JX01-217@立式螺旋卸料离心脱水机选型与设计
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JX01-217@立式螺旋卸料离心脱水机选型与设计,机械毕业设计全套
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- I - 450 卧式螺旋 卸料离心机 设计 摘 要 本课题 的 任务为设计 转鼓直径 为 450mm的卧式螺旋卸料沉降离心机。 卧式螺旋卸料离心机是一种广泛应用于过程工业的分离悬浮液的离心分离机械。 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进行了 介绍； 对 450 卧式螺旋 卸料 离心机 进行了设计，对该机的 生产能力和生产时所 需 的功率进行了计算，对 该 离心机 的 主要零部件，包括 转鼓，转鼓底盘 、 连接螺钉与转鼓大底的强度进行了校核 ； 以上 设计 计算， 反映了 设计卧式螺 旋离心机的最基本方法。 最后，对当今 国内外 卧式螺旋离心机的 研究 发展状况进行了总结和展望。 关键词 ： 卧式螺旋离心机 设计 校核 ntsAbstract - II - Design of the 450 Horizontal type helix centrifuge Abstract The topic for the task is to design a drum diameter of 450 mm horizontal type helix centrifuge. The Horizontal type helix centrifuge is a centrifuge machine which is widely used in processing industrial to separate of slurry. First there is a introduce to the operating principle and the critical piece of the horizontal types helix centrifugal machine in this paper; And then the output and the power during production of the horizontal type helix centrifugal machine has been processed. By the emending of intensity of the barrate , the linking screw on the big bottoms of the barrate and the barrate chassis, by the fact that all above calculating , we can draw forth the most fundamental method of designing step of the centrifugal machine. Finally, the situation of current domestic and foreign centrifuge research and development is summed up and expected. Key Words: Horizontal helix centrifuge、 design、 emend nts- III - 目 录 摘要 ABSTRACT 第一章 绪论 1 1.1 沉降离心机简介 1 1.2 工作原理 1 1.3 主要部件结构 2 1.3.1 转鼓 2 1.3.2 螺旋输送器 2 1.3.3 液位调节装置 3 1.3.4 排渣 4 1.3.5 变速器 4 第二章 功率与生产能力的计算 5 2.1 离心机的功率计算 5 2.1.1 启动转鼓等传动件所需功率 N1； 5 2.1.2 启动物料达到操作转速所需功率 N2； 6 2.1.3 克服轴与轴承摩擦所需功率 N3； 7 2.1.4 克服转鼓、物料与空气摩擦所需功率 N4； 8 2.1.5 卸出物料所需功率 N5； 8 2.1.6 离心机功率确定 12 2.2 沉降式离心机的生产能力 13 第三章 强度的校核 18 3.1 转鼓圆筒 强度 的校核 18 3.2 转鼓底盘连接螺钉强度的 19 3.3 校核转鼓大底 强度 的校核 21 第四章 结语 24 参考文献 26 nts南京工业大学学士学位论文 - 1 - 第一章 绪论 1.1 沉降离心机简介 沉降离心机是用离心沉降法分离悬浮液的机器 ,沉降离心机有三足式、卧式刮刀卸料式和螺旋卸料式沉降离心机。我的课题是卧式螺旋卸料沉降离心机。 450 连续操作螺旋卸料离心机按本身结构乃是一台由全苏化工机械制造研究所于1954 年拟订螺旋卸料离心机之第三标准系列外形尺寸的 机器，按照这一系列的设计，对于全部构成它的外型尺寸是由同一分离因数来规定的。这类离心机的操作经验表明，在此分离因数下它只适用于分离含有粗晶粒之固相工业用悬浮液，但是现有巨大的化学、矿山、食品及其他工业部门仍要求加工含有幼碎固相并获得极纯净的滤液（其中残留的固相不应超过 15 克 /公斤）之悬浮液。 因此在许多情况下对固相脱水程度就提出很好要求。 在 HOT 型具有分离因数 630650 之离心机中要保证完成这样的要求是不可能的。 这个情况以及 HOT 型离心机中分离过程规律性的理论研究作为建立和掌握高速离心机系列的课题列 入全苏化工机械制造工作计划内的基础及特点，首先应用于高分离因数以及超过标准系列离心机因数 3 倍多及超过目前伏龙芝机械厂大批量生产的 HOY-230 离心机分离因数 6 倍多，其次应用螺旋输送器的的小相对转速等于转鼓绝对转速的 1%。同时对于标准系列的机器来讲，这个数值未达到 2%，这样降低螺旋输送器的相对速度，其目的是减少由于螺旋输送器对悬浮液的搅拌。这应当容许更完全利用高分离因数的效果。 现在所设计的 450 高速离心机具有的计算生产能力较之 325离心机的生产能力超过一倍多（ 12 立方 米 /小时按悬浮液的计算对 5m3/小时）。并应用于化学、矿山、食品和其它工业部门。 应当指出，按照 1956 年国外的参考资料（美国，瑞士，英国）同样是开始生产具有分离因数 20002100 的高速离心机，但只有一种外型尺寸转鼓直径为 14（ 356mm），但是分析我国的工业需要，则表明必须掌握外型尺寸系列的高速离心机，保证按悬浮液计的生产能力在 2m3/小时（ 230）至 2530m3/小时（ 600）的范围内。 1.2 工作 原理 卧螺沉降离心机在机壳内有两个同心装在主轴承上的回转部件，分别为外面的无孔转nts第一章 绪论 - 2 - 鼓和里面具有螺旋叶片的输送器。主电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，行星差速器的的输出轴带动螺旋输送器与转鼓做同向旋转，但转速不同，其转差率一般为转鼓转速的 0.2 3%。悬浮液从右端的中心加料管连续送入机内，经过螺旋输送器内筒加料隔仓的进料口进到转鼓内。在离心力的作用下，转鼓内形成一环形液池，重相固体粒子离心沉降到转鼓内表面上形成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被螺旋叶 片推送到转鼓小端的干燥区，从排渣孔卸出。在转鼓大端盖上开设有若干溢流孔，澄清液便从此孔流出，经机壳的排液室排出。 上图为离心机内粒子运动示意图 1 3 主要部件结构 1.3.1转鼓： 转鼓有圆筒形、圆锥形和筒锥组合形。圆锥有利于固相脱水，圆筒有利于液相澄清，筒锥形兼有两者特点。 转鼓筒体锥形部分磨损较大，为了减少磨损，在其表面沿母线方向塞焊若干筋条。其一使转鼓表面形成密实的保护层，其二防止沉渣在转鼓上打滑，利于螺旋输送。 转鼓全长同最大直径比（称长径比）是很关 键的参数。对易分离的物料，长径为 1 2，一般为 1.5；对难分离的物料，长径比为 2.5 4，一般为 3。 转鼓的半锥角是指母线与轴线的夹角，锥角的大小，主要取决于沉渣输送的难易，对于易于输送的沉渣，锥角取 5度到 18度，绝大多数锥角为 10 11左右。 转鼓体外表面上有环状凸缘，他与机壳内相应的阁板配合，形成迷宫密封，以防止澄清液进入排渣室 转鼓的材料通常用不锈钢或铸造或焊接，通常用高强度的不锈钢和钛钢制造，也可用玻璃钢制造。 nts南京工业大学学士学位论文 - 3 - 1.3.2 螺旋输送器 螺旋输送器也是一个主要部件。他的结构、材料和参数直接关系到离 心机的分离效果、生产能力及使用寿命。 螺旋的主要作用是推送沉渣，但在沉降区和和干燥区对其要求又有所不同。在沉降区悬浮液中的固体颗粒逐渐向转鼓壁形成沉渣层，螺旋应有利于移动沉渣而又不致剧烈地将沉渣搅起，造成已分离的沉渣和澄清液再混合。在干燥区螺旋不仅继续移动沉渣而且应为沉渣和水分分离创造有利条件。 螺旋输送器一般有螺旋叶片，内筒和进料室等组成。 螺旋叶片是直接与沉渣接触输送沉渣的部件，常见的形式有： a 连续整体螺旋叶片，常用并且容易制造 b 连续带状螺旋叶片，叶片刚性差，使用不多，主要用于淀粉分离。 c 断 开式螺旋叶片 d 有附加叶片的螺旋叶片 螺旋有单头双头之分，由于双头螺旋便于加工并有利于平衡 ,所以绝大多数是双头螺旋。 螺旋叶片的布置有两种，一种是螺旋叶片垂直于转鼓母线，一种是叶片垂直于回转轴线，由于前者便于焊接和校正，设计时常使用。 螺旋一般多采用等螺距，大致范围 40 60mm。螺距的选定是一个比较复杂的问题，它涉及到产量，沉渣的含湿量，并与转鼓的直径、转速、螺旋与转鼓的转差率等因素有关。他根据具体情况而定。 由于螺旋叶片直接与沉渣接触，沉渣与叶片间有相对运动，所以叶片经常磨损，磨损后输送沉渣能力明显下 降，沉渣湿含量增加。所以要求叶片材料具有高度的耐磨性。一般在叶片表面堆焊或喷焊硬质合金。如钴铬，钴镍，碳化钨等。但这种刚石加工和修复比较困难。目前出现了制造耐磨叶片的新工艺，其特点是用耐磨片用钎焊、溶结或粘接等方式 固定在瓦形工件上（其材料与螺旋叶片相同），然后再将两者的组合件焊接到螺旋叶片上，使离心机保持较高的生产能力。 螺旋与转鼓绕同轴同向旋转，但两者有一个转速差。采用正转差率的时 ,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 ,有利于沉渣输送 .而且可以 减少由减速器传送的功率 .所以现在螺旋沉降离心机多数采用负转差速的右旋螺旋。 nts第一章 绪论 - 4 - 1.3.3 液位调节装置 为了使机器有较好的工艺适应性，澄清液的溢流半径是可调的，溢流挡板的结构设计应考虑合理的调节范围，便于调节、拆装。目前卧式螺旋卸料离心机的溢流挡板主要有如下形式。 通常的调节装置是在转鼓大端盖上的溢流口设置能做径向移动并用螺钉定位的溢流挡板。另一种形式是在圆形溢流挡板上钻有偏心孔，当旋转溢流挡板位置时，便改变溢流直径，从而达到改变液池深度的目的。这两种结构都比较简单但都必须在停车时才能调节，要中断操作。 1.3.4 排渣 为了保证沉渣从转鼓内通畅的排出和不致结聚在外壳中，必须合理设计出牌渣结构。为了防止转鼓堵塞，在螺旋小头加装反向螺旋叶片。有的在离心机出渣口位置的转鼓上加刮刀，这种结构简单有效，深受欢迎。近年来国外有采用微型偏心马达震荡除渣的，也有用电磁震荡器除渣的，但机器结构复杂，造价高。 1.3.5 变速器 为了实现转鼓与螺旋输送器之间保持一定差转速的同向旋转，必须有变速器，它是螺旋卸料离心机的一个主要部件。由于该离心机转鼓与螺旋的转速差小而传递的扭矩大，通常摆线针轮行星变速器和渐开线行星齿轮变速器。 nts南京工业大学学士学位论文 - 5 - 第二章 功率与生产能力的计算 2.1 离心机的功率计算 离心机的功率消耗与离心机的类型、操作方式和离心机的结构有关，一般情况下，离心机所需的功率包 2 括以下几个方面： 2.1.1 启动转鼓等传动件所需功率 N1； 2.1.2 启动物料达到操作转速所需功率 N2； 2.1.3 克服轴与轴承摩擦所需功率 N3； 2.1.4 克服转鼓、物料与空气摩擦所需功率 N4； 2.1.5 卸出物料所需功率 N5； 2.1.1 启动转鼓等传动件所需功率 欲使离心机转鼓等转动件，由静止状态达到工作转速具有一定的功能，必须由外界作功，该功为： p dmrdmrdm 2222222121 221 PJ式中 v 转动件线速度， m/s； dmrJ p 2 为转动件绕轴旋转的转动惯量， kg m2。 启动转动件的平均功率 N1 为： 1211 2000 TJTAN pp KW （ 2-1） KWTdmrN1221 2000 = KW102 0 0 0)60 22 0 0 0(8 0 02 2 5.0 22 nts第二章 功率与生产能力的计算 - 6 - =8.88KW 式中 1T 启动时间， S； 离心机的角速度， 1/s。 转动件的转动惯量pJ，主要考虑转鼓、皮带轮、制动轮等质量较大、半径较大的转动件的转动惯量。此外还有一些较小的转动件，启动时也需要功率，可不逐一计算，只要将上述计算的功率增加 58%即可。 2.1.2 启动物料达到操作转速所需功率 加入转鼓中的物料有静止状态达到工作转速时也需要外界做功，它与加料方式有关。 加入的物料被分离为滤渣和滤液（过滤式离心机），或沉渣和分离液（沉降式离心机），或沉渣、轻液和 重液（分离机）等组分。可分别求出某一种分离操作中每种组分所需的功率，然后求和。 假设某种分离操作，单位时间内排出的 z 个组分中，各组分的质量im（ kg/s），各组分在转鼓内卸出位置半径为ir（ m），则使加入的物料达到工作转素所需功率 2N 为： zi ii rmN 1 222 200 0 KW （ 2-2） 2 1 222 200 0i ii rmN 2000)18.0310127.034()2602000( 2222N =2.84KW 式中 z 物料被分离的组分数 m1 沉渣质量 r1 沉渣卸出位置半径 m2 分离液质量 r2 分离液卸出位置半径。 nts南京工业大学学士学位论文 - 7 - 2.1.3 克服轴与轴承摩擦所需功率 运动件由于摩擦所消耗功率，应为摩擦力与摩擦面之间的线速度之积。 2000 )(1000 )( 221122113 dFdFfvFvFfN KW （ 2-3） 式中 f 轴与轴承间的摩擦系数； 滑动轴承 f =0.05 0.1，滚动轴承 f 0.005 0.02 1v 、 2v 分别为轴颈表面的线速度， m/s； 1F 、 2F 分别为两轴承处支反力， N； 1d 、 2d 分别为两轴承处轴颈直径， m。 关于轴承支反力 1F 、 2F ，应考虑在转子的静载荷与动载荷作用下轴承的支反力。静载荷为转鼓及其它转动件总质量0m，动载荷为由于转动件偏心产生的离心惯性力。一般按偏心距1000De（ D 为转鼓直径）计算。所以轴上的总载荷 F 为： e=1000450=0.45 )( 20 egmF N )2602 0 0 0(1045.081.93.1 4 7 23 F 74.1981.93.1 4 7F NF 4353 由总载荷 F 计算出支反力 21,FF ，代入（ 3）式中求出3N。 由图可知： F1+F2=4353 nts第二章 功率与生产能力的计算 - 8 - F1 975=F 590 求得： F1=2634 , F2=1719 N3=2000)1.017191.02634(260200001.0 =0.46 KW 2.1.4 克服转鼓、物料与空气摩擦所需功率 离心机工 作时，转鼓外表面、物料层内表面与空气摩擦消耗功率，可根据下式计算： )(103.11 4140364 RRLN a N （ 2-4） )2 09.045.0()2470.0()2602000(75.029.1103.11 44364 N N 31.04 N KW L 转鼓的长度， m； 转鼓的旋转角速度， red/s； 0R 转鼓外半径， m； 1R 转鼓中物料层内半径， m； a 空气密度，常压下取a=1.29kg/m3。 2.1.5 卸出物料所需功率 一些离心机卸料时的阻力增加了主轴的负荷而消耗一部分主轴的功率。此功率的大小与卸料方式有关。 螺旋卸料是将沉渣从转鼓上某处推送到卸料口卸出机外，故卸料功率消耗应包括： 克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力消耗功率 5N ； 克服沉渣与转鼓壁摩擦 所消耗功率 5N ； 克服沉渣与螺旋叶片摩擦消耗功率 5N ； nts南京工业大学学士学位论文 - 9 - 功率计算式推导如下，有两种情况： 第一种 螺旋叶片垂直于转鼓轴线，如图所示。 螺旋卸料转鼓 设每秒钟获得沉渣质量为sm公斤，回转时产生离心惯性力 C ，沿转鼓母线的分力为C ，则 aCC sin = aRmms sin2N 沉渣在转鼓内被推移的距离不等，设平均路程 S 为母线的32，即 aLS cos32m 则克服沉渣离心惯性力沿转鼓母线分力所消耗的功率为： 1000 1c o s3 2s in1000 1 25 aLaRmSCN ms nts第二章 功率与生产能力的计算 - 10 - = tgaLRm ms15002 KW （ 2-5） 沉渣离心惯性力垂直于转鼓母线的分力为 C ， aRmaCCms c o sc o s 2 N 则克服沉渣与转鼓壁间摩擦消耗的功率为： 10001c o s3 225 aLfCN=1500 22 LfRm ms KW （ 2-6） 若螺旋外径处的螺旋升角为 ，则垂直与叶片的沉渣的作用力 F 为： c o sc o s)( 2 afCCF 若螺旋圈数为 1z ，设沉渣在螺旋叶片表面上行走的路程为螺旋表面全长的32，即 c o s1322 1 zRS m=cos34 1zRm m 则克服沉渣与螺旋叶片间的 摩擦消耗的功率为： 1000135 SFfN =10001c os34c osc os)( 123 zRafCCf m =1500 )c o s22( s in221322 afazfRm ms KW （ 2-7） nts南京工业大学学士学位论文 - 11 - 螺旋输送器推卸沉渣消耗的总功率5N为： 5555 NNNN = afazfRLfL t g aRmmms 221322 c o s22s in1500 （ 2-8） 式中 mR 转鼓平均内半径2 rRRm ， m； a 圆锥形转鼓半锥角； 2f 沉渣与转鼓壁间摩擦系数 取 0.2； 3f 沉渣与螺旋叶片间摩擦系数 娶 0.1； 1z 螺旋叶片圈数。 第二种 螺旋叶片垂直于转鼓母线，如图所示， 螺旋卸料转鼓 假设每秒钟获得沉渣质量为smkg。根据第一种情况的推导，可得到克服沉渣离心惯性力沿转鼓母线分力消耗的功率 5N 与（ 5）式相同，为： 5N = tgaLRm ms15002 KW （ 2-9） nts第二章 功率与生产能力的计算 - 12 - 克服沉渣与转鼓壁摩擦消耗的功率 5N 也同式 5N =1500 22 LfRm ms KW （ 2-10） 沉渣垂直于螺旋叶片的作用力 F 为： co s)( fCCF 沉渣沿螺旋叶片表面行走路程 S 为： S =cos34 1zRm m 则克服沉渣于螺旋叶片间摩擦消耗的功率 5N 为： 100015 SFN = )c o s( s in750 23122 afafzRm ms （ 2-11） 由于我设计的离心机的螺旋采用的是垂直于转鼓壁的形式，故螺旋输送器推卸沉渣所消耗的总功率5N为： 5555 NNNN = afazfRLfL t g aRmmms c o s2s in21500 21322 （ 2-12） 5N11c o s2.0211s in101.01 9 2 33.022.075.011t a n75.01500)2602000(9233.112 2）（ =67.5 （ 0.15+0.15+0.71） =67.5 KW 2.1.6 离心机功率确定 nts南京工业大学学士学位论文 - 13 - 上述各种离心机的功率计算，都不是在同一时间内存在的，因而在确定离心机功率时，不能把它们全部迭加起来，应根据离心机的结构、操作方式等具体情况来决定。 连续运转、连续加、卸料离心机 启动阶段消耗的总功率为： 431 NNNN 65.9N KW 运转阶段消耗的总功率为： 5432 NNNNN 11.71N KW 一般情况下，这类离心机常以运转阶段的总功率作为选择电机的主要依据。 2.2 沉降式离心机的生产能力 悬浮液从进料口进入沉降式离心机转鼓后，液相沿转鼓的轴向流动至溢流口处溢流出转鼓外 ，固相粒子一边随液相沿轴向流动，一边在离心机作用下沿径向沉降。较小的粒子由于离心力小沉降速度小，沉降到转鼓壁的时间长，若粒子沉降所需的时间长于液相在转鼓停留时间，则粒子将随液相溢流出转鼓而不能分离。因此沉降离心机的生产能力，应理解为将所分离的最小固相粒子沉降在转鼓内，而不被液相带走的最大的悬浮液流量。达到分离的条件是固相粒子沉降到鼓壁上的时间必须小于颗粒在转鼓内的停留时间（即液相在转鼓内停留时间）。 对于圆筒形转鼓，固相粒子在转鼓内沉降过程处于层流区，故沉降符合斯托克斯定律，于是得出沉降速度： 1822 rdddvtrr m/s （ 2-12） 式中 r 粒子所处位置半径， m； d 粒子直径， m； 固、液相密度差， kg/m3； 转鼓角速度， 1/s； 液相粘度， kg/（ m s）。 nts第二章 功率与生产能力的计算 - 14 - 转鼓内固体颗粒运动状态 固相粒子从液面0R沉降到转鼓壁 R 处所需时间 1t 为： t RRrt rdddt0 221 018 =022ln18 RRd （ 2-13） 设固相粒子随液相做轴向运动过程中液相之 间无相对滑动，则粒子的轴向速度与液相轴向速度相同。即粒子在转鼓内的停留时间 2t 等于液相沿转鼓轴相所走沉降区长度 L 所需时间 2t 。 )( 022 RRQvz m/s （ 2-14） 式中 Q 悬浮液流量， m3/s 固相粒子在转鼓内的停留时间 2t 为 ： QRRLvLtz)( 0222 （ 2-15） 按分离条件 21 tt ，则可得沉降离心机生产能力计算式： 002222ln)(18RRRRLdQ （ 2-16） 将0lnRR 按无穷级展开，取其首项得： 0002ln RR RRRR nts南京工业大学学士学位论文 - 15 - 令 RRK 00代入（ 5）式整理得： gvQm3/s （ 2-17） 其中 182 gdvg m/s （ 2-18） )21(2 02022 KKgLR m2 （ 2-19） gv为固体粒子的重力沉降速度， 为当量沉降面积，是沉降离心机的生产能力指标。 对于圆筒圆锥组合形转鼓、 的计算公式为： 0202020122 3212136 KKLKKLgR （ 2-20） 从以上各式可以看出：沉降离心机的生产能力取决于物料性质和离心机的技术参数。 上述计算是以单个粒子离心沉降进行计算的。实际离心机沉降过程中，固相粒子间相互影响，流体流动的影响及卸料方式等因素的影响都使生 产能力有所降低，实际生产能力为： QQc （ 2-21） 为修正系数，它于机器的结构、操作及物料有关。 对于螺旋沉降离心机 3674.03359.0 )()(64.16 Ld eL （ 2-22） 式中 固、液相密度差，LS L 液相密度； S 固相密度； ed 粒子当量直径； L 沉降区长度。 有的文献提出化工生产用快速螺旋卸料离心机生产能力计算公式的修正系数 按下式计算： nts第二章 功率与生产能力的计算 - 16 - 1 7 8.00 7 4.006.1re FR 式中 eR 雷诺准数，vbh QR e )2( ； rF 弗鲁德准数，22222hbRQFmr ； h 液层深度， m； b 螺旋叶片间流道宽度（螺距）， m； v 液体运动 粘度，Lv ， m2/s； mR 液层平均半径，2 0RRR m 。 或者根据经验选取，如管式分离机 9.0 ；碟式分离机 7.05.0 ；螺旋卸料离心机 6.0 。 已知卧式螺旋卸料离心机，转鼓的尺寸如下图所示，液层深度为 45mm，螺旋为单头，螺距为 140mm，分离因数为 1000，处理固相密度为 1400kg/m3 的水悬浮液，液温为 75 C，要分离的临界颗粒直径为 5 m 螺旋卸料离心机转鼓 nts南京工业大学学士学位论文 - 17 - hmsmvQmKKLKKLgRgdvgg/688.14/1008.442.4781042.16.06.06.042.478)22.288.1(53.1188.038.021(492.0)8.08.01(258.0381.96)2602000(225.0)321()21(361042.11833353222200220012252取根据经验根据公式：由于在实际生产过程中，固相离子相互影响，流体流动的影响以及卸料等影响都会都会使生产能力有所降低，因此离心机实际生产能力为 12m3/h。 nts第三章 强度的校核 - 18 - 第三章 强度的校核 3.1 转鼓 壁 的强度 离心机的转鼓是在较高转速下工作的 高速 回转容器 。工作时转鼓要受到很大的离心力作用，因此转鼓要有足够的强度保障正常工作，进行强度计算是非常必要的。 转鼓的形式有圆 柱 型、圆锥型和圆 柱 圆锥组合 型 。 离心机转鼓一般由转鼓，转鼓壁及挡液板组成。回转时转鼓受到的力有：转鼓质量产生的离心惯性力，筛网质量产生的离心惯性力，物料质量产生的离心惯性力；此外还有：在转鼓壁与鼓底、挡液板的连接处，组合型转鼓的圆桶与圆锥的连接处等，由于变形的不协调而产生的边缘力和边缘力矩。在这些里的作用下转鼓壁内要产生边缘应力。 鼓壁，筛网，物料质量产生的离心惯性力作用在鼓壁上引起的应力，如同 受内压的薄壁容器一样，只不过这里的内压是由鼓壁、筛网、物料等质量产生的单位面积上的离心压力，因此我们可由加厚圆筒边缘来补偿，故可忽略。因此只计算： 1.悬浮由于圆筒本身质量回转所生的离心力， 2.液的离心压力。 (一 ) 圆筒本身质量回转引起的圆环应力 gRt221 （ 3-1） 式中 R 圆筒半径 转鼓密度 带入数据得： 81.9)2602000(1085.7)225.0( 2321t 21 7 7 6 9 8 11 mKgt (二 ) 悬浮液压力引起的圆环应力 nts南京工业大学学士学位论文 - 19 - )(2 222 cnRRgRct （ 3-2） 式中： c=悬浮液比重 =圆筒壁后 Rcn =溢流口直径 带入数据得： 612)18.0225.0(81.921.0225.0)2602000(104.122232 t Kg/m2 圆筒中总应力： M P amKg 44.171 7 7 7 5 9 36121 7 7 6 9 8 1 221 是符合要 求的 3.2 转鼓底盘连接螺钉的校核 底所承受载荷有螺旋输送器的压力耗用在使滤渣延转鼓移动的功率下作用在螺旋输送器的扭转力矩。 34 0 5 07 1 6 2 0 mKgnNM 此力矩引起的圆周力 KgR c pM 57.210233.194050 式中： Rcp 转鼓半径的平均值 nts第三章 强度的校核 - 20 - 螺旋输送器的输送部分上螺线倾角的切线平均值 135.0165.014.32 14.02 R c pstg c p 传递给转鼓底上螺旋输送器的轴上压力 Kgtg c pA 1800135.0 240 为了确定底上载荷引起的应力，必须求出对底上的悬浮液的液压力，采用转鼓的沉浸区的最大深度及转鼓运转的最大速度计算 2222 )(4 R c nRgrew g p （ 3-3） 式中： R 转鼓半径 Rcn 溢流口半径 c 悬浮液比重 1.4 33 /10 cmkg R 22.5cm Rcn=16.5cm Kgw g pw g p269 1)60200 04()5.165.22(14.3100 04104.1 2223 在底及螺钉连接上的总载荷 KgAw g pc y u 449126911800 螺钉连接是由 16 个 M12 螺钉组成 M12 的螺纹内径等于 d=1.0106cm，因此这些载荷的应力为： nts南京工业大学学士学位论文 - 21 - 22 35040106.114.3164491cmKgn 对此应力应增加螺钉的预拉应力，当控制拉紧时，在扳手上允许的力矩 Mk=480Kgcm及拉紧应力 23 /10002.0 cmKgdM k 螺钉之总应力 2/13 50 cmKglym 对于所选材料可选用。 3.3 校核转鼓大底的强度 在螺旋输送器压力及按抛物线法则分布的液压力所规定的轴向载荷作用下，以及受到底的质量围绕转鼓轴线运转，按照以上规定，由于螺旋输送器产生的轴载荷等于： A=1800Kg 为了确定这个载荷在底中引起的应力，将底简化为不变厚度的内边缘被夹紧和外周均布载荷的圆环薄板来研究 ，在此情况下发生的应力大小，因为 2222)7.03.1()3442.03342.0ln241.1(hAw （ 3-4） 式中， 表示圆环薄板直径的比 h 底的厚度 78.1 ， h=3.0cm， ln =0.6 则 22222 /2143)7.078.13.1(1 8 0 0)3 4 4 2.078.13 3 4 2.078.1ln78.1241.1( cmKgw 为了计算液压载荷引起的应力，在此情况下，将底当作内边缘夹紧且载荷均匀而于外周上的圆环薄板 来研究，如已求得的底上的液压力 nts第三章 强度的校核 - 22 - Kgwgp 269132.036.15.16 5.22nl22222/10032691)7.036.13.13342.036.13442.036.1ln36.124.1(cmKgm g p轴向载荷的总应力等于 2/314 cmKg 作用力 图解 由离心力作用的应力 )1()3(4 222 Rgt（ 3-5） 式中： 圆盘的材料比重 R 圆盘外半径 孔的半径 nts南京工业大学学士学位论文 - 23 - 泊松系数 29.2206.4)3.01(5.27)3.03(43 865981400 785.0 22tt在允许应力范围内。 nts第四章 结语 - 24 - 第四章 结语 整个毕业设计过程中我在顾海明老师的帮助下，加上已掌握的理论力学、材料力学及结构力学、机械设计、机械原理、计算机辅助设计 AutoCAD 等课程方面的知识，比较顺利 的完成了任务，当然从中我也发现自己知识的贫匮，很多东西学的一知半解，不懂的还有很多，还要更深入地去学习很多专业方面的知识。通过这样一个学期的设计研究，现在对 450 卧式螺旋离心机的三维建模及应力分析的方法、一般思路已经有了较为深刻的了解，使大学阶段所学的知识得到了全面的运用，我想这也将有利于我今后的学习能力的培养与综合知识的运用。 450 连续操作螺旋卸料离心机按本身结构乃是一台由 前 苏 联 化工机械制造研究所拟订螺旋卸料离心机之第 三标准系列外形尺寸的机器，按照这一系列的设计，对于全部构成它的外型尺寸是由同一分离因数来规定的 。 现在所设计的 450 高速离心机具有的计算生产能力较之 325 离心机的生产能力超过一倍多（ 12 立方米 /小时按悬浮液的计算对 5m3/小时）。并应用于化学、矿山、食品和其它工业部门。 应当指出，按照 1956 年国外的参考资料（美国，瑞士，英国）同样是开始生产具有分离因数 20002100 的高速离心机，但只有一种外型尺寸转鼓直径为 14（ 356mm），但是分析我国的工业需要，则表明必须掌握外型尺寸系列的高速离心机，保证按悬浮液计的生产能力在 2m3/小时（ 230）至 2530m3/小时（ 600）的范围内。 卧式螺旋离心机是化工机械的关键设备，在生产中起着重要作用，我国 九五 、 十五规划都是一个高速发展的态势， 十一五 规划预计将会做些调整，但总的发展不会减弱，根据我国卧式螺旋离心机发展现状和迎刃国际市场的挑战，提出以下建议供参考。 我国已加入世界贸易组织。因此，必须独立地开发出自有知识产权的产品。同时要以创新观念为先导，开发出实用、 可靠、安全、经济适应市场的好产品。当然这并非那么容易，还要靠科技，一方面，要利用高新科技求改造、完善、拓宽、提高我国的传统产业，使产品上水平，才能进入国际市场，另一方面，科技要面对国情，开发出适应生产需要的大转鼓直径高速离心机。 只要我们把开发搞好、设计水平、制造水平提高了，不仅可以保住我们自己的市场，走出国门，占领国际市场仍有可能性。 根据国情扬弃国外技术，解决自己的问题。 近年来，我国化工机械业通过公关，在认真研究国外技术，结合国情实际情况下，研究出不少nts南京工业大学学士学位论文 - 25 - 好产品，很多问题都是自主开发采用国外关键元器件的办 法实现的，但知识产权是自主的。按市场规律强强联合，提高制造水平。目前，企业改革改制正在深入开展，要提高我国 离心 机整体制造水平以适应国内外对 离心 机的需要，走强强联合促进集团化发展，不失为有效办法。当然，要按市场规律办事，其中发挥行业协会主管部门的作用是不可忽视的，这样可以加快国内外、行业内外的资源整合 ,扬长避短、优势互补，名专业生产厂家在已有基础上集中力量，有重点地引进、消化、吸收先进的东西，创新出自己的特色产品，并注意发展自主的现代化专业制造技术，以近快提高我国卧式螺旋离心机制造水平，促进我国工程机械由大国 变强国，实际与国际市场的融合。 nts参考文献 - 26 - 参考文献 1 高慎琴主编 化工机器 M 北京 化学工业出版社 1992.5 2 南京化工学院化机专业编 化工机器 (离心机 ) M 1981.9 3 成大先主编 机械设计手册 M 北京 化学工业出版社 2000.3 4 徐颖编 机械设计手册 M 北京 机械工业出版社 1991.1 5 何利民 尹全英主编 电气制图与读图 M 北京 机械工业出
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