三级活塞推料离心机总体方案设计

摘要：离心机是一种借助离心力，分离液体和固体颗粒或液体与液体的混合物中的各组份的机械产品。其主要应用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开，或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开；它也适用于将固体中的液体排除；特殊的超管式分离机还可以分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可以对固体颗粒按密度或粒度进行分级。活塞推料离心机是一种连续操作的过滤式离心机。在高速运转的情况下，料浆不断由进料管送入，沿着锥形进料斗的内壁流至转鼓的滤网上，滤液穿过滤网经滤液出口不断排出，积留在滤网上面的的滤渣被往复运动的活塞推料盘沿着转鼓内壁不断推出。与二级活塞推料离心机原理相似，悬浮液通过进料管和布料部件，均匀的分布在一级转鼓上，不同的是：空心主轴带动各级转鼓做旋转运动，而推杆推动二级转鼓和固定在二级转鼓上的推料盘做往复运动，三级转鼓和固定在三级转鼓上的一级转鼓只做旋转运动。悬浮液通过各级转鼓和分布在转鼓内壁上的筛网逐级过滤，固相经推料片逐级推出固相收集器，液相则由液相出口排出。由此，达到了分离固相、液相的目的关键词：离心机、多极化、转鼓、柱锥形ABSTRACTAcentrifugeisamechanicalproductthatusescentrifugalforcetoseparatethecomponentsofaliquidandsolidparticlesoramixtureofliquidandliquid.Itismainlyusedtoseparatethesolidparticlesinthesuspensionfromtheliquid,ortoseparatetwoliquidswithdifferentdensitiesintheemulsionthatareincompatiblewitheachother.Thetypeseparatorcanalsoseparategasmixturesofdifferentdensities.Takingadvantageofthedifferentsedimentationspeedofsolidparticleswithdifferentdensitiesorparticlesizesinliquids,somesedimentationcentrifugescanalsoclassifysolidparticlesaccordingtodensityorparticlesize.Thepistonpushcentrifugeisafiltercentrifugethatoperatescontinuously.Inthecaseofhigh-speedoperation,theslurryiscontinuouslyfedbythefeedpipeandflowsalongtheinnerwalloftheconicalfeedhoppertothefilterscreenofthedrum.Thefilterresidueiscontinuouslypushedoutalongtheinnerwallofthedrumbythereciprocatingpistonpushingdisc.Similar

to

the

principle

of

the

two-stage

piston

push

centrifuge,

the

suspension

is

evenly

distributed

on

the

first-stage

drum

through

the

feed

pipe

and

the

cloth

parts.

The

difference

is

that:

the

hollow

main

shaft

drives

the

drum

at

all

levels

to

rotate.

The

pusher

pushes

the

two-stage

drum

and

the

pusher

plate

fixed

on

the

two-stage

drum

to

reciprocate,

and

the

three-stage

drum

and

the

one-stage

drum

fixed

on

the

three-stage

drum

only

perform

rotary

motion.

The

suspension

is

filtered

step

by

step

through

the

drum

at

each

level

and

the

screens

distributed

on

the

inner

wall

of

the

drum.

The

solid

phase

is

pushed

out

of

the

solid

phase

collector

through

the

pusher

piece

by

step,

and

the

liquid

phase

is

discharged

from

the

liquid

phase

outlet.

Thus,

the

purpose

of

separating

the

solid

phase

and

the

liquid

phase

is

achievedKeywords:Centrifuge,multi-polarization,rotatingdrum,columncone目录第一章：绪论1.1离心机的概述1.2活塞推料离心机的简介1.3国内研究基本现状1.4活塞推料离心机的发展趋势1.5活塞推料离心机的主要技术参数、型号表示及安装要求第一章：绪论1.1离心机的概述离心机是一种借助离心力，分离液体和固体颗粒或液体与液体的混合物中的各组份的机械产品。其主要应用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开，或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开；它也适用于将固体中的液体排除；特殊的超管式分离机还可以分离不同密度的气体混合物；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可以对固体颗粒按密度或粒度进行分级。1.2活塞推料离心机的简介活塞推料离心机是一种连续操作的过滤式离心机如图1所示。在高速运转的情况下，料浆不断由进料管送入，沿着锥形进料斗的内壁流至转鼓的滤网上，滤液穿过滤网经滤液出口不断排出，积留在滤网上面的的滤渣被往复运动的活塞推料盘沿着转鼓内壁不断推出。图1自1939年瑞士阿巴韦甜菜制糖厂把活塞推料离心机设备运用于生产中，经过几十年的生产实践和改良，活塞推料离心机在结构和制造工艺方面有了极大的改进。如今的活塞推料离心机已经由单级发展到双极和多级，其内部转鼓也由传统的圆柱形发展为圆柱形与圆锥形结合；转鼓也由小直径转鼓发展至大直径转鼓，以适应如今的工业生产规模日益扩大的需要。因此很多公司也形成了较为完整的产品体系。1.3国内外研究基本现状1.3.1国外研究基本现状国外由于起步较早，在活塞推料离心机领域有着超前的技术的和制造工艺。目前，世界上研究活塞推料离心机的厂家较多，而最为典型的是瑞士的ESCCHER-WYSS公司以及联邦德国的HUMBOLDTWEDAG公司。半个多世纪以来，国外活塞离心机的技术水平有了很大的提高。由于薄层过滤有效地降低了滤饼比阻，大大提高了过滤速率，从而有效地降低了产品的含湿量，并且降低了能耗和推料负荷。双极活塞离心机性能好，制造难度低，使用可靠，而且生产效率高，操作费用低成为世界活塞离心机的代表。而有的国家现在干脆取消了单极活塞离心机的生产，而重点研制柱-锥型双极活塞离心机，有预浓缩结构的双极活塞离心机以及内转股底兼作脱水结构的双极活塞离心机等，还有的则向多级活塞推料离心机方向发展。1.3.2国内研究基本现状正是由于国内离心机行业起步较晚，在活塞推料离心机方面更是发展缓慢。长期以来，活塞推料离心机无论在产品规格上，还是产品性能上都“劣人一等”。产品的结构不仅简单，性能低，而其长期无改进，一直“原地踏步”。但其中也不乏一些企业发展较早，较国内其他企业一直处于领先地位。例如，四川江北机械厂1987年以来“师夷技长以制夷”，在学习外国的先进技术后，加以磨合，已陆续完成了HR500-N、HR400-N和HR630-N离心机的研发。而且在技术参数、机械性能及使用性能上均达到和接近国外同种规格产品水平。而浙江轻工机器厂同样也引进瑞士技术，于1991年研制成功P-500离心机。湘潭通用离心厂借鉴国外技术与机电部通用机械研究所联合设计研制成功了HR630-N离心机。上海化机厂研制成功了HRZ630-N柱锥离心机等。这些都在使我国内活塞离心机与国外活塞离心机技术水平的差距不断缩小。然而，要正真使国内活塞离心机赶超国际先进水平，不单单要在研究设计方面下功夫，还必须将制造技术摆在同等重要的地位，这才是进步的唯一路径。还有的，则朝多级活塞推料离心机方向研究，这期间也有的企业和团队申请了发明专利。虽然目前国内多级活塞推料离心机还未正式投入工业生产，但相信在日益增长的工业生产需求下，和社会各界人士的努力下。多级活塞推料离心机也会面向工业生产，跟紧国外的科技步伐。1.4活塞推料离心机的发展趋势1.4.1活塞推料离心机的新型结构到目前为止，国际上除了对活塞离心机过滤理论、技术参数、过滤介质进行了深入的研究外，对机器的主体结构也进行了卓有成效的改进，使其更加完善。例如，原苏联将锥兰过滤式离心机的原理移置到了活塞离心机的布料斗，使被分离的悬浮液先经预分离器浓缩分离后，再进入转鼓脱水。随后美国又将锥兰离心机原理移置于活塞离心机的推料盘，使被分离的悬浮液先经锥型过滤式推料盘分离浓缩后再进入转鼓脱水。而波兰则将过滤式推料盘螺旋离心机与活塞离心机有机的结合，使被分离的悬浮液先经浓缩过滤后再由螺旋推送到活塞离心机转鼓内脱水。为了得到最低含湿量的产品和更有效的节约能源，德国又研制成功了带有圆柱—圆锥转鼓的双极活塞离心机。这样由于转鼓直径的不断增大，使料层不断减薄，加上转鼓直径的增大，分离因数得以直线增加，从而使产品含湿量大幅度降低。美国还改进了活塞离心机的推料装置，利用电机提供活塞轴向的力，并采用部分滤液或水作工作液体。这些研究成果充分保证了对被分离物料的预分和再分离，在不增加能耗的情况下，有效地降低活塞离心机的脱水负荷，从而大大降低了产品的含湿量。1.4.2活塞推料离心机的发展趋势多级化发展自活塞推料离心机发展以来，经历了由单级到双极乃至多级的发展，为了满足工业生产的需求，未来活塞推料离心机必然朝多级化发展。这也是本次设计研究的着重点。多锥复合型多锥复合型双极活塞离心机薄层过滤理论的出现带来了双极及多级活塞离心机的新发展。有试验表明：相同工况下，用柱-锥形活塞离心机时，相比传统的柱形活塞离心机，分离的产量不仅大为提高，而且产物的含湿量也大大降低。过滤介质除了主体结构外，活塞离心机中的过滤介质--筛网也是直接影响离心机主要性能的重要部分。其表面粗糙度的大小可影响离心机的推料功率，尤其是开孔率即过滤面积的大小对滤渣含湿量的影响十分明显。HR500-N离心机分离重碱的实验表明，当铣制板式筛网的开孔率增大2.38%时，重碱含湿量可降低0.72%；分离碳铵实验表明，当铣制板式筛网的开孔率增大2.25%时，碳铵的含湿量可降低0.3%。实验证明当铣制板式筛网的内表面十分光滑时，推料功耗就会很小。然而，不论是从理论分析，还是使用效果，铣制板式筛网的过滤面积，制造成本等均不能与焊接板网相比。分离强化为了进一步强化过程，一些场辅助离心分离技术相继出现。例如：德国KraussMaffei公司首先申请虹吸刮刀离心机专利，利用虹吸效应强化分离过程；国内四川大学和重庆江北机械有限责任公司自上世纪九十年代联合开展了“虹吸刮刀离心机关键技术研究及产业化”专项工作，完成了GKH系列虹吸刮刀离心机的研发及产业化。物料改性与工艺优化待分离物料的物性参数对分离设备效果的影响很大，一系列物料改性技术得到重视和广泛应用，包括加温降低母液的粘度；絮凝与凝聚技术增大颗粒的粒度；分散降低液相表面张力；浓缩提高固形物的浓度可以提高设备的产能。高效驱动和节能技术近年来有大量研究工作集中在提高螺旋离心机的能效，几乎在同一时间出现了大量不同的技术解决方案，例如Hilller公司Decapress螺旋离心机所采用的SEE驱动系统。螺旋离心机的输渣功率在能耗中占比较大，一些制造商通过特殊结构设计利用分离液的压力辅助推料，提高输渣效率，降低功率消耗。日本KotobukiTechrex和三井东亚化学公司联合研制成功的MTC双锥螺旋离心机，在相同转鼓直径和长度下，其液池更深、转鼓有效长度更长，当量沉降面积更大，分离效果更好。GEAWestfalia公司的Ecoforce螺旋离心机其液池深度与转鼓内径之比达到0.52,比传统螺旋离心机提高了30%，新机型比原有机型可以节能30%，用于污泥脱水的能耗低到0.7kWh/h。（七）结构优化以及特殊专用型1.5活塞推料离心机的主要参数、安装要求及操作与使用1.5.1活塞推料离心机的主要技术参数（1）国内目前生产的活塞推料离心机主要技术如下：转鼓直径：400-1200转鼓转速：500-2600r/min推料次数：20-108次/min推料行程：40-80㎜本次设计在数据方面的要求如下设计转鼓的内直径（一、二、三级转鼓）（mm）：680/740/800过滤区长度（mm）：380/530/650转鼓转速（r/min）：1500分离因素：1007.1推料行程（mm）：50推料次数（次/min）：20～108主电机/油泵电机功率（kw）：1.5.2活塞推料离心机的安装要求（1）活塞推料离心机在使用过程中由于受到悬浮液密度波动等方面的原因，容易产生较大的震动，在安装是必须采取减震措施即将离心机通过地脚螺栓固定在重达几顿或是十几吨的钢筋混凝土或者铸铁板的抗震座上，而抗震座和楼板之间则必须通过减震垫块进行隔振。（2）在活塞推料离心机安装过程中应当留足够的维护空间，尤其是应当在门盖侧，考虑到在主轴更换时，转鼓及主轴需要从离心机内部移除所需空间位置，另外在离心机的上方应当设置起重机，以便于后续的维护工作。（3）另外，活塞推料离心机管道安装时，物料从粘稠器或旋流器到离心机之间的进料管应当较短、直或有大的斜角，变径处应当保持光滑不堵塞，以保证浓稠物质顺利通过，并且与离心机进料管法兰应有一段绕性连接，以免离心机的震动导致连接管道损坏。（4）为了得到良好的分离效果，一般在离心机的排液口处需要设置气液分离器，以便将大量夹带的气体排出，气体排出接管应当为垂直状态，高度应当大于两米，用来保证滤液排放流畅；同样，固体排出口也应当保持通畅，不造成堵塞。（5）在电机安装过程中，应当注意：主电机需采用星-三角降压启动或者软启动，而不能直接启动，避免对离心机零部件造成损坏。1.5.3操作与使用（1）启动前：开机前应当检查是否根据说明书正确的安装、连接；管道和容器内是否清洗干净，保证转鼓内无异物；是否用手转动转鼓；V型带张紧程度是否合适；保护壳是否安装好；油泵旋转方向是否正确；推料机构是否能作前后运动；转鼓旋转方向是否正确；冷却水、洗涤水、冲洗水是否供给正常等。（2）启动时：再次检查转鼓内无异物方能开机；启动离心机物料排出口的输出装置；开启冷却水阀门，通过冷却器冷却液压油，冷却水流量以将油温调整至50-55℃为宜；启动电机后注意电流值是否正常；推料机是否正常工作，空载油压应该小于1.5MPa；启动后，推料运动时，转鼓不转动的时间不得超过5分钟。（3）运行时：确认转鼓转动无异常，时刻关注电流、油压等观测仪器的变化，一旦出现异常，立马停机。（4）停机：关闭进料阀，冲洗转鼓、罩壳即进料管，待冲洗完成后关闭冲洗水阀门；关闭主电机；待转鼓停止后，立即关闭油泵电机；关闭冷却水阀门；打扫工作现场，保持清洁干净；做好离心机的维护工作。1.6故障分析及保养1.6.1故障分析油温过高（原因：冷却水阀门未打开或则管路堵塞等）油起泡（原因：油品太低、油位太低或者温度太低、油被污染等）推料次数减少（原因：油起泡、油泵吸入管路泄露、溢流阀泄露、推料间活塞间隙过大、油泵受损等）油泵电机电流过大（原因：油温过低、溢流阀卸荷压力太高等）周期性震动（原因：不规则加料、悬浮液浓度波动、轴承损坏、筛网破损或者堵塞、推料片和筛网间隙过大或则不均匀等）主电机电流过大（原因：V型带张紧程度太紧、加料过多、固体或者液体排出受阻等）1.6.2保养离心机的保养与维护工作应当由接受过专门培训的工作人员进行保养与维护，做到每班、每周、每月、每年进行保养与维修。三级活塞推料离心机总体方案设计2.1活塞推料离心机的结构特点及工作原理2.1.1活塞推料离心机的结构特点与刮刀卸料离心机相比，活塞推料离心机的优点在于分离的物料破碎程度小、离心机转速高、推料次数多，并且可以根据物料颗粒定制板网缝隙，表面光滑，可降低推料功耗，缝隙均匀能提高固体回收率，具有良好的过滤性能。缺点：活塞推料离心机对悬浮液的固相浓度十分敏感，适应性差。例如，当悬浮液固相含量过少时，转鼓内不会形成滤饼层；当悬浮液固相含量较大时，就会造成悬浮液流动性差，物料不能均匀分布，使得机器发生较为强烈的震动。因此，悬浮液应当经流一个预处理装置，调整料液的固相浓度，使机器充分发挥其性能，提高物料分离的质量。条网的缝隙较大，固体颗粒容易被活塞在往复运动过程中挤出网孔，造成固料漏损和滤液混蚀，降低分离的质量转鼓的转速提高受到约束，当转速较高时，物料紧贴筛网，退料盘受到的摩擦阻力过大，在已限定的液压推力下，活塞无法动弹，或是滤饼层拱起，不能完成正常的卸料过程。2.1.2三级活塞推料离心机的工作原理活塞推料离心机适用于分离中、粗颗粒，需要洗涤的固相浓度较大的悬浮液。不宜用来分离胶状物料，无定形物料，以及具有较高摩擦系数的物料。与单双级活塞推料离心机的使用范围基本相同，三级活塞退料离心机要求悬浮液的浓度需均匀、稳定，固形物含量一般应＞30%（具体要视物料定，如纤维类甚至＞5%也能分离；当采用螺旋输送进料时，固形物含量可达80%），颗粒粒径分布较宽泛，固相颗粒的平均粒径一般≥0.1mm。三级活塞推料离心机是（如图2所示）在原有的二级活塞推料离心机上又增加一级转鼓，同样，物料经过布料盘均匀分布到一级转鼓(1)上，所述一级转鼓通过六角螺栓与三级转鼓（3）鼓底连接，而二级转鼓（2）鼓底安装有支撑环（11），支撑环上安装有推料盘（5），而推料盘上安装有布料部件（23）。二级转鼓鼓底通过六角螺钉与推杆（14）固定连接，外部的空心主轴（15）通过六角螺栓与三级转鼓鼓底固定连接。而推料盘、一级转鼓、二级转鼓上都安装有推料片。三级转鼓与三级转鼓锥形段通过螺栓进行连接。各级转鼓内壁都设置有对应的筛网。其工作原理：与二级活塞推料离心机原理相似，悬浮液通过进料管和布料部件，均匀的分布在一级转鼓上，不同的是：空心主轴带动各级转鼓做旋转运动，而推杆推动二级转鼓和固定在二级转鼓上的推料盘做往复运动，三级转鼓和固定在三级转鼓上的一级转鼓只做旋转运动。悬浮液通过各级转鼓和分布在转鼓内壁上的筛网逐级过滤，固相经推料片逐级推出固相收集器，液相则由液相出口排出。由此，达到了分离固相、液相的目的。图2与双极活塞推料离心机基本相同，三级活塞推料离心机结构包括：一级、二级、三级转鼓（所述三级转鼓采用柱锥结构）、空心主轴、推料轴、轴承座、机壳、机座、电机、复合油缸、液压系统、电气控制系统等。2.2结构简介机座：机座部件是由钢板焊接而成，是整机装配的根基。底部安装有油箱，为液压部件提供油压，在机座上端装有注油孔、油位计、排气阀门、空气滤清器等。其前部安装有轴承座（整个转动部分的支撑零件）。机座上还安装有主动电机、油泵电机以及油泵，压力表、温度计、油冷却也安装在机座上。而整个机座底部有较大的安装基面，整机安装在浇筑的钢筋混凝土上的构件上，通过橡胶缓冲块，保证机器运转平稳，减少噪音和剧烈震动。转鼓：转鼓包括第一、二、三级转鼓，第三级采用柱锥结构，所述锥形段与圆形段通过螺钉连接，所述圆形段与第三级转鼓鼓底固定连接，而第三级转鼓鼓底通过螺栓固定在推料轴上，第三级转鼓鼓底通过六角螺栓与第一级鼓底相连，所述第二级转鼓鼓底与第二级转鼓固定连接，第二级转鼓鼓底中部通过六角螺钉固定有防护帽和空心轴，第二级转鼓鼓底安装有支撑环，支撑环上安装有推料盘，而推料盘上安装有布料部件，第一级转鼓鼓底与第一级转鼓固定连接。而推料盘与与第一级转鼓通过第一级推料片相接，第一级转鼓端部与第二级转鼓通过第二级推料片相接，第二级转鼓端部与第三级转鼓圆形段通过第三级推料片相接，而第一级转鼓内壁设有一级筛网、第二级转鼓内壁设有二级筛网、第三级转鼓锥形段设有三级筛网。轴和轴承部件：包括空心主轴、推料轴、导向衬套、密封衬套、前后密封圈和转动轴承等。推料轴与空心主轴一起做旋转运动，同时推料轴又在空心轴内导向衬套做往复运动。滚动轴承由液压系统提供油润滑，活塞推料离心机采用特殊无油润滑前导向衬套和少油润滑的方式。前后密封圈可以防止外来杂物侵入并且防止润滑油泄露。复合油缸：实现推料轴往复运动的部件，主要由压力油缸、推料活塞、导阀、滑阀、导向杆、油缸盖、进出油壳体、输油密封、锁紧螺母等组成。当压力油进入油缸，在自有的换向装置的作用下活塞产生轴向往复运动，与活塞连接在一起的推杆也做同样的运动。液压部件：主要由油泵电机、油泵、溢流阀、调速阀、压力表、温度计及油冷却器等机电配套组件组成，并且还包括润滑进给系统。机壳：机壳主要由壁板、机壳、前盖、门、进料管、洗涤管、集料槽、刮刀等组成。壁板与机壳通过螺钉连接并且一起由壁板的法兰连接在机座上。机壳上有液体和固体出口及管接头用来连接清洗管道，清洗转鼓外部和机壳内部。集料槽、刮刀等都装在机壳内。由螺钉连接在机壳前部的前盖上装有门、洗涤管、进料管等。主动电机：安装与机座上，通过V形带传动为转鼓的旋转提供动力，皮带的松紧靠托板的螺栓进行调整。电气控制柜：是该机配套的专用电气设备，控制油泵电机和主电机的启动和关闭。2.3离心机的操作循环除了滤饼层移动的过滤离心机（例如：活塞推料离心机、离心卸料离心机和螺旋卸料离心机）是连续操作意外，其余都是间歇操作。如何根据过滤离心机的性能特点与生产工艺的要求，去合理的安排过滤离心机的各个操作阶段，关系到提高离心机的生产效率。间歇操作过滤离心机的操作一般包括以下几个阶段：EQ\o\ac(○,1)第一加速阶段；EQ\o\ac(○,2)加料阶段；EQ\o\ac(○,3)第二加速阶段；EQ\o\ac(○,4)母液分离、回收阶段；EQ\o\ac(○,5)洗涤阶段；EQ\o\ac(○,6)脱液甩干阶段；EQ\o\ac(○,7)降速阶段；EQ\o\ac(○,8)卸料阶段；EQ\o\ac(○,9)过滤介质洗涤再生阶段。如图3所示为间歇操作过滤离心机的循环操作。图3第一加速阶段是所有操作的开始阶段，此阶段将转鼓加速到加料所需的转速。图3中加速曲线的斜率和驱动电机的转矩、离心机转动部件的惯性矩以及电器控制模式等因素有关。加料阶段这一阶段，转鼓的转速稳定在分离物料所需的转速下。如果过滤的物料体积小于转鼓容积时，则采取快速或一次性加料的方法；如果过滤物中固相密度小于液相浓度时，则加料的速率应当低于过滤速率，并且还应当采用加料粉笔器以获得均匀的滤饼层；相反，如果过滤的物料大于转鼓容积时，则加料的速率应该控制在悬浮液能充满转鼓的速率。但是对于速率较慢，特别是滤饼可压缩性较大时，则以上的加料方式都不合适。在确定加料转速时，还应当考虑加料阶段驱动所需转矩和驱动电机可提供的转矩间的平衡，以及转鼓内物料分布是否均匀的问题，以免由于布料不均匀而导致不平衡的情况出现。第二加速阶段加料完成后，离心机就可将转速升速至最高工作转速，以尽可能快地完成过滤过程。同样，在这一阶段加速曲线的斜率与驱动电机的转矩、电气控制模式等因素有关。此阶段，如转鼓达到最高工作转速后，滤饼层尚存较多液体时，则需要继续运转一段时间，才能进入下一阶段。洗涤阶段当母液排除量逐渐减少时，就可以进行滤饼的洗涤。洗涤液的损耗量应该根据工艺要求而定，洗涤时要做到均匀、适量地喷撒到滤饼表面，提高洗涤液的利用率。降速阶段当分离后的滤饼含湿量基本符合工艺要求后，就可以进入下一阶段—卸料阶段，而降速的曲线斜率也与驱动系统的特性、制动系统的能力吸收速率有关。卸料阶段卸料分为机械卸料和人工卸料。机械卸料与离心机的卸料撰于、卸料机构的特性及滤饼的特性等因素有关；而人工卸料时，机械的运转必须停止，即转鼓的转速降为零，然后通过人工或者机械辅助完成卸料，此时，卸料时间取决于滤饼卸料的难易程度以及劳动力等诸多因素。因此，间歇操作的过滤离心机，操作循环所需要的时间为各个阶段消耗时间的总和。所以如何缩短各阶段所消耗的时间，提高离心机的生产效率，对此研究尤为重要。另外，如能使加速、降速曲线中的斜率变陡，也可缩短辅助时间，有利于提高离心机的生产能力。2.4分离因素的计算被分离的物料在离心力和他所受的重力的比值，称为分离因素Fr,即：式中：m——离心力场中物料的质量（kg）ω——转鼓角速度：157.08（rad/min）r2——第三级转鼓内半径：r2=400mm代入后得：2.5生产能力的计算对于间歇操作的过滤离心机，虽然操作方法以及每个操作循环所包括的阶段都有所不同，但过滤离心机的生产能力可通过以下公式进行估算：对于每个操作循环包括哪几个操作阶段及它们所需的时间设计的因素很多，主要因素有：分离的工艺要求、滤饼层的特性、还有所用的离心机的特性等。现在仅仅只能通过比例放大试验和现场试验来决定。间歇式过滤离心机的操作循环分为有效分离时间和非有效分离时间，有效分离时间包括：过滤、甩干脱液等所用时间；非有效分离时间包括：加速、降速、加料、洗涤、卸料以及过滤介质的冲洗所用时间。而压缩非有效分离时间有利于提高间歇操作过滤离心机的生产能力。双极活塞推料离心机的生产能力可以将公式简化得：式中：LS——生产能力（每小时所推出滤饼的重量），t/h；D——第一级转鼓的直径，m；h——第一级转鼓内滤饼厚度，m；L0——推料行程，m；i——推料次数，次/min；第三章活塞推料离心机的主要部件及材料选择3.1转鼓3.1.1转鼓的性质本次设计，设计总共三级转鼓，一次分为：第一级转鼓、第二级转鼓、第三级转鼓，并且都采用焊接式的厚壁大孔带筛网的组合式结构，筛网设置在转鼓的内壁。设置大孔有利于液相的分离，筛网缝隙用于分离固相组织。而转鼓鼓底和筒壁采用焊接连接，加工成本低且有利于提高转鼓的稳定性，消除螺栓连接带来的安全隐患。3.1.2转鼓的材料选择以NaCl为分离对象，NaCl与转鼓内壁有直接接触，并且对一般材料都具有腐蚀性，因此需要选择抗腐蚀性的材料对转鼓进行设计。于是我们选择不锈钢材料。查阅资料后，我们得知316不锈钢不仅具有良好的抗腐蚀性，还具有良好的焊接性能，非常适合本次转鼓的设计，因此我们选择316不锈钢作为本次设计转鼓的材料。3.2筛网3.2.1筛网的性质筛网作为过滤介质的结构，同样需要与浊液进行接触，并且还要满足连续分离的要求。因此，在设计筛网时，除了要考虑其抗腐蚀性能，还应当重点考虑其耐磨性。目前应用于活塞推料离心机的领域的筛网主要有：焊接式条网、串接式条网和铣制板网，近年来又出现了许多新制的新型板网，在使用性能上面都优于前面三种。考虑到，一、二、三级筛网的作用功能都有所不同，例如第一级筛网的作用是分离大多数的母液，减少固相组织随其排出，应该选择网隙较细的筛网，并且网条的宽度宜窄，以获得较大的过滤面积；相反，第三级筛网主要作用是洗涤、甩干，这一阶段固相组织不容易随滤液排出，因此应当选择网隙较大的筛网以便于，固相组织的排出。3.2.2筛网的材料选择为了让筛网满足抗腐蚀性并且有具有较高的耐磨性，在查阅资料以后得知：现今筛网主要还是采用不锈钢材料，目前筛网主要采用的材料有316L、304、904L、2205、双相钢、钛材等材料。经过比对，综合考虑筛网需要满足的性能要求后，本次设计我们选用不锈钢304作为本次设计筛网的材料。3.3轴3.3.1轴的分类及其性质在活塞推料离心机中分为两根轴，空心主轴和推料轴，推料轴套在空心主轴中，推动二级转鼓以及固定在二级转鼓上的推料盘做往复运动，而空心主轴带动转鼓做旋转运动，空心主轴又装在滚动轴承内。因此考虑到推料轴和空心主轴受到的力和扭矩，翻阅资料后我们选用40Cr作为推料轴的设计材料，而45钢作为空心主轴的设计材料。3.3.2轴的材料选择主轴零件要求材料具有良好的机械强度，韧性和耐磨性，这些性质是通过热处理方法实现的，因此要求材料具有良好的淬火硬度。同时保持材料内在的韧性。一般机器的主轴用45钢，45钢是优质的碳素结构钢。因此选用40Cr作为推料轴的设计材料，而45钢作为空心主轴的设计材料。3.4油路系统本次设计的关键是实现活塞推料离心机的稳定、连续分离；而关键部位就是复合油缸。活塞推料离心机需要的是一种通过内部阀、杆动作来实现自动、机械换向并且确保每分钟几十次往复运动的复合油缸。这里我们选择的复合油缸结构如图图导向杆；2-油缸盖；3-滑阀；4-压盖；5-活塞盘；6-先导阀杆；7-活塞；8-油缸体其工作原理：工作时，液压油由活塞推料离心机的推杆轴芯等途径进入复合油缸内，通过先导阀的撞击，位置变换，使控制油通过活塞盘交替进入活塞内部，而控制活塞内部的滑阀处于左右极端位置，从而实现液压油交替进入活塞两侧，推动活塞做往复运动。推料次数的调整可通过改变进入复合油缸的油量获得。推料力（工作油压）的调整则是通过液压系统中溢流阀的参数设计来改变。复合油缸的工作原理可以简化成如图所示，如图所示，图为行程反馈式活塞离心机推料机构的液压控制系统原理图，该系统主要由活塞和换向阀两部分组成。其原理为高压油液经过换向阀A口或者B口进入到活塞的前腔或者后腔驱动活塞进行往复运动，当活塞运动至反馈孔时，油液经过反馈孔进入换向阀的左端或者右端使其换向，活塞前后腔高低压交替变化推动活塞进行往复运动。3.5机壳和油箱的材料由于油箱和机壳一般采用铸造时，当采用铸造时，常用铸铁（HTI150或HT200）制成。铸铁易于切削，抗压性能好，并且有一定的吸振性。但其弹性模量E较小，刚性较差，因为离心机振动较大，故在离心机中比较少使用。当采用钢板焊接来代替铸造时，不但不用模具，简化了毛坯制造，而且由于钢的弹性模量E与切变模量G均较铸铁大40%—70%，因而可以得到重量较轻而刚性较好的油箱和机壳。第四章参数计算4.1活塞推料离心机转鼓的计算4.1.1离心机转鼓壁厚的计算转鼓作为离心机关键的部件之一，一方面，转鼓的结构对离心机的用途、操作、生产能力和功率都具有决定性的影响；另一方面转鼓自身由于高速旋转，势必受到离心力的作用，在离心力的作用下转鼓内会产生很大的工作压力，一旦发生损坏，必然造成极大的危害，例如应力过高引起的“崩裂”，通常会造成严重的人身伤害事故。同样，转鼓的刚度条件也同样重要，若刚度条件不满足，同样也会发生上述事故。因此对离心机的转鼓设计计算的分析研究就举足轻重。转鼓是柱锥形(4-1)(4-2)因此有：(4-3)式中：S,SS—转鼓的厚度和筛网的当量厚度；R—转鼓的内半径；m—筛网质量；K—转鼓内物料填充系数；(4-4)（4-5）式中：ρ0—转鼓壁的密度：ρ0=7.85×103kg/m3ω—旋转角速度；（4-6）式中：ns，nb称为安全因素，大致范围分别是：1.2～2.5，2～3.5取ns，nb分别为：2，3.5σs表示抗拉强度，查国标为620MPaσb表示屈服强度，查国标得310MPa取小的，许应力为[δ]=155MPaα=12º；ρ0=7.85×103kg/m3ρmf=1.5×103kg/m3（4-7）取K=0.3（4-8）（4-9）所以取S=10mm4.1.2转鼓的强度校核转鼓应力：转鼓圆桶部分空转鼓旋转时，鼓壁内的环向应力：（4-10）式中：q—对不开孔转鼓的开孔系数，取q=1ρ1—转鼓材质密度，ρ1=7.85g/cm3R2—转鼓的平均半径，R2=380mm料载荷离心力产生的鼓壁环向应力：（4-11）圆筒部分应力：（4-12）转鼓锥体部分空转鼓旋转时鼓壁内环向应力：物料载荷离心力产生的鼓壁环向应力：（4-13）锥形段,因此转鼓强度满足要求。4.2离心机驱动功率计算4.2.1驱动功率计算本次设计离心机所需要的功率主要包括以下几个方面：（1）启动转鼓等转动部件所需的功率N1；（2）启动物料达到操作转速所需的功率N2；（3）克服支撑轴承摩擦所需功率N3；（4）克服转鼓以及物料与空气摩擦所需功率N4；（5）卸出物料所需功率N5。启动转动部件所需功率转动件加速到角速度ω所需的功为：（4-14）式中Jp——转动部件的转动惯量，。则启动转动体的平均功率为：（4-15）式中，为启动时间。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动能，必须由外界作功，该功为:（4-16）式中:V--转动件线速度，m/s；为转动件绕轴旋转的转动惯量,。启动转动件的平均功率为：（4-17）式中:--启动时间，s；--离心机的角速度，rad/s。转动件的转动惯量，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5-8%即可。主要转动部件的转动惯量计算：第三级转鼓：皮带轮：取其转动惯量为7kg/m2；则总的转动惯量为考虑到还有其他转动部件因此将转动惯量扩大1.08倍取T1=20s，则求得N1=22.5（kw）启动物料达到操作转速所需的功率N2悬浮液物料所消耗的功率为沉渣和分离液所需功率之和（4-18）克服支撑轴承摩擦所需功率N3轴承摩擦消耗功率（4-19）式中：f为轴承摩擦系数，滚动轴承摩擦系数范围为0.001~0.002主轴受到的总载荷为：（4-20）式中：m0—转鼓等转动件与转鼓内物料的总质量，kge—转鼓等转动部件与转鼓内物料的质心对转鼓回转轴线的偏心距，m对于间歇操作沉降离心机和连续过滤离心机e=1×10-3Rm0大约为360kgN机械密封摩擦消耗的功率：（4-21）式中：4.2.2电机的选择电机的容量选用是否合适，关乎到电机的工作性能和经济效益，当容量小于工作要求时，电机不能保证工作装置的正常工作；或则电机长期过载而易损坏；容量过大，则电机价格过高，造成能量利用率低，效率和功率因数都较低，造成不必要的浪费。经过估算N大小区间在（30，37）kW之间，所以选用型号为Y225S-4的三相异步电机，其额定功率为37kW,转速为1480r/min。4.2.3带轮的设计计算选择V带型号确定计算功率，查表得工作情况系数(kW)查表得，选取C型V型带确定带轮直径选取小带轮直径，参考设计情况及表，选取小带轮直径320mm取带轮传动比i=1.04，n2=1500。带轮速度式中：=0.01-0.02代入数据求得：大带轮直径，查表，取大带轮直径为325mm，同样取小带轮直径为320mm（3）确定中心距a和带长所以根据实际设计情况取a0=500（4）验算小带轮包角α1（5）确定V带根数z式中：求得z=6.217，取z=7（6）确认单根V带初张紧力F0，以及作用在轴上的力Fr4.3空心主轴的设计计算4.3.1轴的设计4.3.2轴的强度校核4.4推料轴的设计计算4.4.1轴的设计4.4.2轴的强度校核第五章经济技术分析5.1技术可行性分析本次设计是