自同步立式振动离心机设计
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英文原文:Manual M212 CentrifugeSince 1992 US Centrifuge has established itself as an innovative leader in centrifugal liquid / solid filtration technology. The US Centrifuge Model M212 manually cleaned centrifuge is designed for a wide variety of tough processes and demanding liquid / solid separation / filtration applications where the specific gravity of the suspended solids are greater than that of the liquid. The proven design and highly efficient operation separates small micron solids from a liquid medium for the recovery of valuable solids or recycling of industrial fluids.The Model M212 centrifuge is designed and built for safe, quiet, operation and years of reliable use in the most demanding applications while requiring relatively no day-to-day maintenance other than routine clean-out. The machines are American made and all engineering, manufacturing, service, and sales activities are located under one roof in Indianapolis for the convenience of our customers.Available Machine Options Include:1、Stainless steel centrifuge-bowl assembly 2、Stainless bowl-liner 3、Complete stainless steel machine frames 4、Self-draining centrifuge-bowl / bowl-liner 5、Integrated air-powered feed pump 6、Integrated progressive cavity feed pump 7、Integrated motor stop / start station 8、PLC Timer and VFD motor control panel 9、Lid latch safety inter-lock 10、28” tall machine stand with locking balloon cushion casters 11、Complete XP version machines 12、Fully customized process systems Model M212 Machine SpecificationsMaximum G-force 1,500 x gravitySeparating capacity 1 to 15-gpmSolids holding capacity Up to 1.0 gallonRequired inlet pressure 10-psi 10-gpmLiquid inlet fitting 1” NPTLiquid discharge fitting 3” NPTLiquid discharge pressure Gravity returnMaxiumum temperature 160FStandard configuration 6 to 9 pH316L Stainless configuration 2 to 14 pHNoise level 72 dB (A) per 8 hoursDrive motor 2.0 HP 220/440 voltDimensions 38”L x 16.5W x 36”HWeight 400 lbs.The Model M412 manual clean centrifuge features a rugged heavy-duty portable frame design with a hinged enclosure cover. The standard centrifuge-bowl is a hard-anodized precisionmachined aluminum assembly that includes a stainless steel feed-cone and impeller mechanism for maximum separating efficiency. The removable standard bowl-liner is made from a durable 100-mil ABS-plastic and includes a bowl-liner lifting tool for easy removal bowl-liner of the separated sludge cake. Replacement plastic liners are affordably priced making spares an economical solution for faster clean outs and less down time. Spare bowl-lid SHCS and hex-key tool included.How the Manual Clean Unit WorksThe dirty liquid continuously feeds through the ” inlet / feed-tube and into the spinning bowl. The incoming liquid travels under the feed cone and into the bowl chamber where four impeller blades accelerate and maintain the liquid full rotational speed. The liquid then rises vertically up-ward through the bowl. Particles heavier than the liquid separate and move to the perimeter of the centrifuge-bowl depositing on the inside wall of the bowl-liner forming a dense solids cake that becomes relatively moisture free under accelerated gravitational force. The clarified liquid exits through the center hole in the bowl-lid and into the bowlenclosure where it collects and drains out through the 3” outlet fitting. Separates particles as small as 5-microns.After an elapsed time period of process time the bowl-liner reaches it solids holding capacity and the machine is turned off coasting to a stop. The hinged enclosure cover is unlatched and opened. The bowl-lid is removed from the bowl-bottom after unscrewing the four SHCS using the provided hex-key tool. Using the provided bowl-liner lifting tool, the liner is removed from the bowl- bottom. The solids are then scrapped from the bowl-liner, which is then cleaned out and put back into the unit to resume operation.Model M212 Machine Advantages:The M412 manual clean centrifuge offers advantages not found on competitive manual clean units:1、Rugged frame and integrated centrifuge-bowl enclosure manufactured from ” thick plate steel for added durability and longer working life.2、Hinged centrifuge-bowl enclosure lid secured by hand wheel clamps during operation also make opening the unit to access the centrifuge-bowl for cleaning quick and easy.3、The spindle and centrifuge-bowl feature a tapered fit for smooth operation.4、The spindle bearing-housing and centrifuge-bowl assembly is easily and quickly removed from the machine frame as one unit for convenient and simplified maintenance when bearing replacement is necessary.5、Standard hard-anodized aluminum centrifuge-bowl surface finish for added durability and corrosion resistant6、Centrifuge bowls include a stainless steel feed cone and impeller assembly for improved separation efficiency.7、Easy to remove bowl-liners and included liner lifting tool make centrifuge-bowl clean outs quick and simple.8、A variety of standard options and system accessories allow a customer to tailor a machine for their specific application and / or facility requirements all competitively priced.Use as a portable unit to serve multiple fluid reservoirs or permanently locate the machine to serve a single dedicated fluid reservoir. The M212 can also be supplied as part of a complete pre-engineered system customized to suit a specific application and / or customer facility requirements. A variety of tanks, pumps, valves, piping, machine platforms, and system controls are available.The standard machine features a carbon steel powder-coated frame with an aluminum bowl-shell, carbon steel bowl-hub, and Nu-tride surface treated carbon steel plow-assembly. The machine is also available with a complete stainless steel rotating assembly and or all wetted surfaces constructed from 316L stainless steel.The M212 manual clean centrifuge is ideal for fluid clarification / liquid recycling applications where other filtration methods fail. And, the M212 can handle tough, abrasive, sticky, and hard packing materials with minimal wear and tear on the centrifuge. A sample of successful applications include: Solvent Recovery, Carbide cutting oils, Cold heading machine lubrication, Die lube, ECM EDM fluids, Glass and ceramic grinding coolants, Machining coolants, Ophthalmic lense grinding coolants, Parts washing fluids, Phosphate solutions, Quench oils, Screw machine oil, Thread and rolling oils, UF pre-treatment, Used oil clarification, Vibratory finishing, Industrial wastewater, Water wash paint booth, Aluminum and copper wire drawing fluids, and many more.General Application Benefits Include:1、Automatic operation requires minimal time and attention 2、Cleaner working fluids equal improved product quality 3、Extended process liquid, media, and tool life 4、Reduced production equipment downtime for maintenance and clean outs 5、Minimized waste volumes with relatively dry drip free sludge and no consumable filter elements 6、Environmental compliance Like all US Centrifuge equipment, the machines are American made and all engineering, manufacturing, service, and sales activities are located under one roof in Indianapolis for the convenience of our customers. 中文译文M212型人工离心机1992年以来,美国的离心机技术已经确立了它在离心液/固过滤技术领域充当一个创新的领导者。美国离心机的M212型手动清洗离心机是专为在固液混合物中悬浮颗粒重量大于液体重量时实现液固分离或过滤出现的各种各样的棘手的处理和要求而设计的。这种经得住实践考验的设计和它的高效运转能够将微粒级的颗粒从液体中分离出来,有利于贵重颗粒的回收和工业废水的回收利用。M212型离心机的设计和制造是为了在最艰难的应用领域中提高其安全性,减少了噪音,增强了可操作性和延长了可靠使用的寿命,同时要求相关的并非日常维修的例行清洁。机器是美国人制造的,所有工程,制造,服务和销售活动都被指定在印第安纳波利斯的同一地点,这样能够方便我们的顾客。随机配件:1、不锈钢筛篮2、不锈钢托盘3、完整的不锈钢机架 4、自我排水筛篮/托盘5、综合空气动力给水泵 6、综合累进腔进料泵 7、集成电动停止/开始箱8、PLC定时器和vfd电动机控制面板 9、盖闩锁安全跨锁 10、带有锁定气状缓冲垫子的28“的装置11、完整的XP版本装置 12、充分定制的过程系统 M212型手动离心机的特性参数:最大重力 1500G分离能力 1 to 15 加仑/分钟固体容量 可达1.0加仑进气压力 10 psi 10 gpm进液装置 1 NPT排液装置 3” NPT液体排出的压力 1.013MPa最高温度 160F标准配置 6 to 9 pH316L不锈钢配置 2 to 14 pH噪音水平 72 db (A) /8小时 驱动马达 2Hp 220/440 V尺寸 3816.536重量 400磅M212型手动清洗离心机的特点是有一个崎岖不平的手提式框架,这个框架上设计有可装铰链的盖子。标准筛篮是一个硬铝阳极氧化铝装置,它包括一个不锈钢的装料圆锥体和叶轮装置能够获得最好的分离效率。可移动式标准托盘是有一个耐用的100milABS塑料制成,并且它包括一个托盘提升工具,能够很容易的移走分离了污泥块的托盘。塑料衬垫的更换是不太贵的,使得备用零件较经济,清洗更快,减少了停机时间。备用的盖子和六角键工具也包括在内。手动清洗单元的工作过程: 脏的液体不断地进入3/4进料管,然后流到筛网。流入的液体在锥形筛筐中流动,让后流到内腔,在内腔中有四块叶轮片加速并维持液体的全速旋转。然后液体垂直向上地流到接液溜槽中。比液体重的颗粒被分离开流到离心机腔周围,在内壁沉积形成较稠密的固体块,这种固体块在重力加速度的作用下相应的也不再那么潮湿。澄清后的液体流经盖子的中心孔后进入接收的容器,最后在这里收集并通过出口流出。分离的颗粒小达5微米。一段时间后,衬垫收集到容器中的固体颗粒,然后机器就停止了。这个悬挂着的盖子没有设置栓子,是开着的。旋入六角键的四颗SHCS被旋出后,垫子就可从筛底移走。使用垫子提升工具可使垫子也从筛底移走。接着盖子上的固体颗粒被作为废物处理,清洗干净后的垫子重新进入清洗单元重新开始工作。M212型手动离心机的优点:M212型手动离心机所具有的优点不是在具有竞争的手动清洗单元,它们是:1、曲折的框架和用仅1/4个单位厚度的镀钢板制成的完整的离心机附件,提高了设备的疲劳强度,增加了离心机的使用寿命。2、套有铰链的离心机盖子被手轮夹具牢牢地固定,这样在操作过程中使清洗单元打开着而能进入机内,使清洗更快更容易。3、轴和筛篮结构有利于机器的平稳运行。4、轴承座和筛篮的装配非常容易,同时它们作为一个整体单元,从机器上拆除时就较快,这样方便和简化了机器的维修,这对于在轴承需要替换时是非常必要的。5、标准的镀铝使筛篮的表面具有更好的疲劳强度和抗腐蚀能力。6、筛篮包括一个不锈钢进料口和一个螺旋卸料器,提高了机器的分离效率。7、易移走的筛座,由于筛座升降工具的存在,筛篮的清洗变得快速而简便。8、各种标准选项和系统配件,让顾客能够调整以适应其特定的要求和/或设备他们的具体应用和/或设施的要求,所有这些都是具有价格竞争力的。由于便携式模块化的应用,使得它能够为各种各样的液体提供容器或者使机器确定在一个固定的位置,为一种特定的液体提供容器。M212型手动清洗离心机也能作为一个完整的欲处理系统的部分来适应特殊的应用和/或顾客设备的需要。各种坦克,泵,阀,管道,机平台,以及系统控制都是可用的。标准机的特色是带有铝壳、碳钢轮毂和经表面处理的碳钢犁形装置的碳钢粉末涂层框架。机器还提供一个完整的不锈钢旋转装置和用316L不锈钢制造的不需润湿的表面。M212型手动清洗离心机是种用于液体分选或液体回收的理想机械,而这些应用,其它一些分离方法都未能达到。而且它还能够以最小的磨损和油耗处理坚硬的,防腐蚀的,具有粘性的硬质材料。它的一些成功应用的例子包括:溶剂回收,硬质合金切削油,冷镦机润滑,模具润滑,流脑电火花加工液,玻璃和陶瓷磨削冷却剂,冷却剂加工,眼科透镜磨削冷却液,部分冲洗液,磷酸盐的处理,急冷油,螺杆机油,线程和轧制油,超滤治疗,使用石油澄清,振动整理,工业废水,水洗涂料展位,铝和铜拉丝的液体,等等。普通应用优点包括:1、自动操作需要最少的时间和注意力 2、清洁工作流体平等提高了产品质量 3、延长使用中液体,媒介,和工具寿命 4、减少生产设备的停机时间,以便进行维修及清洁奏 5、尽量减少废物量与相对干燥的可自由流动的污泥和没有可消耗的过滤元素 毕业设计(论文)开题报告学 号太原理工大学学生姓名 朱园霞专 业班 级11417417019指导教师姓名校外指导教师姓名职称职称题目名称自同步立式振动离心机设计题目类型设计工程类 装备装置类 产品类 软件类论文自然科学:基础研究类 应用基础研究类 应用研究类社会科学:基础研究类 应用研究类 综合研究类选题依据(目的、意义等): 本设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性环节,是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题,建立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序和方法。通过设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练,获得应用的知识和技术去解决工程实际问题的能力。主要设计(研究)内容:此次所设计的VVC型自同步立式振动离心机适用于细粒煤,中煤的脱水,处理能力为250t/h,产品水分在7.58%之间。该型离心机实现了由自同步激振装置带动振动系统仅在轴向振动的方式,其结构简单,安装和维护方便;各项技术参数选择适宜,运行可靠,对物料量的变化敏感度小;远共振区工作,故障率低;无需专门的润滑油,解决了润滑油泄漏的问题。设计(研究)方案: (1)了解自同步立式振动离心机的结构和基本工作原理和适用范围等, (2)对离心机的设计进行实际的调查研究分析,为以后的计算过程中一些参数的选择做准备。 (3)研究分析现有类似成功案例,针对其设计的结果和本次设计任务进行对比,并确定总体设计方案。 (4)方案经论证确定后,综合机械与电气控制进行技术设计,包括运动学参数、运动学参数的分析计算,CAD二维设计以说明书的整理等。预期目标及工作进度安排:2013. 12.01 2013.12.30 收集整理资料,完成开题报告 2013. 01.01 2013.03.30 收集查阅相关资料,方案论证及装置的结构图2012. 04.01 2012.05.25 绘制装置的装配图、零件图及撰写设计说明书2012. 05.25 2012.05.30 整理毕业设计图纸、说明书2012. 06.01 2012.06.15 准备答辩指导教师意见: 指导教师签名: 年 月 日中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名: 徐利云 学 号:21056353学 院: 应用技术学院 专 业: 机械工程及自动化05-4班 论文题目: 自同步立式振动离心机设计 专 题: 指导教师: 杨寅威 职 称: 副教授 2009 年 6月 徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院 应用技术学院 专业年级 机自05-4班学生姓名 徐利云 任务下达日期:2009年1月11日毕业论文日期:2009年3月25日至2009年6月10日毕业论文题目:自同步立式振动离心机设计毕业论文专题题目:毕业论文主要内容和要求:设计参数:筛篮大端直径:1500mm 入料煤粒度: 80mm料煤水分: 30 产品水分: 7.58筛孔尺寸: 0.5mm 处理能力: 250t/h筛篮回转速度:280r/min 振幅: 23mm振动电机转速:1500r/min 设计要求:1. 参考查阅有关资料,完成离心机总体方案的设计;2. 结合离心机总体方案完成激振器、回转系统、电机、壳体等的配套布置图;3. 完成主要部件、组件、零部件的参数设计;4. 按毕业设计要求编写完成设计说明书。院长签字: 指导教师签字:目 录1 绪论11.1煤脱水的意义11.2煤的性质与脱水效果的关系11.3煤脱水的方式21.4离心机在工业上的应用与分类21.4.1离心机的应用及其发展21.4.2、离心机的分离过程及分类31.5离心机工作原理42 方案确定62.1传统的卧式振动卸料离心机62.1.1传统的卧式振动卸料离心机的结构62.1.2传统卧式振动离心机的主要特性参数82.1.3传统卧式离心机激振器和及特点92.1.4传统卧式振动离心脱水机的优缺点92.2 VC型立式振动离心机的介绍102.3设计方案的确定103 各种工艺参数对离心机工作的影响123.1颗粒在筛篮上的受力分析123.2筛篮的半径和筛面倾角的影响153.3筛篮转速的影响153.4振幅和频率的影响164 离心机运动学和动力学分析174.1物料的运动学分析174.1.1物料的受力分析及运动方程式174.1.2滤渣停留时间的计算194.2振动系统动力学分析234.2.1自同步原理234.2.2振幅分析275 VVC离心机结构分析及其设计315.1 VVC离心机的总体分析315.1.1 VVC离心机的总体结构分析315.1.2 VVC离心机的质量325.2筛篮结构分析及设计325.2.1筛篮的结构分析325.2.2筛篮主要结构参数的确定335.2.3离心机筛篮表面积、离心因数、滤渣层平均高度的计算375.3传动系统及其支承装置的设计395.3.1传动系统及其支承装置的总体结构设计395.3.2回转电机的选型405.3.3 V带传动的设计415.4 激振器的设计425.4.1等效参振质量的计算425.4.2振动电机的选型435.4.3偏心块的设计455.4.4轴承的选择计算495.4.5轴的设计及校核495.5主轴的设计及校核555.6碟形弹簧的设计605.6.1碟形弹簧的介绍605.6.2碟形弹簧的设计625.7主轴轴承的校核645.8橡胶弹簧的设计645.8.1支承橡胶弹簧655.8.2减振橡胶弹簧675.8.3定位橡胶弹簧685.9键的校核696 VVC离心机设计思考与展望726.1对设计中带传动的思考726.2对设计中振动部分的思考726.3对设计中筛篮的思考736.3.1传统筛篮结构的不足736.3.2新型筛篮的特点和工艺措施74结论76参考文献77翻译78英文原文78中文译文:83致谢87太原理工大学本科生毕业设计摘 要煤的水分是评价煤炭经济价值的基本指标。选煤厂的出厂产品必须尽量降低水分。离心脱水机是选煤厂最重要的设备,也是加工精度和技术含量较高的设备。在充分分析和理解传统振动离心机的原理、优缺点后,本设计本着发展民族工业,走自已创新之路的精神,在徐州大陆振动公司专利(专利2607200)的基础上并结合其专利产品DWL-1000单振子卧式振动离心机和CMI公司生产的VC立式振动离心机,设计了此自同步双振子立式振动离心机。本设计克服了VC48、VC56立式离心机结构复杂,维修特别困难等缺点,同时解决了DWL-1000单振子卧式振动离心机在使用中存在的问题,并参考上述传统振动离心机,在设计出VVC自同步立式振动离心机(处理能力为250t/h)。该立式振动离心机,与现有技术相比,在结合传统振动离心机生产效率高,脱水效果好,易于控制优点的同时,简化其结构,使其结构紧凑合理,运转更为可靠,而且不需专门的润滑系统,并设计了专门的方便维修管理的通道,方便了维修,具有广泛的实用性。该立式振动离心机是目前世界上结构最为简单的离心机,造价也最低,最适用于浮选精煤和煤泥的脱水。关键词:离心脱水机; VVC自同步立式振动离心机; 设计; AbstractThe moisture of coal is a basic target of estimating economic value of coal.Factory products of coal washery must drop the moisture of coal to the best of their abilities.The hydro extrator model is the importantest facility of coal washery,is also has more working accuracy and technique content.After plenty analyzing and understanding the principle and merits and faults of tradition oscillation centrifugal machine.My design is in order to develop national industry and in the way of originality innovation.My design bases on the patent mainland libration oscillation company of XuZhou and unites this patent of single shaker horizontal oscillation centrifugal machine ,this patent is DWL-1000,and CMI company products VC vertical oscillation centrifugal machine.My design is self-synchronizing two shakers vertical oscillation centrifugal machine.This design wins through complex framework and difficult service of VC48、VC56 vertical oscillation centrifugal machine and solves this problem in use of DWL-1000 single shaker horizontal oscillation centrifugal machine,and reference tradition oscillation centrifugal machine.This design is VVC self-synchronizing two shakers vertical oscillation centrifugal machine(the ability of dispose is 250t/h).This oscillation centrifugal machine has the advantages of the efficiency of pruduce is high, the effect of desiccation is good,is easy to control,framework is simple and with reason,operation is credibility.It has not expert lube oil system,and design a expert duct for maintenance control,it has practicability.The self-synchronizing two shakers vertical oscillation centrifugal machine is the simplest in framework in the world,the cost is very low.is the same with floating float coal and dehydrating sludge.Keywords: hydro extrator model; VVC self-synchronizing two shakers vertical oscillation centrifugal machine; design目 录1 绪论11.1煤脱水的意义11.2煤的性质与脱水效果的关系11.3煤脱水的方式21.4离心机在工业上的应用与分类21.4.1离心机的应用及其发展21.4.2、离心机的分离过程及分类31.5离心机工作原理42 方案确定62.1传统的卧式振动卸料离心机62.1.1传统的卧式振动卸料离心机的结构62.1.2传统卧式振动离心机的主要特性参数82.1.3传统卧式离心机激振器和及特点92.1.4传统卧式振动离心脱水机的优缺点92.2 VC型立式振动离心机的介绍102.3设计方案的确定103 各种工艺参数对离心机工作的影响123.1颗粒在筛篮上的受力分析123.2筛篮的半径和筛面倾角的影响153.3筛篮转速的影响153.4振幅和频率的影响164 离心机运动学和动力学分析174.1物料的运动学分析174.1.1物料的受力分析及运动方程式174.1.2滤渣停留时间的计算194.2振动系统动力学分析234.2.1自同步原理234.2.2振幅分析275 VVC离心机结构分析及其设计315.1 VVC离心机的总体分析315.1.1 VVC离心机的总体结构分析315.1.2 VVC离心机的质量325.2筛篮结构分析及设计325.2.1筛篮的结构分析325.2.2筛篮主要结构参数的确定335.2.3离心机筛篮表面积、离心因数、滤渣层平均高度的计算375.3传动系统及其支承装置的设计395.3.1传动系统及其支承装置的总体结构设计395.3.2回转电机的选型405.3.3 V带传动的设计415.4 激振器的设计425.4.1等效参振质量的计算425.4.2振动电机的选型435.4.3偏心块的设计455.4.4轴承的选择计算495.4.5轴的设计及校核495.5主轴的设计及校核555.6碟形弹簧的设计605.6.1碟形弹簧的介绍605.6.2碟形弹簧的设计625.7主轴轴承的校核645.8橡胶弹簧的设计645.8.1支承橡胶弹簧655.8.2减振橡胶弹簧675.8.3定位橡胶弹簧685.9键的校核696 VVC离心机设计思考与展望726.1对设计中带传动的思考726.2对设计中振动部分的思考726.3对设计中筛篮的思考736.3.1传统筛篮结构的不足736.3.2新型筛篮的特点和工艺措施74结论76参考文献77翻译78英文原文78中文译文:83致谢87 太原理工大学本科生毕业设计 第78页1 绪论1.1煤脱水的意义煤的水分是指单位质量的煤中水的含量。煤的水分有内在水分和外在水分两种。外在水分足指在开采、运输、洗选过程中附着在煤颗粒表面和裂缝中的水;内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细几中的水。外在水分可以借助机械方法脱除;内在水分只有热力干燥才能脱出。煤的水分是评价煤炭经济价值的基本指标。煤的内在水分与煤的煤化程度和内部表面积有关,一般来说变质程度超低,煤的内部表面积越大,水分含量越高,经济价值越低。煤的水分对其贮存、运输、加工和利用均有影响。在贮存时,水分能加速煤的风化、碎裂、白燃;在运输中,会增加运输量,加大运费并会增加装斗、卸车的困难。在西北、东北、华北等寒冷地区,水分大的煤在长途运输中会冻结,给卸车造成极大困难。煤的水分在燃烧时要消耗一定的热量,在炼焦时要延长结焦时间,而且影响焦炉的寿命。脱水和干燥是固体和液体分离的过程。绝大多数选煤厂分选过程是在水中进行的,因而选煤产品在出厂前需进行脱水。以满足用户和运输要求,现行产品目录规定精煤水分一般不超过1213,个别用户煤、出口煤和高寒地区湿煤冬运要求精煤水分在89以下。水是煤中的杂质,不仅对用户使用和冬季运输带来困难,而且降低货运量和浪费运输能力,增加运费。因此,选煤厂的出厂产品必须尽量降低水分。1.2煤的性质与脱水效果的关系(1)孔隙度一般把物料中孔隙部分与总容积之比值叫做孔隙度。物料间孔隙愈大,积存水量愈多,但毛细管作用较弱,脱水较容易。孔隙愈小,毛细管作用愈强,脱水愈困难。(2)比表面积比表面积用单位质量物料所具有的总表面积表示。显然物料的比表面积愈大,表面吸附水愈多,脱水愈因难。(3)润湿性物料表面硫水性愈强,物料与水的相互作用愈弱,脱水愈容易。(4)细泥含量物料中细泥充填刁:物料扎隙间或吸附于物料表面上增加了毛细管仍:用力、物料的比表面积和吸水强度会使物料脱水因难。(5)粒度组成物料的粒度组成决定物料的间隙,进而影响到含水多少和脱水难易,颗粒越大,脱水越难。毛细管和比表面积愈大脱水越易。1.3煤脱水的方式脱水方法可大致分为重力脱水、离心脱水、过滤脱水、压滤脱水。用离心力来分离固体和液体的过程称为离心脱水。离心脱水可以采用两种不同的原理:离心过滤和离心沉降。离心过滤是把所处理的含水物料加在旋转的锥形筛面上,由于离心力的作用,团体紧贴在筛面上随转子旋转,液体则通过物料间隙和筛缝甩出。离心沉降是把煤泥水加在筒形(或链形)转子中,由于离心力的作用,团体在液体中沉降,沉陷后的物料进一步受到离心力的挤压挤出其中水分过滤式主要用于较粗颗粒物料的脱水,如末煤和粗煤泥的脱水;沉降式主要用于细颗粒物料的脱水,如尾煤和细煤泥的脱水。也有两种兼有的离心沉降过滤、多用于浮选产品的脱水或煤泥回收。1.4离心机在工业上的应用与分类1.4.1离心机的应用及其发展在现代工业中,固液系统(包括悬浮液和乳浊液)分离的目的是:(1)回收有价值的固相,排掉液相;(2)回收液相,排掉固相;(3)固、液两相都回收;(4)固、液两相都排掉(如污泥脱水)。达到固-液分离的主要操作方法有重力沉降、过滤和离心分离。利用离心力来达到固-液、液-液、以及液-液-固分离的方法通称为离心分离。实现离心分离操作的机械称为离心机。离心机和其它分离机械相比,不仅能得到含湿量低的固相和高纯度的液相,而且具有节省劳力、减轻劳动强度、改善劳动条件,并且具有连续运转、自动遥控、操作安全可靠和占地面积小等优点。因此自1836年第一台工业用三足式离心机在德国问世,迄今近两百年以来已获得很大发展。各种类型的离心机品种繁多,各有特色,正在向提高技术参数、系列化、自动化方向发展,且组合转鼓结构增多,专用机种越来越多。现在离心机已广泛用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域。例如湿法采煤中粉煤的回收,石油钻井泥浆的回收,放射性元素的浓缩,三废治理中的污泥脱水,各种石油化工产品的制造,各种抗菌素、淀粉及农药的制造,牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品的制造,织品、纤维脱水及合成纤维的制造,各种润滑油、燃料油的提纯等都使用离心机。离心机已成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。离心机基本上属于后处理设备,主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程,它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。例如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世纪之后,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,以便使重油当做燃料油使用,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,因此促使卧室螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机的进一步发展,特别是卧室螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。 离心机的结构、品种及其应用等方面发展很迅速,但其理论研究落后于实践是个长期存在的问题。目前在理论研究方面所获得的知识,主要还是用来说明试验的结果,而在预测机器的性能、选型以及设计计算,往往仍然要凭借经验或试验。造成这种现象的主要原因是由于离心分离过程的多样性和复杂性,例如悬浮液的物理性能和浓缩非常容易变化,沉降速度、渗透率、孔隙率以及若干其它参变数,都随着悬浮液的物理性质的改变而改变。特别是由于固体颗粒的大小、形状和运动的杂乱状态所带来的数学问题,在目前尚无法解决,给研究这一过程的理论带来了很大的困难。其次,要能真正了解液体与固体颗粒在离心力场中运动的真相,而又不干扰或破坏这些运动,这就需要用科学的观察和测试手段,也许正是因为这种缘故,使离心分离理论的研究受到了一定的影响。随着现代科学技术的发展,固-液分离技术越来越受到重视,离心理论研究迟缓落后的局面也正在积极扭转。离心机是固液分离技术的主要设备之一,其发展前途大有可为。1.4.2、离心机的分离过程及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。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。离心过滤过程从广义的概念上来说,可以理解为包括加料、过滤、洗涤、甩干和卸渣等五个步骤。如果就狭义的概念而言,可分为两个物理阶段:生成滤渣和压紧滤渣。第一个阶段与普通过滤在原则上是相近似的,但其推动力不同;而第二阶段与普通过滤的规律根本不同。离心沉降过程也可分为两个物理阶段:固体颗粒的沉降和形成密集的沉渣层。前者遵从固体在流体中相对运动的规律,而后者则遵从土壤力学的基本规律。离心沉降过程本身又可分为离心沉降和离心分离。一般情况下,离心沉降过程是指含有中等及大量固体颗粒的悬浮液的工艺分离过程。对于容积浓度不超过5%的低浓度悬浮液的分离,习惯上称为离心澄清过程。当离心沉降过程用于分离两种重度不同,而又互不相溶的液体所形成的乳浊液时(包括含微量固体颗粒的乳浊液,即液液固),称为离心分离过程。这种名称上的区别以及浓度的界限是相对的和人为的,实质上悬浮液或乳浊液中固体颗粒沉降过程的运动学和动力学规律是一样的。这里必须强调指出,分离过程的描述仅仅是整个离心分离作用机理的一部分。在离心过滤和离心沉降分离固体颗粒的过程中都具有“压缩”现象,这一现象很值得重视。在离心过滤过程中,这种压缩效应使滤渣孔隙缩减,变得不易渗透,从而阻碍了脱水;在离心沉降过程中,这种压缩效应减小了沉渣的孔隙,反而有助于降低沉渣的含湿量。离心机的分类方法很多,可按分离原理、操作目的、操作方法、结构形式、分离因素、卸料方式等分类。1.5离心机工作原理离心过滤是把所处理的含水物料加在转子的多孔筛面上,由于离心力的作用,固体在转子筛面上形成固体沉淀物,液体则通过沉淀物和筛面的孔隙而排出。由于液体是通过物料的孔隙排出,而脱水物料的粒度组成影响着孔隙的大小,所以,脱水效果受粒度组成的影响很大。离心脱水机是利用离心力进行固液分离的,其离心力要比重力场中的重力大上百倍,甚至上千倍,通常用分离因数表示这关系,亦称离心强度,用z表示。物料的脱水过程,由于离心力的作用而得到强化。离心力的大小影响着脱水的效果。分离因数就是表示离心机中物料所受离心力大小的一个指标。所谓分离因数是指物料所受的离心加速度和重力加速度的比值。可用下式表示:分离因数是离心机性能的一种指标。分离因数越大、物料所受的离心力越强,团体和液体分离的效果也越好。改变离心机转筒的半径和转速,就能改变分离因数的大小。由于分离因数是与转速的平力正比,所以,为了提高分离因数,改变转速的效果比改变半径的效果要大得多。因此。在一般离心脱水中都是通过改变转筒的回转速来提高其分离因数的。但是。对选煤用的离心机,不适当地提高其分离因数,会引起不利的影响。离心力提高更容易把煤粒破碎,从而增加煤在滤液中的损失;而同时动力消耗也要相应地加大对设备的强度要求更高。因此,应当全面考虑这些因素来决定所采用的分离因数。在选煤厂,采用过滤原理的离心机,分离因数一般为80200,采用沉降原理的离心机,分离因数为500-1000左右。近期发展趋势是降低离心机转速,增加离心机的转子半径,使分离因数在改进,目前已趋完善。虽然机型很多,但各机型之间的主要差别是振动系统和激振方法不同。目前生产的振动卸料离心脱水机其分离因数一般在60一140之间,适用于013mm的物料脱水。振动卸料离心脱水机的传动机构使筛篮方面绕轴作旋转运动,另一方面又沿该轴作轴向振动,因此,强化了物科的离心脱水作用,并促使筛面上的物料均匀地向前移动。物料层在抖动时,还有助于清理过滤表面,防止筛面被颗粒堵塞,减轻物料对筛面的磨损。由于具有以上特点,使振动卸料离心脱水机得到了日益广泛的应用。振动卸料离心脱水机又分卧式和立式两种。前者有wzL1000型、WZL一1000A型、TWz一1300型等6后者有美国VC48和VC56型,国产的TZ一12型、TZ14型和LZI1000型等。2 方案确定2.1传统的卧式振动卸料离心机2.1.1传统的卧式振动卸料离心机的结构振动卸料离心机是指附加了轴向振动或周向振动的离心力卸料离心机,前者称作轴向振动卸料振动离心机,后者称作扭转振动卸料离心机。轴向振动卸料离心机又分为立式和卧式两种,目前多向卧式发展。(图2-1,图2-2)是我国生产的WZL-1000型振动离心机的结构图,装有筛篮的主轴通过轴承支承在惯性激振器的壳体内,后者由三个环形剪切弹簧支撑在壳体的弹簧座上。主轴由主电机经皮带轮带动旋转,使主轴筛篮产生轴向振动,并由冲击板限制其轴向位移。操作时,物料由料管加入,经旋转的布料斗,被抛在筛篮小端的筛网上,在离心力的作用下液体通过筛网由排液口排出,其固体物料在离心力和振动力的联合作用下,沿筛篮表面向筛篮大端移动,最后从出料口排出。离心力是由回转电机带动回转系统旋转而产生的,同时可以看出激振器是振动离心机的一个很重要部件,作用是产生激振力,使筛篮产生轴向振动。因此,物料在筛篮上的运动状态不仅取决于筛篮的结构参数和转速,而且和激振力的大小和频率有直接的关系,目前比较成熟的离心机大多都采用的是双振子惯性激振器,这样只产生单向激振力。图2-1WZL-1000振动离心机主视图图2-2WZL-1000振动离心机侧视图1-筛篮 2-给料管 3-主轴套 4-长板弹簧 5-机壳 6-机架 7-冲击8-短板弹簧 9-轴承 10-偏心轮 11-激振用电动机 17-胶带轮 18-三角胶带图2-1,图2-2是WZL-1000振动离心机的双振子激振器工作原理图2.1.2传统卧式振动离心机的主要特性参数WZL-1000振动离心机的特性参数如下:筛篮直径5001500筛篮锥角2036 0分离因数60180振动频率2537 Hz筛篮振幅1.510 mm处理物料直径200 mm悬浮液浓度3040%最大固体产量400t/h2.1.3传统卧式离心机激振器及特点这种离心机主轴套3上装有一对偏心轮10,四个偏心轮的质量及偏心距相等,激振电机11经剖分式皮带轮带动主动轴旋转,并借助一对齿数相同的齿轮,使从动轴作反向同步旋转。因此,偏心质量所产的离心力,在垂直方向互相抵消,在水平方向的合力使筛篮产生轴向振动。当偏心轮转到某一位置时,激振力在垂直和水平方向的分力为: (2-1)式中:偏心轮的总偏心质量()e偏心轮的偏心距(m)激振频率(角频率,弧度/s)P0激振力幅值(N)该激振器的特点是:每个偏心轮上有3个圆孔,可对称地塞入圆柱形质量以增加偏心质量,从而调节激振力和筛篮振幅的大小。通过改变剖分式从动皮带轮中间垫片的厚度,可改变从动皮带轮与传动带的接触轮径,从而可调节激振频率和调节筛篮的振幅。传动齿轮用夹布胶木制成,可减少由于传动冲击而产生的噪音。2.1.4传统卧式振动离心脱水机的优缺点该卧式振动离心脱水机是利用轴向振动强化离心脱水的设备。这种轴向振动,既可以使筛面上的物料均匀地向前移动,以可使筛面上的物料层松散,促使所含的水分更易分出。同时,物料层抖动还可以防止筛缝被颗粒堵塞。改变振幅和频率可以调节物料的移动速度,从而控制物料在离心机中的脱水时间。因而这种离心机具有生产能力高,脱水效果好,耗电少,颗粒破碎小同时易于控制的等优点。但是该类型卧式振动离心机存在的不少问题是:如图所示,由于其结构比较复杂,激振电机通过齿轮传给另一轴,由于高速齿轮传动,须采用稀油润滑,因而需要专门的润滑系统。同时由于密封等原因,极易造成漏油等现象,使维修工作量大。经过最近几年的实践证明,不仅成本较为昂贵,而且故障频繁,维护费用高,已不能适应生产需求,有被逐渐淘汰的趋势。2.2 VC型立式振动离心机的介绍由CMI公司生产的VC型振动离心机利用振动脱水与离心力脱水相结合对物料进行脱水。物料经溜槽进入机器的上部,在旋转筛篮的底部均匀分布,给入的物料由耐磨板和以前被加速的物料的摩擦力缓慢加速到筛篮的表面。加速后固体物料依靠振动输送向上到筛篮表面,当物料在筛面向上移动,离心力使液体通过筛缝流出,同时使固体物料向上运动到卸料区域。当物料短暂停留在离心机内,振动和料层松动增加了固液分离。离心液汇集于槽内,由开口处流出。固体料从筛篮的上部卸出,缓慢地保持固体料到外壳的边上,并落到设备底部运出。已生产出VC56,VC48直径的离心机。这种八十年代从美国引进的立式振动离心机,现已得到了大量的推广,但在使用中机械故障很高,由于设计不合理,造成维修量极大。每年我国都要从国外引进近亿元的离心机产品,投资大,配件供应困难,困扰着选煤行业。2.3设计方案的确定离心脱水机是选煤厂最重要的设备,也是加工精度和技术含量较高的设备。我国选煤业从50年代后期起步,用于煤泥和末煤的离心脱水机主要有立式螺旋刮刀离心机、卧式振动离心机、沉降离心机、沉降过滤离心机等。这些机器5060年代从波兰、苏联、德国等国引进并国产化后,曾对我国选煤业发展,起到了巨大的作用。但由于结构落后,制造粗糙,进入90年代以后,这些离心机已经不能满足选煤业的迅速发展,于是国家又从美国引进VC48、VC56立式离心机。这两部离心机结构复杂,维修特别困难,淘汰呼声很高。进入21世纪,我国又相继从德国、韩国、澳大利亚引进离心机,这些机子价格昂贵,有些单位要国产化,但成功率不高。在充分分析和理解传统振动离心机的原理、优缺点后,本设计本着发展民族工业,走自已创新之路的精神,在徐州大陆振动公司专利(专利2607200)的基础上并结合其专利产品DWL-1000单振子卧式振动离心机和CMI公司生产的VC立式振动离心机,设计了此自同步双振子立式振动离心机。本设计克服了VC48、VC56立式离心机结构复杂,维修特别困难等缺点,同时解决了DWL-1000单振子卧式振动离心机在使用中存在的问题,并参考上述传统振动离心机,在设计出VVC自同步立式振动离心机(处理能力为250t/h)。该立式振动离心机,与现有技术相比,在结合传统振动离心机生产效率高,脱水效果好,易于控制优点的同时,简化其结构,使其结构紧凑合理,运转更为可靠,而且不需专门的润滑系统,并设计了专门的方便维修管理的通道,方便了维修,具有广泛的实用性。该立式振动离心机是目前世界上结构最为简单的离心机,造价也最低,最适用于浮选精煤和煤泥的脱水,可用于80mm以下的物料脱水,也可取代高频筛做煤泥脱水用。其结构简图如下图:1-减振弹簧; 2-皮带轮; 3-支撑弹簧; 4-偏心块; 5-轴; 6-筛篮; 7-机架图23 VVC自同步立式离心机原理图3 各种工艺参数对离心机工作的影响离心机的工艺参数(如筛篮倾角、振幅、频率、回转速度和回转半径等)影响物料在筛上的运动状态而物料的运动状态在很大程度上决定着机器的脱水效率。所以,在设计或使用离心机时,都需要适当地选择离心机的工艺参数。由于离心机除回转外又加入了振动,物料在振动离心机中的运动和在一般的过滤式离心机上不一样。要正确地解决这个问题,先要了解这些工艺参数和物料运动状态的关系。我们研究单个颗粒在筛篮上的运动情况。3.1颗粒在筛篮上的受力分析当颗粒与筛篮一起回转时,作用在颗粒上的力有四种,如图3-1所示。图3-1颗粒在筛篮上的受力分析颗粒随筛篮回转而产生的离心力C,其计算公式为 (3-1)式中: m颗粒的质量kg -筛篮的回转速度rads;r一颗粒的回转半径,m。颗粒的重力G,其计算公式为 Gmg式中 : g重力加速度,ms。颗粒随筛篮作轴向振动而产生的惯性力P,其计算公式为: P式中: 筛篮轴向振动的角频率 (相当于激振偏心轮回转的角速度),rads;A筛篮轴向振动的振幅,m;振动的相位角(即激振器偏心轮回转的相位角),t;T偏心轮开始回转起计算的时间,s。筛面对颗粒的摩擦力F(F的方向与颗粒的运动方向相反)。在振动离心脱水机工作时,颗粒所受的重力与所受的离心力相比是很小的,所以在分析中,可忽略不计。要使物料在筛面上能够脱水,必须使物料与筛面保持经常的接触。从(图3-1)可见,颗粒与筛面保持经常接触的条件是: (3-2)式(3-2)左边是颗拉的离心力垂直于筛面的分力,必为筛面的倾角。由于惯性力的大小随振动的相位角而变。当时,惯性力的垂直分力最大,如果这时候垂直于筛面的惯性力分力小于离心力垂直于筛面的分力,则在其他时间中也必能满足式(3-2)要求的条件。将代人上式,整理后可得: (3-3)式(3-3)是保证离心机正常工作的先决条件。在振动离心脱水机工作中,不仅要使物料附在筛篮上与它一起转动。而且,还要使物料沿筛篮作正向(向下)的滑动。颗粒作正向滑动发生在筛篮从运动的中心位置向前运动时,这时筛按向前运动的速度逐渐衰减,筛篮往后的加速度逐渐增大,附着在筛篮面上的颗粒向前的惯性力也逐渐增大,当惯性力增大到一定程度时,颗物就脱离筛面,作正向的滑动(见图3-1),颗粒作正向滑动的条件是: 即 (3-4)式中:f颗粒与筛面的静摩擦系数。若为静摩擦角,则:代入4-7得: (3-5)当时,颗粒所的振动惯性力最大,这时颗粒向前滑动的极限(起码)条件,因此,将代入,得: 或 (3-6)式中:n筛篮的轴向振动频率(即偏心轮的回转速度),r/min;筛篮的转速,r/min。煤粒与筛面的静摩擦系数是较难测定的数值,一般文献介绍,f可取0.3-0.6,这时,静摩擦角式(3-6)是颗粒正向滑动的条件,从式中可见;当离心机的筛篮半径(因颗粒的回转半径与筛篮半径的大小有关)和转速一定时,若增加振幅或频率(即越大),则物料正向滑动的条件越好。在筛篮从运动的中心位置向前运动中,产生正向滑动的时间越早,滑动的时间相距离也越低。这样,对增加离心机的生产能力是有利的。但如果振幅或频率过大(即过大),则筛篮从平衡位置向后运动时,会产牛颗粒脱离筛面逆向(向上)滑功,这种逆向滑动对提高离心机的处理能力是不利的。在振动离心脱水机中,筛篮上的物料作脉动件的正向滑动也就是在筛篮往复振动一次时,停留在筛面的颗粒在筛面上时而作正向滑动,时而又停留在筛面上,这样的运动能提高离心机的脱水效果。考虑到这些要求应该有一合适的数值,这个数值的大小应比式(3-6)中的条件更大些。所以,可以在式(49)上加个大于1的系数尺K: (3-7)式中:K是大于1的系数,根据经验般K可取为1.2-1.5。利用式(3-7)表示各种参数的相互关系,确定这些参数的数值。除此以外,还可以利用这个关系来进一步分析每个参数对物料运动的影响。3.2筛篮的半径和筛面倾角的影响颗粒在筛篮上的回转半径r(见图3-1)与筛篮半径的大小有关,也与颗粒在筛篮上所处的位置有关。由式(3-6)可知,回转半径越大,则颗粒产生正向滑动所需要的振幅和频率也越大。这样,在同一台机器中,回转半径越大,颗粒走得越慢;回转半径越小,颗粒走得越快。因而,在筛篮中,颗粒在入料端比在排料端的滑动速度要大,而且入料端直径与排料端直径的差别越大,颗粒的正向滑动速度的差值也越大。由于筛篮人料端直径和排料端直径之比,取决于它的锥角(即二倍筛面的倾角),所以加大筛篮的锥角可以加快物料正向滑动的速度。但是,若锥角过大,会由于前后物料滑动速度差值过大而引起排料端的物料层变厚,造成物料沿筛篮长度分布不均匀,使离心机脱水效果变差。振动离心脱水机的筛面倾角一般为1013,个别的可达18。筛篮直径(大端)为900一1500mm3.3筛篮转速的影响筛篮转速增加,分离因数也随之增大,这样,可以改善脱水效果。但是,从式(3-7)中可见:筛篮转速加大后,为了保证物料能顺利地正向滑动,振幅和频率()也要相应地增加。工业上使用的振动离心脱水机,其筛篮的转速约为370一440 r/min,分离因数约为100。由于振动离心脱水机结构上的限制,进一步提高现有离心机的振幅和频率是有困难的,所以筛篮的转速也就局限在上述范围之内。3.4振幅和频率的影响从式(3-7)中可见,振幅和频率的增加都能加大物料的运动速度。这两个参数可以互相配合,在相当大的范围内变化,目前使用的振动离心脱水机,双振幅一般为56mm,个别的也达到78mm ;频率一般为16002200。通过改变激振器偏心块的偏心质量可以改变激振力的大小,以达到改变振幅的目的。3.5筛篮长度的影响在式(3-7)中筛篮的长度没有反映出来。筛篮长度决定着物料在筛而上停留的时间。目前,振动离心机的筛篮长度一般为500一700 mm,物料在筛面上停留的时间约为1s。增加筛篮长度,脱水后物料的水分会有所降低。4 离心机运动学和动力学分析4.1物料的运动学分析物料在筛网上的运动状态直接影响离心机的分离效果的生产能力,而物料的运动又在很大程度上决定了离心机的结构参数和动力学参数。因此,为了合理地选择这些参数,必须首先分析物料的运动特性。4.1.1物料的受力分析及运动方程式振动离心机的筛篮既做匀速旋转运动,又做轴向振动,其运动状态可用以下两个函数来描述: 轴向位移:转角: (4-1)式中:A1筛篮的振幅激振频率t 时间滤渣在运动的筛篮中滑动,其受力分析必须同时考虑筛篮的牵连运动和滤渣的相对运动。如下图: 图41 滤渣在筛网上的受力状态 若在滤渣中取一质量为m的微体,其受力状态如图4-1所示,图中C是滤渣微块所产生的离心力,其方向是径向的;P是由于振动而产生的惯性力,其方向是轴向的;Q是由于滤渣相对运动而产生产的惯性力,它沿母线方向;F为筛网壁对滤渣的摩擦力,其方向与滤渣在筛壁上的滑动方向相反;FK是由于滤渣的径向速度而产生的斜压力,其方向是沿筛篮的周向并与转动方向相反。并将以上诸力分解为沿母线,法线,切线,沿垂直分量,可得到以下力的平衡方程式:沿母线方向: =0 沿切线方向: (4-2)其中: Cp=m2sin2=2msin 式中:, ,相对位移,相对速度,相对加速度。,分别表示滤渣沿切线方向的相对角位移,相对角速度,相对角加速度。筛篮对滤渣的摩擦系数。将以上诸表达式代入式(4-1),可得滤渣的运动方程式: (4-3) (4-4)式(4-3)、(4-4)分别表示物料沿母线和切线方向的运动方程式,在运用过程中,必须注意到:滤渣能否沿筛篮向前滑动,取决于是否能克服摩擦力,即只有当作用在滤渣上的惯性力大于摩擦阻力时,滤渣才能开始向前滑动,因此开始运动的条件是: (4-5)滤渣在运动过程中,当作用在它上面的惯性力小于摩擦力时,此时滤渣的滑动速度逐渐降低,直至为0,因此停止运动的条件是: (4-6) 4.1.2滤渣停留时间的计算式(2)、(3)是一个二阶非线性微分方程式组,要想精确地解出函数(t), (t)是十分困难的,甚至是不可能的。 为此做必要的简化。对滤渣运动的观察及理论研究发现,滤渣在筛网上的运动具有以下特性:(1)、在振动离心机中滤渣呈间断滑动,即在一个振动循环中滤渣沿筛网的正向滑动(向筛篮大端运动)是由静止滑动静止三个阶段组成。(2)在常用的几何参数和操作条件下,滤渣在周向的滑动的距离小于沿母线方向滑动距离的15%。根据以上情况,可忽略运动方程中的周向角位移量,即=0,并将(2)简化改写成以下形式。 (4-7)其中 (4-8)式中:表示滤渣位置(沿母线或径向的无因次数)K 无因次参数R 滤渣的回转半径滤渣对筛网的摩擦角,滤渣滑动时的相位角, 分别表示滤渣开始滑动和停止滑动时的相位角。同样根据式(4-5)、(4-6),可确定(4-7)式的初始条件终止条件:式(4-7)表示在一个振动循环中滤渣的运动方程式,由于引进了无因次数而大为简化。包括筛篮的半径r,角速度,半锥角,筛篮振幅A1,激振频率和摩擦角。等六个参数。将滤渣所受的离心力,振动惯性力,摩擦力有机地联系起来。若将式(4-7)直接积分可得到: (4-8)由式(4-8)可得到 (4-9)c表示在一个振动循环中的积分平均值,由于在一个振动循环中变化很小,其变化量与相比是一个很小的微量,因此可近似的认为是一个常数。即:=o=c或 (4-10)若将式(4-9)右边第一项分别乘以和除以Sino,并利用(10)进行数学演算,由此可得到: (4-11)式中:将式(4-11)代入式(4-9)中,并将积分中的提出,进行积分,最后得到: (4-12) 同样若将式(4-9)中的右边第一项分别乘以和附以cos,并利用式(4-10)进行数学演算,可得到: (4-13)由式(4-11)、(4-13)得到: (4-14)由(4-14)可看出,的变化范围是01。解方程组(4-12)、(4-14)消去2及其函数值,最后得到:k22(1-)-2(1-)+ ( 1-)2 (4-15)式(4-15)是一个无因次方程式,它表示滤渣在一个振动循环中的滑动距离与所在位置的关系,即当0、A1、j等参数一定时,随着滤渣向前滑动,其回转半径r不断增大,也增大,而滤渣在一个振动循环中滑动距离将减小。因此在振动离心机中,滤渣除呈间断滑动外,其滑动速度将逐渐减小,在筛篮小端最大,在筛篮大端最小。根据式(4-15)可求出滤渣在筛篮中的停留时间T。因为滤渣在筛篮中要经过很多个振动循环。因此滤渣的无因次滑动速度可近似表示为: (4-16)假设滤渣在筛篮中滑动时,其摩擦系数变化不大,即k2近似等于一个常数。将式(15)代入式(16)进行积分,最后得到滤渣停留时间的计算公式: (4-17)其中: (4-18)式中:表示筛篮小端的值。表示筛篮大端的值。表示筛篮的小端半径。表示筛篮的大端半径。无因次参数。当离心机的参数,动力学参数及物料的摩擦系数确定后,可用式(4-17)计算物料的停留时间,相反,若根据工艺要求已确定停留时间,则可计算离心机的动力学参数。4.2振动系统动力学分析4.2.1自同步原理双电动机拖动的双轴振动离心机,其激振器的双轴分别由两个异步电动机拖动,其间并无强迫联系。两轴的同步完全依靠力学关系来保证。下面是以简单的物理概念对双拖动的双轴振动离心机反向同步旋转实现自同步的原理进行介绍。图42 双轴振动离心机振动原理要使双轴振动离心机做轴向直线振动,两组不平衡重必须严格按图4-2中所示的反向而同步旋转,但是,双电动机传动的结构往往由于启动等原因,使两组不平衡重的相对位置并不像图4-2所要求的那样。如果不平衡重2落后于不平衡重1一个相位角,这时两者所产生的离心力将不能按图4-2的要求进行迭加和抵消,而产生了一个不平衡力,使整个主振部分在支承弹簧上产生移动和摆动。但是,恰恰由于这一移动和摆动又使两个偏心轴能互相自动追随而达到反向同步旋转。图43 双电机拖动双轴振动部分简化图图4-3是双电机拖动双轴振动离心机振动部分的简化图。两组不平衡重的质量集中在和点上,分别以半径和绕和旋转。整个主振部分的质量集中在m点,并支承在和两组弹簧上。取直角坐标x轴通过和。假设由于某种原因,不平衡重落后于一个相位角,即的离心力与y轴的夹角为,而的离心力与y轴的夹角为,并且,。由于 =、=、,所以 =;因为 ,故 ,其中 、分别为及在y轴上的投影,、分别为及在x轴上的投影。令 -=; -=而与合成于点,其向量为: +=即为实现使两个不平衡重互相追随直至达到同步正常旋转的力。根据力的平移原理,将图4-3中作用与点的力移至主振部分的重心m处。也就是说,在m点加两个大小等于、方向互相相反的力,这时,整个系统(不包括两不平衡重可以抵消和迭加的那部分)可视为作用于m点的一个力和一个力偶,它们被支承弹簧的反力所平衡。主振部分重心m在力和力偶的作用下,克服支承弹簧反力而沿着受力的方向使整个主振部分发生移动和绕m点摆动。两不平衡重的旋转中心和也将随着主振部分的移动和摆动移至和。而处于在空间旋转状态的不平衡重质量和,却因为惯性作用将尽量保持其原有位置而绕和旋转,其离心力为和。、与y轴的夹角分别为和。在中,为该三角形的外角,因此 =(因) (4-19)故 同样 为的外角;则 (因) (4-20)故 令 (4-21) 。 (4-22)将公式4-19和4-20代入公式4-22,得: 根据上式,不难看出: 即两个不平衡重的相位差在力的作用下由减小到。用同样的道理可以证明:两个偏心轴再经过多次的旋转,将使其相位角差越来越小,直至为零,即重新实现了反向同步旋转。从上面的分析可以看到,双电机拖动的双轴振动离心机所以能够实现同步旋转,关键在于两组不平衡重自动调整。但是,如果双轴的摩擦阻力相差过大,自动追随同步就可能不能实现。为了使双轴能同步运转,所用的异步电动机型号尽可能一致,且最好是同一厂家制造;激振器两根主轴必须转到灵活,其阻力尽可能一致。4.2.2振幅分析参照机构运动简图(图41)建立图(44)的力学模型。图4-4振动系统的力学模型可以看出为双振子2自由度。 以力学模型图(44)为依据,按照达朗贝尔原理,可以建立机体的振动方程。从图可以看出,作用在振动质体上的力包括机体惯性力、阻尼力、弹性力和激振力。在振动的每一瞬时,这些力的和应为零。同样作用在振动质体和上的力包括机体惯性力、阻尼力、弹性力和激振力。在振动的每一瞬时,这些力的和也应为零。换句话说,振动系统中作用于质量以及+上的所有力应互成平衡。由于是双振子,且它们的设计相同,只是旋转的方向相反,所以它们在水平方向的力相互抵消,只有竖直方向有振动。故可列出振动方程:设的位移为,的位移为所以的系统在竖直方向的振动方程为 (4-23)式中:振动机体的计算质量 振动机体的实际质量物料结合系数;(=0.150.2)工作面上物料的质量等效阻力系数;(0.20.3)支承橡胶弹簧的刚度;减振橡胶弹簧的刚度:偏心块质量;振动质量包括筛篮、主轴、皮带轮、轴承、主轴套等振动质量包括机架、传动电机、底座偏心块在竖直方向的相对运动惯性力,方向上的加速度,速度,位移偏心块相对于回转轴线的惯性力用下式表示:= (4-24)式中:偏心块回转速度偏心块的偏心距将式4-24代入式4-23得离心机振动机体的振动方程为: (4-25)由于阻尼力的存在,自由振动在机器工作过程中将会消失。因此下面仅研究振动机械的强迫振动:当振动机械正常工作时,机体在竖直方向的位移应有如下形式: (4-26)将式(4-22)代入上式,并将sint展开为sint=sin(t-+)=sin()cos()+cos()sin()-sin()+cos()+sin()=2 sin()cos()+cos()sin() (4-27)要使上式恒等,必须有和的系数相等即 -=2cos()=2 sin() (4-28)从而可以得出 =-=arctan=arctan (4-29)其中为机体竖直方向的计算质量:而通常在之间,所以=1Y方向的振幅可以表示为 = (4-30)5 VVC离心机结构分析及其设计5.1 VVC离心机的总体分析5.1.1 VVC离心机的总体结构分析VVC离心机在充分满足设计要求的同时实现了结构紧凑,与同类机械相比,其尺寸小,重量轻,并设计了人性化的安装及维护通道,方便工作人员进出,易于维修。其总体结构如下图:图51 VVC自同步立式振动离心机结构1、减振弹簧 2、机架 3、支承弹簧 4、出料槽 5、激振器 6、出水槽 7、回转系统8、定位装置 9、筛篮 10、进料装置 11、回转电机 12、V型皮带VVC离心机是由回转电机通过带传动一次减速后直接带动回转系统旋转,从而使筛篮旋转,由于离心力的作用,将使物料往外甩,此时水分经过筛篮中筛网的缝隙被甩出,经由出水槽6流出。另一方面,由激振电机经联轴器直接带动激振器上的偏心块旋转,产生激振力,由于在水平方向对称布置了两个激振器,故偏心块在水平方向的偏心力相互抵消,只有竖直方向有力,从而通过回转系统带动筛篮上下振动,使物料向上移动,在筛篮最上端被甩出,进入出料槽4流出。由此实现了物料中水分的脱离。减振弹簧1支承整个离心机的重量,并减弱机器工作时机架的振动。机架经支承弹簧支承参振部分的重量,保证参振部分的振动。定位装置,通过橡胶弹簧的作用,在水平方向固定回转系统,使其不因皮带压轴而偏斜或移动,保证回转可靠。5.1.2 VVC离心机的质量根据离心机的结构总图可初步估算离心机各零部件大概质量,其各主要零部件的质量如下:1、筛篮、筛网、筛座 1502、主轴轴承(29422E) 13.5*2=273、主轴 774、激振器 162*2=3245、
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