三足式离心机机械设计.doc
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1、三足式离心机机械设计一、离心机简要介绍1、 离心机的类型目前工业用过滤离心机有间歇和连续操作两大类,其中连续式的机种发展较快,适合于大工业生产中固液相的分离;间歇操作的离心机,由于在操作中引进了现代化的计量与控制技术,在局部范围内能与连续式的相抗衡。间歇离心机的最大特点是具有操作弹性,因此有可能在一定程度上进行有效的过程控制;而连续式的离心机用于过滤、洗涤和甩干的时间,其调节余地很小,在过程控制上受到相当限制。而且连续式的所有操作都在一个恒定的转速下进行,至于间歇式,它的每个操作的持续时间和转鼓速度都能调节,这就便于所处理的产品质量最佳化,也有利于调整产品参数。多台间歇式离心机联合起来,配以可
2、控制的进、出口部件的调压室,可使间歇操作成为连续过程。最常用的间歇式离心机有三足式、上悬式和卧式刮刀卸料式,这些机种在化学工业、制糖工业、制药、食品等轻工业方面用得较多;至于连续式过滤离心机,由于其处理量大,适用于固体粒子较粗的物料,所以在原料处理工业如矿砂、煤炭工业方面应用较广。本设计的内容为三足式离心机的机械设计。三足式离心机有过滤式和沉降式两种。目前常见的多为过滤式;近年来,具有无孔转鼓的沉降式三足离心机,也开始成功地应用于污泥脱水等部门,但所占比例不大。2、 三足式离心机的特点三足式离心机结构上的重要特征是:转鼓悬挂支承在机座的三根支柱上。在各种过滤式离心机中,三足式离心机是最早出现的
3、一种,直到目前它仍被广泛地应用于各个工业部门中。其主要原因在于三足式离心机具有以下优点:(1) 对物料的适应性强。选用恰当的过滤介质,可以分离粒径仅为微米级的细微颗粒,也能用来使成件产品脱液。通过调整分离操作的时间,能适用于各种难分离的悬浮液。对滤饼洗涤有不同要求时也容易适应。(2) 人工卸料式的结构简单,制造安装、维修方便,成本低,操作容易掌握。停机或低速下卸料,易于保持产品的晶粒形状。(3) 弹性悬挂支承结构,能够减少由于不均匀负载所引起的振动,机器运转平稳。(4) 整个高速回转机构集中在一个可以封闭的壳体之中,易于实现密封防爆。三足式离心机的主要缺点是:间歇式分离、周期循环操作;进料阶段
4、需起动、增速,卸料则在减速或停机时进行;生产能力低;人工上部卸料的机型劳动强度大,操作条件差,因而,只适用于中小型的生产。3、 三足式离心机的结构及类型最简单的三足式离心机,仅由一个底部封闭的圆筒形转鼓、垂直的主轴及驱动装置等所组成。操作时,料液从机器顶部加入,经布料器在转鼓内均布。滤液受离心力作用穿过过滤介质,从鼓壁外收集。而固体颗粒则积留在滤布上,逐渐形成一定厚度的滤饼层。卸料时需要停机,靠人工除去滤饼及更换滤布。机器运转及分离过程均为间歇式。近年来,随着各种新技术的相继应用,国内外出现了很多新型、自动操作的三足式离心机。通过采用时间继电器以及数字程序控制的方法,使机器适时调速、连续运转。
5、加料阀门及卸料机构的动作,均由电动、液动元件控制。整个操作可以在完全自动的周期性循环过程下进行。4、 主要部件的结构分析(1) 转鼓的结构三足式离心机的转鼓主要由鼓底、鼓壁及挡液板三部分组成。在鼓壁内侧衬有支承滤布的金属网,以利排液;滤布则常形成袋形铺在金属网上。为了防止从滤布与鼓壁间的间隙漏渣,有时在转鼓与滤布上下两端压紧的部位制出环形槽;用压条压紧滤布,形成迷宫式密封。转鼓各部分结构主要因卸料方式不同而异。鼓底上部卸料的转鼓鼓底为封闭的,转毂位于中部。下部卸料的鼓底则为环形的,在中空部分有轮辐状的筋板与轮毂相联;各筋板之间形成了扇形的落料口。为了在卸料时,刮刀旋转进刀、退刀方便,并能沿转鼓
6、全高充分刮料,所以环状鼓底多制成平板行。为了提高离心机主轴的临界转速,应使转鼓质量中心在轴向尽量靠近轮毂内轴承的支承中心;即应使轮毂尽量伸入转鼓内部,成凹式转鼓。通常多将轮毂与鼓底铸造或焊接成整体结构。轮毂中的轴孔通常制成1:10的锥孔,以利对中。轮毂的长度一般为孔径的1.2倍。鼓壁三足式离心机的圆筒形鼓壁,多用钢板卷焊。直径较大时,在鼓壁外侧常增加几道加强圈。鼓壁上开有很多圆形小孔。鼓壁开孔率的大小,应根据转鼓的转速及所处理的物料性质而定;由于滤液从开孔处流出时,在离心力的作用下具有很高的流速(与过滤速度比较)。所以滤液流经开孔时,只需很小的流通面积即可满足滤液的流量。我国现有的三足式离心机
7、开孔率约为5%左右。转鼓开孔孔径的大小,应以孔径小、孔数多的原则为宜。在开孔率一定时,这有利于减少滤液在鼓壁上的交错流动,使滤液更及时地排出。另一方面,孔径小孩可减少开孔对鼓壁强度的削弱。但开孔过小、数量过多,会增加制造的麻烦;同时也容易产生阻塞,使清理困难。目前采用较多的孔径为610毫米。鼓壁开孔的排列,有四方形和三角形两种。为了减少对鼓壁强度的削弱,通常开孔多按三角形排列。一般取孔间距。此外,还应注意在焊缝处不应开孔,孔的中心线与焊缝中心线间的距离应大于12倍的转鼓壁厚。当转鼓直径一定时,转鼓(鼓壁)高度H的大小直接影响转鼓的有效容积和过滤面积。然而H值增大,会使回转质量中心对转轴支承点的
8、偏心距加大;增加了臂长效应对主轴临界转速的影响。另外转鼓太高,装拆滤布、操作也不方便。为此一般取H=(0.40.6)D。挡液板挡液板系在转鼓顶部设置的环形盖板。它可以挡住悬浮液,不使其从顶端溢出鼓外、混入滤液。并在转鼓内形成一定容积的容渣空间。当转鼓的直径及高度一定时,环状挡液板内径D1的大小决定了容渣空间的大小,也即限定了滤饼的最大厚度。内径D1越小,滤饼厚度越大、有效容积越大。但D1值太小,滤饼太厚会使过滤阻力增加。另一方面,D1值太小,转鼓顶部开口面积减小。为了便于设置加料、卸料等机构,就应保证有足够的顶部开口面积,即应使D1足够大。对于机械下部卸料的转鼓,挡液板的内径还应与环状鼓底的内
9、径相对应。对于鼓底中央设有转鼓,为了使下卸料时排渣通畅,环状底的内径(即排料口的外径)不能太小,所以,相应的挡液板内径也不能过小。确定挡液板的内径,既应考虑机构设置及操作的方便,又应一、 转鼓的计算1、 转鼓壁厚的设计计算根据开孔圆筒形转鼓壁厚计算式为:式中(其中为转鼓壁材料1Cr18Ni9Ti的密度,=7.85103kg/m3)由于该离心机实用滤布过滤,其厚度可以忽略,取=0。考虑到焊接处不能开孔,故取被分离物料(即滤饼)密度考虑到实际情况,取转鼓壁的长度l=032m=320mm转鼓的许用应力计算如下:查得 取 则 取将上述各值代入壁厚计算公式得:考虑腐蚀等因素,取标准钢板s=5mm2、 分
10、离因数计算二、 主轴设计计算1、 主轴结构设计1) 与主轴联接件的转动惯量计算与轴相连的连接件包括转鼓、转鼓底和带轮,因此,对其应分别计算。a、 转鼓转动惯量的计算如图5所示,转鼓体积公式 图5其中:R转鼓的内径,L转鼓的高度,h转鼓的壁厚,代入公式得由于在转鼓上必须开设一系列的小孔,并且开孔率为0.075,因此,转鼓的实际体积应为除去所开的小孔之后的体积。即=由于我们选取转鼓的材料为1Cr18Ni9Ti,其密度约为7.8510-3kg/cm3,故由质量公式m=V=7.8510-32930.9=23 kg根据圆筒的转动惯量公式其中:m转鼓的质量,取m=23 kg;R转鼓的内半径,取R=30;则
11、得I转鼓=23302=20700 kgcm2=2.07 kgm2因此转鼓的转动惯量为2.07 kgm2。b、转鼓底转动惯量的计算:由于转鼓底并不是规则形状的几何体,因此在计算其转动惯量时必须将其分割成几块进行计算,如图6所示 图 6ABCD为A1段 CDEF为A2段EFGH为A3段 GHRJ为A4段RJKL为A5段 KLMN 为A6段A1 段: 图7如图7所示,A1段可以近似看作一个圆台内挖去一个圆柱体而得到的图形。但是对于圆台的转动惯量求起来就比较麻烦的,因此为了简便我们可以将AC、BD反向延长交于点形成圆锥体PCD。从而将段的转动惯量里转化为求圆锥PAB、PCD及圆柱体O1O2O3O4的转
12、动惯量。由已知条件OA=50,O1C=78,OO1=42,O1O=2.8先求出PO2则由于三角形PAOPCO1得即 1) 求锥体PCD的转动惯量由锥体转动惯量公式=其中r=CO1=7.8,h=PO1=11.7,=6.410-3kg/cm3故I11=锥体PCD的质量:=4.77kg故锥体PCD的转动惯量I11=0.087kgm2,质量2)求锥体PAB的转动惯量由锥体的转动惯量公式=其中r=5,=6.410-3kg/2,h=7.5故I12=锥体PAB的质量:=1.256kg故锥体PAB的转动惯量I12=0.000942kg,质量m12=1.256kg3)求圆柱体的转动惯量由柱体转动惯量的公式IB=
13、其中r=2.8,=6.410-3kg/cm3,h=4.2=0.53.142.844.26.410-3=0.000026kg柱体的质量:综合(1)、(2)、(3)可知A1段的转动惯量:A1段的质量:A2段:如图8所示,A2段可以近似看作是在圆台CDEF内部挖出圆台O1O2O3O4而形成的,但由于圆台的转动惯量不容易计算,故采用延长CE、DF、O1O3、O2O4交于P和P1点。故A2段可以简化为求锥体PEF、PCD、P1O1O2、P1O3O4的转动惯量。 图8已知:OC=7.8,EO1=10.5cm,O1O=3.6cm,O3O1=6.1cmPO1=16cm,PO=12cm,P1O1=14cm,P1
14、O=5.4cm1) 求锥体PEF的转动惯量:根据公式 =其中I21=0.13.1410.546.410-316=390.83kgcm2=0.039083kg锥体PEF的质量:=1/33.1410.526.410-316=11.816kg因此锥体PEF的转动惯量I21=0.039083kg,质量m21=11.816kg2) 求锥体PCD的转动惯量根据公式 I22=其中r=7.8cm,=6.410-3kg/cm3,h=12cm=87.03kg。2 =0.0087kg锥体PCD的质量:=1/33.147.826.410-312=4.891kg因此锥体PCD的转动惯量I22=0.0087kg,质量m2
15、2=4.891kg由1)、2)可知圆台CDEF的转动惯量:圆台CDEF的质量:3) 求圆锥P1O3O4的转动惯量由圆锥转动惯量公式=其中r=6.1cm,=6.410-3kg/cm3,h=14cm因此I23=0.004452kg圆锥P1O3O4的质量:=3.49kg故圆锥P1O3O4的转动惯量:I23=0.004452kg,质量m23=3.49kg4) 求圆锥PO1O2的转动惯量由圆锥转动惯量公式其中r=3.6cm,=6.410-3kg/cm3,h=5.4cm因此圆锥PO1O2的质量:=0.489kg故圆锥PO1O2的转动惯量I24=0.00039491kg,质量m24=0.489kg。由3)、
16、4)可知圆台O1O2O3O4的转动惯量I211=I23-I24=0.004452-0.00039491=0.004057kg圆台O1O2O3O4 的质量:m211=m23-m24=3.49-0.489=3.001kg由1)、2)、3)、4)可知IA2=I21-I211=0.030383-0.004057=0.026326kg=0.026kg mA2=m21-m211=6.952-3.001=3.92kgA3段:如图9所示,A3段可已看作是圆台EFGH内部挖去一个圆锥,但由于圆台EFGH的转动惯量不容易求,故可以延长EG、FH交于P点,转化成为求圆锥PGH、PEF及圆柱O1O2O3O4的转动惯量
17、。已知:EO=105mm=10.5cm,GO1=BO=13cm1) 求锥体的转动惯量 由公式 I31=其中:r=13cm,=6.410-3,h=20cm 图 9锥体GHP的质量=22.64kg故锥体GHP的转动惯量I31=0.1148kgm2,质量m31=22.64kg。2)求锥体PEF的转动惯量:由公式=其中:r=10.5cm,=6.410-3kg/cm3,h=16cmI32=0.0391kg求锥体PEF的质量求图中所示圆柱体的转动惯量:由公式=11.816kg其中:r=2.8cm,=6.410-3,h=4.1cmI33=0.000255kg求此圆柱体的质量=3.142.826.410-34
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