相 的密度差进行分离的操作。在重力场中进行的沉降分离操作简称重力沉降，在 离心力场中进行的则简称离心沉降。离心机的沉降就属于离心沉降。沉降分离 操作根据分离要求不同而分成澄清、浓缩、分级等。 浓缩的主要目的是提高原料悬浮液中的固相浓度，而澄清的主要目的是除 去含量较少的固体颗以得到清亮的分离液在大多数化工生产实践中，要求沉 降分离操作同时进行浓缩和澄清，既得到清亮的分离液，同时又得到澄清的分 离液。 分级是利用悬浮液中各类固体颗粒所具有的不同的沉降速度，将固体颗粒 群分成两类或两类以上的颗粒群的操作。固体颗粒在液体中的沉降速度受颗粒 尺寸大小及颗粒与液体间的密度差两个因素的影响，在用沉降分离法进行分级 操作时，应同时考虑这两个因素来确定具体操作条件。 沉降分离过程是悬浮液中悬浮的颗粒群在重力或离心力作用下，在液体中 的运动过程。此过程一般可分为三个区： ( 1 ) 当悬浮液中固相浓度较小、大量颗粒之间无相互干涉和粘连现象时，是单 个颗粒的自由沉降过程。 ( 2 ) 当达到定固相浓度时，固体颗粒的沉降受到相互干涉，这是所有的颗粒 l w 5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 作为颗粒群一同沉降，称为干涉沉降过程。 ( 3 ) 固相浓度增大到颗粒相互接触，颗粒沉降受到下面颗粒的制约，沉降 速度变得非常缓慢，固相浓度进一步提高，依靠颗粒本身质量的呀，称为压缩 过程。 自由沉降与干涉沉降之间分界的极限浓度值，与固、液相的种类和性质， 与固相颗粒尺寸及其粒度分布情况等有关。聚氯乙烯颗粒的极限浓度为2 7 。 1 3 2 螺旋卸料沉降离心机结构原理( 如图) 。 】己34567 图1 1 卧螺离心机工作原理示意图 f i g u r e1 1h o r i z o n e t a l s p i n a lc e n t i f u g a lm a c h i n ew o r k i n gp r i n c i p l es h o w i n g l 一皮带轮2 一差速器3 一机壳4 一转鼓5 一螺旋输送器 6 一主皮带轮7 一进料管8 机座 高速旋转的无孔转鼓内有同心安装的输料螺旋，转鼓与输料螺旋同相旋 转，但两者之间有一定的转速差，该转速差由差转速传动系统产生。悬浮液经 中心的加料管进入转鼓，悬浮液中的大部分固体颗粒在离心力作用下沉降到转 鼓内壁并被输料管推送而从小端排出转鼓，澄清后的液体从转鼓另一端的溢流 口排出。 1 3 3 卧螺离心机的特点 ( 1 ) 自动连续操作，不需用过滤布，能长期连续运行，维护简便。 ( 2 ) 用范围广，可用于固体脱液，液体澄清，固体颗粒按粒度分级，以及用于 液一固分离。 ( 3 ) 料的适应性好，能分离固体粒度范围0 0 0 5 m m 2 m m ，悬浮液的体积浓度范 围2 “4 0 ，浓度波动对分离效果影响不大。 ( 4 ) 结构紧凑，容易实现结构上的密闭，密闭式机器可在一定的正压下操作。 ( 5 ) 产能力大，操作费用低，占地面积小。 螺旋卸料沉降离心机的缺点是：沉渣含湿量一般较高：虽能对沉渣进行洗 涤，单洗涤效果不好，结构较复杂，机器造价高。 1 4 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机简介 1 4 1 l w 一5 0 0 离心机的结构特点： l w 5 0 0 卧螺离心机属于液一固分离脱液型螺旋卸料离心机，其分离因数 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 为2 1 5 0 ，用于分离自然沉降速度快、沉渣从离心机中推出比较容易的易分离 悬浮液，悬浮液所含的颗粒( 如固体聚氯乙烯) 比较粗、固体( 聚氯乙烯) 与 液体( 水) 的密度差较大，且液体的粘度比较小。在结构上，转鼓的形状为圆 柱一圆锥型，转鼓的长径比l d = 2 4 6 0 6 2 9 9 比较小。所以制造较容易，成本较 低。转鼓的半锥角n = 5 。较大，这样有利于沉渣的脱液。转鼓内液池的深度较 浅，转鼓的脱液区较长，沉渣的脱液效果好。 1 4 2 l w 一5 0 0 螺旋卸料离心机的主要结构 图1 2 螺旋卸料离心机结构图 f i g u r e1 2m a i n s t r u c t u r eo f s p i n a lt r i p p e rc e n e r i f u g a lm a c h i n e 1 一安全装置2 一差速器3 轴承座4 一机座5 一机壳6 一螺旋 7 一转鼓8 加料管 1 4 3 主要技术性能指标转 ( 1 ) 鼓内直径( 大端) ：5 0 8 m m ( 2 ) 转鼓有效长度：1 2 5 0 m m ( 3 ) 转鼓转速：2 7 5 0 r m i n ( 4 ) 分离因数：2 1 5 0 ( 5 ) 差动转速：5 5 r m i n ( 6 ) 螺旋导程：1 8 0 m m ( 7 ) 转鼓锥角：5 。 ( 8 ) 电动机功率：5 5 k w ( 9 ) 主机重量：4 4 t ( 1 0 ) 主要材质：o c r l 9 n i 9 、z g c r l 7 n i l 2 m 0 2 t i 、h t 2 0 0 1 。5 开发研制l w 一5 0 0 离心机的目的 现阶段，l w 一5 0 0 离心机主要用于聚氯乙烯树脂脱水。随着市场对聚氯乙 烯产品的需求量的不断增加，国内聚氯乙烯产品的生产规模也在不断扩大。而 生产装置中用于分离的设备主要依赖于进口，多为日本的p 4 6 0 0 l 型离心机。 p 4 6 0 0 l 离心机非常受欢迎，但重复引进不仅会对国内离心机制造企业带来冲 击，而且也要花费大量外汇。所以无论从化工机械行业的发展，还是从经济适 用的角度，研制国产l w 一一5 0 0 离心机都是符合国民经济发展趋势的。 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 依据当今国内大中型氯碱厂已引进p 4 6 0 0 l 离心机近百台的现状，研制开 发l w 5 0 0 离心机作为p 4 6 0 0 l 离心机的替代产品，并为p 4 6 0 0 l 离心机提供国产 化的差速器、转鼓、螺旋等备品配件是十分必要的。同时，l w 5 0 0 离心机不仅 是聚氯乙烯分离的专用设备，也适用于聚氯乙烯相似物料的分离，从而也可应 用于石油、化工、医药、食品、煤炭等行业。因此，无论从经济效益还是从社 会效益上讲，l w 5 0 0 沉降离心机的研制开发都将对国民经济的发展产生巨大的 推动作用。 根据国内市场使用的离心机多为从日本引进的p 4 6 0 0 l 型离心机这一情况 l w 一一5 0 0 沉降离心机是在借鉴从日本巴工业株式会社引进的p 4 6 0 0 l 的基础 上进行研制的。 1 6 l w 一5 0 0 离心机在聚氯乙烯生产流程中的应用 1 6 1 l w 一5 0 0 n 卧螺离心机在聚氯乙烯( p v c ) 生产系统中的使用条件 聚氯乙烯的聚合方法有悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合溶液聚合等多种方 法，以悬浮聚合法为主。l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机就是为悬浮聚合法配套 的分离设备。 l w 一5 0 0 使用中的聚氯乙烯的物性参数： 悬浮液中聚氯乙烯含量：3 0 4 0 主要成分：水、聚氯乙烯 聚氯乙烯颗粒粒径d 为2 5 2 0 0um 。 密度：水 1 9 c m 3 聚氯乙烯1 3 5 - 1 4 9 c m 3 l w 一5 0 0 n 螺旋卸了离心机是聚氯乙烯分离的配套设备，同时也适用于聚 氯乙烯相似物料的分离。它是属于脱水型螺旋沉降离心机。脱水过程中涉及的 物性参数、分离要求和机型的选择。 1 6 2 聚氯乙烯生产系统流程概述( 如图) 图1 3 聚氯乙烯生产流程示意图 f i g u r e1 3p o l y v i n y lc h l o r i d ep r o d u c i n gp r o c e s ss h o w i n g 氯乙烯单体和软水、引发剂及其他助剂加入聚合釜中，升温发生聚合反应， 反应结束后，将釜内悬浮送到碱处理槽中，未反应氯乙烯从碱处理槽排出，经 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 泡沫捕捉器送至气柜。将碱处理槽升温进行碱处理生成物。然后将生成物送至 离心机进行脱水，脱水后的生成物经螺旋输送机送至气流干燥器干燥，干燥好 的树脂经滚筒筛过筛，成为成品。 l w 一5 0 0 n 卧螺离心机是聚氯乙烯生产系统中不可或缺的设备，起着十分关 键的作用。 1 6 3 系统的生产能力及产品 聚氯乙烯生产系统的年生产能力为：二万吨年 产品：聚氯乙烯，水 2 设计9 1 m 1 2 1 设计校核计算 2 1 1 设计参数 ( 1 ) 转鼓直径：( 大端) d = 5 0 8m m ( 2 ) 转鼓直径：( 小端) d = 3 5 9m m ( 3 ) 转鼓长度： l = 1 2 5 l m m ( 4 ) 转鼓锥角： 2g = 1 0 。 ( 5 ) 转鼓转速：n = 2 7 5 0r m i n ( 6 ) 螺旋导程：t = 1 8 0m m ( 7 ) 差动转速：n 。= 5 6r m i n 2 。2 能力计算 2 2 1 排渣能力 0 = 6 0 ( r 2 - r2 ) tn 6v 糠1 l r 壳 r 一一出渣口外半径0 1 8 m r 一一出渣口内半径0 1 2 m 1 l r _ 一一物料移动方向影响系数 1 l r _ = c o s ( b + 1 l r ) c o sv b 一出渣口处螺旋升角 b = t g 。1 ( t n 2 r ) = 9 0 4 。 v 一一物料与叶片之间的摩擦角 1 i r = t g 一。f f 一一物料与叶片之间的摩擦系数取o 4 1 l r = 2 1 8 1 l ，m = o 9 2 5 1 l ，一一沉渣填充系数一般为0 2 - 0 4 取0 2 q = 6 0 “( 0 1 8 2 - 0 1 2 2 ) 0 1 8 x 5 6 x o 9 2 5 x 0 2 = 6 3 一h 2 。2 2 管流通能力 q 。= 9 0 0nd 2 。v l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 o 。一一进料管内径m0 0 4 4 m v 一一物料流速 2 m s q i ：9 0 0nx o 0 4 4 2 x 2 = 1 0 9m 3 h 2 3传动功率 物料产生的离心力 f - 6 0 q l l ( i ) 2 r 。g t n 。c o so q 一一螺旋每秒排出湿渣重量按2 5t h 计q - - o 6 9 k g s l 。一一锥段长度0 8 7f i l m r 。一一一平均半径0 2 1 7 m m ( ) 一一回转角速度2 8 81 s f = 6 0 x o 6 9 x 0 8 7 x 2 8 8 2 x o 2 1 7 9 8 x o 1 8 x 5 6 x c o s 5 。= 6 5 7 8 k g 产生轴向力 a = f ( f 一+ t g ) a 2 6 5 8 7 x ( 0 4 + t 9 5 ) = 3 2 1 1 k g 产生圆周力 p ：a t g ( b 。p 十1 l r ) b 。，一一锥段叶片平均螺旋升角 7 7 。 p = 3 2 1 1 x t g ( 7 7 + 2 1 8 ) = 1 8 1 7 k g 螺旋推料力矩 m ：p r c p - 1 8 1 7 x o 2 1 7 = 3 9 4k g i n 2 3 1 推料功率 n 。= m n 。9 7 3 6 = 2 2 7k w 2 3 2 螺旋支承轴承摩擦功率 n 2 = f 3 ( - ) a w _ d2 2 0 4 f 3 一一滚动轴承摩擦系数0 0 0 3 w 一一螺旋部重量( 按4 0 0 k g 计) d ：一一轴承平均直径0 1 l m m n 2 = o 0 0 3 x 5 8 6 x 4 0 0 x o 11 2 0 4 ：0 0 0 4 k w 2 3 3 螺旋止推轴承摩擦功率 n3 = f d ( i ) a a d2 2 0 4 f 。一一滚动轴承轴向载荷时0 0 0 5 dz 一一轴承内径0 0 9 m n 3 _ 0 0 0 5 x 5 8 6 x 3 2 1 l x o 0 9 2 0 4 = 0 0 4 k w ( 1 ) 差速器的有效功率 n 。= 2 2 7 + 0 0 0 4 + 0 0 4 = 2 2 7 4 k w ( 2 ) 差速器内部耗损功率 n = ( 1 一r 1 ) n 。一。i n 差速器效率0 9 i 一传动比1 0 2 - 9 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 n * = ( 卜0 9 ) x 2 2 7 4 x 1 0 2 = 2 3 k w ( 3 ) 输入差速器之功率 n = n p3 + n * = 2 5 1 k w 相应扭矩m - n xx 9 7 3 6 n 。= 4 3 6 k g m 差速器设计扭矩按4 5 0k g m 选取 2 3 4 沉渣动能耗功 n f q ( n d ) 2 2 9 x 6 0 2 x 1 0 2 d # 一一固体出料口处外径0 4 2 m n 。= 0 6 9 x ( nx 2 7 5 0 x 0 4 2 ) 2 2 x 9 8 x 6 0 2 x 1 0 2 = 1 2 6 k w 2 3 5 澄清液体动能耗功 n s = q 2 ( nn d l ) 2 2 9 x 6 0 。x 1 0 2 q 。一一每秒排出液体重量 固体容重按0 9 ；物料浓度按4 0 计 q2 = 2 5 0 9 x l o o o o 4 x 3 6 0 0 = 1 9 3 k g s d 。一一最大溢流直径0 4 6 8 m n5 = 1 9 3 x ( nx 2 7 5 0 x 0 4 6 8 ) 2 2 x 9 8 x 6 0 2 x 1 0 2 = 4 3 8 2 。3 。6 转鼓和空气摩擦耗功 n 6 = 2 4 5 x 1 0 6 yv 3 f y 一一空气重度1 3 k g m 3 v 一一转鼓外径线速度8 2 m s f 。一一转鼓的表面积2 2 m 2 n 6 = 2 4 5 x 1 0 一x 1 3 x 8 23 x 2 2 = 3 9 k w 2 3 7 主轴承摩擦耗功 n ，= ( f5 1 5 0 )( r d + r b d 。) f 。一一摩擦系数0 0 0 3 d 、d 。一一轴承内径0 1 5 m m r 。、r b 一一轴承支反力、按平均选取0 1 5 m m n ，= o 0 0 3 x 2 8 8 1 5 0 x 2 x 0 1 5 x 2 5 0 0 = 4 3 2 k w n 。= 2 5 1 + 1 2 6 + 4 3 8 + 3 9 + 4 3 2 = 3 9 k w 2 ：3 8 皮带传动功率 n e = n ，n = 3 9 0 9 = 4 3 3 k w 选用电机功率5 5 k w 2 3 9 电机功率 皂= 眠x k = 4 3 3 x 1 1 5 = 4 9 8 k w 2 4 皮带传动计算 已知：n8 = 4 3 3 k w n = 2 7 5 0r m i n 胶带型别；c 型 - ；1 0 l w 5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 主动帝轮转速：1 i i = 1 4 8 0 x 0 9 8 x 0 9 6 = 1 3 9 2r m i l 2 主动带轮直径：d ，= 5 0 0 m m 主机设计转速：n 。= 2 7 5 0r m i n 传动比：i = n 。n 2 - i 9 7 6 被动带轮直径：d 。= d 。i = 2 5 3 m m 取2 5 8 主机实际转速：n 2 = 1 3 ，1 1 = 2 6 9 8r m i n 皮带线速度：v = nd 。f l 。6 0 x 1 0 0 0 = 3 6 4 m s 初定中心距：a 。= 1 7 1 0m m ( 根据测绘定) 胶带节线长度： l 。= 2 a o + “( d i + d 2 ) 2 + ( d l + d ：) 2 4 a d = 4 6 1 9 m m 选l o = 4 5 5 9 rr 实际中心距：n = d 。+ = l 二堑= 1 6 8 0 r a m 2 安装时最小中心距：= 口一0 0 1 5 l p = 1 6 1 l m m 补偿最大中心距：d 。= 4 + o 0 3 l 。= 1 8 1 6 m m 小带轮包角：口：1 8 0 。一d z - 0 i 6 0 。：1 7 1 。 d 单根胶带传递功率：p o = 7 2 6 k w 单根胶带传递功率增量：纰吨小【1 圳 k b 一一弯曲影响系数 5 6 3 x1 0 3 k t 一一传动比系数 1 1 2 氓= 5 6 3 1 0 - 3 x 2 7 5 0 ( 卜击卜s s 枷 胶带根数：z 2 瓦翻 k 。一一小带轮包角系数 1 k l 一一长度系数1 0 4 z 一一肇! 一一j ：4 6 7 仁西而丽花而叫 单根胶带的初觇矧1 ( 等一t 防p 芋 w - - - - 胶带每米长的重量0 3 磊划( 罕一t ) 羔+ 竽娟豫 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 有效圆周力：辱= 半= 气1 0 2 x r 4 3 3 1 2 1 培 作用在轴上的圆周力： f = z f o - z s i n 号= 2 娟5 x 7 xs i n l 7 ：1 = ，4 ，堙 2 5 轴承校核计算 2 5 1 主轴承校核计算 图2 1 轴承强度校核 f i g u r e2 1b e a r i n gi n t e n s i t yc h e c k i n g 转动部件产生的离心力号= 二殳珂2 - e o t d 。 g p 。一一差速器重3 0 0 k g e 0 2e 1 + e2 e l 一一动平衡许用偏心距0 0 2 x l o m e 。一一轴承安装误差0 5 x 1 0 。3 m e o = o 5 2x m d 。一一差速器外径0 。4 i m 卑：罢2 8 8 2 o 5 2 0 - 3x 0 4 1 ：5 4 1 k g 1 9 8 p = p o + 日= 8 4 1 k g g ：鱼盯2 p d 1 g g 。一一转鼓、螺旋、物料重 ( 转鼓7 l o k g 螺旋4 0 0 k g 物料9 0 k g ) d 一一转鼓、螺旋平均直径0 5 m l1 1 2 7 4 7 ，7 l w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 e 2 e o + e 3 e 。一一物料偏心距 e ，= 0 7 x 1 0r = o ，17 8 x 1 0 m g ：里x 2 8 8 2x o 6 9 8 1 0 - sx 0 5 ：3 5 4 4 女g g g = g o + g 。= 4 7 4 4 k g r 。= 1 0 3 k gr 。，= 2 7 4 7 k gr 。= 2 7 4 9 k g r b x = 8 5 0 k gr b , = 2 2 9 6 k gr s = 2 4 4 8 k g 主轴承型号：7 2 3 0 c ( 日本) 额定动负荷 c = 1 8 3 0 0 极限转速油润滑2 6 0 0 r m i n 按a 轴承计算： 当量动负荷p 的计算：p = x f ，+ y f 。 f ，一一径向负荷2 7 4 9 k g f 。一一轴向负荷6 4 0 k g ( 弹簧预紧力) 当只只se 时p = f ，= 2 7 4 9 k g 当量动负荷： 。 。 c = 二p t 轴承额定寿命 = 而1 0 6 ( i c ) 3 = 1 7 8 8 f 。一一寿命系数 1 5 3 f 。一一速度系数0 2 3 f ，一一负荷系数 1 f 。一一温度系数 1 c ：_ 1 , 5 3 i x l x 2 7 4 9 ：1 8 2 8 6 k g 【c 】 l 2 砭j r 2 s 【l j 注：轴承的校核计算：根据日本7 2 3 0 c 与国产3 6 2 3 0 相对应。由于国产 轴承在此档不连续，为此 3 6 2 2 8 c = 1 8 3 0 0 3 6 2 3 2 c = 2 0 8 0 0 为保守起见，校核时选用3 6 2 2 8 额定动负荷计算 c = 1 8 3 0 0 2 5 2 螺旋止推轴承校核计算 ，1 3 【w 一5 0 0 螺旋卸料沉降离心机研制开发 一。1。-。-。_。_h-。_，一 止推轴承型号：9 0 6 4 1 8 c = 4 2 1 0 0 c 。 = 7 0 4 0 0 当量动负荷： ， c = 业p j 。f l p 一一轴向载荷3 2 1 1 k g f 一一寿命系数4 9 f ，一一负荷系数 1 。2 f 一一速度系数0 8 5 6 f 。一一温度系数1 c = 礤4 9 丽“1 2 x 3 2 1 1 = 2 2 0 5 6 k g 7 l c l l l 2 丽 2 6 转鼓强度计算 转鼓i 作状态产生的应力有 、本身质量产生周向应力： 仃：型 g 、悬浮液压力产生的周向应力： = 簪2g 睁碍) t s 、5 ， 、浮液压力产生的径向应力： 盯- o 陬 h 枷2 等 、螺旋推料产生的轴向应力： 。 爿 盯= 三( d 1 2 一霹) 2 6 1 鼓壁自身质量产生的周向应力： v 材料密度7 8 5 8 1 04 n m 3 ( 7 8 5 1 0 。3 k g c m 3 ) r 一转鼓平均半径0 0 2 6 3 盯= o 7 8 5 1 0 4 o 2 6 3 2 2 8 8 2 9 8 = 4 5 9 1 0 7 p a = 4 5 9 m p a 2 6 2 悬浮液压力产生周向应力： y - 一一设计悬浮液密度2 8 1 0 4n m 。( 2 1 0 3 k g c m a ) r 。一一转鼓内半径0 2 5 5 m r 。一一最小溢流半径0 1 9 9 m s 一一转鼓壁厚0 0 1 5m - 1 4 l w 5 0 0 螺旋卸料沉降离一i l , 机研制开发 盯“：三：!型：j三：娑(o2552o199，)：36610，pa：366mpa2900 18 5 、7 2 6 3 悬浮液压力产生径向应力： k 一物料充填系数 女：竺兰三? 堕：o 3 8 6 r ：o 2 5 4马：o ，1 9 9 匙 。 。 盯”：o 1 4 1 0 3 2 1 0 4 2 7 5 0 2 0 3 8 6 2 0 2 5 4 型：3 4 朋确 0 0 1 5 2 6 4 螺旋推料产生得轴向拉应力： d ，一一转鼓外径0 5 4 m d ：一一转鼓内径0 5 l m 0 1 = 仃+ 盯= 4 5 9 + 3 6 6