大长径比卧螺离心机理论与实践 荀化工装备技术 !∀。。# ∃# 大长径比卧螺离心机理论与实践 !丹麦 ∃% &∋() ∗( + , −. )∋ / 一 、 前 言 卧螺离心机 !图 所示 ∃用 于悬浮液的 固液相分离 。 工作时整个离心机在高速下旋 转 , 螺旋卸料器与转鼓同时旋转 , 但转速略 有不同 。 其差转由与转鼓相联的 差 速 器 产 生 。 液相 团相 图 卧螺离心机工作原理 固体颗粒被输送到锥段 , 由 排 渣 口 排 出 , 而悬浮液则沿转鼓和螺旋叶片间的弯道 流向大端 , 其固体颗粒含量逐渐降低 ...

  荀化工装备技术 !∀。。# ∃# 大长径比卧螺离心机理论与实践 !丹麦 ∃% &∋() ∗( + , −. )∋ / 一 、 前 言 卧螺离心机 !图 所示 ∃用 于悬浮液的 固液相分离 。 工作时整个离心机在高速下旋 转 , 螺旋卸料器与转鼓同时旋转 , 但转速略 有不同 。 其差转由与转鼓相联的 差 速 器 产 生 。 液相 团相 图 卧螺离心机工作原理 固体颗粒被输送到锥段 , 由 排 渣 口 排 出 , 而悬浮液则沿转鼓和螺旋叶片间的弯道 流向大端 , 其固体颗粒含量逐渐降低 。 澄清 的液相最后由排液 口排出。 卧螺离心机的分离效果取决于液池

  面 积和分离因数 。 因此 , 给定卧螺离心机的直 接几何模拟放大会导致机器重量 !因而也是 制造成本 ∃ 随放大比的三次方增加 , 而分离 因数一定时 , 生产能力只 随放大比的平方增 力口。 因而 , 增加分离能力的有效方法是加大 卧螺离心机的长度 。 这样做制造成本 0增加不 大 。 从价格性能比的观点看 , 大长径 比卧螺 离心机是一种更富吸引力 的方式 。 因为通常 大长径比卧螺离心机弯曲通道内的流动较之 短卧螺离心机更接近 理 想 的 柱 塞 流 动 状 态 , 后者进料区附近的流动以湍辣和表层 流 动为主 。 因此 , 生产能力的增加率1要大于长 度的增加值 。 最后 , 在能 耗上大长径比卧螺离心机优 于与之相当的小长径比的大直径卧螺 。 这可 从理论上证 明 , 当分离因数一定时 , 两种 一可 替换的卧螺离心机 比能耗与直径 之 比 成 正 2匕。 由此带来 了一个突出的问题 3 既然大长 径比卧螺离心机如此优越 , 那么为啥不把 普通卧螺离心机造得更长呢 4 是因为主轴 承刚度 , 螺旋筒体抗弯刚度以及转鼓和转鼓 5 差速器联接的整体刚度等受到 了转子动力特 性限制 。 在普通结构的大长径比卧螺离心机 中 , 上述因素会导致转速低到没有办法接受 。 这一事实意味看到 目前为止实际使用中 的卧螺离心机入值不超过 6 + #左右 , 定义为转 鼓长度与内径之比 。 现在 , 如在转子设计 中采用 三 种 新 思 想 , 长径比就有可能达 6 + # 以上 。 二 、 转子动力设计 卧螺离心机的优化设计很复杂 , 无论是 分离要求还是结构

  常常不能用数学公式 表示 。 但转子动力特性仍能够使用 已经编制 成计算机程序的主要原理进行计算 。 由此很容易计算出转子临界 的 转 速 并 获得因预定不平衡 引起的不平衡 响 应 的 程 序 。 图 所示的卧螺离心机可以简化为两根 同轴弹性支承梁 , 在梁的轴向上刚度和质量 分布均有变化 。 用两条模拟螺旋轴承的的弹 大长径比 卧裸离心机理论与实践 簧将这两根梁联在一 起 , 以带有回转惯性的 集中质量模拟差速器 。 在程序中 , 螺旋和转鼓被处理为一组内 部相联的铁摩辛柯梁单元 , 由此也就考虑了 剪切力和回转惯性对变形的影响 。 阻尼的影 响在不平衡响应程序中已予以考虑 。 如需进 一步研究转子动力学 , 可参看7& (8∋ 9和7& (8∋ 9 与 7:∀ ; &∋ / &∋ ∋8 &的专著 。 图 # 给出了一个结构模型 , 转子在接近 临界转速时的变形以及在给定不平衡下不平 衡响应的实例 。 为了更好地反映 出 变 形 形 状 , 图中转子的变形扩大了数千倍 。 图

  ? ?? ? ? 式中 . ; 为轴承平均 直径 ! ; ; ∃ , / 为转 速 ! :7; ∃ 。 图 乐表明卧螺离心机长度的 变 化 对 分 离因数里关重要 , 这说明了梁的 自振频 率 随长度平方增加而降低的事实 。 因此 , 可 以 获得的分离因数与长度的四次方成反比 。 由 于大多数卧螺离心机在分离因数 # ? ? ?一

  , 作用于螺旋卸料器 上的复位力 同作用于被排出液相上的离心力 与螺旋推料器平均密度 和液相密度之差的乘 积相等 。 采用这一原理可使长径比达到入= Β , 甚 至入=

  所示的转子设计 新思想加 以克服 , 即通过分离的轴承束支承 差速器 。 转鼓和螺旋之间作用的扭矩通过联 轴器传给差速器 , 联轴器的挠性要很大 , 以 防止差速器与转鼓工作时脱开 。 目

  差 速器分离式 支承的卧裸离 心机 + 新设计原理的综合应用 作为设计研 究工作的组成部分 , 要求进 行一些转子动力学计算 , 以论证在高分离因 大长径比卧螺离心机理论与实践 ΓΓΓ七= 二二二到到’’ ΗΗΗ 图 Ι 表明了振动模态如何随设计变化而 变化以及所述的

  如何影响最大许用 转速 。 图 ≅ 表明了所述设计的具体方案的最大可能长 径比 。 图? 表明了各种设计的具体方案的分离能力随 长径比变化的关系 。 ΗΗΗ七二不共井到到 Β !们? 人∋ ϑ耐矛 、以旧 确子 0以泊 二口川 , 侧目 图 ? 柔性轴承 式螺旋差速器 柔性轴承 浸没式攀旋 柔性轴承 性轴承 县Κ2‘++,借卜(于+套东Λ+‘+++++卜++++ 图 Ι 砂# 。。, 之二 卧螺离 心 机最大可能 转速 ! − ∃ 刚性主轴承 , 转鼓和螺旋振动同相, / ; 3 Μ = 6 ? ? : 7; ! Α ∃柔性主 轴承 , 转鼓轴螺旋 振动异相 , / ; 3 Μ = ? ? : Ν ; ! Ο ∃ 柔性主铀承 , 浸没式螺旋 , 转鼓 ! 含差速 器 ∃ 自由弯 曲状态浪动 。 / 二 3 3 =

  ? ? : Ν ; ! . ∃ 柔性主轴承 , 浸没式螺旋 , 分离式差速器 , 转鼓 自由弯曲状态振动 , / Π + 二 = Ι ? ? : Ν ; Π 称Θ Ρ刀 却 衣Σ 、。 电。 入 , Π 各种长径 比时协# 。卧照离心机和最大当Τ 面积 一一ΘΘΘ . 一车丁二二二三二二二二几二二讼2—一 Υ Υ Υ Υ Υ 一一 一一一一尸 “ 当量面积 ” 是卧螺离心机规格尺寸的 衡量指标之一 , 它考虑了离心力的效果 , 定义 为转鼓内径处分离室表面 积与离心力场大小 的乘积 。 很短的卧螺离心机的极限转速受轴承最 高许用转速或鼓壁周向应力等因素的限制 , 当卧螺离心机短于某个长度时 , 价将随入值线 性增加只熊达至Θ转子动力学极限为止 。 最大 值意味着长度的进一步增加会导致分离因数 降低 , 其降低值与分离区长度增加值相当 , 而对于更长的卧螺离心机 , 分离能力会迅速 降低石 田 ≅ 协# ?卧螺离 心 机转速 ? Π : Ν ; 时最大 可能长径比 !− ∃ 刚性主 轴承 , 元; − 3 二 ‘ 二 5 ! Α ∃ 柔性悬置主 轴承 , 浇血二 , + ! ς ∃ 柔性悬置主轴承和 浸没式螺旋 , 久二 + 二 二 Β 。!妞∃ 柔性悬窗主 轴承 , 授没式撅旋和 分离式差 速器 , 又。 , 3 =

  三 、 工艺性能 数和大长径比卧螺离心机设计中采用上述设 计原理的可能性 。 在本文中 , “工 艺性能” 定义为卧螺离 心机将数量最多的物料分离成足够清的液相 和足够干的固相且能耗最低的能力 。 理论上 , 分离能力可由斯托克斯定律估 计 。 颗粒在沉降槽中的沉降速度为 3 Ω 化工装备枝术 》

  ? 拓 。 由此可使 澄清效果更好 、 更干 , 而功率消耗只有原来 的一半石 之所以在传统卧螺离心机上未采用这一 方案 , 部分原 因是因为锥段 、 螺旋筒体很薄 而致使其抗弯刚度降低 。 减小锥端筒体尺寸 对于保证足够的沉降空间是必要的 。 卸料 口 半径相当大的另一原因如图

  Β# ; ; , 入二 # 1 % Δ ? ? ? 型卧螺离心机 功6

  Β ; ; , 入= , , 详见 表 菜。 《化工装备技术 》#

  一主轴承刚度 , 4加 ?一轴颐长度 , ∀ ≅一一旋长度 , ∀ Α一差 速器质& , ) = Β Χ 转速 , ∃ %∀ Δ一生产能力 , ) = ∋Ε ∃一转鼓半径 , ∀ ∃ , 一浓池半径 , ∀ Φ , 一沉降速度 , ∀ ∋ 、

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