管式高速離心機的設計【6張CAD圖紙】【cad高清圖紙和說明書全套】

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摘要 離心機是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機械。 　　離心機主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級。 　離心機大量應用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。 　 中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉甩動陶罐，產生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期應用。 　 　 工業(yè)離心機誕生于歐洲，比如19世紀中葉，先后出現紡織品脫水用的三足式離心機，和制糖廠分離結晶 砂糖用的上懸式離心機。這些最早的離心機都是間歇操作和人工排渣的。 　 　由于卸渣機構的改進，20世紀30年代出現了連續(xù)操作的離心機，間歇操作離心機也因實現了自動控制而得到發(fā)展。 【關鍵詞】 離心機 電機驅動 管式高速 離心沉降 Abstract Centrifugal separation, centrifuge is using liquid and solid particles or liquid and liquid mixture of mechanical components. The centrifuge is mainly used for solid particles and will suspension liquid separated, In the emulsion or two different from each other, the liquid phase dissolved apart from milk (such as isolated cream), It can also be used to eliminate the liquid, such as wet solid with wet clothes washing machine, Special speeding tubular centrifuges are separable different density of the gas mixture, Use different density and particle size of solid particles in the liquid settling velocity different characteristics, but also on the settlement of centrifuge solid particles by density or selecting.and. A centrifuge used in chemical, petroleum, food, pharmaceutical, dressing, coal, water treatment and shipping department. In ancient China, people use rope tied at the end of the clay, the other end of the rope hand, rotate, rotating centrifugal extruded clay POTS of honey, this is the principle of centrifugal separation of early. Born in Europe industrial centrifuge, such as the middle of the 19th century, successively appeared three feet in textile dewatering centrifuge, and billows of the separation of sugar in the floating.the centrifuge. The earliest centrifuge is intermittent operation and artificial slag discharge. Slag discharge due to the improvement of the organization, the 1930s appeared continuous operation of centrifuge, intermittent operation centrifuge for realizes automatic control and development. 【Keywords】 Centrifuge Tulbular High Speed rotating Centrifugal sedimentation 30 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 第1.1節(jié) 前言 1 第1.2節(jié) 管式高速離心機的概述 1 第1.3節(jié) 管式高速離心機的原理 3 第2章離心機技術特點及其技術參數 3 第2.1節(jié) 離心力場的基本特性 3 2.1.1 分離因數Fr 3 2.1.2 沉降速度Vc 4 第2.2節(jié) 分離物料的特性 5 2.2.1 懸浮液特性 5 2.2.2 固體顆粒特性 5 第3章轉鼓的強度計算 6 第3.1節(jié) 高速回轉圓筒的應力和形變 6 3.1.1 鼓壁質量的離心力引起的應力和形變 6 3.1.2 物料離心壓力引起的鼓壁應力和形變 8 第3.2節(jié) 篩網等附件的離心力引起的鼓壁應力和形變 8 第3.3節(jié) 軸對稱邊界載荷作用下的圓筒殼體 9 3.3.1 一般情況 9 3.3.2沿一邊緣受力矩M作用的圓筒 11 第4章 離心機的震動 13 第4.1節(jié) 離心機臨界轉速的計算 13 第4.2節(jié) 影響臨界轉速的其他因素 14 第4.3節(jié) 離心機的減震設計 15 4.3.1隔振原理 15 4.3.2隔振器的選擇 17 第5章管式高速離心機的設計 18 第5.1節(jié) 主要結構及技術參數 19 5.1.1 機械主要部件 19 5.1.2 驅動控制部分 20 第5.2節(jié) 轉鼓的強度計算 21 第5.3節(jié) 減震系統的選擇 23 第5.4節(jié) 離心機主要工作參數的計算 24 第5.5節(jié) 離心機功率計算 26 5.5.1 功率消耗的計算 26 5.5.2 軸功率的計算 27 5.5.3 電機功率的確定 28 第1章 緒論 第1.1節(jié) 前言 　　　　離心機是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機械。 　　離心機主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混合物；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級。 　　離心機大量應用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。 　　中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉甩動陶罐，產生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期應用。 　　工業(yè)離心機誕生于歐洲，比如19世紀中葉，先后出現紡織品脫水用的三足式離心機，和制糖廠分離結晶砂糖用的上懸式離心機。這些最早的離心機都是間歇操作和人工排渣的。 　　由于卸渣機構的改進，20世紀30年代出現了連續(xù)操作的離心機，間歇操作離心機也因實現了自動控制而得到發(fā)展。 第1.2節(jié) 管式高速離心機的概述 ?管式離心機是利用離心力來達到液體與固體顆粒、液體與液體的混合物中各組分分離的機械設備。 ??管式分離機是目前用離心法進行分離的理想設備，主要用于液-固、液-液或液-液-固三相分離，其最小分離顆粒為1微米，特別對一些液固相比重差異小，固體粒徑細、含量低，介質腐蝕性強等物料的提取、濃縮、澄清較為適用。 與其他分離機械相比，具有可以得到高純度的液相和含濕量較低的固相，而且具有連續(xù)運轉、自動控制、操作安全可靠、節(jié)省人力和占地面積小、減輕勞動強度和改善勞動條件等優(yōu)點，已廣泛應用在生物醫(yī)學、中藥制劑、保健食品、飲料、化工等行業(yè)。 第1.3節(jié) 管式高速離心機 第2章離心機技術特點及其技術參數 第2.1節(jié) 離心力場的基本特性 2.1.1 分離因數Fr 離心機在運行過程中產生的離心加速度和重力加速度的比值。稱為該離心機的分離因數。 式中 R——離心機轉鼓半徑，CM ——轉鼓的角速度，1/S N——轉鼓的轉速，r/min (1) 分離因數是離心機分離能力的主要指標，分離因數Fr越大，物料所受的離心機越大，分離效果越好。對于小顆粒，液相黏度大的難分離懸浮液，需要采用分離因數大的離心機加以分離。目前工業(yè)用離心機的分離因數從數百到數十萬。 (2) 分離因數Fr與離心機的轉鼓半徑r成正比，與轉鼓轉速n的平方也成正比。因此提高轉鼓轉速比增大轉鼓半徑對分離因數Fr的影響要大得多。分離因數的極限值取決于轉鼓材料的機械強度。一般告訴離心機的特點是小直徑，高轉速。 2.1.2 沉降速度Vc 根據斯托克斯定律，在Re<0.2是，顆粒在溶液中的沉降速度Vg與下列因素有關。 式中 Vg——顆粒在溶液中的沉降速度。m/s D——顆粒直徑，M ——顆粒密度，Kg/ ——液體密度，Kg/ ——液體粘度，Pa*s G——重力加速度，M/ 以上式子可以看出，顆粒的沉降速度Vg與顆粒的直徑成平方關系，與顆粒與液體的密度差成正比，與液體粘度成反比。 如果在離心力場中，則顆粒的沉降速度為： 在分離過程中，顆粒的沉降速度Vc越大，分離效果就越明顯，斯托克斯定律表明了分離效果與物性參數的基本關系。 第2.2節(jié) 分離物料的特性 2.2.1 懸浮液特性 懸浮液是指液體和懸浮與其中的固體顆粒所組成的系統。根據固體顆粒的大小與濃度可以分為：粗顆粒懸浮液，細顆粒懸浮液，高濃度懸浮液和低濃度懸浮液。固體顆粒的粒度、懸浮液的濃度及濾渣或沉渣的厚度增長率與離心機的處理能力有密切的關系。 懸浮液的粘度取決于液相粘度和懸浮液的濃度。 式中 1——懸浮液的粘度，Pa*s 2——純液相的粘度，Pa*s X—— 懸浮液中所含固體顆粒的體積百分濃度 2.2.2 固體顆粒特性 固體顆粒特性一般指顆粒群中顆粒的主要物理性質，包括顆粒的大小、顆粒的分布、形狀、密度、表面性質等。他們與分離有著密切的關系。 懸浮液與料漿中的固體顆粒，是由許多單個顆粒和聚集在一起的顆粒團組成的混合體。顆粒的大小和幾何形狀與周圍液體表面間相互作用有關，顆粒越小，表面積越大，固液間的表面效應就越顯著。 有些顆粒由于結晶力或分子間的吸引力很強，顆粒與液體有明顯的界面，因此分離容易，如金屬粉末、沙粒及某些結晶鹽。有些顆粒如硅酸鹽、粘土、氫氧化鋁、氫氧化鐵，顆粒與液體沒有明顯的界面，分離叫困難。 顆?？煞譃閳杂不蜍洿鄡煞N類型，堅硬的顆粒比較穩(wěn)定，軟脆的顆粒在輸送、攪拌、混合、凝聚的過程中可能會引起破碎而降低顆粒度，從而影響固液分離效果。 第3章轉鼓的強度計算 離心機轉鼓是一個每分鐘轉動數百次至數萬次以上的高強度回轉殼體。高速回轉時，在離心的作用下轉鼓壁內主要產生很大的應力，這些應力是由于高速回轉時，鼓壁金屬的自身質量產生的離心力，及在轉鼓內壁上所附著的篩網、物料和液體層所產生的離心力都作用在鼓壁上，是轉鼓壁上產生相應的應力。因此，轉鼓的強度計算必須要同時考慮這幾部分所產生的應力。 離心機的轉鼓是一個組合部件。由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成。 第3.1節(jié) 高速回轉圓筒的應力和形變 3.1.1 鼓壁質量的離心力引起的應力和形變 高速回轉的圓筒型轉鼓，鼓壁金屬本身質量所產生的離心力對圓筒型鼓壁的作用，就像薄壁圓筒承受內壓一樣。但是由于鼓壁質量產生的離心力，其方向是離開回轉軸而延回轉半徑方向向外的。因此它在軸線方向沒有分量，故鼓壁金屬自身質量產生的離心力，不可能在鼓壁內產生經線方向的應力，而只產生周向應力?？捎孟铝欣绽狗匠踢M行計算。 式中 R1——第一曲率半徑，在同轉圓筒中R1= R2——第二曲率半徑，等于圓筒壁的平均半徑R F ——圓筒壁所受外載荷，這里是離心力在筒壁法線方向的分量P1， ＆——圓筒壁的壁厚 因此，有拉普拉斯方程可得周向心力 式中 ——圓筒壁金屬材料的重量 ——圓筒的回轉角速度 R——筒體的內半徑 由上式可知，鼓壁自身重量離心力在壁內產生的周向應力與鼓壁厚度無關。而與鼓壁的重量和圓周速度的平方成正比。因此，增加鼓壁的厚度并不能降低自身質量離心力引起的應力。所以，對于一定尺寸的轉鼓，尺寸也有一定限制。離心機轉鼓的許可最大圓周角速度的大小，取決于轉鼓材料的重度和需用拉應力。 式中 g——重力加速度 ——筒體材料的許用應力 由于超高速的離心機轉鼓，要選用強度高而重量小的材料。應力確定之后，可以根據胡可定律計算圓筒半徑的位移。 式中 E——筒體材料的彈性模量。 ——筒體材料的泊桑系數 因為筒體半徑位移是均勻的，所以筒體經線彎曲轉角。 對于開孔的圓筒壁，計算應力和形變時要考慮開孔對筒壁材料重度及剛度的影響。根據對薄壁均與開孔筒體的實驗研究得出：當開孔率不很大時，孔的分布形式對筒體的剛度沒有影響，筒體的剛度基本上取決于圓筒的開孔率。 3.1.2 物料離心壓力引起的鼓壁應力和形變 圓筒中的流體物料在高速回轉下所產生的離心壓力為： 式中 ——圓筒中流體物料的重量 ——流體層中任意處半徑 R——圓筒體回轉時流體的自由表面半徑 由上式可見，物料層產生的離心壓力隨半徑的變化而變化，在同一直徑上其值相等，在筒壁上其值最大： 式中 R——筒體的內半徑 第3.2節(jié) 篩網等附件的離心力引起的鼓壁應力和形變 裝在轉鼓中的篩網等附件高速回轉時產生的離心力作用在轉鼓內壁上，相當于轉鼓受到內壓力，使鼓壁產生應力和形變。 如果篩網等附件的回轉半徑為R，當量厚度為，材料的重量為，篩網的高度為H，當篩網等附件與轉鼓一起回轉時，作用在鼓壁單位面積的離心壓力為： 半徑位移為： 經線彎曲轉角： 第3.3節(jié) 軸對稱邊界載荷作用下的圓筒殼體 作用在殼體邊緣的力P和力矩M只在筒體長度很短的范圍內才有影響。一般在筒體長度時，作用在圓筒一個邊緣上的邊緣力和邊緣力矩對圓筒的另一個邊緣才有影響。這樣的圓筒稱為短圓筒。如果7時，=2.5。 彈簧的自由高度H為： 式中 h——彈簧的節(jié)距，一般為D/2到D/3 ——彈簧最大壓縮量 ——實際載荷下彈簧的間隙 彈簧螺旋線升角為： 鋼絲的展開長度L為 為了降低彈簧的高度，可采用同心組合彈簧。為使內外圈彈簧有相同的變形量，應使向外彈簧的剛度比等于內外圈所承受的載荷比。同時使相鄰量彈簧的饒向相反。 第5章管式高速離心機的設計 管式高速離心機離心機結構上的重要特征是:轉鼓懸掛支承在基座的三根支柱上。具有以下優(yōu)點： （1） 對物料的適應性強 （2） 結構簡單，制造方便，成本低，操作容易。 （3） 彈性懸掛支承結構，機器運轉平穩(wěn)。 （4） 高速回轉集中在可封閉的殼體中。 第5.1節(jié) 主要結構及技術參數 管式高速離心機主要包括機身，傳動裝置，轉鼓，集液盤，進液軸承幾個部分。 技術規(guī)格 轉鼓直徑 800 毫米 轉鼓轉速 1200轉/分 轉鼓高度 400 毫米 分離因數 640 容量 90 升 電機功率 5.5KW 裝料限度 135 公斤 電機轉速 1440轉/分 外形尺寸 1700X1300X1010毫米 重量 879公斤 5.1.1 機械主要部件 （1）轉鼓部件 它是離心機的關鍵部件。由多孔的筒體、擋液板、轉鼓底、加強箍及底箍鎦焊而成。除轉鼓底為鑄件包襯不銹鋼襯層外，其余均由不銹鋼材質制造。轉鼓底與主軸是靠錐面及鍵來聯接成一體。轉鼓用于直接分離被處理的物料。 (2) 主軸部件 鑄鐵軸承座固定在底盤中部以支撐主軸。主軸部分與底盤裝在一起形成撓性結構。在運轉中整個底盤可在三個立柱上作一定的擺動，使主軸旋轉中心自然的趨向重力軸線。 轉鼓安裝在主軸上，用大螺母鎖緊。轉鼓旋轉方向為逆時針，大螺母螺紋為右旋，主軸下端裝有皮帶輪。 (3) 機殼部件 機殼用鋼板焊接而成。由鉤頭螺釘通過下端的法蘭盤把機殼固定在底盤上。法蘭盤與底盤之間墊有一軟聚氯乙烯圓環(huán)，起密封消震作用。 (4) 基座部件 在三角形的基座上固定三個立柱。立柱內裝吊桿，吊桿下端吊著底盤。吊桿兩端連接處裝有球面墊，球面墊之間裝有彈簧，起減震作用。 (5) 底盤部件 主要由底盤，防腐層等部件組成。底盤上有互成120度的三個耳子與機座部件的三個立柱裝配在一起。此部件是收集和排除濾液之用。 5.1.2 驅動控制部分 這是機器的動力部分。主要包括電機與皮帶輪，兩者由鍵聯接。電機固定在電機座板上，并通過銷軸與環(huán)首螺釘將電機座板與離心機的底盤連在一起。環(huán)首螺釘可用來調節(jié)三角膠帶松緊。整個系統采用反接制動，由速度繼電器控制斷電。 工作原理如下： 按下SB2，KM1得電，電機正常運轉，此時速度繼電器BV的動合觸頭閉合，為反接制動作好準備；按下SB1，KM1失電后KM2通電，使電機定子繞組經電阻R后與反相序的電源接通，反接制動開始；由于電機與速度繼電器轉子是同軸聯接的，當電動機轉速高于120r/min時，速度繼電器動合觸頭BV閉合，反接制動保持；當電動機轉速小于100r/min時，速度繼電器動合觸頭BV斷開，KM2斷電，反接制動結束。 第5.2節(jié) 轉鼓的強度計算 三足式離心機的轉鼓由鼓底、鼓壁和擋液板組成，在轉鼓的內側襯有支承濾布的金屬網，以便于排液。 圓筒中的流體物料在高速回轉下所產生的離心壓力為： 式中 ——圓筒中流體物料的重量 ——流體層中任意處半徑 R——圓筒體回轉時流體的自由表面半徑 由上式可見，物料層產生的離心壓力隨半徑的變化而變化，在同一直徑上其值相等，在筒壁上其值最大： 式中 R——筒體的內半徑 帶入數據 P= 圓筒體所受載荷為： N=758N 轉鼓壁的厚度為：5mm 轉鼓壁的徑向應力和周向總應力分別為： 按第三強度理論：。在離心機轉鼓中周向總應力，最大其次是徑向總應力，最小者為徑向應力，其值等于零。因此，圓筒型離心機轉鼓壁的強度條件為： 轉鼓壁的厚度為： 式中： R——轉鼓的內半徑 K——轉鼓中物料的填充系數 ——焊縫的強度系數 ——轉鼓材料的許用應力 所以 經過校核，所設計的轉鼓符合設計標準。 第5.3節(jié) 減震系統的選擇 離心機的臨界轉速為： 其中 選擇三個彈簧 鋼絲的直徑為： 彈簧的工作圈數為： 彈簧的自由高度H為： 彈簧螺旋線升角為： 鋼絲的展開長度L為 所以經過計算彈簧的基本參數為： 基本參數 總圈數 15 有效圈數 13 自由長度 240 工作長度 222 展開長度 2262 旋向 右 第5.4節(jié) 離心機主要工作參數的計算 1 容量參數 設計轉鼓直徑800mm，轉鼓高度400mm，設計容量為： V=90L 裝料限度135KG。 濾餅中殘留液量和甩干時間的關系為： 式中 ——濾餅在極長時間旋轉后不再有液體滲出，也不發(fā)生空氣干燥。這個條件下測的的最低含液量，以液體體積/固體體積之比表示。 Fr——分離因數 ——液體密度 K——比例常數 式中 S——從自由液面與濾餅表面重合時計算，經甩干時間以后，濾餅內所含液體體積/固體體積之比值。 ——比例常數 ——液體粘度 R2、R3——分別為轉鼓內半徑和濾餅表面半徑 D——固體顆粒的斯托克斯當量直徑。 所以離心過濾速率為： 式中 V——濾液容積 T——時間 R1、R2、R3——分別為液層液面、濾渣層表面和轉鼓內壁處半徑 H——轉鼓圓柱部分高度 K——固有滲透率 ——液體密度與重力加速度乘積 ——轉鼓角速度 G——重力加速度 離心過濾的時間： 比重計算為1.5.對含0.05mm以上的固體顆粒的懸浮液及纖維狀物料可進行理想的固液分離及脫水，所得固相物含濕量可以很低，達1%-5%，一般循環(huán)不少于15分鐘。因此，本機器適用于化工、輕工、食品、制藥等行業(yè)。 第5.5節(jié) 離心機功率計算 5.5.1 功率消耗的計算 （1） 啟動轉鼓及其他回轉件消耗的功率 離心機啟動的時候，克服轉鼓的慣性力所需的功率： 式中 G——轉鼓重量 ——啟動時間 （2） 加入轉鼓內的物料達到工作轉速消耗的功率 懸浮液所消耗的功率N2為濾渣和濾液所需功率之和 式中 G1——每次加料所得的濕濾渣的重量 H1——轉鼓內濾渣層的寬度 G2——每次加料所得的濾液的重量 Tj——每次加料的時間 R3——濾液排出口位置的半徑 （3） 軸承摩擦消耗的功率 式中 f——軸承的摩擦系數 D1、D2——軸徑的直徑 P1、P2——受靜載荷與動載荷作用的離心機主軸承上的在河力 設轉鼓和其中物料層的重心對轉鼓回轉軸線的偏移為E，相應產生的離心力為： 主軸承受到的總載荷力為： （4） 機械密封摩擦消耗的功率 式中 ——摩擦副窄環(huán)端面內直徑 ——摩擦副窄環(huán)端面寬度 ——密閉端面的摩擦系數 ——密封端面比壓力 ——動環(huán)的線速度 （5） 轉鼓及物料層與空氣摩擦消耗的功率 轉鼓外表面及轉鼓內物料層內表面與空氣摩擦消耗的功率： 式中 ——空氣的重量 5.5.2 軸功率的計算 動階段消耗的總功率(N é ) 為 　　N é = N 1+ N 2+ N 3+ N 4　　kW (1) 式中　N 1—啟動空轉鼓從靜止到達工作狀態(tài)所需的功率, kW; 　　N 2—啟動物料到達工作狀態(tài)(亦即克服物料慣性) 所需的功率, kW; 　　N 3—克服軸與軸承摩擦所需的功率,kW; 　　N 4—克服轉鼓、物料與周圍空氣摩擦所需的功率, kW。若物料在轉鼓啟動后加入, 則式(1) 中無N 2項。 全速運轉階段消耗的總功率(N ê ) 為 　　N ê = N 2+ N 3+ N 4　　kW (2) 對于啟動時間短、啟動頻繁的離心機, 一般情況下啟動階段功率大于運轉階段功率, 因此啟動階段消耗的總功率是選擇這類離心機電機的主要依據。 5.5.3 電機功率的確定 當轉鼓轉速高于電機轉速（增速轉動），計算功率消耗時，轉鼓等主要回轉件及物料的轉動慣量應換算為在電機轉速下的當量轉動慣量。 式中 ——電機轉速 計算啟動轉鼓等主要回轉件及物料的功率消耗時，計算值均應增大倍。 根據離心機的軸功率確定電機功率時，應考慮傳動系統的效率，并加一安全裕量 傳動系統消耗的功率： 式中 ——傳動系統的效率 考慮各因素后，離心機配用電機的功率應為： 式中 ——安全裕量的系數 當時 =1.15 當時 =1.10 所以經過計算，電機功率為5.5KW，經過查表，可以選擇Y132S-4型。 第6.2節(jié) 電動機功率計算 6.2.2 電動機功率的確定 電動機的功率按下式計算 （2－17） 式中 故 查《運輸機械設計選用手冊（上）》表2－77，可選用一臺6kw的電動機 參考文獻 1 Kosko B. 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