污泥脫水離心機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)摘要隨著水資源的污染，污水處理事業(yè)逐漸被重視起來(lái)，離心機(jī)的研究對(duì)污水的改善作用漸漸被放大。以前的污水大量處理都是使用帶式壓濾機(jī)，上世紀(jì)70年代之后這一情況發(fā)生重大變化，離心機(jī)的應(yīng)用使污水的處理更加多樣，適應(yīng)性也比較強(qiáng)，污水的沉降分離澄清離心機(jī)都可以做到，污水處理中最繁重的工程就是對(duì)污泥的脫水。處理污泥可以說(shuō)是一舉兩得，可以獲得澄清的水，分離得到的沉渣也能二次處理用于其它工作。近年來(lái)，無(wú)論是工業(yè)廢水中的污泥還是城市生活中的污泥，都在污泥脫水離心機(jī)大量研發(fā)之后得到了有效的處理，在一定程度上改善了水環(huán)境。關(guān)鍵詞：離心機(jī)；沉降分離；污泥脫水目錄TOC\o"1-3"\h\u314第1章緒論 第1章緒論1.1研究的背景、目的和意義1.1.1研究的背景離心機(jī)的離心力對(duì)液—固、液—液等非均相混合物進(jìn)行離心分離，可以得到比其他分離機(jī)械含水量低的固相和高純度的液相，還能把勞動(dòng)強(qiáng)度降低、使勞動(dòng)條件改善，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)不停運(yùn)轉(zhuǎn)和體積小等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。臥式污水處理機(jī)專用來(lái)離心脫水處理是處理城市污水污泥處理的重要設(shè)備?？梢栽诔鞘猩钗鬯?、工業(yè)污水處理行業(yè)很好的發(fā)展，前景不錯(cuò)，其它需要進(jìn)行固液分離的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合都能夠廣泛使用[1]。1.1.2研究的目的污泥脫水離心機(jī)用來(lái)處理各類污水中的污泥，將污泥沉淀脫水，主要用于污泥脫水，濕渣濃縮，懸濁液分離、澄清和凈化及固體顆粒分級(jí)等過(guò)程。1.1.3研究的意義螺旋卸料沉降式離心機(jī)采用先進(jìn)的離心沉降法來(lái)高速分離懸浮液，達(dá)到可連續(xù)操作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)、能在耗電量較少的情況下大量處理、獲得比較強(qiáng)的適應(yīng)性、維修起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。研發(fā)污泥脫水設(shè)備，使用污泥脫水離心機(jī)處理沉淀污泥，并且有較好的經(jīng)濟(jì)效益，離心機(jī)封閉的工作環(huán)境，直接避免二次污染，沖洗方便省水。從離心機(jī)中排出的含濕率低的沉渣，能夠循環(huán)利用方便后期深入加工。設(shè)計(jì)制造廠能獲得的利潤(rùn)空間也比較大，還有國(guó)產(chǎn)的機(jī)器競(jìng)價(jià)優(yōu)勢(shì)也比較明顯，商機(jī)無(wú)限前景良好[4]。1.2設(shè)計(jì)的任務(wù)及方案（1）設(shè)計(jì)要求:污水離心分離處理能力17.2m3/h以上；（2）確定污泥脫水離心機(jī)總體設(shè)計(jì)方案；（3）臥式污泥脫水離心機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力分析；（4）裝配圖及零件圖的設(shè)計(jì)。第2章污泥脫水分離的機(jī)理2.1污泥脫水離心機(jī)工作原理污泥脫水離心機(jī)由殼體、差速器、輸入和調(diào)節(jié)液位系統(tǒng)、離心轉(zhuǎn)動(dòng)部件、啟動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)速控制裝置等構(gòu)成。1.差速器；2。連接架；3。支架；4。出渣口；5?；ㄦI軸；6。進(jìn)料口；7。出液口；8。撇液管；9。進(jìn)料管；10。向心泵；11。軸承座；12。左端蓋；13。軸承14。連接架；15。轉(zhuǎn)鼓；16。螺旋；17。加速錐圖2.1臥螺沉降式離心機(jī)簡(jiǎn)圖主輔電機(jī)復(fù)合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器，使二者旋轉(zhuǎn)方向相同。主電機(jī)與轉(zhuǎn)鼓直接相連直接驅(qū)動(dòng)，輔電機(jī)通過(guò)差速器和主電機(jī)共同完成驅(qū)動(dòng)螺旋推料器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，差速器的存在使螺旋推料器的轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，與轉(zhuǎn)鼓之間形成小的轉(zhuǎn)速差，這個(gè)差轉(zhuǎn)速是連續(xù)可調(diào)節(jié)的可以通過(guò)控制輔助電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行[8]。把待未處理的污泥加入絮凝劑混合后一起經(jīng)進(jìn)料管離心力作用送入轉(zhuǎn)鼓里，利用轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器之間形成的離心場(chǎng)的作用進(jìn)行沉降分離加入的物料，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓錐段收縮將物料進(jìn)行進(jìn)一步脫水處理，沉降后的物料在推料器螺旋葉片末端被緩慢推出，從出渣口排出脫水污泥，離心壓縮物料后得到的澄清液就從撇液口排出。2.2差速器的作用差速器主驅(qū)動(dòng)軸剛性連接轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓被主電機(jī)驅(qū)動(dòng)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，差速裝置中另一根輔助驅(qū)動(dòng)輔助電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的階梯軸與副電機(jī)輸出軸直接連接，差速器的輸出軸剛性連接螺旋推料器，螺旋推料器的轉(zhuǎn)速略低于轉(zhuǎn)鼓且同一方向旋轉(zhuǎn)，主輔電機(jī)共同控制螺旋推料器帶動(dòng)物料做離心轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器之間差轉(zhuǎn)速可通過(guò)控制輔電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化使其連續(xù)可以調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.22K—H漸開線行星齒輪差速器差速器的第二個(gè)作用就是使整個(gè)處理過(guò)程封閉功率傳遞。離心機(jī)中轉(zhuǎn)鼓和推料器有轉(zhuǎn)速差，物料進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓之后物料隨螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給方向一起旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，物料的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中接觸轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，二者轉(zhuǎn)速不一致相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力，物料對(duì)轉(zhuǎn)股的摩擦力起推動(dòng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)作用，轉(zhuǎn)鼓、差速器、副電機(jī)和推料器四者的共同調(diào)節(jié)使這一摩擦力作用回推料器，整個(gè)離心工作中功率得以封閉傳遞。差速器中齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比相對(duì)較大，在離心機(jī)將沉渣脫水處理時(shí)能把差轉(zhuǎn)速波動(dòng)降低，還可以減小輔電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩。2.3本章小結(jié)介紹了離心式污泥脫水機(jī)的污水處理工藝，分析了該機(jī)器的工作機(jī)理，還介紹了關(guān)鍵部件差速器的作用和運(yùn)行方式。第3章主要部件參數(shù)的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原則需要達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，依據(jù)技術(shù)要求設(shè)計(jì)出滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的機(jī)器，加以考慮裝配誤差，留出適當(dāng)?shù)募庸び嗔?，最終以能實(shí)際生產(chǎn)為準(zhǔn)，滿足使用要求。因?yàn)殡x心機(jī)需要比較大的離心力，也就要求轉(zhuǎn)速特別高，轉(zhuǎn)鼓等多個(gè)同心同軸的部件容易偏離軸線圓心，使機(jī)器磨損壞死，考慮這些情況后，對(duì)各零部件的材料使用和結(jié)構(gòu)布局要嚴(yán)格分析受力情況，解決負(fù)載對(duì)部件的應(yīng)力集中問(wèn)題以及運(yùn)轉(zhuǎn)的應(yīng)力集中。根據(jù)截面形狀和尺寸等有效數(shù)據(jù)進(jìn)行合理選材，進(jìn)行整體機(jī)構(gòu)科學(xué)布局將整體的動(dòng)態(tài)特性提高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求考慮設(shè)計(jì)WL—450型號(hào)離心機(jī)。3.2轉(zhuǎn)鼓技術(shù)參數(shù)3.2.1基本參數(shù)轉(zhuǎn)鼓參數(shù)的字母表示：圓柱段直徑D、液池液面高度h、總長(zhǎng)L、錐形段直徑d、柱段長(zhǎng)度L1、錐段長(zhǎng)度（L2+L3）、沉降區(qū)長(zhǎng)度（L1+L2）、干燥區(qū)長(zhǎng)度L3、轉(zhuǎn)鼓半錐角a.圖3.1轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)示意圖3.2.2半錐角a的確定錐段半錐角大，濕渣經(jīng)過(guò)時(shí)有壓縮作用能使沉渣水分大大降低，也就減緩了物料移動(dòng)的速度以及增加了推料的難度，功率也變大，葉片損耗程度也加劇，應(yīng)適當(dāng)取值。查閱文獻(xiàn)資料，對(duì)不容易脫水的物質(zhì)取a=6°-8°，易脫水物質(zhì)取a=10°-11°，本機(jī)取a=8°。3.2.3機(jī)內(nèi)液面高h(yuǎn)離心機(jī)的出液口徑固定，撇液管半徑r比較小，轉(zhuǎn)鼓中液面就比較高，液池深度也就大，污泥沉降時(shí)間也就延長(zhǎng)，固相沉降比較方便，也就減少了懸濁液中的含固量，然而液面不能太高，夜池和沉降區(qū)的長(zhǎng)度會(huì)明顯加長(zhǎng)，那么干燥的時(shí)間和長(zhǎng)度變短，干燥區(qū)中的沉渣移動(dòng)停留時(shí)長(zhǎng)變短，沉渣含濕百分比變大。圓柱段大端直徑取D=225～675mm，本機(jī)選擇D=450mm。查閱文獻(xiàn)資料，臥螺脫水型離心機(jī)的機(jī)內(nèi)液面高度取h=(0.05-0.1)D，澄清型離心機(jī)的機(jī)內(nèi)液面高度取h=(0.1-0.2)D，也就是22.5mm-45mm之間。本機(jī)取液池深度h=40mm。3.2.4脫水區(qū)長(zhǎng)度L的確定沉渣必須在最大液池深度之內(nèi)，并留有足夠的干燥區(qū)長(zhǎng)度L3這樣沉渣脫水效果為最佳。想要確定L3需要最大差轉(zhuǎn)速和干燥段的螺距長(zhǎng)度，WL-450的一般差速范圍為10r/min-35r/min；干燥段螺距長(zhǎng)度決定離心機(jī)的產(chǎn)出效率、生產(chǎn)速度，取值為80mm。通常，物料進(jìn)入干燥區(qū)后水分快速降低的時(shí)間應(yīng)達(dá)到4s-6s，時(shí)間太長(zhǎng)也不能改變處理效果。必須在轉(zhuǎn)鼓和推料器差轉(zhuǎn)速最大的時(shí)候干燥區(qū)維持離心脫水4秒，脫水段長(zhǎng)度取L3=80mm。3.2.5錐形段直徑d轉(zhuǎn)鼓圓柱段長(zhǎng)L2=h/(tga)，代入h=40mm,a=8°，求出L2=284.6mm，斜錐形段長(zhǎng)度L2+L3=364.6mm，近似得錐形段長(zhǎng)370mm，整個(gè)轉(zhuǎn)鼓圓柱直筒L1=1350-550=980mm。轉(zhuǎn)鼓錐形段直徑d=D-2(L2+L3)/(tga)，代入D=450mm，L2+L3=370mm,a=8°，得d=347.0119mm。設(shè)計(jì)實(shí)取d=347mm。3.3螺旋推料器數(shù)據(jù)計(jì)算3.3.1推料器參數(shù)螺旋推料器基本參數(shù)：螺旋頭數(shù)Z、螺旋間距S、葉片高Y、推料器和轉(zhuǎn)鼓的間隙h、葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系。3.3.2選擇螺旋的頭數(shù)Z推料器的推料速度工作效率和螺旋頭數(shù)量有關(guān)系，一定程度上的變化情況是相同的，一旦螺旋頭的數(shù)目超過(guò)某個(gè)數(shù)，就會(huì)在生產(chǎn)中對(duì)離心分離的效果產(chǎn)生負(fù)面影響，增加澄清液中的含固量。所以污泥脫水機(jī)多采用單頭螺旋形式，本機(jī)也使用一個(gè)螺旋頭，即Z=1。3.3.3分析螺距形式計(jì)算長(zhǎng)度翻閱有關(guān)圖書得知，螺距S與轉(zhuǎn)鼓錐形段末端半徑r有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：S/2r0=0.3-0.8，r0=d/2=148mm，推出S=91.3-227.2mm。查閱文獻(xiàn)[8]得知，一般用來(lái)脫水功能的離心機(jī)S＝(0.2-0.5)D，本機(jī)WL—450取S＝90mm-225mm；澄清型離心機(jī)一般取S=（1/5-1/6）D，相應(yīng)WL—450取S=75mm-90mm。參考本機(jī)的要求參數(shù)值和所需要的離心分離的能力，生產(chǎn)實(shí)際上取S=80mm-130mm，柱段采用130mm的等螺距形式，錐段采用130mm-80mm線性變化的變螺距形式。變螺距結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)延長(zhǎng)沉降分離時(shí)間，遞減的螺距使物料在錐段受到漸變的擠壓作用，使分離效果明顯，排出的泥餅的含濕百分比大大降低。3.3.4計(jì)算螺旋葉片高螺旋葉片高受轉(zhuǎn)鼓內(nèi)懸濁液自由表面的最大高度影響，再者就是要兼顧沉渣的輸出能力。在懸濁液自由表面最高的前提下葉片還不全都被液面沒(méi)過(guò)，即H應(yīng)大于65mm。從排渣能力來(lái)說(shuō)，排渣量最多時(shí)結(jié)合螺旋間距和葉片高，沉渣能夠流暢移動(dòng)，達(dá)到離心機(jī)的最大生產(chǎn)能力，整條螺旋桿最末端螺距最小處被污泥覆蓋，沉渣間相對(duì)不運(yùn)動(dòng)。則可由公式（3.1）和公式（3.2）計(jì)算求得離心機(jī)的葉片高度取值范（3.1）（3.2）式中：Q—輸入物料的量Q=10m3/h；—Q=10m3/h時(shí)排渣量，m3/s；—輸入的污泥的密度，取=1.038103kg/m3；—輸出的沉渣密度，取=1.19103kg/m3.代入已知數(shù)據(jù)值d=349mm，=35r/min，S=80mm，可得5.7mm.推料器柱段的葉片高實(shí)際取83mm。為了加強(qiáng)擠壓對(duì)輸送泥餅的效果，降低泥餅的含濕百分比，在錐段進(jìn)行變高度設(shè)計(jì)葉片，逐級(jí)減小在83-60mm范圍內(nèi)從圓柱末端到斜錐形尾端，葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線為垂直關(guān)系。3.3.5推料器轉(zhuǎn)鼓的間距一般轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)圓直徑和推料器的外圓直徑幾乎相等且在同一圓心，且必須留有3mm-5mm的配合間隙，考慮加工、裝配等情況，可能造成兩者旋轉(zhuǎn)偏心而致使直接接觸摩擦，綜合考慮取5mm.3.4本章小結(jié)根據(jù)設(shè)計(jì)原則，對(duì)雙自由度臥式污水處理機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、主要尺寸等所需要的重要參數(shù)進(jìn)行了確定。確定轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器的基本參數(shù)，如半錐角a、脫水區(qū)長(zhǎng)度L、轉(zhuǎn)鼓小端直徑d、螺旋的頭數(shù)ns、螺距S、葉片高度H1。對(duì)比逆流與并流、柱形與錐形的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用柱—錐形逆流方式，它相比其它方式有自己的特點(diǎn)，本章都作了說(shuō)明。第4章離心機(jī)生產(chǎn)情況分析4.1待處理物料的參數(shù)待處理物料（污泥或懸濁液）基本參數(shù)：污泥或懸濁液溶液質(zhì)量百分比濃度60%顆粒直徑X=10μm（一般X＜5μm，加入絮凝劑后X=5μm~50μm）污泥沉渣密度=1.1×103kg/m3物料中固相部分=1.3×103kg/m3物料中液相部分=1.0×103kg/m34.2計(jì)算離心機(jī)生產(chǎn)能力4.2.1物料為懸濁液條件下1.計(jì)算離心機(jī)分離因數(shù)Fr按下式求解分離因數(shù)：（4-1）公式中符號(hào)含義：Fr表示離心機(jī)的分離因數(shù)r表示轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，r＝D/2=0.225mmn表示離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，2500r/min求得:Fr=1572.4。2.計(jì)算轉(zhuǎn)鼓中當(dāng)量沉降面積∑關(guān)于的轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)第三章第一節(jié)，按以下公式計(jì)算當(dāng)量沉降面積：（4-2）公式中符號(hào)含義：L12表示沉降區(qū)長(zhǎng)度，L12=L1+L2,m表示系數(shù)，液池深度與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑比，=2h/D代入已知Fr=1572.4,D=450mm,L1=980mm，L2=370-80=290mm,計(jì)算得：h=40mm（與最低液池深度相符）,∑=2453m2。3.計(jì)算物料中固態(tài)粒子重力沉降速度Vg關(guān)于懸浮液中固相顆粒的Vg，按以下公式（4.3）、公式（4.4）計(jì)算。（4-3）（4-4）公式中符號(hào)含義：Kc代表形狀修正系數(shù)Kc=1.2代表懸浮液動(dòng)力粘度系數(shù)，單位Pa·S表示修正系數(shù)表示液態(tài)物料動(dòng)力粘度，=0.00101Pa·SCx代表懸濁液固態(tài)粒子單位體積濃度Cx=0.03懸濁液固態(tài)粒子的單位體積濃度Cx和修正系數(shù)有線性關(guān)系，如下表所示.表4.1與CxCx00.050.10.15—10.770.620.48—當(dāng)Cx=0.03時(shí)，按線性插值法取修正系數(shù)=0.86；由各已知數(shù)據(jù)求得Vg=1.47×10-5m/s.4.求解分離效率系數(shù)固相與液相分離效率系數(shù)按下式計(jì)算：（4-5）式中：Lj表示沉降區(qū)長(zhǎng)度的計(jì)算值，Lj=L1+0.5L2單位m.綜上求得：=1.3kg/m3,=1.0103kg/m3,X=10μm,=800mm,=470mm，計(jì)算得：h=40mm,=0.192；5.生產(chǎn)能力Q的計(jì)算（4-6）代入、Vg、，得：h=40mm,Q=17.2m3/h；4.2.2按產(chǎn)出量求解生產(chǎn)能力由螺旋推料器的產(chǎn)出排渣量求解生產(chǎn)能力：（4-7）tg(+)（4-8）式中：表示輸送沉渣效率=0.9S表示螺距平均值為75mmG表示生產(chǎn)能力ns表示螺旋頭數(shù)，單頭ns=1表示濕渣的容積密度一般取1.1103kg/m3表示沉渣條表面與推料器軸線間的夾角=20°r0表示排渣口處轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑，單位mA0表示沉渣條的橫截面積，單位m2表示推料器與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速差，=215/60=/2（1/s）由已知得：G=0.39kg/s=1296kg/h。按沉渣含濕率75％算，可得每小時(shí)的進(jìn)料量=12.9m3/h，即生產(chǎn)能力。綜上，兩方法的結(jié)果都能滿足設(shè)計(jì)要求8m3/h-10m3/h。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)效率能力各方面系數(shù)的求解，證明各部件所取的長(zhǎng)度厚度等基本參數(shù)為合理值，滿足所要求的生產(chǎn)能力。4.3計(jì)算輸送沉渣的工作效率輸渣效率由公式（4.9）～公式（4.13）計(jì)算公式如下：（4-9）(4-10)(4-11)(4-12)(4-13)公式中符號(hào)含義：Ep表示離心機(jī)輸送沉渣效率值表示推力器螺旋升角，取值為5.25°表示沉渣沿轉(zhuǎn)鼓壁流動(dòng)方向與垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線的徑向平面間的夾角f1表示沉渣與螺旋推料器間摩擦系數(shù)，取f1＝0.3f2表示轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器之間摩擦系數(shù)f2=0.3代入已知參數(shù)S＝100mm,a=8°，D=450mm，解得:＝58.0°,Ep=94.6％計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)推薦值相符：＞55，Ep＞90％。4.4功率校核4.4.1計(jì)算加速物料所需功率N1使輸入物料獲得轉(zhuǎn)速并在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑r3處輸出所需功率按下式計(jì)算：(4-14)公式中字符含義：Q1表示進(jìn)料流量，Q1=15m3/h=15/3600=4.1710-3m3/s；表示混合物料的密度=1.02103kg/m3；r3表示懸濁液橫截面直徑，取h=45mm，求得r3=D/2-h=0.18m；表示轉(zhuǎn)鼓角速度＝2/60=322.04/S。解得：N1=14.2kw。按下式計(jì)算：(4-15)公式中字符含義：表示修正系數(shù)一般取=1.2G表示按輸出沉渣求得的生產(chǎn)能力，單位kg/sQ表示以懸濁液分離程度求得生產(chǎn)能力單位kg/s；r0表示轉(zhuǎn)鼓出渣口出半徑，單位m；R2表示轉(zhuǎn)鼓左端排液出口半徑，R2=r3=0.18m.代入?yún)?shù)，得：=7.9kw.取兩種結(jié)果的較大值作為加速所需功率，=13.6kw.4.4.2計(jì)算離心機(jī)卸料功率N2(4-16)由KM=1.79LG=230mmFrm=1634得：N2=2.6kw.4.4.3計(jì)算軸承摩擦損耗功率N3主軸與軸承間摩擦損耗功率N3按公式（4.17）、公式（4.18）計(jì)算：(4-17)(4-18)式中：f—軸承摩擦系數(shù)，滑動(dòng)軸承取f=0.05~0.1，滾動(dòng)軸承取f=0.005~0.02,WL—450設(shè)計(jì)選用兩個(gè)滾動(dòng)軸承，取f=0.02；d1，d2—軸頸直徑，取d1＝d2＝110mmp1，p2—主軸承所受載荷力，p1=p2=P/2；e=2R,R=0.225mm；G0表示物料與轉(zhuǎn)鼓總重量，估得G0=382kg.已知值全部代入得：N3＝3400w4.4.4計(jì)算與空氣摩擦消耗的功率N4轉(zhuǎn)動(dòng)部分與空氣接觸面積比較大的有轉(zhuǎn)鼓和物料自由表面，消耗的功率N4按下式計(jì)算：(4-19)公式中符號(hào)含義：rk表示空氣的重度，?。簉k=1.3kgf/m3L表示轉(zhuǎn)鼓軸向總長(zhǎng)度，單位m＝=R-h=0.16m求得：=1.2kw.4.4.5離心機(jī)啟動(dòng)功率的計(jì)算離心機(jī)啟動(dòng)功率按公式（4.20）計(jì)算：(4-20)公式中：G—轉(zhuǎn)鼓總重，估得G=278kg；—轉(zhuǎn)鼓外半徑，壁厚15mm，=0.24m；t—啟動(dòng)時(shí)間，一般30~240s，設(shè)t=30s.求得：＝29.4kw.4.4.6計(jì)算驅(qū)動(dòng)總功率平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)：N=N1+N2+N3+N4=14.2+13.6+3.4+1.2=32.4Kw離心機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)：N=N3+N4+N5=3.4+1.2+26.4=34.0Kw.4.5本章小結(jié)本章計(jì)算校核離心機(jī)的生產(chǎn)能力、運(yùn)行功率等運(yùn)行參數(shù)，為在下一章求解轉(zhuǎn)鼓本身的各個(gè)參數(shù)例如壁厚、螺旋厚度、螺距、出渣形式、排液方式等等做好了參考。通過(guò)重點(diǎn)計(jì)算生產(chǎn)能力及理論上所需的功率數(shù)值，為離心機(jī)材料、差速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電機(jī)的選型都提供了數(shù)據(jù)支撐。第5章離心機(jī)總體構(gòu)成離心機(jī)的機(jī)械部分包括：轉(zhuǎn)鼓、螺旋推料器、雙電機(jī)、支撐架、傳感器、減震裝置、減速器及進(jìn)料系統(tǒng)等。其中轉(zhuǎn)鼓、螺旋推料器和差速器為核心部件。按代號(hào)順序;差速器；連接架；支架；出渣口；花鍵軸；進(jìn)料口；出液口；撇液管；進(jìn)料管；向心泵；軸承座；左端蓋；軸承；連接架；轉(zhuǎn)鼓；螺旋；加速錐；主電機(jī)；過(guò)載保護(hù)裝置；輔電機(jī)。圖5.1離心機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖5.1轉(zhuǎn)鼓總成5.1.1轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用柱錐分段結(jié)合的結(jié)構(gòu)，增加了離心機(jī)內(nèi)部的物料容量，增強(qiáng)離心機(jī)生產(chǎn)能力和澄清效果，也同時(shí)加大了長(zhǎng)度和半徑的比值。如下圖所示。圖5.2轉(zhuǎn)鼓外觀圖5.1.2確定轉(zhuǎn)鼓鼓壁的厚度各方面對(duì)轉(zhuǎn)鼓壁的應(yīng)力：鼓壁材質(zhì)自身的質(zhì)量、轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料質(zhì)量在高速回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力引起的拉伸應(yīng)力，以及物料與鼓內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（該力較低，不計(jì)算）。按強(qiáng)度分析有公式：（5-1）公式中字符：，選取兩公式中結(jié)果較小的表示轉(zhuǎn)鼓鼓壁的厚厚度，單位m，表示懸濁液密度，=1100kg/m3代表鼓壁材料密度，=7850kg/m3表示轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的自由表面半徑＝(0.225-0.06)m表示轉(zhuǎn)速，＝R表示轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑R=0.225m表示鼓壁材料許用應(yīng)力=98MPa表示鼓壁材料屈服極限，kg/m2代表屈服極限下的安全系數(shù)1.8-2.6、=2.5代表鼓壁材料強(qiáng)度極限，單位kg/m2代表強(qiáng)度極限下的安全系數(shù)=4轉(zhuǎn)鼓壁材料奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti，代入后：4.9mm。按剛度分析：(5-2)公式中字符：R表示轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)徑R=0.225mL表示轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度L=1.35mn表示生產(chǎn)時(shí)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，n=2500r/minS表示轉(zhuǎn)鼓的壁厚，單位m代表開孔削弱系數(shù)＝1轉(zhuǎn)鼓材料奧氏體不銹鋼，求得：S=6.39mm~12.8mm。綜上，兩方法的最小壁厚值基本一樣，取壁厚最小值12mm.5.1.3轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面處理方法可以在轉(zhuǎn)股內(nèi)壁焊接筋條，筋條和粘附在鼓壁上的污泥形成的接觸層可以有效地隔離推料器和鼓壁，避免直接偏心碰撞。再者就是在鼓壁本身設(shè)置拉槽，也能在鼓壁和推料器之間起隔離潤(rùn)滑作用[12]。采用在內(nèi)表面拉槽的方式制造方便，也避免直接對(duì)推料器直徑產(chǎn)生影響。查閱文獻(xiàn)[17]：拉槽寬度15-20mm、拉槽深度2-3mm、拉槽數(shù)量12-24條。最終取24條拉槽，內(nèi)置拉槽寬度20mm、拉槽深度3mm。5.1.4設(shè)置出渣裝置出渣口受物料持續(xù)的滑動(dòng)摩擦力，容易損壞。一般可以覆蓋含有耐磨性質(zhì)的涂料對(duì)出料口保護(hù)，還能直接在口上夾持可換的耐磨襯套?！け倦x心機(jī)采用可拆換的鎢合金材料襯套形式。出渣口一般設(shè)計(jì)為沿轉(zhuǎn)鼓直徑方向傾斜向下，共設(shè)6個(gè)出渣口方便出渣。5.2設(shè)計(jì)螺旋推料器5.2.1結(jié)構(gòu)和作用作用是將從進(jìn)料倉(cāng)出渣口離心出并沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上的沉渣輸送排出，利用螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的差轉(zhuǎn)速來(lái)完成。結(jié)構(gòu)有左右軸頸、連續(xù)式整體螺旋葉片、進(jìn)料管等。如下圖所示：圖5.3螺旋推料器模擬結(jié)構(gòu)圖5.2.2推料葉片確定螺旋葉片形成的數(shù)據(jù)包括葉片高、整體螺旋葉片升角、螺旋頭數(shù)、葉厚螺旋和葉片間距等。只是需要確定葉片厚度，其他參數(shù)已確定或是互相推出。葉片厚度需滿足推料的強(qiáng)度條件和軸向推力要求，選擇厚度6mm的奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti。使用液態(tài)鎳基碳化鎢硬質(zhì)合金涂料對(duì)螺旋葉片的正面進(jìn)行硬化處理，增加推料葉片的耐磨特性。5.2.3計(jì)算推料器承受的轉(zhuǎn)矩沉渣對(duì)螺旋推料器施加的轉(zhuǎn)矩：（5-3）公式中字符：—脫水區(qū)分離因數(shù)，當(dāng)n=2485r/min時(shí)，（5-4）—脫水區(qū)半徑均值，==164；—脫水區(qū)的軸向長(zhǎng)度，==230mm；—轉(zhuǎn)速差，＝1.48(=20r/min).代表結(jié)構(gòu)系數(shù)，=,解得=1.79；G代表進(jìn)料秒均流量，G=0.41Kg/s.得：M=1702Nm。當(dāng)取=20r/min時(shí)，＝1.12,=1242，M＝1847Nm。5.2.4計(jì)算推料器軸向力推料器軸向力按式（5.5）計(jì)算：(5.5)式中：、、、、同上：求得：=4261N。5.2.5求推料器壁厚物料在轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)推料器壁施加轉(zhuǎn)矩；推料器受自身質(zhì)量的產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的影響產(chǎn)生離心力（較?。?。主求扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度。按強(qiáng)度計(jì)算：(5.6)(5.7)(5.8)式中：—額定最大轉(zhuǎn)矩，=2800Nm；—材料許用應(yīng)力，奧氏體不銹鋼1Crl8Ni9Ti，取=100MPa。得：d169mm，則壁厚>(D-d)/2=3.1mm。按剛度計(jì)算時(shí)：(5.9)(5.10)式中：G表示剪切彈性模量G＝80GPa代表允許扭轉(zhuǎn)角度=1°/m代入相關(guān)參數(shù)得：d168.8mm，則壁厚＞(D-d)/2=1.4mm。本機(jī)實(shí)際取8~10mm。5.3差速器部件本機(jī)采用2K—H型行星齒輪差速器。圖5.32K—H型行星齒輪差速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖由二級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成，差速器的外殼與轉(zhuǎn)鼓固定聯(lián)結(jié)，內(nèi)齒圈Bl、B2與差速器外殼上的齒輪嚙合，主電機(jī)皮帶輪與差速器外殼相連，轉(zhuǎn)鼓的運(yùn)動(dòng)就直接由主電機(jī)控制?；ㄦI輸出軸2連接螺旋卸料器軸，左端一級(jí)中心輪被4皮帶輪間接驅(qū)動(dòng)，中間連接著輸入軸，4皮帶輪還被5離合器控制，最終配合行星輪架以及右側(cè)中心輪把運(yùn)動(dòng)傳遞到二級(jí)行星輪，起進(jìn)一步減速效果，輸出軸2與螺旋推料器相連。5.3.1行星差速傳動(dòng)的特點(diǎn)1、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、承載能力高2、傳動(dòng)比大3、傳動(dòng)效率高4、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)能力較強(qiáng)5.3.2差速器齒輪主要尺寸的確定1、確定結(jié)構(gòu)形式根據(jù)差速器的設(shè)計(jì)要求，輸出轉(zhuǎn)速差n=10~35r/min,以此為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)齒輪輸入轉(zhuǎn)速=2500r/min,那么=2500/35=70，故要求傳動(dòng)比i>70。考慮到行星傳動(dòng)的特點(diǎn)，選擇兩級(jí)2K—H串聯(lián)行星傳動(dòng)，其中兩個(gè)內(nèi)齒圈固聯(lián)。2、行星輪的數(shù)目np，取np=3。3、載荷不均衡系數(shù)采用行星輪油膜浮動(dòng)，載荷不均系數(shù)取=1.15。4、配齒計(jì)算=1\*GB2⑴、一級(jí)傳動(dòng)：中心輪=17，行星輪=79，內(nèi)齒輪=175，模數(shù)=2。中心輪節(jié)圓d=17×2mm=34mm齒頂圓=[34+2×2×1]mm=38mm齒根圓=[34-2×2×(1+0.25)]mm=29mm行星輪節(jié)圓d=79×2mm=158mm齒頂圓=[158+2×2×1]mm=162mm齒根圓=[158-2×2×(1+0.25)]mm=153mm內(nèi)齒輪節(jié)圓d=175×2mm=350mm齒頂圓=[350-2×2×1]mm=346mm齒根圓=[350+2×2×(1+0.25)]mm=355mm=1\*GB3①鄰接條件齒頂圓之間保留間隙保證相鄰兩個(gè)行星齒輪不相碰，。（5.11）—為行星輪數(shù)目。代入各齒數(shù)=3.1>=3，符合鄰接條件。=2\*GB3②裝配條件三個(gè)行星齒輪的齒數(shù)必須符合和中心輪不錯(cuò)位的正確嚙合，也必須都能正常裝配進(jìn)去。裝入一個(gè)行星輪，使其與兩個(gè)中心輪正確嚙合，這樣兩個(gè)中心輪的相對(duì)位置就可以被確定，按照鄰接條件，另外兩個(gè)齒輪也就能正常裝入了，即（5.12）只要滿足上式即可，代入各齒數(shù)值，M=64為整數(shù)，滿足裝配條件。=2\*GB2⑵、二級(jí)傳動(dòng)：中心輪=22，行星輪=47，內(nèi)齒輪=116，模數(shù)=3mm。中心輪節(jié)圓d=22×3mm=66mm齒頂圓=[66+2×3×1]mm=72mm齒根圓=[66-2×3×(1+0.25)]mm=58.5mm行星輪節(jié)圓d=47×3mm=141mm齒頂圓=[158+2×3×1]mm=164mm齒根圓=[158-2×3×(1+0.25)]mm=150.5mm內(nèi)齒輪節(jié)圓d=116×3mm=348mm齒頂圓=[348-2×3×1]mm=342mm齒根圓=[348+2×3×(1+0.25)]mm=355.5mm=1\*GB3①鄰接條件將=22，=47代入公式=3.98>=3（5.11）滿足鄰接條件。=2\*GB3②裝配條件將=22，=116代入式（5.12）為整數(shù)，故符合裝配條件。5.3.3差速器齒輪強(qiáng)度的校核差轉(zhuǎn)速計(jì)算：(5.13)(5.14)公式中字符含義：表示差轉(zhuǎn)速i代表差速器速比i=72N表示轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速表示螺旋推料器轉(zhuǎn)速表示輔電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速在脫水離心過(guò)程中，差轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度決定產(chǎn)出的效果。速比若是比較大，通過(guò)差速器縮小主輔電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)i倍，差轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定也就由速比決定了。假如將轉(zhuǎn)鼓與推料器由主電機(jī)輔電機(jī)分開各自連接控制，很難保證兩者同時(shí)高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還能有一個(gè)比較恒定的小轉(zhuǎn)速差。螺旋推料器在物料離心脫水時(shí)承受的轉(zhuǎn)矩比較大，計(jì)算后最大值超過(guò)2500Nm，主輔電機(jī)承受的轉(zhuǎn)矩相對(duì)推料器可以忽略不計(jì)，功率為11kw輔電機(jī)，它的負(fù)載額定扭矩=70Nm。能線性比例傳遞力矩也是差速器作用之一。行星輪差速器力矩關(guān)系分析如下圖所示。圖5.4所受力矩矢量示意圖2K—H型行星齒輪差速器傳動(dòng)效率非常高，所有傳動(dòng)遵循所有平衡關(guān)系式，傳動(dòng)損耗低到可以忽略不計(jì)。符合公式（5.15）、公式（5.16）：(5.15)(5.16)公式中字符含義：表示外殼輸入力矩代表輔傳動(dòng)軸輸入力矩代表輸出的驅(qū)動(dòng)力矩（驅(qū)動(dòng)螺旋推料器的力矩）代表外殼轉(zhuǎn)速代表輔傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速代表輸出轉(zhuǎn)速聯(lián)立公式（5.15）、公式（5.16）得：=/i,=(i-1)i。若推料力矩為2800Nm，傳動(dòng)比i=72，輔傳動(dòng)軸上承受扭矩是38.9Nm。差速器的使用使離心機(jī)整體封閉功率傳遞，平衡內(nèi)部摩擦力矩，避免功率大量損失，使機(jī)器結(jié)構(gòu)間緊湊減小整體重量使整體靈活傳動(dòng)，。當(dāng)離心機(jī)工作轉(zhuǎn)速2400r/min時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率：N=M/72(5.17)據(jù)推料力矩的計(jì)算結(jié)果，可得：M=585kw。采用差速器形成功率閉環(huán)后n=2500r/min時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率：N=(5.18)求得=4.86kw。本機(jī)選用傳動(dòng)比i=72的2K—H型行星齒輪差速器，。5.4出渣部位設(shè)計(jì)出渣倉(cāng)在轉(zhuǎn)鼓錐形段末端和差速器之間，收集甩出的沉渣。為避免影響出渣通暢并滿足高速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鼓的平衡，出渣口的外圓柱面上需設(shè)置2個(gè)對(duì)稱螺釘固定在轉(zhuǎn)鼓出渣口端的外圓面上的傾斜一定角度的鎢合金耐磨材料刮刀。5.5排液裝置排液裝置設(shè)在轉(zhuǎn)鼓的大端，作用是從出液口排出分離液。在出液口加向心泵，液體可經(jīng)向心泵把物料的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。為避免分離液溢出，出液倉(cāng)也設(shè)密封結(jié)構(gòu)，并留排氣通道。如圖5.6所示。圖5.5向心泵流道示意圖5.6設(shè)計(jì)支撐旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)鼓兩端與機(jī)架接觸承重部分加深溝球軸承;螺旋推料器兩端與轉(zhuǎn)鼓之間，小端用深溝球軸承支承，大端采用兩個(gè)背對(duì)背安裝的角接觸球軸承支承,機(jī)架與輔驅(qū)動(dòng)軸放置可移動(dòng)的深溝球軸承。設(shè)計(jì)擋油密封與注油通道。機(jī)架和其它部件之間加隔震裝置，外部設(shè)置玻璃鋼保護(hù)罩。5.7轉(zhuǎn)鼓部件材料選擇轉(zhuǎn)鼓各個(gè)端蓋使用采用第一欄不銹鋼材料，鼓腔用第二種不銹鋼材料制作，部分參數(shù)如下表所示。表5.1不銹鋼材料及力學(xué)參數(shù)材料密度Kg/m3彈性模量MPa泊松比強(qiáng)度極限MPa屈服極限MPa1Cr137.8×2.0×0.284503901Cr18Ni9Ti7.8×2.0×0.285202055.8校核螺釘參數(shù)左端蓋和轉(zhuǎn)鼓圓柱段使用12個(gè)M10×60螺栓連接，每個(gè)承受的最大扭矩為2400Nm，柱形段和錐形段用12個(gè)M10×60螺栓連接承受的最大扭矩為240Nm，錐形段和右端蓋通過(guò)10個(gè)M10×30螺釘連接，幾乎不受扭矩。計(jì)算每個(gè)左端蓋和柱段連接的螺栓所受的橫向載荷：（5-19）式中：—轉(zhuǎn)鼓右腔體右端的扭矩，=1800N·m；m—連接螺釘個(gè)數(shù)，m=10；r—連接螺釘距扭轉(zhuǎn)中心的距離，r=0.148m。代入?yún)?shù)計(jì)算得平均橫向載荷：R=1216.22N。在各連接部件不相對(duì)滑動(dòng)的前提下，所確定的預(yù)緊力和螺釘?shù)膽?yīng)力，可由公式（5.20）、公式（5.21）計(jì)算：(5-20)(5-21)式中：—可靠性系數(shù)=1.1~1.3；f便是接觸面摩擦系數(shù)f=0.06~0.55，以實(shí)際情況確定；表示螺釘?shù)挠?jì)算面積，=5.8×。擰緊螺紋副不滑動(dòng)的力矩：(5-22)式中：d—螺釘公稱直徑，d=1.0×m；通過(guò)計(jì)算，=1.3、f=0.15時(shí)，要保證轉(zhuǎn)鼓左端蓋和左腔體結(jié)合面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，P0>3206.34N，平均應(yīng)力170.49MPa，轉(zhuǎn)鼓組件的連接螺釘應(yīng)選用4.6級(jí)以上、T>15.2N·m。5.9選擇電機(jī)根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算分析，離心機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)總功率為20.8kw，離心機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)總功率31kw。離心機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，且可能存在功率波動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)不宜長(zhǎng)期工作在額定功率狀態(tài)，離心機(jī)驅(qū)動(dòng)總功率應(yīng)配置在35kw以上。在電機(jī)功率選型時(shí)，輔電機(jī)的功率可根據(jù)差速器的額定扭矩來(lái)選擇。按下式計(jì)算：