LW250-850差動臥式螺旋離心機設(shè)計

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摘要編 號本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ）題目： LW250-850 差動臥式螺旋離心機 摘 要本課題根據(jù)污水處理特點的要求設(shè)計臥式螺旋離心機。與其他離心機相比，臥式螺旋離心機具有諸多優(yōu)點：1.自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運轉(zhuǎn)，維修方便 2.應(yīng)用范圍廣，可用于固相脫水，液相澄清，分離固相中度比液相輕的懸浮液和液-液-固分離 3.對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好 4.結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封 5.單機生產(chǎn)能力大，占地面積小。 根據(jù)轉(zhuǎn)鼓的直徑和長度設(shè)計主要的技術(shù)參數(shù)，離心機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括轉(zhuǎn)鼓、轉(zhuǎn)子、傳動部件、軸承、主軸等。在受力分析的基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)鼓強度、軸承壽命的校核。對生產(chǎn)能力、排渣能力進行驗算，通過計算離心機的能耗，確定主電機。最后，通過樣機試制和工業(yè)試驗對本設(shè)計進行驗證。型式試驗結(jié)果表明，樣機的機械性能達到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：臥式螺旋離心機；差動；設(shè)計計算；LW250-850 AbstractAbstractThe 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;目錄i目 錄第一章 緒論 11.1 離心機的分類 .11.2 離心機的應(yīng)用及其發(fā)展狀況 .21.3 臥式螺旋離心機的概況 31.4 臥螺離心機的主要優(yōu)缺點 4第二章 差動螺旋離心機簡介 .52.1 離心機的工作原理 52.2 離心機的結(jié)構(gòu)特點 62.3 離心機的選材 .7第三章 LW250-850 差動螺旋離心機的設(shè)計 .93.1 離心機主要參數(shù)的確定 93.1.1 長徑比 ?的確定 .93.1.2 轉(zhuǎn)鼓半錐角的確定 93.1.3 液池深度的確定 93.1.4 轉(zhuǎn)鼓相關(guān)尺寸的確定 93.1.5 螺旋螺距的確定 .103.1.6 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和分離因素的確定 103.1.7 螺旋外徑 D?的確定 .103.1.8 總結(jié) .113.2 離心機整體方案的設(shè)計 .113.2.1 離心機的總體方案 .113.2.2 差速器的結(jié)構(gòu)與選擇 .113.2.3 轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)形式 123.2.4 螺旋輸送器結(jié)構(gòu)形式 .133.3 功率的計算 .133.3.1 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率的計算 .133.3.2 使物料達到操作轉(zhuǎn)速所需功率 2N的計算 .143.3.3 克服轉(zhuǎn)鼓、物料與空氣摩擦所需功率 3的計算 153.3.4 卸出物料所需功率 4的計算 153.3.5 電機的選用 16目錄3.4 皮帶輪的相關(guān)設(shè)計計算 163.5 轉(zhuǎn)鼓強度校核計算 .173.5.1 接觸物料部件材料的選擇 173.5.2 許用應(yīng)力的確定 .183.5.3 轉(zhuǎn)鼓強度校核計算 .183.5.4 軸承校核計算 193.6 離心機生產(chǎn)能力的計算 .213.6.1 當量沉降面積 ?值的確定 213.6.2 分離效率系數(shù) 213.6.3 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度 gV21第四章 機器的安裝 23第五章 機器的調(diào)試與使用 25第六章 機器的維護與保養(yǎng) 27第七章 離心機常見故障和處理方法 .29參考文獻 31致 謝.33LW250-850 差動臥式螺旋離心機1第一章 緒論1.1 離心機的分類離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機種可區(qū)分為過濾式離心機和沉降式離心機。離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。離心沉降過程也可分為兩個物理階段：固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。圖 1-1 離心機的分類江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1.2 離心機的應(yīng)用及其發(fā)展狀況離心分離是利用離心力對液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進行分離的過程。實現(xiàn)離心分離操作的機械稱為離心機。離心機和其它分離機械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動強度、改善勞動條件，具有連續(xù)運轉(zhuǎn)、自動遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點。因此，自 1836 年第一臺工業(yè)用三足式離心機在德國問世，迄今一百多年以來己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機品種繁多，各有特色，并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用機種越來越多?，F(xiàn)在，離心機己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個領(lǐng)域。例如:濕法采煤中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤滑油、燃料油的提純等都使用離心機。離心機己成為國民經(jīng)濟各個部門廣泛應(yīng)用的一種通用機械。離心機基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級等工藝過程，它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來的。例如:18 世紀產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836 年出現(xiàn)了棉布脫水機。1877 年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機。進入 20 世紀之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當作燃料油使用，50 年代研制成功了自動排渣的碟式活塞排渣分離機，到 60 年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護、三廢治理發(fā)展的需要，對于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥式螺旋卸料沉降離心機、碟式分離機和三足式下部卸料沉降離心機有了進一步的發(fā)展，特別是臥式螺旋卸料沉降離心機的發(fā)展尤為迅速。離心機的結(jié)構(gòu)、品種機器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速，但理論研究落后于實踐是個長期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識，主要還是用來說明試驗的結(jié)果，而在預(yù)測機器的性能、選型以及設(shè)計計算，往往仍要憑借經(jīng)驗或試驗。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固一液分離技術(shù)越來越受到重視，離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀我國離心分離行業(yè)尚屬正在發(fā)展中,總體水平不高。隨著社會進步,人們對環(huán)保、能源以及裝備對品質(zhì)的影響有了新的認識。同時,通過國外技術(shù)交流和合作以及成套項目的引進、消化與吸收,促進了我國離心分離技術(shù)的迅速發(fā)展,主要體現(xiàn)在:(1)已基本形成了一個科研、設(shè)計和制造的體系。(2)成立了分離領(lǐng)域的學(xué)術(shù)組織。(3)在基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面進行了研究。(4)自控技術(shù)與ＣＡＤ技術(shù)的應(yīng)用。LW250-850 差動臥式螺旋離心機3(5)各種相關(guān)標準的制訂。(6)同國外著名離心機廠商的技術(shù)合作。主要差距盡管我國的離心分離設(shè)備有了很大進展,但從整體而言,與世界先進國家相比,差距甚大。主要表現(xiàn)在:(1)規(guī)格、品種少,系列化程度差。(2)技術(shù)參數(shù)低。(3)產(chǎn)品進展緩慢。1.3 臥式螺旋離心機的概況螺旋卸料沉降式離心機是高速運轉(zhuǎn)，連續(xù)進料、分離分級、螺旋推進器卸料的離心機，螺旋卸料沉降式離心機分立式螺旋卸料沉降式離心機和臥式螺旋卸料沉降式離心機，本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機。該離心機已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來分離懸浮液，能連續(xù)操作、處理量大、無濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強、維修方便、能長期運轉(zhuǎn)。 最初的臥式螺旋卸料離心機是由兩對開式齒輪傳動獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速，以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實用價值的第一臺螺旋離心機首次使用了二級行星齒輪差速器。臥螺離心機出現(xiàn)后，由于具有突出的優(yōu)點而得到了迅速的發(fā)展。 螺旋卸料沉降式離心機是國際上五十年代發(fā)明的機械，七十年代，我國開始引進。國產(chǎn)化一些機型成為原化工部七五科技攻關(guān)項目。八十年代我國就開始測繪，己測繪德國 FIOTTWE 公司、美國 SHAPLESS 公司、法國 GUNIARD 公司、瑞典 ALAF—Laval 公司等國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機，并進行仿制，國家當時在全國組織 6 個生產(chǎn)廠家進行仿制生產(chǎn)。現(xiàn)國內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機有 WL200，WL350，WL 450，WL600，WL800，DLW430，L W350，LW400，LW500，LW620 等。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，各行業(yè)對高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當前各種類型的離心機品種繁多，各具特色，并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機由于能夠連續(xù)出料，生產(chǎn)能力大，對物料的適應(yīng)性強，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少等特點，因此應(yīng)用越來越廣泛。目前其發(fā)展速度很快，但從總的趨勢看：1、為了提高單機生產(chǎn)能力，采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑，增加長徑比的方法，如GUNIARD 公司的 D 型螺旋卸料沉降式離心機，轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為 1500mm，長徑比為 4.7。2、為了分離固相顆粒比較細，粘度大的懸浮液，采取提高轉(zhuǎn)速度方法，如阿法拉法公司生產(chǎn)的 4500 離心機，轉(zhuǎn)鼓直徑 310mm，轉(zhuǎn)速達 7600/min，這樣高的轉(zhuǎn)速，目前我國還不能達到。3、目前國外離心機正朝著機電一體化方向發(fā)展，己實現(xiàn)在離心機上對分離物料的自動檢測與調(diào)節(jié)，機械性能自動保護，振動的隨機檢測和自動報警，過載保護分離反饋等。江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文我國目前已開始注意機電一體化的研究與應(yīng)用，但在離心機方面也只是剛剛起步。4、適應(yīng)不同物料及工況的需要，目前國內(nèi)外離心機制造廠又推出來許多不同型號的防爆型離心機，用于易燃易爆場合的物料分離。1.4 臥螺離心機的主要優(yōu)缺點主要優(yōu)點：1、自動、連續(xù)操作，無濾網(wǎng)和濾布，能長期運轉(zhuǎn)，維修方便。2、應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程：（1）固相脫水：對易分離物料，其脫水效果與過濾式離心機一樣好。對含有可壓縮固相的懸浮液，在過濾離心機上分離效果很差，甚至無法分離；用臥螺離心機能完成此分離過程。（2）液相澄清：它對液相的澄清效果雖然不如分離機，但是可獲得比分離機干得多的沉渣，而允許的懸浮液固相濃度比分離機高的多。（3）可分離固相重度比液相輕的懸浮液：通常這種物料是用過濾式離心機來分離的，但是當固相是可壓縮的物料或濾布清洗、再生有困難時，只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進的臥螺離心機進行分離。（4）液—液—固分離：固相含量大于 14%的液—液—固混合物，在碟式分離機上就難以分離。一般分離這種物料要先進行液—固分離，再進行液—液分離。然而，用臥螺離心機可以直接把固相和輕、重液相一次分離。（5）粒度分級：通過臥螺離心機可以將固相按顆粒大小進行分級。3、對物料的適應(yīng)性較大，能分離的固相粒度范圍較廣，并且在顆粒大小不均勻的條件下，能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離，濃度的波動不影響分離的效果。4、結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封，某些機型能在高壓和低溫條件下操作。5、單機生產(chǎn)能力大(當量沉降面積可達 10000 平方米，生產(chǎn)能力可達 190 立方米每小時)，分離質(zhì)量比較高，操作費用的，占地面積小。主要缺點：1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機稍高，大致與真空過濾機相等。2、沉渣的洗滌效果不好。3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。LW250-850 差動臥式螺旋離心機5第二章 差動螺旋離心機簡介2.1 離心機的工作原理圖 2-1 臥式螺旋離心機的原理圖工作原理是這樣的，在機殼內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進器由兩個同心軸承相連接，主電動機通過三角皮帶輪帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓通過左軸承處的空心軸與行星差速器的外殼相連接，行星差速器的輸出軸帶動螺旋推進器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)速不一樣。若以 表????示轉(zhuǎn)鼓的絕對轉(zhuǎn)速，以 表示螺旋推進器的絕對轉(zhuǎn)速，表示二者的差轉(zhuǎn)速，若螺旋推進????器超前轉(zhuǎn)鼓即為正差轉(zhuǎn)速，反之為負差轉(zhuǎn)速。工程上常用轉(zhuǎn)差率來表示，一般=0.2-3%，采用正轉(zhuǎn)差率，物料所獲得的離心慣性力為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與差轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的離心慣性力之和，有利于沉降分離，而采用負轉(zhuǎn)差率時，有利于沉渣的輸送，而且可以減少由減速器傳送的功率，本課題的臥螺沉降式離心機是采用的正差轉(zhuǎn)速右旋。懸浮液從右端的中心加料管連續(xù)送人機內(nèi)，經(jīng)過螺旋推進器內(nèi)筒加料隔倉的進料孔進到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成以環(huán)形液池，重相固體顆粒離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對運動，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端，送出液面并從排渣孔甩出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開設(shè)有若干溢流口，澄清液便從此處流出。通過調(diào)節(jié)溢流擋板溢流口的位置、機器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進器的差速、進料速度，就可以改變沉渣的含濕量和澄清液的含固量。當過載或螺旋推進器意外卡住時，保護裝置能自動斷塊主電動機的電源，停止進料，防止意外事故的發(fā)生，確保安全。被分離的懸浮液通過進料管連續(xù)進入螺旋輸送器的加料倉，物料在螺旋輸送器的加料倉內(nèi)得到加速，懸浮液經(jīng)螺旋輸送器進料口迅速進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，利用懸浮液中固液相的密度差，在離心力場作用下，固相顆粒迅速沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣，由于轉(zhuǎn)鼓和螺旋江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文之間存在一定的轉(zhuǎn)速差，這樣沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的物料由螺旋輸送器將其推到轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口排除機外，被澄清的分離液沿螺旋葉片通道經(jīng)轉(zhuǎn)鼓大端溢流口排除機外，這樣就實現(xiàn)了固液的分離。2.2 離心機的結(jié)構(gòu)特點螺旋離心機的固液分離是以離心沉降為基礎(chǔ)的，因此轉(zhuǎn)速較高。螺旋離心機主要部件包括轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、差速器及支承裝置、傳動裝置等幾部分。一、 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓是螺旋離心機的關(guān)鍵部件之一。按照轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)形式，有全錐形、柱-錐形和雙錐形。轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定了螺旋離心機的特點和分離操作效果。轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑 D、沉降區(qū)長度 和脫水區(qū)長度 組成了工作長度 L、分離因素和轉(zhuǎn)速這些參數(shù)直接影響其懸浮1L2L液處理能力和輸渣能力。柱-錐形轉(zhuǎn)鼓能大大增加液池的容量，從而提高澄清效果。轉(zhuǎn)鼓部件主要由轉(zhuǎn)鼓體、大端軸頸和小端軸頸組成。圖 2-2 轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖二、 螺旋輸送器螺旋輸送器是利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓間的轉(zhuǎn)速差將沉降在轉(zhuǎn)鼓壁的沉渣輸送到轉(zhuǎn)鼓的排渣口排出，主要由大端軸頸、螺旋筒體和小端軸頸組成，如圖所示：圖 2-3 螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)LW250-850 差動臥式螺旋離心機7三、 差速器差速器是螺旋離心機上不可缺少的最精密又最復(fù)雜的核心部件，其作用是使螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間形成一個微小的轉(zhuǎn)速差。差速器的可靠性直接影響螺旋離心機整機的工作能力和可靠性。差速器種類很多，本次設(shè)計選用漸開線齒輪行星差速器。四、 支承裝置支承裝置包括機座、軸承座等，軸承座支承傳動部件，并安裝在機座上。2.3 離心機的選材材料的強度性體現(xiàn)在離心機的轉(zhuǎn)速上，它也直接對體積流量和質(zhì)量流量產(chǎn)生影響，此外離心機的腐蝕也與其材料結(jié)構(gòu)有關(guān)。轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器通常用不銹鋼鑄造和焊接，或用高強度的不銹鋼和鈦鋼制造，也可用玻璃鋼制造。目前國內(nèi)外設(shè)備中，主要部件都采用不銹鋼制造，尤其是轉(zhuǎn)鼓與螺旋部分全部采用不銹鋼，只有少數(shù)國外廠家可針對不同的處理對象及介質(zhì)的要求，采用合適的材質(zhì)。如對于污水處理和無腐蝕性場合，采用高強度碳鋼防腐。在外殼方面盡量考慮節(jié)省材料，降低成本，如采用玻璃鋼外殼。差速器齒輪及行星齒輪軸多采用 18CrMnTi 合金圓鋼等經(jīng)滲碳處理制成。