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1、《摩擦學基礎》結課論文 課 題：碟式離心機的工作原理和結構設計 目前國外的碟式離心機的設計圖，原理，及3D模型 姓 名： 學 號： 指導老師： 日 期：2013/10/31 目錄 摘 要 碟式分離機是立式離心機，轉鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅動而高速旋轉。轉鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件—碟片。碟片與碟片之間留有很小的間隙。懸浮液(

2、或乳濁液)由位于轉鼓中心的進料管加入轉鼓。當懸浮液(或乳濁液)通過碟片之間的間隙時，固體顆粒(或液滴)在離心機作用下沉降到碟片上形成沉渣(或液層)。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉鼓內(nèi)直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒(或液滴)的沉降距離、擴大轉鼓的沉降面積，轉鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機的生產(chǎn)能力。積聚在轉鼓內(nèi)的固體在分離機停機后拆開轉鼓由人工清除，或通過排渣機在不停機的情況下從轉鼓中排出。 關鍵詞：固液分離；碟式分離機；轉鼓；Alfa Laval；臥螺離心機；

3、 第一章 緒論 離心分離一般包括在碟式，管式，室式等各種分離機內(nèi)所進行的過程。本章所述僅研究在碟式分離機內(nèi)所進行的離心過程。 在普通離心機內(nèi)，非粘性液體的澄清過程，常常會有湍流產(chǎn)生，因而影響分離效率。碟式分離機轉速高（一般大于5000轉/分），轉鼓內(nèi)安有錐形碟片束，碟片間隙很小，非粘性的液體在這樣小的碟片間高速流動，比較容易實現(xiàn)穩(wěn)定層流流動，從而保證高度分散物系有較好的分離效果。碟片間隙內(nèi)，這種分散相與連續(xù)相的分離過程，也稱為薄層離心分離。 碟式分離機的種類和規(guī)格很多，但就其分離過程實質而言，基本可分為離心澄清和離心分離兩種過程。 1.1主要應用領域 1．礦物油行業(yè)：船舶主機、陸用

4、柴油機、電站等燃油和潤滑油的凈化； 2．乳制品行業(yè)：鮮牛乳的澄清和凈化、脫脂； 3．植物油行業(yè)：棕櫚油的凈化和澄清，植物油精煉的脫膠、脫皂、脫水和脫蠟等； 4．飲料制品行業(yè)：啤酒、果汁、飲料等澄清，植物蛋白的提取、廢水處理等；生物工程發(fā)酵液的澄清； 5．淀粉行業(yè)：淀粉漿的濃縮和分級； 6．制藥行業(yè)：抗生素類、生化制藥類藥劑萃取過程中的凈化或澄清，中藥藥劑的澄清等； 7．化工行業(yè)：化工原料的凈化或澄清； 8．羊毛脂行業(yè)：從洗毛污水中提取和凈化羊毛脂； 9．膠乳行業(yè)：凈化和濃縮天然橡膠乳漿； 10．其他行業(yè)：如實驗室、石油、焦化、高嶺土、紙漿回收、電解液處理、廢

5、水處理、環(huán)保等，以及動植物蛋白的提取、動物脂肪的提取及精煉、混合脂肪酸的分離。 船用碟式分離機主要用于清除船舶柴油機等設備燃油和潤滑油中的水分和雜質，以減少機械設備的磨損，延長機械設備的壽命。船用碟式分離機的設計、制造和驗收符合GB/T5745-2002船用碟式分離機的標準。 1.2離心機分類 1．按分離因數(shù)的大小可分為常速離心機、高速離心機及超高速離心機。 常速離心機：Fr＜3000，主要用于分離顆粒不大的懸浮液和物料的脫水。 高速離心機：3000＜ Fr ＜50000，主要用于分離乳濁液和細粒懸浮液。 超高速離心機： Fr ＞50000，主要用于分離極不易分離的超

6、微細粒懸浮液和高分子膠體懸浮液。 2．按操作原理的不同可分為過濾離心機、沉降離心機及分離離心機。 過濾離心機：轉鼓壁上有孔，借離心力實現(xiàn)過濾分離，分離因數(shù)不大，適用于易過濾的晶體懸浮液和較大顆粒懸浮液的分離以及物料的脫水。 沉降離心機：鼓壁上無孔，借離心力實現(xiàn)沉降分離。 分離離心機：鼓壁上無孔，分離因數(shù)在3000以上，主要用于乳濁液的分離和懸浮液的增濃或澄清。 3． 按操作方式的不同可分為間歇式離心機和連續(xù)式離心機。 1.3 碟式分離機發(fā)展狀況 在工業(yè)生產(chǎn)中，離心機基本上屬于后處理設備，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

7、應發(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年為適應乳酪加工工業(yè)的需要 ，發(fā)明了用于分離牛奶的離心機。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、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。如今，在合成塑料(聚氯乙烯、聚丙烯)

8、及合成纖維(聚對苯二甲酸乙二脂)生產(chǎn)的分離設備中，螺旋離心機己成為關鍵設備之一。 我國的碟式分離機研制已經(jīng)具有四十多年的歷史，尤其在近十年來隨著機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，碟式分離機的需求越來越大，應用的領域也在擴大。各個企業(yè)都參與進來，更加重視碟式分離機的技術研究投入，包括對大型鍛件和精密件的材料研究、分離機主要部件的應力分析、機器的穩(wěn)定性等等。在零件的加工工藝上，隨著數(shù)控技術的發(fā)展，碟式分離機的質量得到很大的提高，許多的機型能達到國外先進水平。隨著碟式分離機的發(fā)展，越來越多的用戶都選擇我國的碟式分離機，我國國內(nèi)用的碟式分離機基本不再靠國外進口。但是，對于大型的碟式分離機，由于國外原材料和制造

9、水平的原因，與國外同類產(chǎn)品還有一定的差距。 我國真正具有現(xiàn)代實用價值的第一臺螺旋離心機是1954年制造的，由于它獨具連續(xù)操作、處理量大、單位產(chǎn)量耗電量較少、適應性強等特點而得到了迅速發(fā)展，在四十多年的發(fā)展中，結構、性能、參數(shù)變化很大，分離質量、生產(chǎn)能力不斷提高，應用范圍更加廣泛，在離心機領域中一直占有重要地位。在各種國際展覽會上，各種各樣的螺旋離心機，是所展出的離心機中最吸引人的機型，具有良好的發(fā)展前景。 我國從七十年代末開始引進螺旋離心機，對國外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的臥螺離心機進行了仿制。臥螺離心機是原化工部“七五”科技攻關項目，1989年南京綠洲機器廠仿制了ALFANx42o型大錐角

10、((20)離心機(即L201)，用于玉米蛋白的分離，并于1992年制成樣機；此后，重慶江北機械廠、解放軍第4819廠和金華鐵路機械廠等研制開發(fā)了一系列的螺旋卸料沉降離心機，并成功地應用于生產(chǎn)實踐。但是就整體水平而言，我國還是遠遠落后于工業(yè)發(fā)達國家的。隨著現(xiàn)代工業(yè)文明的發(fā)展和人類對環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重視，分離效果好，振動小、噪聲低成為離心機能否被市場接受的重要條件。這就需要離心機具有良好的動態(tài)特性。通常，動態(tài)特性包括臨界轉速、不平衡響應和穩(wěn)定性等內(nèi)容。臥螺離心機的參數(shù)選擇及優(yōu)化是提高臥螺離心機動態(tài)特性的首要環(huán)節(jié)。 碟式分離機的種類繁多，我國碟式分離機開發(fā)和研制已經(jīng)逐步實現(xiàn)了系列化、標準化

11、。目前我國已經(jīng)有一系列的標準，形成了二十多個系列，一百多種規(guī)格。 隨著我國碟式分離機的不斷發(fā)展，我國將在大型碟式分離機的自動控制和國際上先進的電器原件有進一步的成就。 第二章 碟式離心機分離原理 2.1基本原理 碟式機是沉降式離心機中的一種，用于分離難分離的物料（粘性液體與細小固體顆粒組成的懸浮液或密度相近的液體組成的乳濁液等）。是利用混合液（混濁液）中具有不同密度且互不相溶的輕、重液和固相，在離心力場中獲得不同的沉降速度的原理，達到分離分層或使液體中固體顆粒沉降的目的。分離機中的碟式分離機是應用最廣的沉降離心機。 （1）分離基礎-重力沉降

12、 一種使在中的固體顆粒下沉而與流體的過程。它是依靠的作用，利用與流體的差異，使之發(fā)生而，即。 圖 2—1 重力沉降 （2）增加隔開碟片 在沉降槽中安入水平板，則可增加槽面積。這樣就給出了若干個間隙的分離通道，如N個，每一個的生產(chǎn)能力為，因此沉降槽的總生產(chǎn)能力為 (2—1) 其中 —沉降速度； A—沉降槽底面積； 圖 2—2 增加隔開碟片 （3）引入離心力 懸浮液由中心進料管進入轉鼓，從碟片束外緣經(jīng)碟片間隙向碟片內(nèi)緣

13、流動。因受離心力作用，固體顆粒在隨液體流動的同時沉降到各碟片的內(nèi)表面，再向碟片外緣滑動，最后沉積到鼓壁上。 圖 2—3 引入離心力 2.2液珠分離和移動原理 液珠分離：利用離心力場把不同密度的液珠分層。 液珠移動：利用浮力的分力和摩擦力之和小于離心力向下的分力時，液 珠便向下移動，反之向上移動。 如圖2—4所示，為輕重液珠在碟片間隙中流動時候的受力分析情況，則有 液珠離心力: （2—2） 向下的分力： （2—3） 液珠的正壓力： （2—

14、4） 浮力： （2—5） 向上分力： （2—6） 正壓力： （2—7） 摩擦力: （2—8） 重液珠：離心力分力大于摩擦力與浮力分力的和，則液珠向下移動。 離心力分力： （2—9） 輕液珠：浮力分力大于離心力加摩擦力，液珠上浮。 浮力分力： （2—10） 由此可見：輕重液體將分層逆向流動，從不同排

15、出口流出 圖 2—4 液珠在碟片間隙中流動時候的受力分析 第三章 碟式分離機的結構及工作機理 碟式分離機是應用最為廣泛的分離機械之一，也是在各個領域中數(shù)量最多的一種離心分離機械。然而碟式分離機的結構也相當復雜，在自動排渣碟式分離機中還會涉及到自動控制技術，其控制裝置也會相當復雜。在本次畢業(yè)設計中，設計的是人工排渣碟式分離機，在結構上相對于自動排渣碟式分離機較為簡單。 3.1碟式分離機結構 （1）機座傳動部分 各種碟式分離機的機座及傳動部分大致相似。電動機通過離心離合器、水平軸、一對螺旋增速齒輪及立軸而帶動轉鼓。立軸是撓性軸，上軸承為撓性軸承，轉鼓安裝在立軸的上端。傳動除可用螺旋

16、齒輪外，還可以用皮帶增速傳動。所有這些傳動裝置均安裝在機座內(nèi)。 （2）機殼部分 轉鼓外面裝有大都為圓形或者錐形的機殼，可接受從轉鼓分離出來的重相或者沉渣。機殼上端與懸浮液的輸入管及輕相輸出管相連。 （3）轉鼓組件 轉鼓是分離機的最主要部分，它包括： 1） 轉鼓體—底、蓋、大螺母、小螺母等 2） 碟片組件—碟片架、碟片組 碟片的作用是縮短固體顆粒(或液滴)的沉降距離、擴大轉鼓的沉降面積，轉鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機的生產(chǎn)能力。 3）向心泵 向心泵具有固定在機殼上靜止不動的葉輪，葉輪外緣浸沒在與轉鼓同步旋轉的分離液層內(nèi)，分離液由葉輪外緣進入弧形流道，流至葉輪中心排液管排

17、出。葉輪將旋轉液體的動能轉變?yōu)殪o壓，將轉鼓中排出的分離液直接輸送至10～20米的高度。 4）排渣裝置，如噴嘴排渣轉鼓具有噴嘴排渣裝置，而活塞排渣轉鼓則具有活塞能上下啟閉進行自動排渣的機構。 5）自動控制部分 現(xiàn)代碟式分離機大多能自動加料、排渣、停車。因而附有各種形式的自控和遙控設備。 可以看出，碟式分離機機構比較復雜，轉鼓零件多，清洗也比較困難，因此在混合液處理量少的間歇生產(chǎn)過程中，它就不如管式離心機用的多。 3.2 DRN200型碟式分離機工作機理 圖 3—1人工排渣式碟式分離機 如圖3—1所示是人工排渣式碟式分離機。轉鼓由圓柱形筒體，錐形頂蓋及鎖環(huán)組成。轉鼓中間有

18、底部為喇叭形口的中心管料分配器，中心管及喇叭口有縱向筋條，使液體與轉鼓有相同的角速度，液料分配器援助部分套有錐形碟片。在碟片束上面有分隔碟片（碟片蓋），其頸部有向心泵。 在每一碟片外表面上，沿母線方向常用焊接或其他方法加工有定隙片或筋。后者除了使碟片間隙保持不變外，還可減小液體相對于碟片的位移。 液料加入分配器中心管并進入轉鼓底腔，液料中最粗顆粒部分在此分離于轉鼓內(nèi)，其余料沿著中性孔上升，進入碟片間隙內(nèi)。在間隙內(nèi)，輕液向軸線方向運動，重液向碟片大直徑方向運動。這時細的固粒沉降于碟片下表面上，然后向轉鼓周邊方向移動，并沉降于轉鼓壁上。輕、重分離液分別經(jīng)各自排液向心泵向機外排出。 分離懸浮液

19、時，在碟片上不需要開進料孔，而分離乳濁液時則需在碟片上開進料孔。在孔的位置與輕、重液分界面（即中性層）的位置相適應，故進料孔也稱為中性孔。重相體積越小，中性孔的位置離軸線越遠。在極限情況下，設有這些孔，料液將圍繞碟片，從四周進入碟片碟片間隙。反之，若輕液體積比較小，中性孔的位置則靠近軸線。料液應沿中性層所確定的中性孔位置，進入碟片，否則就可能破壞正常的分離操作，從而降低分離效果。 人工排渣碟式分離機結構簡單，價格較為便宜，可得到密實的沉渣。所以廣泛用于乳濁液及含少量固體（＜1~5%）懸濁液的分離。缺點是轉鼓和碟片之間具有較大的沉渣容積，這部分空間不能充分發(fā)揮碟式分離機高效率分離的優(yōu)點。此外間

20、歇人工排渣生產(chǎn)效率較低，勞動強度較大。 3.3分離機安全操作規(guī)則 分離機是一種高速旋轉機械，工作時轉鼓產(chǎn)生巨大的離心力。為了保證操作人員和設備的安全，使用時應嚴格遵循下述規(guī)則： 1．轉鼓主鎖帽鎖緊前以及進出口裝置和其它緊固螺釘未緊固前，不能啟動分離機。轉鼓未完全停止前，不能松開機器的任何零件。 2．不允許用火焰加熱或補焊轉鼓所有零件。 3．分離機在工作時如有異常振動和異常聲音,應立即切斷電源緊急停機，等轉鼓停穩(wěn)后，找出原因排除故障后方可重新裝配開機。 4．轉鼓部份零件不能和其它機器轉鼓零件交換使用，即使是同一型號分離機也不允許。 5．分離機不得用于處理腐蝕性比出廠設計大的的物料。

21、 6．分離機使用兩年后或其振動烈度超過4.5mm/s而不能降低時，必須對轉鼓部件及軸進行無損探傷檢測并對轉鼓部分進行動平衡校驗。以后每年均需探傷一次。 第四章 碟式分離機的主要參數(shù)的設計計算 從工藝過程來看，碟式分離機的主要參數(shù)包括：碟片的尺寸、數(shù)量、間隙，轉鼓的內(nèi)徑及其回轉速度等。這些參數(shù)都直接與分離料液的物理、化學性質，所要求的生產(chǎn)能力，料液的固液比及所要求的分離度等因素相關。而本次設計中，由標準可以得到DRN200型碟式分離機的轉鼓內(nèi)徑和轉鼓速度，所以計算量有所減小。下面對DRN200型碟式分離機的部分主要參數(shù)做選擇計算。 4.1DRN200型碟式分離機的主要參數(shù) 如表4—

22、1，查JB/T 5287.2—1991得到，DRN200型碟式分離機結構為人工排渣型，轉鼓公稱直徑是=200mm，轉速n=6700~8000，當量沉降面積∑=6~10，電機功率N=1.5/2.2KW，額定處理能力（脫脂）Q=1000L/h，用途為牛乳脫脂。 表4—1 碟式乳品分離機標準 4.2碟片的主要尺寸的確定 （1）碟片母線錐角α 碟片母線與轉鼓軸線所成的錐角與懸浮液中固相在碟片上的摩擦系數(shù)有關，根據(jù)（—固相與碟片表面間的摩擦系數(shù)）的條件，α在30°~45°范圍內(nèi)選取。在本次設計中，取α=35°。 （2）碟片的內(nèi)、外徑 碟式分離機的生產(chǎn)能力為Q，則由參考文獻[1]式（4—8

23、1）得， （4—1） 式中 —懸浮液固液相密度差； 可以看出，減小內(nèi)徑、增加外徑均能使生產(chǎn)能力提高。當按照標準系列設計時，由于外徑已確定，因而主要是決定內(nèi)徑碟片的尺寸。內(nèi)徑主要受機械結構及物料性質的影響，如膠乳分離機中，為了防止凝聚時引起的堵塞，一般采用較大的中心進料管，故碟片內(nèi)徑也應該大一些。 在研究乳脂分離與適合乳脂分離的一些碟式離心機的結構與操作參數(shù)的基礎上，取。 轉鼓外徑的選定，在保證轉鼓強度的條件下，主要是卸料過程有關。對于間歇卸料，應當有較大的沉渣儲存空間，以減少分離

24、過程中，卸料輔助時間的比例；對于連續(xù)卸料，則主要與控制濃縮后沉渣的固液比及沉渣與碟片的摩擦等因素有關，一般濃縮后沉渣的固液比要求大，需要有較大的沉渣空間。 （3）碟片間隙 由參考文獻[1]第四章可知，碟片尺寸、碟片數(shù)量以及碟片間隙等的確定，應使得所有大于臨界直徑的顆粒能保證獲得分離，并且從碟片間隙進入轉鼓沉渣區(qū)。 根據(jù)以上原則來確定，在最小碟片半徑處，位于碟片下表面上的直徑為的顆粒滑移條件： （4—2） 其中 C—沉降固粒所受到的離心力； μ—

25、液體動力粘度； —碟片表面距離為的液體經(jīng)線方向的速度； 用C除以上式，并且?guī)? 得到 （4—3） 或者 （4—4） 其中 對于工程計算來說，有導向筋及λ值不大的情況下： （4—5）其中 q—一個碟片間隙的液體流量；

26、 在時， （4—6） 上式中，右邊括弧內(nèi)的第二項數(shù)值與1相比很小，可以不計，因而 （4—7） 其中 Z—碟片數(shù)； 將式（4—7）代入式（4—4），得 （4—8） 式中 顆粒臨界直徑用沉降速度表示為 （4—9） 由最后三個方程式整理得到

27、 （4—10） 由此 （4—11） 由參考文獻[2]可知，這里根據(jù)實際情況，在合適本次設計中的碟式分離機結構和操作參數(shù)的條件下，原乳粘度=8 mPa·S，碟式分離機生產(chǎn)能力，當量沉積面積∑=8=8×，=7000r/min,脂肪密度為918 kg／m3 ，脫脂乳密度為1 038kg／m3 ，懸浮液兩相密度差△ =1 038—918=120 kg／m3=0．12 g／cm3，顆粒與碟片表面間的摩擦系數(shù)f=0.5，碟片大徑= 165 mm

28、=0．165 m，碟片小徑=50 mm=0．05m，碟片數(shù)Z=100。 將上述的值帶入（4—11）得到，mm，故取。 （4）碟片束高度H 在碟片最大半徑處的碟片束高度由下式確定 （4—12） 式中 —碟片厚度； 一般碟片厚度應該盡量小，但也應該滿足保持形狀穩(wěn)定、耐磨及易于加工等要求。由參考文獻[3]可知，實際生產(chǎn)中，碟片厚度一般為0.5~2mm，本次設計取=0.5mm。 碟片束高度應當不太大。轉鼓對稱軸線的慣性矩和垂直于對稱軸且穿過轉鼓中心軸線的慣性矩間的相互關系，是考慮H值的原則。

29、根據(jù)碟式分離機操作動力的穩(wěn)定性條件，力求這兩種慣性矩盡量接近。 如果計算得到的H值太大，要減少碟片數(shù)或者降低碟式分離機的生產(chǎn)能力。 綜上可以得到碟片束高度H=84mm。 4.3碟片內(nèi)分離過程的強化 改進碟片結構是強化分離過程的重要途徑。目前通用的碟片結構形式已有80多年的歷史。在使用中，發(fā)現(xiàn)它有一些列的缺點，嚴重影響了分離機的生產(chǎn)能力及分離度。 1．在碟片間隙內(nèi)，液體和沉渣是逆流流動； 2．由于在沉渣附近液層內(nèi)速度落差大，碟片間隙內(nèi)已分離固粒要隨著澄清了的液體一起流動； 3．料液進入每一組碟片的負荷不均勻。 一方面，要避免湍流的產(chǎn)生，使液流在碟片間的流動為層流；另一方面，為了強

30、化分離效果，需要在碟片間加入導向筋，這就又不可避免的產(chǎn)生了湍流。如何解決這一對矛盾，是優(yōu)化碟片結構的關鍵所在。 為了改進上述狀況，已經(jīng)研制出了心得碟片結構形式，來改善轉鼓內(nèi)及碟片間隙內(nèi)液流分布狀況。下述結構形式是根據(jù)研究離心力場內(nèi)的流體力學特點而提出的。 如圖4—2可見，這種碟片結構形式的特點是碟片在筋條上有小平塊。小平塊是下一碟片的支承。筋條具有各種長度，隨著離懸浮液進口遠而家長。在有的情況下，需要根據(jù)計算來改變碟片上的筋條數(shù)目，其數(shù)目隨著離懸浮液入口處遠而加多。 現(xiàn)在來進一步分析這種新碟片中的分離過程。液體在碟片間隙內(nèi)由大直徑朝小直徑方向流動過程中，由碟片內(nèi)表面和筋條上表面限制環(huán)腔A

31、FEB內(nèi)的流體阻力要比筋條區(qū)域ABCD內(nèi)大許多倍，絕大部分液體（80~90%）在筋條間ABCD區(qū)內(nèi)流動，在環(huán)腔AFEB內(nèi)形成流量不大的堰區(qū)。 在環(huán)腔AFEB內(nèi)形成的這種堰區(qū)，減小了沉渣和液體的逆流，以及減少了沿碟片內(nèi)表面運動時沉渣表面附近的速度差。 碟片 碟片 銷塊 筋條 圖4—2兩種碟片內(nèi)液流分布圖 圖4—3表示出了有無導向筋的兩種轉鼓中碟片間顆粒的運動軌跡。由圖可見， 在澄清型無導向筋的分離機中，運動軌道類型較單一。在有徑向導流情況下，運動軌道均勻平坦，還在顆粒降落到碟片表面前，運動軌道顯著地聚攏。 碟片上有徑向導向筋的轉鼓 離心澄清型普通轉鼓 圖4—3兩種碟

32、片內(nèi)液流分布圖 如圖4—4即為這中新型碟片的實物圖。 圖4—4碟片的實物圖 第五章 碟式分離機的傳動系統(tǒng) 5.1常用傳動系統(tǒng) 碟式分離機是高速回轉機器，在撓性軸條件下運轉。軸、軸承和傳動裝置的結構設計均應該考慮此特點。各類碟式分離機的傳動系統(tǒng)基本相同。如圖5—1所示，是最常用的一種傳動系統(tǒng)。 1—轉鼓 2—立軸 3—上軸承 4—小螺旋齒輪 5—下軸承 6—橫軸 7—大螺旋齒輪 8—轉速計 圖5—1 碟式分離機傳動系統(tǒng)圖 立式撓性軸安裝在裝有彈簧(彈性裝置)的上軸承座上，彈性軸承可以減小轉鼓旋轉時產(chǎn)生的振動。在橫軸上的大螺旋齒輪通過安于立軸上的小螺旋齒

33、輪帶動轉鼓旋轉。傳動各潤滑部位，一般均用稀油飛濺潤滑。大螺旋齒輪由在機殼外的電機經(jīng)聯(lián)軸器傳動。 上軸承的彈性裝置，一般是安在可以徑向移動的軸承座上，軸承座四周等分安裝有若干徑向彈簧（一般不小于6個）。這種彈性約束系統(tǒng)剛度狀況對軸的臨界轉速有著重要的影響。其剛度可以用下法計算。 單個彈簧剛度為k1，則對于如圖5—1所示彈性約束的總剛度為 （5—1） 式中 —第個彈簧與軸承位移方向的夾角。 圖5—2中所示六根彈簧一般都是在有預緊的情況下安入彈簧座內(nèi)，也就是說，彈簧是處于壓縮狀態(tài)下工作的，而且設計時使轉軸可能的位移量始終小于

34、預壓量，因而分離機上的六根彈簧，在運轉過程中始終均起作用，這樣彈簧的總剛度為 (5—2) 若六根彈簧沒有預緊力，在起始位置剛好與軸承座接觸，在軸承位移時，實際上只有三個彈簧對它有壓緊力，故得 （5—3） 圖 5—2 上軸承的彈性約束系統(tǒng) 由5—3式可見，彈簧預緊情況對整個系統(tǒng)的剛度有影響。應該采用剛度系數(shù)相同的彈簧，并且以相同的預緊力進行安裝，這樣能夠減少干擾振動。 從動螺旋小齒輪是固定在立軸上的，當轉鼓振動時會使齒輪振動，影響嚙合，增加磨損而縮短使用壽命。因而

35、有從動螺旋齒輪在立軸上并不是剛性連接的結構。小螺旋齒輪與立軸系通過銷釘連接，這種結構可以減緩轉鼓振動對齒輪傳動的影響，結構也相對簡單。 為了提高螺旋傳動的可靠性，除了改進轉軸結構及支承方式，改善螺旋齒輪運轉的動力學條件之外，螺旋齒輪的材質、制造精度、潤滑等方面均應給予必要的注意。 大螺旋齒輪多用青銅鑄造，但青銅材質可因配方而異。經(jīng)過實驗鑄錫磷鎳青桐耐磨性較好，與之配對的小齒輪用40Cr調(diào)質鋼。 除了上述螺旋齒輪外，皮帶傳動及正齒輪傳動也常常應用，皮帶傳動具有結構簡單，價格便宜，維修方便等優(yōu)點。尤其是強度高的尼龍平皮帶更具有壽命長，線速度高的特點。因此，皮帶傳動的應用逐漸增多。 5.2

36、蝸桿渦輪傳動結構設計及校核 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉運動。它廣泛用于在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中。最大的傳動功率可達到750KW，通常用在50KW以下；最高滑動速度vs可達到35m/s，通常在15m/s以下。 5.2.1蝸桿傳動的特點 1．大，結構緊湊。蝸桿頭數(shù)用Z1表示（一般Z1=1~4），蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉Z2轉蝸輪才轉一轉，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機構中，I可達1000。這樣大的傳動比如用，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿

37、傳動結構緊湊、體積小、重量輕。 2．傳動平穩(wěn)，無。因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音都比較小。 3．具有性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。 4．蝸桿傳動效率低，一般認為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。 5．發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。 第六章 碟式分離機的其它結構 碟式分離機結構復雜，設計的內(nèi)容非常多。對于整個碟式分離機設計過程中，除了關鍵的結構外，如碟片、轉鼓、立軸、橫軸，還

38、有很多零部件設計，涉及到對整個分離機運轉過程中的整體認識深度。 6.1 分配器作用及結構設計 分配器在碟式分離機中起到了分流和支承碟片的關鍵作用。如圖6—1所示，是分配器的零件圖 圖6—1 分配器零件圖 圖3—1是人工排渣型碟式分離機轉鼓裝配圖，我們可以看出分配器是以下轉鼓為支承，碟片安裝在分配器上，并且通過分配器的的特殊結構在軸線定位的。上轉鼓與下轉鼓大螺母鎖緊產(chǎn)生摩擦力使得碟片壓緊。特別注意的是，分配器不僅能夠使進料能分離進入轉鼓內(nèi)，還由于在軸線的特殊結構，使得輕液能夠沿著分配器軸線上行運動，進入向心泵。 6.2 碟式分離機的向心泵 現(xiàn)代碟式分離機的轉鼓結構均向氣密耐壓發(fā)展

39、。因此分離液的排出裝置也有敞開式發(fā)展為撇液管或者撇液裝置（向心泵）。泵體，泵輪結構簡單，無機械摩擦面及密封要求，制造方便，在分離機轉鼓里加上泵體后，結構不致太復雜。向心泵充分利用物料的動能轉化為壓力能，因此在工藝流程中，分離機安裝位置可不受廠房標高的影響。排出液不會產(chǎn)生大量泡沫與發(fā)生乳化、汽化現(xiàn)象。 本次設計的是排出壓力較低的向心泵。將液體動能轉換成壓力能的過程是在向心泵流體通道內(nèi)進行。為使能量轉換效率高，應有適宜的流道形狀。對于排出壓力較低的向心泵，可用后彎形葉片所組成的流道（如圖6—2所示）。流道由葉片數(shù)目及葉片形狀所決定。葉片太多會造成阻力損失過大，太少則能量轉化不充分。一般葉片數(shù)目取

40、4、6、8片，而本次設計取4片。流道的進口角度，出口角度，葉片的進口到出口處用光滑的圓弧連接成形。葉片的厚度取決于壓力的大小與加工工藝，理論上是越薄越好，但實際上不可能做到很薄，一般取2~3mm，進口邊薄一點，出口邊厚一點。這種結構的向心泵，其出口壓力一般為15~20m水柱。 向心泵進口寬度，按向心泵的流量等于分離機額定流量原則計算，即 （6—1） 式中 Q—分離機的額定分離量（）； —向心泵外徑（m）； 液體旋轉方向 1—上蓋板

41、2—下蓋板 3—葉片 —旋轉液體進入向心泵時的速度（m/s）； 圖6—2 碟式分離機向心泵 這種向心泵制造簡單。通常下蓋板與葉片為整體，在一塊圓板坯料上銑出葉片，上蓋板先車好后覆蓋到葉片上，與葉片接觸處鉆幾個孔，然后用塞焊焊牢，最后向心泵整體精車完成。此外，也有葉片單獨用薄鋼板制成后再焊入下蓋板上的加工方法。 6.3橫軸聯(lián)軸器 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，如

42、圖6—3。 6.3.1聯(lián)軸器選擇 由于本次設計中橫軸的轉速是1440r/min，屬于中低轉速傳動，故采用凸緣聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器主要有兩個分裝在軸端的半聯(lián)軸器和聯(lián)接它們的螺栓所組成。 其特點是：構造簡單，成本低，可傳遞較大。這種聯(lián)軸器對中精度可靠， 圖6—3 凸緣聯(lián)軸器 傳遞的轉矩較大，但要求兩軸的同軸度好，主要用于載荷平穩(wěn)的聯(lián)接中。 根據(jù)兩端軸的尺寸參數(shù)，由查參考文獻[4]，選擇GYS2凸緣聯(lián)軸器，其具體參數(shù)如表6—1。 表 6—1 凸緣聯(lián)軸器主要參數(shù) 6.3.2聯(lián)軸器的螺栓強度校核 按標準選定凸緣聯(lián)軸器后，對聯(lián)接兩個半聯(lián)軸器的螺栓進行強度進行校核。本次采用的

43、是六角頭螺栓聯(lián)接形式，且螺栓與螺栓孔之間具有少量的間隙，這個時候兩個半聯(lián)軸器依靠合面間的摩擦力傳遞轉矩。 設D和D1分別為聯(lián)軸器環(huán)形接合面的外直徑和內(nèi)直徑，為摩擦系數(shù)，z為螺栓數(shù)目，為每個螺栓的預緊力，則該聯(lián)軸器所能傳遞的最大轉矩為 (6—1) 式中 K—載荷系數(shù)； 上式中，假設摩擦半徑等于環(huán)形接合面的平均半徑。利用上式，可以求出螺栓的預緊力。螺栓尺寸也可以根據(jù)預緊力來校核。 6.4立軸螺栓 圖6—4立軸螺栓實物圖 如圖6—4即是立軸螺栓的實物圖，立軸螺栓的主要作用是將轉鼓固定在立軸上。 立軸螺栓

44、是轉鼓與立軸之間的重要部分。轉鼓內(nèi)有液體，在分離機運轉過程中，不允許有任何的泄漏，所以立軸螺栓必須做好密封作用。同時，立軸螺栓通過螺紋聯(lián)接與立軸聯(lián)接在一起，立軸螺栓也起到傳遞動力的作用，在分離機工作中也不允許出現(xiàn)松動的情況。 立軸螺栓、轉鼓與立軸三者之間的裝配關系如圖6—5。 立軸螺栓與螺栓套聯(lián)接，并且通過密封圈4使得混合液從分配器流出時候不會通過立軸螺栓進入立軸。螺栓套通過螺紋聯(lián)接在轉鼓上，并且也有密封圈2，使混合液不會經(jīng)過螺栓套流出轉鼓外。立軸與立軸螺栓也是通過螺紋連接。在這三者間必須做好密封措施，以防混合液泄漏出轉鼓，造成設備的損壞。 6 5 4 3 2 1 1

45、—轉鼓 2—密封圈 3—立軸螺栓 4—密封圈 5—螺栓套 6—立軸 圖6—5立軸、立軸螺栓、轉鼓三者裝配關系 第七章 目前國外的碟式離心機的設計圖，原理，及3D模型 7.1國外離心分離技術的發(fā)展趨向 工業(yè)離心機誕生于歐洲，比如19世紀中葉，先后出現(xiàn)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(xiàn)了連續(xù)操作的離心機，間歇操作離心機也因實現(xiàn)了自動控制而得到發(fā)展。 近年來，國外離心技術得到進一步的發(fā)展，主要在以下方面有很大的成就： 改進動平衡技術：一種補償離心機不平衡度的裝置，系轉子在

46、彈性支撐的情況下，液體在中空環(huán)狀容器中的散開，以補償轉子的不平衡 (2)降低能耗的裝置：美國BECKMAN公司在1984年介紹了一種固定在套筒上的可部分密封下端的裝置，該裝置不但可使轉子運行平穩(wěn)。且可降低風阻，亦節(jié)約了能耗。 (3)CIP技術的應用。 CIP清洗即CLEAN IN PLACE(原位清洗)。 CIP清洗即不分解生產(chǎn)設備，又可用簡單操作方法安全自動的，幾乎被引進到所有的食品、飲料及制藥等工廠。CIP清洗不僅能清洗機器，而且還能控制微生物。CIP清洗技術已經(jīng)很廣泛的應用在先進的食品行業(yè)，比如酵母行業(yè)的龍頭企業(yè)，就是采用的全套CIP清洗程序進行管道和罐子的清洗的。 (4)離心機

47、轉鼓的改進：例如高速碟式機，以前轉鼓底與蓋的連接通常為螺紋或剪切環(huán)。然而兩法設計復雜，徑向間容易松動，從而導致動平衡的問題。這方面的矛盾國內(nèi)尤為突出，而瑞典ALFA—LAVAL公司之專利述及一種鎖接頭的連接方法改進了上述的缺點。法國專利則推薦一種新轉子，其中心用硬質陶瓷材料，而外層用單絲纏撓的方法，從而增加了轉鼓強度。 ??? 上述幾方面的進展，基本上論述了國外這方面的動態(tài)，然而離心分離技術不可能像電子技術那樣飛躍，即使當代最先進的離心機也不可能是完善無缺的，而是向上述幾個方面不斷努力，爭取推出更新一代的離心機，這也是未來離心機的發(fā)展趨向。 下面以Alfa Laval公司的臥螺離心機作詳

48、細說明。 7.2Alfa Laval臥螺離心機的設計圖 1.小端螺旋軸承 2.大端螺旋軸承 3.小端排油孔 4.大端排油孔 7.3 Alfa L

49、aval臥螺離心機的設計原理 物料從空心的螺旋輸送器中央的進料管直通到機器轉鼓圓錐體和圓柱體的交匯部分。物料在進入轉鼓后，其中的液體分布在轉鼓中形成內(nèi)層水環(huán)，并平穩(wěn)地加速到全轉速。固相在離心力的作用下被沉降在轉鼓內(nèi)壁。螺旋輸送器連續(xù)地將固體從轉鼓的圓柱體部分通過圓錐體部分輸送到圓錐體端部。 固液分離發(fā)生在轉鼓的整個圓柱部分，在轉鼓的大端有可更換/可調(diào)節(jié)的堰板，澄清的液相通過堰板在轉鼓的大端溢出。固體通過離心力從轉鼓小端的出口排出。 7.4 Alfa Laval臥螺離心機3D模型

50、 結論 本次設計主要考慮的是碟式分離機的結構設計，對碟式分離機各個部件的作用進行徹底的了解，從而加強對機械結構設計的認識。機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以，結構設計的直接產(chǎn)物雖是技術圖紙，但結構設計工作不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達設計方案的語言，綜合技術的具體化是結構設計的基本內(nèi)容。 對于機械

51、結構設計，我們必須首先搞清楚所設計的機械工作原理是什么。在機械結構設計中，我們涉及到的大多是機械運動方面的一些理論知識，這就需要我們在平時學習中積累了足夠的理論知識，以便于充分認識到所設計的機械是怎么工作的。機械結構設計不同于夾具設計，在夾具設計中，我們主要考慮的是零件的定位和夾緊，在機械結構設計中，我們主要考慮的是整個機械的工作原理和各個部件的裝配關系。（1）它是集思考、繪圖、計算（有時進行必要的實驗）于一體的設計過程，是機械設計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用于結構設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。（2）機械結構設計問題的多

52、解性，即滿足同一設計要求的機械結構并不是唯一的。（3）機械結構設計階段是一個很活躍的設計環(huán)節(jié)，常常需反復交叉的進行。為此，在進行機械結構設計時，必須了解從機器的整體出發(fā)對機械結構的基本要求。 本次設計為DRN200型碟式分離機的結構設計，我從最初的什么都不知道，到最后能夠基本認識到碟式分離機的工作原理和各個部件的作用。不管是在外形尺寸上對碟式分離機有了清楚的認識，更是對它的理論知識有了很充分的認識。盡管最后的結果并不是很完美，但是我學到了機械結構設計的基本方法以及認識到在設計中一些注意事項，為以后的工作做了很好的鋪墊作用。這次設計由于時間因素、個人經(jīng)驗不足和缺乏實物參考，在一些細節(jié)的地方考慮

53、不足，這是不能和專業(yè)人士設計的離心機相比的，使得分離機在結構實用性、可靠性、經(jīng)濟性還有待進一步改善，但作為一個初學者，在設計過程中，學到了很多，豐富了自己的理論知識。 參考文獻 [1]孫啟才，金鼎五.離心機原理結構與設計計算[M] .北京：機械工業(yè)出版社，1987.3 [2] 幸舟，蘭小飛，趙航濤.基于乳脂分離碟式離心機碟片間隙的設計計算[J].科學技術與工程，2008.9 [3]葉愛娟.碟式分離機碟片加工問題探討[J].過濾與分離，2011 [4]吳宗澤，羅圣國.機械課程設計設計手冊（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5 [5]邱宣懷.機械設計（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2011.7 [6]楊志儒.碟式分離機的研究與優(yōu)化設計[D].蘭州理工大學，2008.4.25：9—11 [7]百度百科 [8]校網(wǎng)數(shù)字圖書館