带差速器的螺旋离心机设计[机械毕业论文 答辩通过]

需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载摘要本课题首先对目前国内外螺旋离心机的现状进行分析对比，得出了带差速器的螺旋离心机设计方案，螺旋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。本课题设计的螺旋离心机转鼓直径为800MM的卧式螺旋卸料沉降离心机。本文首先对带差速器的螺旋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核。关键词离心机；差速器；转鼓；转子需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载ABSTRACTFIRST,THECURRENTSTATUSOFTHISPROJECTATHOMEANDABROADSPIRALCENTRIFUGEANALYSISANDCOMPARISON,DRAWNSPIRALCENTRIFUGEDESIGNWITHDIFFERENTIAL,SPIRALCENTRIFUGEISAWIDELYUSEDINDUSTRIALSEPARATIONPROCESSESSUSPENSIONCENTRIFUGEMACHINERYTHISPAPERDESIGNSPIRALCENTRIFUGEDRUMDIAMETEROF800MMHORIZONTALSPIRALCENTRIFUGEFIRSTLY,THESPIRALCENTRIFUGEWORKSWITHDIFFERENTIALANDMADESOMEMAJORSTRUCTURALCOMPONENTSINTRODUCTIONCONDUCTEDONTHEOVERALLSTRUCTURALDESIGNOFSOMEOFTHEMAJORCOMPONENTSOFTHEFOCUSOFTHEDESIGN,SUCHASTHEDRUM,SCREW,ETC,ONTHEKEYEQUIPMENTDESIGNANDSELECTIONDIFFERENTIALSWEREMAINCOMPONENTSOFTHECENTRIFUGES,INCLUDINGTHESTRENGTHOFTHEDRUM,SCREWSUPPORTSHAFTWASCHECKEDKEYWORDSCENTRIFUGEDIFFERENTIALSDRUMROTOR需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111离心机的发展概况1111国内发展现状1112国外发展现况212离心机的分类3第二章总体设计421原理分析422国内外螺旋离心机现状分析523方案设计6231方案选定6232结构原理6第三章主要参数计算831技术参数的选择8311转鼓直径8312转鼓长度8313转鼓转速10314转鼓半锥角10315池深与转鼓半径比10316螺旋输送器10237生产能力1032分离因数1133生产能力计算1134功率计算14341启动转鼓等转动件所需功率141N342启动物料达到工作转速所需功率152343克服轴与轴承摩擦所需功率163344克服空气摩擦所需功率174N需要CAD图纸，咨询Q414951605或1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载345卸出物料所需功率175N346卧式螺离心机功率确定1935电动机的选择20第四章主要部件的设计与选择2141转鼓的设计2142螺旋输送器的设计24421螺旋的头数NS24422螺距S24423推料器与转鼓的间隙H25424叶片与转鼓内壁母线的关系25425螺旋输送器叶片的选择2543进料管的设计2544差速器的选择26441差速器形式的选择27442差速器的结构原理28443差速器的基本参数28第五章强度校核3051转鼓强度计算30511圆柱形转鼓强度计算30512圆锥形转鼓强度计算3252轴的强度校核33第六章带差速器的离心机的使用与维护3761使用37611使用守则37612使用注意事项3762日常保养37总结39参考文献40致谢41附一外文翻译42如何延长轴承寿命42附二外文翻译原文451第一章绪论11离心机的发展概况离心分离是利用离心力对液固、液液固、液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。离心机基本上属于后处理设备，主要应用于脱水、浓缩、分离、澄清及固体颗粒分级等工艺过程，从离心机的发展史来看，离心机是随着现代工业的不断进步和发展而产生的1。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年为了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，因此促使带差速器的螺旋离心机、碟式分离机和三足式下部卸料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，而且各种新型离心机也在不断涌现2。111国内发展现状最初的卧式带差速器的螺旋离心机是由两对开式齿轮传动获得转鼓与螺旋之间的转速差，以输送沉渣的并被用于淀粉工业上。真正具有现代实用价值的第一台螺旋离心机是1954年制造的，该机首次使用了二级行星齿轮差速器。螺旋离心机出现之后，由于它具有突出的优点而得到了迅速发展，它在离心领域内一直占有特殊的地位3。我国螺旋离心机发展较晚，但近年来发展速度较快。目前我国已能生产的带差速器的螺旋离心机有WL200、350、380、450、600、1000等规格。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目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料，振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机；分离机则有碟式、室式及管式。上述产品不2仅遍及全国且远销国外，且技术特性有所提高4。5为满足特殊工艺要求防污染、密闭、防爆等，一些新型离心机亦先后问世。内旋转子过滤离心机的研制，立式密闭螺旋机及复合机等已投产。6自控技术与CAD技术的应用。7各种相关标准的制订。8同国外著名离心机厂商的技术合作。112国外发展现况受新技术推动及相关产业发展的影响，国外离心分离技术的进展主要体现在以下几个方面1加强理论研究，选择最佳设计方案瑞典ALFALAVAL公司，在碟片流道研究中发现，碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数“”，而工业离心机的“”通常在528之间。随着“”值的增加，碟片的转速增加，薄层减少，可提高雷诺数并缓和涡流。通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计，进料量可增加20。此外，还对相分离技术进行了研究7。近年来，研究人员为选择最佳方案，采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等，对离心机的工作性能和关键零件进行研究，为设计优良性能的离心机提供了理论依据。并对带内洗涤的带差速器的螺旋离心机中堰池深度以及带差速器的螺旋离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究。2技术参数的提高和新机型的问世为提高产品的纯度，及满足能源和环保的要求，高参数已成为国外机型的发展特点。由于生物工程需要分离极细的颗粒，如细菌、酶及胰岛素等，故最新碟式机已可处理01M微粒，且分离因数可达5000。如德国WESTFALIA公司的CSA160机型和瑞典ALFALAVAL公司的BTAX510机型均属此例。随着工艺要求的提高，新机型不断问世。美国DORROLIVER公司的BH46型碟式机，转鼓内径已达12M，转鼓重量为45T，用2个功率为220KW的电机驱动，最大生产能力为450M3/H，当量沉降面积已达250，000M2，为碟式机之最8。瑞典ALFALAVAL公司用于生物技术的BTUX510型碟式机，具有自动调节的涡流喷嘴。利用喷嘴进料黏度和浓度的关系，可提供恒定的固相浓度，与进料速度和固体含量的变化无关。而具有10000分离因数的带差速器的螺旋离心机，可从某种程度上弥补管式分离机的不足。BTNX3560A机型的特点是先进的旋转动态设计主轴承改为弹性安装，可延长寿命，降低机器噪音与振动。德国KRAUSSMAFFEI公司最新研制的SZ型活塞机，尺寸虽小，却更能有效进行固相分离。还有德国FLOTTWEG公司用于处理难分离物料的双锥体带差速器的螺旋离心机等9。33新材料的应用为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，一批新型材料不断涌现。如，工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料10。法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子，英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子。但在碟式机中，由于需要高强度和一定的耐腐性能，双相组织的不锈钢广泛采用。最近，俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2即04CR25NI5MO2，有足够的强度和塑性。德国的WISCHNOUSKII等研制的分离机转鼓新材料，具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点。为弥补耐蚀和强度之间的矛盾，一些先进的制造商普遍采用了转鼓的自增强技术。12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11所示。图11离心机的分类4第二章总体设计21原理分析根据设计要求本次设计的带差速器的螺旋离心机属于沉降式离心机。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；从沉渣中排出部分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，其后又进行了更深的探讨。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。离心加速度值可随回转角速度和2NAR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分离。图21离心沉降分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别，使颗粒下沉而液体上升，达到清洁、分离目的的方法。组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到分离的沉降操作。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，式中为颗粒质量；为回转角速度；2CFMRR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，上述三力基本平衡。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与重力之比称为离心分离因数，它是反映离心沉降设备性能的重要参CF数。522国内外螺旋离心机现状分析带差速器的螺旋离心机是高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料的离心机，带差速器的螺旋离心机分立式带差速器的螺旋离心机和卧式带差速器的螺旋离心机，现该离心机己广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程。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。伴随着我国经济的迅速发展，带差速器的螺旋离心机有着广阔的市场。1954年国际上出现了真正具有现代实用价值的第一台带差速器的螺旋离心机。根据不同的分离物料，设计者根据物料特点进行专门的设计。现就不同的应用领域，已有相应的带差速器的螺旋离心机出现，在国际上，该技术已相当成熟。处理气一液固三相混合物的带差速器的螺旋离心机、处理固相密度比液相密度比小的带差速器的螺旋离心机、粒子分级用带差速器的螺旋离心机、逆流洗涤带差速器的螺旋离心机、并流式螺旋卸辩沉降式离心机、污泥脱水用带差速器的螺旋离心机。在国际上的发达国家，污泥用的带差速器的螺旋离心机已标准化、系列化。近几年还在其结构上根据应用的实践进行了许多改进，出现了一些新的结构设计方面的专利。例如最近推出了一种叫“NOXON”的带差速器的螺旋离心机，它的适应性非常强，能处理多种不同尺寸和形状大小的材料，操作方便，用计算机控制。瑞典阿尔法公司新开发的NX型带差速器的螺旋离心机，其结构尺寸根据不同尺寸、形状的颗粒而调整其型号，还可以根据新的材料要求，设计新的带差速器的螺旋离心机。它的动平衡和静平衡处理非常好，能在负载下高速运转，其输入和输出口的设计有效地防止物料阻塞。该带差速器的螺旋离心机与固体物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨损，旋转部位用不锈钢材料，使整个运转过程处在一个封闭的系统里，其自动装置充分保障了工作安全。该带差速器的螺旋离心机能有效分离纤维、粒子等，其处理颗粒的尺寸范围可从1微米到5毫米，而且处理量大，能达到每小时200立方米流量。我国在带差速器的螺旋离心机的理论研究方面也取得了相当不错的进展。80年代，我国开始重视带差速器的螺旋离心机的发展，一些科研工作者开始研究国外带差速器的螺旋离心机的发展动态，机械工业部通用机械研究所翻译了大量英文和俄文资料，为我国卧式螺旋沉降离心机的设计提供了理论基础。我国在九十年代已能自己研制生产带差速器的螺旋离心机，国家在1979年便在工厂进行带差速器的螺旋离心机的生产，成功的生产出WL200，WLL000，LWB500，LWG500等型号的产品。重庆江北机械厂是国家最早投入带差速器的螺旋离心机生产厂家之一，为我国6第一批带差速器的螺旋离心机生产作出了较大贡献，为我国离心机理论提供了不少数据和实验。金华铁路机械厂通过二十多年的研制生产，也拥有比较雄厚的技术力量，该厂设计制造的带差速器的螺旋离心机是在引进、消化、吸收国外先进分离机械的基础上，结合我国石油、地质勘探的需要而研制开发的系列产品，近来己推出最新机型LW355X1460，LW400X860，LW500XL250，LWG500X1250。1958年成立的上海离心机研究所，近些年来通过与国际著名离心机制造公司的密切合作，己生产出大长径比的带差速器的螺旋离心机系列产品，使转鼓的沉降区域物料分离时间延长，从而显著提高固液分离效果，并在此基础上成功的研制了国内第一套污泥脱水成套设备和首辆污泥脱水成套设备工程车。23方案设计231方案选定带差速器的螺旋离心机是高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料的离心机，带差速器的螺旋离心机分立式带差速器的螺旋离心机和卧式带差速器的螺旋离心机，根据上述分析对比本次设计选用带差速器的卧式带差速器的螺旋离心机。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。最初的卧式带差速器的螺旋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。带差速器的螺旋离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。232结构原理带差速器的螺旋离心机的工作原理如图11、图12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023。需分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表面上而形成沉渣，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若干个溢流孔，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。7图22带差速器的螺旋离心机简图图23带差速器的螺旋离心机转鼓简图8第三章主要参数计算31技术参数的选择一般而言，离心机的技术参数是根据分离过程的要求和经济性原则，综合平衡各种因素而进行选择的。螺旋沉降离心机的技术参数包括1结构方面的参数转鼓内直径D、转鼓总长度L、转鼓半锥角、转鼓溢流口处直径、螺旋的螺距S或升角；1D2操作方面的参数转鼓的转速N或角速度、转鼓与螺旋的转速差。N选择和确定合理的技术参数是设计螺旋沉降离心机的首要任务。选择这些技术参数的依据是悬浮液的特征、处理量、分离效率的要求、沉渣产量、渣含湿量、输渣功率等。在诸多参数和因素中，必须首先解决主要参数的确定。311转鼓直径转鼓直径D的确定要考虑离心机系列型号的标准尺寸，单机生产能力的物料性质。转鼓直径是系列型号的主要尺寸数据。系列中转鼓直径的数值是从优先数系中，选取几何级数公比来确定的。在L/D一定情况下，生产能力大致与3216I3成正比。本设计中转鼓直径D800MM转鼓形状柱锥形材料0CRL8NI9不锈钢312转鼓长度转鼓长度L按长径比值来确定。转鼓体的全长同最大直径的比称为长径/LD比也是很关键的参数。对于易分离的物料，长径比为12，一般在15左右；对于难分离的物料，长径比为254，一般在3左右；长径比超过4时，在制造上有困难，但它是未来发展的方向。现取长径比32，则转鼓长度800322560MM/LL当转鼓直径D、总长度、锥段小端出渣口直径D3一定时，沉降区长度受液层深度H和半锥角变化的影响。如图23所示当L、不变，将实线所示的、2RH改为虚线所示尺寸时，可以看出沉降区长度的变化是很大的。因而H值和角值的选择对悬浮液处理能力有影响。9图31，H值对沉降区长度的影响示意图柱锥段总长度L2560LM柱筒段沉降区长度1锥段长度2锥筒段沉降区长度3L物料环内径1R转鼓内径2240RM锥段小端出渣口半径3R液层深度H21HR圆锥段半锥角从图25可知柱筒段沉降区长度233121TANTANRKLLD式中，一般常用值0607，取0732/KR3K3将上述各数据代入可得锥段小端出渣口半径32074280RKM柱筒段沉降区长度（即转鼓柱筒段长度）233121561582TANTANTAN7LLRD则转鼓锥段长度0829M2110液层深度H50MM则物料环内径14053RM锥筒段沉降区长度3407TANTHL则沉降区长度13582198M沉降313转鼓转速参考工业LW800型离心机，转速范围12502000R/MIN又因转鼓材料为1CRL8NI9TI不锈钢，这种材料的各种转鼓直径的最大允许转速和分离因数如下表31所示。表31最大允许转速和最大分离因数DMM3504506008001000（R/MINMAXN）41003200240018001400AXRF33002350190014001150现选取转速N1500R/MIN314转鼓半锥角一般取取值范围518；8为推送较难输送的沉渣。本设计选取半锥角7315池深与转鼓半径比规定范围为00502，现取01。316螺旋输送器选择连续整体螺旋输送器，左旋，双头螺旋。237生产能力表32螺旋沉降离心机的生产能力范围系列LW200LW350LW450LW600LW800LW1000生产能力Q（3/MH）05150103154031410075210301542651011值是按3考虑的，当4时，值可以提高2030Q/LD/LDQ参考上表，生产能力范围305MH设计参数汇总表23基本参数及主要计算数据基本参数单位内容转鼓转速R/MIN1500差转速R/MIN30转鼓大段内径MM800转鼓长度MM2560长径比32半锥角7沉降区长度MM1989转鼓直段长度MM1582转鼓锥段长度MM978物料粘度CP081物料固相密度KG/M1600物料液相密度KG/M1360物料颗粒度M15300螺旋螺距MM20032分离因数被分离的物料在离心力场中所受的离心力和它所受的重力的比值，称为分离因数，即RF2CRFMRGG式中离心力场中物料的质量（KG）M转鼓角速度157RAD/S转鼓内半径400RR将上述各数据代入可得分离因数10589415722GFRG（）TH1233生产能力计算离心沉降过程涉及液体在转鼓内的流动过程、悬浮液中的固相粒子在转鼓内的沉降过程、沉渣的输送和脱水过程，这些过程对沉降离心机的生产能力和技术参数的选择有重要的影响1213。虽然对这些问题都进行过许多实验性和理论性的研究，但由于悬浮液物料的多样性及悬浮液固相粒子分布的多变性，因此至今还没有找到能够精确计算沉降离心机生产能力和沉渣最终含湿量的可靠公式。在生产实践中广泛采用小型实验离心机试验，取得实验数据后，再进行模拟放大。沉降离心机的生产能力取决于液体的轴向流速和粒子的离心沉降速度，前者由于不同的流动理论而有不同的计算方法，因而得出不同的生产能力计算方法。1按理论计算生产能力；2按层流理论计算生产能力；3按线性理论计算生产能力。本设计以理论计算卧螺沉降离心机的生产能力。理论是由安布勒ALNBLOR于1952年提出的，由于其表达式简单，概念明确，一直沿用至今1415。在保证具有一定澄清度条件下的生产能力，按照理Q3/MH论，对于具有圆锥形转鼓的螺旋型离心机，实际生产能力的计算公式可表达为（31）3/GQVMH图31螺旋型离心机转鼓剖面示意图式中修正系数；035903674L164DE当量沉降面积，对于带差速器的螺旋离心机，可近似表达为172221111336RRRLRG给定液体中作沉降式的极限沉降速度GV2/8/GEVDMS13固相密度1600SS3/KGM液相密度1360LL两相密度差沉降区的有效长度1989；临界粒径15；EDEDM液相粘度081310/SKG圆柱段转鼓长15821LL圆锥段转鼓长97822转鼓角速度157RAD/S则，将上述各数据代入各式可得修正系数0367403591614128重力沉降速度525328/10GVMS）带有修正因子的计算公式12K理实考虑到叶片所占空间会降低沉降固相所需时间，故修正因子094。再考虑1K到转鼓由螺旋推进器输送的沉渣也要排开体积与其相等的液体，故第二修正因子被取成067柱锥形2K因而，对柱锥形螺旋，实际当量沉降面积公式为2221111133/6RRRKGLRL实22209467530540358504359788623M将上述各值代入式（31）即可得离心机的生产能力Q53301260392017/42/QMSH14则可知本项目的离心机生产能力为40Q3/MH34功率计算带差速器的螺旋离心机的功率计算及电机选择是带差速器的螺旋离心机设计中的重要组成部分。根据带差速器的螺旋离心机的工作要求进行功率计算，可以合理地确定主、辅电动机的功率，选择电机及差速器。带差速器的螺旋离心机的功率消耗与带差速器的螺旋离心机的类型，操作方式和带差速器的螺旋离心机的结构有关，一般情况下，带差速器的螺旋离心机所需功率包括下几个方面1启动转鼓等转动件所需功率；1N2启动物料达到操作转速所需功率；23克服轴与轴承摩擦所需功率；34克服转鼓，物料与空气摩擦所需功率；4N5卸出物料所需功率。5N341启动转鼓等转动件所需功率1欲使带差速器的螺旋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动能，必须由外界作功，该功为5122211PPAVDMRDJ式中转动件线速度，M/S；V转动件绕轴旋转的转动惯量，；PJ2KG启动转动件的平均功率，为1N522110PAJT式中启动时间，S；1T转鼓角速度157RAD/S转动惯量计算转动件的转动惯量，主要考虑转鼓、推进器、差速器皮带轮PJ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15也需要功率，可不逐一计算，只要将上述计算的功率增加1020即可。2PJMR式中转鼓总质量，估算MKG30旋转件平均旋转半径，RR代入数值估算，转动件的转动惯量PJ223010KG代入式52可得KW221111057489PAJNTT由公式52可以看出，选择不同的值可计算出不同的启动功率。按启动时间计算所需启动功率如表51所列表51启动转动部件所需功率列表1N序号1234567891/TS2030405060708090100NKW7449373025211911515342启动物料达到工作转速所需功率2N对于连续进料带差速器的螺旋离心机，加入的物料被分离为沉渣和分离液等组分，可分别求出操作中每种组分所需的功率，然后求其和。假设某种分离操作，单位时间内排出的个组分中，各组分的质量为KG/S，ZIM各组分在转鼓内卸出的位置半径为，则使加入物料达到工作转速所需的功率为IR2NKW532210ZIIMRN式中单位时间被分离各组分处理量,IM固相，液相14/KGS283/KGS转鼓内各组分旋转半径IR16固相，液相103RM204RM物料被分离的组分数Z代入式（53）得2210RN225743804KW2343克服轴与轴承摩擦所需功率3N克服支撑轴承摩擦所需的功率可以认为是加载支撑轴承上的摩擦力与摩擦表面间的相对速度之积。支撑轴承上的摩擦力可以由摩擦力公式求得，其为作用在支撑轴承上的支反力与摩擦系数的乘积，相对速度则可由轴承接触处轴径和轴旋转的角速度求得，所以，克服支撑轴承摩擦所需的功率就可以由如下公式来表达541212300FFVFFDN式中轴与轴承间摩擦系数；F、分别为轴颈表面的线速度，M/S；1V2、分别为两轴承处的支反力，N；F、别为两轴承处的轴颈直径，M；1D2关于轴承支反力、，应考虑在转子的静载荷与动载荷作用下轴承的支反力。F12静载荷为转鼓及其它转动件总质量，动载荷为由于转动件偏心产生的离心惯性力。0M一般按偏心距ED/1000D为转鼓直径计算。所以轴上的总载荷可按如下公式计算55232001FGEGRN总转动件总质量3MK则作用在轴上的总载荷为3232010982104578FGRN总17作用在两轴承上的支反力为12854279FN由设计图纸可知，左右支撑轴承处轴径为120DM则将上述各数据代入式（54）可得克服支撑轴承摩擦所需的功率1230FFVN57491427901KW19344克服空气摩擦所需功率4N卧螺沉降式离心机工作时，转鼓外表面、物料层内表面都会因克服空气摩擦阻力而消耗一定的功率，由于影响空气摩擦阻力的因素很复杂，想要精确的计算不容易达到，因此一般工程计算中根据经验，都习惯采用一些近似的计算方法，在这里克服空气摩擦所需的功率可以由如下公式来计算566344011NLR式中空气密度常压下取129KG/M；0转鼓的长度256M；L转鼓角速度157RAD/S；转鼓外半径0408M0R0R转鼓中物料层的内半径035M。11将上述各值带入式（56）可得克服空气摩擦所需功率634401NLR341329570835KW7345卸出物料所需功率5N对于带差速器的螺旋离心机，螺旋卸料是将沉渣从转鼓上某处推送到卸料口卸18出机外，故卸料功率应包括1克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力消耗功率；2克服沉渣与转鼓壁摩擦所消耗功率；3克服沉渣与螺旋叶片摩擦消耗功率。计算时将卸料功率分为锥段和柱段两部分，分别计算圆锥段消耗功率和圆5N柱段消耗功率，则总的卸料功率可以表达为5N575（1）圆锥形转鼓段推料功率计算对于双螺旋叶片的带差速器的螺旋离心机，由圆锥段的推料公式可计算出圆锥段转鼓的推料功率，其计算公式如下58223222533105110SFLMFRRNRFRRFRR式中每秒获得的湿沉渣质量；S064/3SMKGS沉渣与转鼓壁间的摩擦系数；2F21F沉渣与螺旋叶片间摩擦系数；330圆锥段转鼓长度；2L2978LM圆锥转鼓大端半径，；R4R圆锥转鼓小端半径，；R06R螺旋导程，；2重力加速度，。G298/SG将上述各值代入式（58）可得圆锥段转鼓的推料功率23522019787410146426098N20011KW（2）圆柱段转鼓推料消耗功率计算195922213540SMRLFRNF式中全部圆柱段长度；1158LM圆柱段转鼓内半径；R04沉渣与转鼓壁间的摩擦系数，对圆柱段；2F206F沉渣与螺旋叶片间的摩擦系数，对圆柱段。335则将上述数值代入式（59）可得圆柱段转鼓的推料功率KW2225417045806046N46所以将上述计算结果代入式（57）可得总的卸料功率KW5N51894235346卧式螺离心机功率确定离心机的功率可以分为两种状态，一种是离心机启动状态下消耗的功率，另一种是离心机运转过程中消耗的功率。在启动阶段消耗的总功率为134117894789562ONTT则由上式可知启动时间不一样启动功率也不一样，启动时间越短，消耗的功率就越大，启动时间越长，消耗的功率越小。在实际生产中要根据现场情况确定启动时间和启动功率以符合现场装置的要求，启动时间不能太长，否则会影响现场各装置的运转效率；而启动时间也不能太短，启动时间太短会导致启动功率偏大，会导致装置电器线路负荷过重，而且从经济型来讲启动功率偏大也不符合节能的要气，因此对启动时间和启动功率应根据实际情况确定一个合适的范围，以满足装置各方面的要求。在实际的启动时间选择时，选择启动时间为25秒较合适，故在启动阶段消耗1T的总功率为KN在运转阶段消耗的总功率为KW234521359R20由上述计算可以看出，离心机在启动阶段所消耗的功率大于在操作转速下运转消耗的功率，因此，离心机的额定功率主要还是参照启动功率来确定。以上几节介绍的公式是理论功率计算公式，但其计算结果与实际情况会有一定出入。如55节讨论克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力消耗功率、克服沉渣与转鼓壁摩擦所消耗功率、克服沉渣与螺旋叶片摩擦消耗功率等等，要得到考虑较全面、实用的公式是比较困难的，一般都采用理论计算并参考生产实际数据来合理的确定电机功率。带差速器的螺旋离心机工作时的启动顺序为启动辅助电机一运转平稳后一启动主电机一空载带差速器的螺旋离心机达到额定转速一启动进料电机供料一正常运转。考虑到带差速器的螺旋离心机正常运转后，只需较小的功率即可维持其正常运转，以上介绍的功率计算方法得出的带差速器的螺旋离心机功率较实际所需功率大，不利于节约能源。在本项设计中，离心机的额定功率为KW。70N35电动机的选择根据查阅机械设计课程设计手册Y系列三相异步电动机技术数据最终选择Y225M2型电动机。21第四章主要部件的设计与选择41转鼓的设计转鼓部件是带差速器的螺旋离心机的主要部件。转鼓的结构、形状和参数在很大程度上决定了离心机的特点和工艺效果，带差速器的螺旋离心机可以按转鼓的形状分为圆柱形、圆锥形、圆柱圆锥形和双锥形等类型56。转鼓的参数一般包括最大内直径、总长度、锥形部分的锥角和溢流环的直径等。图41转鼓结构图转鼓部件主要包括转鼓筒体2和大小端盖4、1包括液位调节装置57。其结构见图41。转鼓简体转鼓简体初期的形状为锥形，以后出现柱锥形。后者与锥形转鼓相比较，柱锥形转鼓能大大增加液池的容量，从而提高澄清效果。但是有的螺旋离心机仍然采用圆锥形转鼓，因为它适用于在脱水的同时还需按粒度大小将物料分类的情况。转鼓简体锥形部分的筒壁磨损比较大。为了减少转鼓的磨损，在其表面沿母线方向塞焊若干筋条，这不仅能促使在转鼓上形成由沉渣构成的密实保护层，而且可以改善螺旋对沉渣的输送作用，防止沉渣在转鼓圆周上打滑。转鼓圆锥部分的小端，对称地布置有沉渣卸出孔。出渣孔一般有三种形式径向的、轴向的，半轴向半径向的。径向出渣孔结构简单；轴向出渣孔可增加转鼓的有效工作长度，不积渣；后者介于前二者之间。为了保护卸渣孔免于磨损，卸渣孔内可安装硬质合金保护衬套。带差速器的螺旋离心机转鼓的参数一般包括最大内直径、长度、锥形部分的锥角和溢流直径带差速器的螺旋离心机转鼓最重要的、而且有代表性的参数是最大内直径，这一参数通常列入离心机的型号。离心机的系列化也是以转鼓最大内直径22作为主要参数来制定的。转鼓的最大内直径和转鼓的转速决定了离心机分离因数的大小。转鼓体的全长同最大直径的比称为长径比也是很关键的参数。对于易分离的物料，长径比为12，一般在15左右；对于难分离的物料，长径比为254，一般在3左右；长径比超过4时，在制造上有困难，但它是未来发展的方向。根据前述选择的设计参数转鼓的参数汇总如下表23基本参数及主要计算数据基本参数单位内容转鼓大段内径MM800转鼓长度MM2560长径比32半锥角7沉降区长度MM1989转鼓直段长度MM1582转鼓锥段长度MM978圆筒形转鼓壁厚为02HRK圆锥形转鼓壁厚为COS00本设计中，转鼓的圆锥形大口处周向应力最大，故壁厚按大口处计算因此，按圆锥形转鼓壁厚计算得02HRK式中转鼓的内半径，M；R转鼓中物料的填充系数；K焊缝的强度系数；H转鼓壁材料的许用应力，PA；转鼓半锥角。许用应力选取下列两值中的较小者SSN23BN式中设计温度下材料的屈服极限；S计温度下材料的强度极限；B屈服极限的安全系数，一般为；SN25强度极限的安全系数，一般为。BN34本设计中转鼓材料为1CR18NI9TI，密度79103KG/M3；焊缝的强度系数，095；HH钻井液密度，1150KG/M3；转鼓的内半径，R03M；R角速度，157RAD/S；转鼓半锥角，10。根据圆锥形转鼓壁厚计算公式20HRK式中26R510PA1203RK05转鼓的许用应力计算如下由机械手册查得，PAS6102PAB6105取则52SN4B，79810AH8AH取最小值。7P将上述各值代入壁厚计算式，则得24MRKH08COS20根据钢板的标准厚度，考虑到圆筒及圆锥部分的加工制造方便和腐蚀裕量等因素，取10MM。42螺旋输送器的设计螺旋输送器是带差速器的螺旋离心机的主要部件，它能连续地把沉渣送至排渣口并排出机外，它的结构、材料和参数不仅关系到离心机的生产能力、工作寿命，而且还关系到分离效果的好坏89。螺旋输送器的筒体与转鼓同心安装在轴承上，螺旋输送器边缘所形成的回转外廓通常同转鼓的形状相同。即有单锥、筒锥、双锥等形式。为了输送沉降在转鼓内表面的物料，螺旋与转鼓以相同的方向旋转，但转速不同一般转差为转鼓转速的023，此转差是由行星差速器来实现的。内筒一般是焊接或铸造而成的空心筒体。内筒的形状一般有单锥、柱锥或由大小柱筒组合而成的形式，筒内用横隔板分隔成一个或两个以上有加料孔的加料隔仓，以适应因液层深度改变后，沉降区长度的变化而引起加料位置的变化。这是因为过去认为最适宜的加料位置是在脱水区与沉降区的交界处。但目前认为加料位置放在转鼓柱锥段交界处较适宜，可避免对沉渣的冲刷，分离效果反而更好。这样，不管液层深度如何变化，只有一个加料位置，只需一个加料隔仓，可简化内筒结构。螺旋推料器的基本参数包括螺旋头数、螺距S、叶片的高度、推料器与SNIH转鼓的间隙、叶片与转鼓内壁母线的关系等。H421螺旋的头数NS螺旋叶片头数，根据使用要求可以是单头螺旋、双头螺旋、也可以是多头螺旋。与单头螺旋相比，双头螺旋能保证沉渣在转鼓内较均匀地分布，运转平稳，并且双头螺旋有较高的沉渣输送能力。脱液型螺旋卸料沉降离心机一般采用双头螺旋，而澄清型离心机大都采用单头螺旋。当螺旋的头数增加一倍时，螺旋的输渣效率也相应的增加一倍，但随着螺旋头数的增加，螺旋叶片在机内对沉降区的扰动也会增加，从而使分离液中的含固量增加，降低沉降效果29。因此综合考虑，本设计取双头，即。2SN422螺距S一般地，据相关资料介绍，螺距S与出渣口处转鼓半径有经验关系式URS/2RU0308，由于MM，代入计算S7682048MM。本设计取在离心128UR25机的柱段采用200MM的等螺距形式，在离心机的锥段采用变螺距形式，在锥段螺距从200MM150MM线性变化。螺旋推料器在锥段采用变螺距的结构形式，主要的目的是增加沉降时间，提高分离效果；另外逐渐减小螺距使物料在锥段受到渐变的挤压作用，可以减小泥饼的含水量30。423推料器与转鼓的间隙H一般地，螺旋推料器的外圆面与转鼓的内圆面必须同心，两者之间应有05MM25MM的间隙，间隙越小推料情况就越好。但在间隙太小时，由于加工、装配等原因，可能形成转鼓与螺旋推料器的旋转偏心而造成二者直接摩擦，出现事故31。综合考虑取值1MM。424叶片与转鼓内壁母线的关系据资料介绍，工业用离心机的螺旋叶片一般选择垂直于转鼓壁内表面设计，它比选择叶片垂直于转鼓轴线要节省20的功率。本设计中选用叶片垂直于转鼓内壁母线的结构形式。425螺旋输送器叶片的选择螺旋输送器推料叶片的形式很多，有连续整体螺旋叶片、连续带状螺旋叶片和间断式螺旋叶片等。最常用的是连续整体式螺旋叶片，这种螺旋叶片制造比较容易，同时亦适用多种物料分离。螺旋叶片材料一般与转鼓材料相同。但是，当分离物料中的固体粒子磨蚀性很大时，叶片表面很容易被磨损。螺旋叶片磨损后，通常会使螺旋的输渣能力降低，造成沉渣含湿量增大。如果沉渣与螺旋叶片的摩擦力大于沉渣与转鼓内表面的摩擦力，则沉渣就粘附在螺旋叶片上并和螺旋一起旋转，于是沉渣就不能从转鼓中卸出，并逐渐塞满转鼓。为防止这种现象发生，就要求叶片材料必须具有高的硬度和耐磨性，提高螺旋叶片表面的硬度和耐磨性。叶片选用连续整体螺旋叶片，叶片厚度10MM，双头螺旋，螺旋升角。05材料与转鼓材料相同1CR18NI9TI不锈钢。为了增加叶片的耐磨性，对叶片的推料面进行硬化处理，采用在叶片表面喷涂30镍基碳化钨硬质合金。43进料管的设计进料口直径计算公式可表达为4QDU26式中生产量40QQ3/MS物料流速15M/S；UU则，将上述各数据代入可得进料口直径440973615DMU圆整后为100M查化工原理16附表二十四（管子规格）公称直径100外径114壁厚744差速器的选择差速器为行星轮减速器，它由外转子通过空心轴带动旋转，使螺旋推料器的转速比锥形转鼓快一定的转速，这个差值一般是转鼓转速的023，通常称为差转速1011。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动，因而螺旋推料器可以推送固体物料。当悬浮液从右端进料连续加入时，由于转鼓回转产生的离心力的作用下，物料聚集在转鼓大端，形成一沉降区。在沉降区里，悬浮液中的固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上，并被螺旋推料器送到转鼓小端的干燥区，最后从卸渣口甩出。锥形转鼓大端的端面上开有圆形口，达到一定的深度的澄清液从溢流口流出，这样就实现了固、液的分离。图44差速机构运动简图在带差速器的螺旋离心机中，离心沉降分离出的沉渣沿转鼓内壁上的纵向移动，是靠螺旋相对转鼓导前或滞后的旋转运动来实现的。为了保证转鼓和螺旋以不同的角速度同向回转，并得到最佳的转差值，因此，带差速器的螺旋离心机从电动机到工作机之问都需要一个传动装置，已不再采用简单传动组成的开式运动链。因转鼓、27螺旋分别用不同的电动机通过简单传动驱动，并以一定转差同向回转时，两者运动链互不相连，不能形成封闭运动链，这就导致要求电动机容量很大，并耗费较多的能量，同时还将使传动装置趋于笨重。为了避免功率上的大量损失，以及得到紧凑的轻结构，故现代带差速器的螺旋离心机的传动装置都广泛地采用了以行星传动为基础，由转鼓、物料和螺旋间形成的摩擦而构成的封闭运动链。差速器传动装置是带差速器的螺旋离心机中最复杂而又极为重要的部件，其性能和质量往往决定着整个机器的工作能力和可靠性。欲设计出体积小、重量轻、可靠耐用、效率高的差速器，就必须正确选择传动类型，精确合理地进行结构设计和强度计算，精密制造齿轮、行星轮轴承和转臂等主要构件，并严格进行动平衡，这样设计制造的传动装置，才能使带差速器的螺旋离心机在生产中得到正常的运转。渐开线行星齿轮差速器是现代带差速器的螺旋离心机中应用最广泛的传动形式。这种差速器的结构有2KH、3K和KHV三种，其中以2KH应用最多，3K次之。目前最典型的结构是双级2KH型。441差速器形式的选择渐开线行星齿轮差速器有各种型式，如2KH、3K和KHV等。在特定的工作条件下，正确选择带差速器的螺旋离心机的差速器，是设计差速器必须首先解决的问题。选择传动型式时，必须遵循一系列的准则，其中以传动的外廓尺寸、重量、效率、传动对制造技术的要求等，是选择传动型式的最重要的准则。带差速器的螺旋离心机上应用最广的试2KHI型。当齿数比小于8时，适当选择行星齿轮数，且行星轮间负荷分配均匀时，2KHI型的外廓尺寸和重量很小。在速度、功率和工作条件方面都没有限制。为了满足带差速器的螺旋离心机工艺上提出的要求，常设计成双极2KHI型差速器。综上所述，欲得到外廓尺寸小，重量轻，效率高，制造、装配简单等优良指标的传动，根据选择传动类型式的准则综合考虑，推荐选用双极2KHI型传动作为带差速器的螺旋离心机的差速器。因此本设计选用表41传动型式传动比范围效率工作时最大功率备注28442差速器的结构原理NC型齿轮行星差速器由两级NGW行星齿轮机构组成图412526，内齿圈B1，B2连接的外壳和离心机转鼓固联，并与主传动皮带轮连接，输入主传动转速。输出轴以花键轴头和离心机的螺旋卸料器轴连接，一级中心轮A1由辅传动皮带轮通过扭矩离合器和输入轴输入辅传动转速，由行星轮架系杆X1自带的二级中心轮A2耦合到第二级行星传动机构，进一步减速输出。图41NC差速器结构原理图主传动转速和辅传动转速的转速差为。1N2N12N若一级中心轮齿数为，一级内齿轮齿数为，二级中心轮齿数为，二1AZBZ2AZ级内齿轮齿数