安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 1 頁(yè)1 緒論1.1 磁性材料1.1.1 磁性材料工業(yè)現(xiàn)狀1、產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)值不適配目前,我國(guó)的磁性材料工業(yè)在產(chǎn)量方面已經(jīng)初具規(guī)模,根據(jù)本行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì),1998 年我國(guó)的永磁鐵氧體銷售量約 11.5 萬(wàn)噸(其中粘結(jié)鐵氧體 0.5 萬(wàn)噸),出口約 6.5 萬(wàn)噸。軟磁鐵氧體銷售量約 4.2 萬(wàn)噸(其中偏轉(zhuǎn)磁芯約 1 萬(wàn)噸),出口約 1萬(wàn)噸。稀土釹鐵硼成品銷售約 4100 噸,鋁鎳鈷約 2000 噸。中低檔產(chǎn)品占據(jù)了較大的國(guó)際市場(chǎng),但在高檔產(chǎn)品方面還沒有形成較強(qiáng)的實(shí)力,缺少國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。從行業(yè)整體來(lái)看,我國(guó)的磁性工業(yè)與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比,存在著管理水平低、制造工藝落后,產(chǎn)品質(zhì)量差和產(chǎn)品檔次低的問題。2、磁性產(chǎn)品性能偏低 國(guó)內(nèi)的磁性材料產(chǎn)品的大部分集中在低檔次,缺少參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。另外,價(jià)格低廉,贏利極微薄。永磁鐵氧體以揚(yáng)聲器磁體為主,產(chǎn)品性能在 Y30 以下。電揚(yáng)磁瓦的性能在 Y30H-1,但大批量生產(chǎn)時(shí)性能不夠穩(wěn)定。軟磁鐵氧體的產(chǎn)品集中在消費(fèi)類產(chǎn)品,工業(yè)類磁芯的產(chǎn)量較少。大批量生產(chǎn)的功率鐵氧體材料的性能相當(dāng)于日本 TDK 產(chǎn)品的 PC30 版號(hào);高磁導(dǎo)率鐵氧體的 μ 在 6000 左右。少數(shù)企業(yè)能小批量生產(chǎn) PC40 牌號(hào)和磁導(dǎo)率達(dá)到 10000 以上的產(chǎn)品。釹鐵硼磁體的生產(chǎn)性能一般在 N35 左右(磁能積為 35MGOE),N40 以上和高矯頑力牌號(hào) N38H。N32SH 的只有少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)。國(guó)外推出的新牌號(hào)已經(jīng)達(dá)到 N50,N48H。3、生產(chǎn)工藝和設(shè)備相對(duì)落后 目前,我國(guó)的磁性材料專用設(shè)備銷售總額達(dá)到 1.43 億元,能提供成套成線的磁性材料生產(chǎn)設(shè)備?!笆濉逼陂g我國(guó)磁性材料的性能和檔次將會(huì)有新的提高,同時(shí),由于國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)激烈,要求產(chǎn)品成本不斷降低。為此,磁性材料專用設(shè)備應(yīng)開發(fā)自動(dòng)化程度高,低能耗和高效率的設(shè)備。工裝設(shè)備的改善,可使磁性產(chǎn)品提高一個(gè)檔次,采用自動(dòng)化程度高的連續(xù)生產(chǎn)線,能減少人為因素的影響,保證產(chǎn)品的一致性。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 2 頁(yè)1.1.2 我國(guó)磁性材料工業(yè)發(fā)展前景磁性材料是各種電子產(chǎn)品主要的配套產(chǎn)品,無(wú)論是消費(fèi)類家電產(chǎn)品和工業(yè)類整機(jī),如計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、汽車以及國(guó)防工業(yè)均離不開磁性材料。據(jù)專家分析,世界磁性材料市場(chǎng)將以 15%的年增長(zhǎng)率發(fā)展,我們?cè)诒?2 列出各類磁性材料世界增長(zhǎng)情況。今后 5 年內(nèi),中國(guó)的磁性材料工業(yè)主要將在質(zhì)量和性能方面得以提高,在產(chǎn)量方面增長(zhǎng)的速度會(huì)較慢。同時(shí),一些發(fā)達(dá)國(guó)家以及港臺(tái)地區(qū)的磁性材料工業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移??偖a(chǎn)量要突破預(yù)測(cè)的數(shù)字。1、世界磁性材料市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)在世界汽車產(chǎn)量為 4900 萬(wàn)輛左右,按每輛汽車使用電機(jī)數(shù)從目前的 20 只,到 2005 年增加到 30 只,預(yù)測(cè)需要電機(jī)從 8 億只增加到 16 億只。隨著汽車生產(chǎn)量和使用揚(yáng)聲器數(shù)量的增加,汽車用的揚(yáng)聲器產(chǎn)量從目前的 1.6 億只增加到 2.3 億只,增加的量均在 1 倍左右。預(yù)測(cè)需要鐵氧體永磁從目前的 15 萬(wàn)噸增加到 25 萬(wàn)噸。從發(fā)展看,亞太地區(qū)的產(chǎn)量將增加較快。由于汽車向小型化和輕量化發(fā)展,以及為了保護(hù)環(huán)境采用非汽油驅(qū)動(dòng)汽車,需要應(yīng)用新材料提高電機(jī)的功能和減小尺寸,促使各向?qū)辰Y(jié)釹鐵硼磁體的發(fā)展將會(huì)加快。假如,汽車中有 50%采用粘結(jié)釹鐵硼磁體,如雨刷電機(jī)、窗沖洗電機(jī)、反光鏡電機(jī)、門鎖和座位調(diào)節(jié)電機(jī)等方面應(yīng)用,就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體 102 克/輛。到 2005 年,世界生產(chǎn)汽車以 5540 萬(wàn)輛計(jì)算,就需要粘結(jié)釹鐵硼磁體 5540 噸。估計(jì)到 2005 年世界永磁體的產(chǎn)值將超過 100 億美元。計(jì)算機(jī)發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)配套元件的發(fā)展,磁盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)頭是西使用釹鐵硼最大的一個(gè)方面。顯示器需要各種高檔次鐵氧體軟磁、多媒體音響對(duì)永磁材料的需求量也是很大的。隨著信息時(shí)代到來(lái),近幾年工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正形成計(jì)算機(jī)進(jìn)入家庭的熱潮。據(jù)美國(guó)市場(chǎng)調(diào)查,1996 年全世界家用 PC 機(jī)總銷量達(dá) 2000 萬(wàn)臺(tái),2000 年將達(dá) 4000 萬(wàn)臺(tái),2005 年約達(dá) 8000 中。通訊業(yè)的發(fā)展,電話和移動(dòng)電話裝置需要越來(lái)越多的抗干擾磁芯、片式微型化電感,以及傳聲器和揚(yáng)聲器,這對(duì)軟磁和永磁材料帶來(lái)了良好的市場(chǎng)。 總之,從市場(chǎng)發(fā)展看,到 21 世紀(jì)全球市場(chǎng)發(fā)展將比目前翻一番,相應(yīng)的磁性材料發(fā)展前景是樂觀的;但是,信息產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展需求是高檔磁性材料配套,所以落實(shí)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略,開發(fā)高檔磁性材料產(chǎn)品占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)是當(dāng)務(wù)之急的頭等大事。 2、國(guó)內(nèi)磁性材料市場(chǎng)發(fā)展 根據(jù)原電子部的 21 世紀(jì)規(guī)劃目標(biāo)來(lái)看,電子產(chǎn)品的趨勢(shì)大約總體在 15%。規(guī)劃目標(biāo)程控交換機(jī) 80000 萬(wàn)線、移動(dòng)通信電話手機(jī) 3000 萬(wàn)部、彩電 6000 萬(wàn)臺(tái)、黑白電視機(jī) 1500-1600 萬(wàn)臺(tái)、錄像機(jī) 440 萬(wàn)部。根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展,規(guī)劃“九五”末產(chǎn)量達(dá) 400 萬(wàn)輛,其中轎車 120-130 萬(wàn)輛,預(yù)計(jì)配套電機(jī) 1500 萬(wàn)套。品種有搖窗電機(jī)、空調(diào)電機(jī)、油泵電機(jī)、儀表電機(jī)、門鎖電機(jī)、刮水器電機(jī)、散熱風(fēng)扇電機(jī)、起動(dòng)電機(jī)及發(fā)電機(jī)。預(yù)計(jì) 2005 年摩托車總產(chǎn)量突破 1500 萬(wàn)輛,需要起動(dòng)電機(jī) 1000安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 3 頁(yè)萬(wàn)套/年。據(jù)電聲行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃,21 世紀(jì)初國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將需揚(yáng)聲器 12 億只,受話器 3.6 億只,耳機(jī) 300 萬(wàn)付。世界電聲器件市場(chǎng)需要配套揚(yáng)器 33 億只,送受話器約4 億只,傳聲器約 2.9 億只,要滿足和達(dá)到配套能力,磁體需要量是很大的。隨著環(huán)境保護(hù)的要求,發(fā)展無(wú)油汽車、摩托車是世界發(fā)展方向,這將對(duì)稀土永磁體的發(fā)展帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)。為了減少發(fā)電廠二氧化硫的排放量,國(guó)際上實(shí)施“綠色照明工程”來(lái)節(jié)電,從而達(dá)到減少發(fā)電量;所以節(jié)能燈的應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展很迅速,這也是我國(guó)的一項(xiàng)重大工程。節(jié)能燈的發(fā)展,需要使用大量高檔的鐵氧體軟磁濾波磁芯、抗干擾磁芯等;根據(jù)專家分析,如我國(guó)全面推廣使用節(jié)能燈,需求量將在 5億支左右。 根據(jù)本行業(yè)的專家分析,2005 年本行業(yè)鐵氧體永磁市場(chǎng)將達(dá)到 21 萬(wàn)噸左右,鐵氧體軟磁市場(chǎng)將達(dá)到 9.4 萬(wàn)噸左右,稀土磁體約 8000 噸。按行業(yè)的發(fā)展來(lái)看,這些指標(biāo)有可能達(dá)到。總之,21 世紀(jì)是中國(guó)磁性材料工業(yè)發(fā)展的世紀(jì)。根據(jù)市場(chǎng)發(fā)展的需要,今后中國(guó)的磁性材料工業(yè)應(yīng)該重視以下幾點(diǎn)。 (1)消費(fèi)類產(chǎn)品有市場(chǎng),但價(jià)格將下降隨著消費(fèi)類產(chǎn)品的價(jià)格影響,磁性材料行業(yè)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將很激烈,會(huì)淘汰一些小企業(yè),大型集約化公司在競(jìng)爭(zhēng)中聯(lián)合組建增多。揚(yáng)聲器用的中低檔磁體預(yù)計(jì)需量增加,彩電用的 UE 型磁芯和小磁芯出口量會(huì)增加,但價(jià)格下降。 (2)工業(yè)類產(chǎn)品是主導(dǎo)市場(chǎng)汽車、通訊、計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展,帶動(dòng)國(guó)內(nèi)高檔磁性材料的發(fā)展。企業(yè)應(yīng)該重視科技進(jìn)步和技術(shù)改造,使產(chǎn)品的檔次能上一個(gè)新臺(tái)階。鐵氧體永磁要有陶 8 以上的產(chǎn)品,鐵氧體軟磁應(yīng)有 PC40 產(chǎn)品和高導(dǎo)磁材料(大于1000),釹鐵硼磁體要生產(chǎn) N38 以上材料,另外粘結(jié)磁體的開發(fā)生產(chǎn)要加快發(fā)展。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 4 頁(yè)1.1.3 磁性材料的生產(chǎn)工藝 圖 1 濕法生產(chǎn)車間工藝示意圖磁性材料的生產(chǎn)方法一般有兩種,主要是干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)。磁性材料濕法生產(chǎn)的裝置布置原理如圖 1,其各裝置布置順序關(guān)系如圖 2。磁性材料濕法生產(chǎn)和干法生產(chǎn)的主要工藝流程分別如圖 3、圖 4 所示,兩種生產(chǎn)工藝的主要區(qū)別在于是否加水和勻,其次是原料上的區(qū)別。相比較,干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)的主要優(yōu)缺點(diǎn)與區(qū)別,如下:圖 2 濕法生產(chǎn)車間布置圖鐵鱗+添加劑→球磨機(jī)(粉碎及和勻) →造球(加少量的水) →安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 5 頁(yè)鏈靡機(jī)(預(yù)氧化) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為 6~8 毫米的球體圖 3 磁性材料干法生產(chǎn)主要工藝流程鐵紅+添加劑→一次攪拌桶(加 85%~90%的水) → 球磨機(jī)(粉碎及和勻) →二次攪拌桶→膠泵(定量) →回轉(zhuǎn)窯(燒結(jié)成型) →直徑為 6~8 毫米的球體圖 4 磁性材料濕法生產(chǎn)主要工藝流程一、 干法生產(chǎn)的缺點(diǎn):1.由于其原料主要是連鑄機(jī)和初軋機(jī)的氧化鐵皮,主要成分是四氧化三鐵,而鐵氧體的主要成分是三氧化二鐵;所以原料的純度不高。直接經(jīng)球磨機(jī)粉碎和勻,達(dá)到的效果比較差。2.最后所得的直徑為 6~8 毫米的球體,大小相對(duì)并不均勻,導(dǎo)致生產(chǎn)出的磁性材料性能并不穩(wěn)定。3.預(yù)氧化用的鏈靡機(jī)在工作中會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。二、 濕法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn):1.由于其原料主要是冷軋酸洗后產(chǎn)生的廢物,所以原料的性能很穩(wěn)定。2.球磨機(jī)粉碎和勻的前后都加水充分?jǐn)嚢?,即濕法球磨的和勻磨碎效果很好?.最后所得的直徑為 6~8 毫米的球體,大小均勻,生產(chǎn)出的磁性材料性能也穩(wěn)定。在現(xiàn)代的新濕法生產(chǎn)工藝中,又在回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型前加入了沉降離心機(jī),經(jīng)離心機(jī)離心分離后,含水量減少到 30~35%,大大節(jié)省了燒結(jié)蒸發(fā)中所需的能源,對(duì)節(jié)能與環(huán)保作出了巨大的貢獻(xiàn)。1.2 離心機(jī)概況1.2.1 離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 6 頁(yè)離心分離是利用離心力對(duì)液一固、液一液一固、液一液等非均相混合物進(jìn)行分離的過程。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱為離心機(jī)。離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比,不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相,而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件,具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此,自 1836 年第一臺(tái)工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國(guó)問世,迄今一百多年以來(lái)己獲得很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)品種繁多,各有特色,并正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動(dòng)化方向發(fā)展,且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多,專用機(jī)種越來(lái)越多?,F(xiàn)在,離心機(jī)己廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個(gè)領(lǐng)域。例如:濕法采煤中粉煤的回收,石油鉆井泥漿的回收,放射性元素的濃縮,三廢治理中的污泥脫水,各種石油化工產(chǎn)品的制造,各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造,牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動(dòng)物油、米糠油等食品的制造,織品、纖維脫水及合成纖維的制造,各種潤(rùn)滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)己成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備,主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過程,它是隨著各工業(yè)部門的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來(lái)的。例如:18世紀(jì)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(jī)。1877 年為適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要,發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入 20 世紀(jì)之后,隨著石油綜合利用的發(fā)展,要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去,以便使重油當(dāng)作燃料油使用,50 年代研制成功了自動(dòng)排渣的碟式活塞排渣分離機(jī),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(hù)、三廢治理發(fā)展的需要,對(duì)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(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)有了進(jìn)一步的發(fā)展,特別是臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種機(jī)器應(yīng)用等方面發(fā)展迅速,但理論研究落后于實(shí)踐是個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。目前在理論研究方面所獲得的知識(shí),主要還是用來(lái)說明試驗(yàn)的結(jié)果,而在預(yù)測(cè)機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算,往往仍要憑借經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,固一液分離技術(shù)越來(lái)越受到重視,離心分離理論研究遲緩落后的局面也在積極扭轉(zhuǎn)。1.2.2 離心機(jī)的分類離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類不同的過程——離心過濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。離心過濾過程從廣義的概念上來(lái)說,可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個(gè)步驟。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 7 頁(yè)離心沉降過程也可分為兩個(gè)物理階段:固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。具體分類見圖 5。1.2.3 螺旋卸料沉降式離心機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn),連續(xù)進(jìn)料、分離分級(jí)、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī),螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī),現(xiàn)該離心機(jī)己廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。利用離心沉降法來(lái)分離懸浮液,能連續(xù)操作、處理量大、無(wú)濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,螺旋卸料沉降式離心機(jī)有著廣闊的市場(chǎng)。例如:城市的建設(shè)得到了迅速發(fā)展,城市的規(guī)模擴(kuò)大,人口增加,水環(huán)境污染成了一大難題。據(jù)專家統(tǒng)計(jì),我國(guó)城市污水排放量年增加為 3 億立方米左右,加快城市污水廠的建設(shè)步伐勢(shì)在必行。城市污水處理廠的污泥脫水設(shè)備應(yīng)用比較廣泛的是帶式壓濾機(jī)和螺旋卸料沉降式離心機(jī)。但是,由于螺旋卸料沉降式離心機(jī)的技術(shù)明顯優(yōu)于帶式壓濾機(jī),螺旋卸料沉降式離心機(jī)將逐步取代帶式壓濾機(jī)。1954 年國(guó)際上出現(xiàn)了真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋卸料沉降式離心機(jī)。根據(jù)不同的分離物料,設(shè)計(jì)者根據(jù)物料特點(diǎn)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)?,F(xiàn)就不同的應(yīng)用領(lǐng)域,己有相應(yīng)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)出現(xiàn),在國(guó)際上,該技術(shù)己相當(dāng)成熟。處理氣一液一固三相混合物的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、處理固相密度比液相密度比小的螺旋卸料沉降式離心機(jī)、粒子分級(jí)用螺旋卸料沉降式離心機(jī)、逆流洗滌螺旋卸料沉降式離心機(jī)、并流式螺旋卸料沉降式離心機(jī)、污泥脫水用螺旋卸料沉降式離心機(jī)。在國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家,污泥用的螺旋卸料沉降式離心機(jī)已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。近幾年還安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 8 頁(yè)圖 5 離心機(jī)的分類在其結(jié)構(gòu)上根據(jù)應(yīng)用的實(shí)踐進(jìn)行了許多改進(jìn),出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的專利。例如最近推出了一種叫, “nxono”的螺旋卸料沉降式離心機(jī),它的適應(yīng)性非常強(qiáng),能處理多種不同尺寸和形狀大小的材料,操作方便,用計(jì)算機(jī)控制。瑞典阿爾法公司新開發(fā)的 NX 型螺旋卸料沉降式離心機(jī),其結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)不同尺寸、形狀的顆粒而調(diào)整其型號(hào),還可以根據(jù)新的材料要求,設(shè)計(jì)新的螺旋卸料沉降式離心機(jī)。它的動(dòng)平衡和靜平衡處理非常好,能在負(fù)載下高速運(yùn)轉(zhuǎn),其輸入和輸出口的設(shè)計(jì)有效地防止物料阻塞。該螺旋卸料沉降式離心機(jī)與固體物料有摩擦的部位涂以合金有效防止了磨損,旋轉(zhuǎn)部位用不銹鋼材料,使整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程處在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里,其自動(dòng)裝置充分保障了工作安全。該臥螺離心機(jī)能有效分離纖維、粒子等,其處理顆粒的尺寸范圍可從 1 微米到 5 毫米,而且處理量大,能達(dá)到每小時(shí) 50000 加侖流量。瑞典阿爾法在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究和制造設(shè)計(jì)己經(jīng)處于世界先進(jìn)水平,從螺旋卸料沉降式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用材料、防腐措施、應(yīng)用范圍、自動(dòng)控制和密封裝置研究的都很透徹。因此,它的機(jī)械設(shè)備廣泛應(yīng)用于世界各地的各個(gè)領(lǐng)域。國(guó)外較著名的離心機(jī)生產(chǎn)商有德國(guó) FIOTTWE 公司、美國(guó) SHAPLESS 公司、法國(guó)GUINARD 公司、瑞典 ALAF 公司等。我國(guó)在螺旋卸料沉降式離心機(jī)的理論研究方面也取得了相當(dāng)不錯(cuò)的進(jìn)展。80 年代,我國(guó)開始重視螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展,一些科研工作者開始研究國(guó)外螺旋卸料沉降式離心機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài),機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所翻譯了大量英文和俄安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 9 頁(yè)文資料,為我國(guó)臥式螺旋沉降離心機(jī)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。我國(guó)在九十年代己能自己研制生產(chǎn)螺旋卸料沉降式離心機(jī),國(guó)家在 1979 年便在工廠進(jìn)行螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn),成功的生產(chǎn)出 WL200,WL1000,LWB500,LWG500 等型號(hào)的產(chǎn)品。重慶江北機(jī)械廠是國(guó)家最早投入螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)廠家之一,為我國(guó)第一批螺旋卸料沉降式離心機(jī)生產(chǎn)作出了較大貢獻(xiàn),為我國(guó)離心機(jī)理論提供了不少數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)?,F(xiàn)在該廠引進(jìn)法國(guó)堅(jiān)納公司技術(shù),并嚴(yán)格按法國(guó)堅(jiān)納公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)具有國(guó)際水準(zhǔn)的新產(chǎn)品 D(LW)系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品性能卓越具有完善的工作特點(diǎn)和傳動(dòng)裝置,它的差速器可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,它是與計(jì)算機(jī)完美結(jié)合的典型,在計(jì)算機(jī)的屏幕上,我們可看到其主要參數(shù),其自動(dòng)裝置和密封系統(tǒng)也比較先進(jìn)。金華鐵路機(jī)械廠通過二十多年的研制生產(chǎn),也擁有比較雄厚的技術(shù)力量,該廠設(shè)計(jì)制造的螺旋卸料沉降式離心機(jī)是在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)分離機(jī)械的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國(guó)石油、地質(zhì)勘探的需要而研制開發(fā)的系列產(chǎn)品,近來(lái)己推出最新機(jī)型有 LW355x1460,LW400x860,LW500x1250,LWG500—1250。它們的主要特點(diǎn)是能去除泥漿中的有害粗顆粒,調(diào)整泥漿比重,降低粘度,其中 LW500xl250,LW500xl250的最大處理量能達(dá)到 50 立方米。1958 年成立的上海離心機(jī)研究所,近些年來(lái)通過與國(guó)際著名離心機(jī)制造公司的密切合作,己生產(chǎn)出大長(zhǎng)徑比的螺旋卸料沉降式離心機(jī)系列產(chǎn)品,使轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)域物料分離時(shí)間延長(zhǎng),從而顯著提高固液分離效果,并在此基礎(chǔ)上成功的研制了國(guó)內(nèi)第一套污泥脫水成套設(shè)備和首輛污泥脫水成套設(shè)備工程車;一些高等院校也在這些方面做了不少工作。 1.2.4 螺旋卸料沉降式離心機(jī)的概況螺旋卸料沉降式離心機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn),連續(xù)進(jìn)料、分離分級(jí)、螺旋推進(jìn)器卸料的離心機(jī),螺旋卸料沉降式離心機(jī)分立式螺旋卸料沉降式離心機(jī)和臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī),本文研究的是臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)。該離心機(jī)已廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、醫(yī)藥、輕工、食品等工業(yè)部門和污水處理工程。它利用離心沉降法來(lái)分離懸浮液,能連續(xù)操作、處理量大、無(wú)濾布和濾網(wǎng)、單位產(chǎn)量的耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。 最初的臥式螺旋卸料離心機(jī)是由兩對(duì)開式齒輪傳動(dòng)獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差轉(zhuǎn)速,以輸送沉渣并被應(yīng)用于淀粉工業(yè)上。真正現(xiàn)代的有實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋離心機(jī)首次使用了二級(jí)行星齒輪差速器。臥螺離心機(jī)出現(xiàn)后,由于具有突出的優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速的發(fā)展。 螺旋卸料沉降式離心機(jī)是國(guó)際上五十年代發(fā)明的機(jī)械,七十年代,我國(guó)開始引進(jìn)。國(guó)產(chǎn)化一些機(jī)型成為原化工部七五科技攻關(guān)項(xiàng)目。八十年代我國(guó)就開始測(cè)繪,己測(cè)繪德國(guó) FIOTTWE 公司、美國(guó) SHAPLESS 公司、法國(guó) GUNIARD 公司、瑞典 ALAF—Laval 公司等國(guó)外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的離心機(jī),并進(jìn)行仿制,國(guó)家當(dāng)時(shí)在全安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 10 頁(yè)國(guó)組織 6 個(gè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行仿制生產(chǎn)?,F(xiàn)國(guó)內(nèi)己能生產(chǎn)的螺旋卸料沉降式離心機(jī)有WL200,WL350,WL 450,WL600,WL800,DLW430,L W350,LW400,LW500,LW620等。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,各行業(yè)對(duì)高精度、高質(zhì)量設(shè)備的需求量不斷增加。當(dāng)前各種類型的離心機(jī)品種繁多,各具特色,并且都向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。螺旋卸料沉降離心機(jī)由于能夠連續(xù)出料,生產(chǎn)能力大,對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積少等特點(diǎn),因此應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前其發(fā)展速度很快,但從總的趨勢(shì)看:1、為了提高單機(jī)生產(chǎn)能力,采取加大轉(zhuǎn)鼓直徑,增加長(zhǎng)徑比的方法,如GUNIARD 公司的 D 型螺旋卸料沉降式離心機(jī),轉(zhuǎn)鼓直徑最大的為 1500mm,長(zhǎng)徑比為4.7。2、為了分離固相顆粒比較細(xì),粘度大的懸浮液,采取提高轉(zhuǎn)速度方法,如阿法拉法公司生產(chǎn)的 4500 離心機(jī),轉(zhuǎn)鼓直徑 310mm,轉(zhuǎn)速達(dá) 7600/min,這樣高的轉(zhuǎn)速,目前我國(guó)還不能達(dá)到。3、目前國(guó)外離心機(jī)正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展,己實(shí)現(xiàn)在離心機(jī)上對(duì)分離物料的自動(dòng)檢測(cè)與調(diào)節(jié),機(jī)械性能自動(dòng)保護(hù),振動(dòng)的隨機(jī)檢測(cè)和自動(dòng)報(bào)警,過載保護(hù)分離反饋等。我國(guó)目前已開始注意機(jī)電一體化的研究與應(yīng)用,但在離心機(jī)方面也只是剛剛起步。4、適應(yīng)不同物料及工況的需要,目前國(guó)內(nèi)外離心機(jī)制造廠又推出來(lái)許多不同型號(hào)的防爆型離心機(jī),用于易燃易爆場(chǎng)合的物料分離。1.2.5 臥螺離心機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)1、自動(dòng)、連續(xù)操作,無(wú)濾網(wǎng)和濾布,能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn),維修方便。2、應(yīng)用范圍廣。它能完成下列分離過程:(1)固相脫水:對(duì)易分離物料,其脫水效果與過濾式離心機(jī)一樣好。對(duì)含有可壓縮固相的懸浮液,在過濾離心機(jī)上分離效果很差,甚至無(wú)法分離;用臥螺離心機(jī)能完成此分離過程。(2)液相澄清:它對(duì)液相的澄清效果雖然不如分離機(jī),但是可獲得比分離機(jī)干得多的沉渣,而允許的懸浮液固相濃度比分離機(jī)高的多。(3)可分離固相重度比液相輕的懸浮液:通常這種物料是用過濾式離心機(jī)來(lái)分離的,但是當(dāng)固相是可壓縮的物料或?yàn)V布清洗、再生有困難時(shí),只有依靠這種結(jié)構(gòu)上稍加改進(jìn)的臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離。(4)液—液—固分離:固相含量大于 14%的液—液—固混合物,在碟式分離機(jī)上就難以分離。一般分離這種物料要先進(jìn)行液—固分離,再進(jìn)行液—液分離。然而,用臥螺離心機(jī)可以直接把固相和輕、重液相一次分離。(5)粒度分級(jí):通過臥螺離心機(jī)可以將固相按顆粒大小進(jìn)行分級(jí)。3、對(duì)物料的適應(yīng)性較大,能分離的固相粒度范圍較廣,并且在顆粒大小不均勻的條件下,能照常分離得很好。能適應(yīng)各種濃度懸浮液的分離,濃度的波動(dòng)不影響安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 11 頁(yè)分離的效果。4、結(jié)構(gòu)緊湊、易于密封,某些機(jī)型能在高壓和低溫條件下操作。5、單機(jī)生產(chǎn)能力大(當(dāng)量沉降面積可達(dá) 10000 平方米,生產(chǎn)能力可達(dá) 190 立方米每小時(shí)),分離質(zhì)量比較高,操作費(fèi)用的,占地面積小。1.2.6 臥旋離心機(jī)的主要缺點(diǎn)1、沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)稍高,大致與真空過濾機(jī)相等。2、沉渣的洗滌效果不好。3、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,造價(jià)高。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 12 頁(yè)2 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算2.1 生產(chǎn)能力概述懸浮液自進(jìn)料口進(jìn)入沉降離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后,液相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動(dòng)至溢流口處溢出轉(zhuǎn)鼓外,其中的固相粒子隨液相作軸向移動(dòng)外,還在離心力作用下沿徑向沉降。較細(xì)的粒子由于沉降速度較慢,沉降到轉(zhuǎn)鼓壁所需的時(shí)間較長(zhǎng)。如懸浮液進(jìn)料量過大,軸向流速過快,使較細(xì)粒子在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間少于沉降所需時(shí)間,則細(xì)粒子將隨液流溢出轉(zhuǎn)鼓外而不能被分離。因此,沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力,應(yīng)理解為能將所需分離的最小固相粒子沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi),而不致隨分離液帶出的最大懸浮液流量。這樣,分離因素一定的同一離心機(jī),對(duì)于不同的物料或同一物料在不同的分離要求下,生產(chǎn)能力也將是不同的。2.2 生產(chǎn)能力計(jì)算 ]7[沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于液體的軸向流速和粒子的離心沉降速度,前者由于不同的流動(dòng)理論而有不同的計(jì)算方法,因而得出不同的生產(chǎn)能力計(jì)算方法。(1)按∑理論計(jì)算生產(chǎn)能力;(2)按層流理論計(jì)算生產(chǎn)能力; (3)按線性理論計(jì)算生產(chǎn)能力;此處以∑理論計(jì)算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力?!评碚撌怯砂膊祭眨ˋmbler)于 1952 年提出的,由于其表達(dá)式簡(jiǎn)單,概念明確,一直沿用至今。在保證具有一定澄清度條件下的生產(chǎn)能力 Q(m /h),按照∑理論,3對(duì)于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī),實(shí)際生產(chǎn)能力的計(jì)算公式可表達(dá)為:Q= ∑ gV?(1)式中 Q——實(shí)際生產(chǎn)能力,m /h;3——分離效率系數(shù); ?——懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度,m/s;gV∑——當(dāng)量沉降面積, ㎡;2. 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的當(dāng)量沉降面積∑的計(jì)算 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 13 頁(yè)L 1LL 2rh圖 6 柱錐形轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀尺寸∑= rF?????? ????????????????2123431???LDL(2)式中 ——分離系數(shù); rD——轉(zhuǎn)鼓大端公稱直徑,m;——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的沉降區(qū)長(zhǎng)度,m;1L——轉(zhuǎn)鼓錐段的沉降區(qū)長(zhǎng)度,m;2L——轉(zhuǎn)鼓沉降區(qū)總長(zhǎng)度( + ) ,m;1L2h——液池深度,m;r——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑,m;——取 2h/D;?LW400×1200 逆流型的主要性能參數(shù)可知如下:最大分離因素為 2580最大轉(zhuǎn)速為 3400 r/minD=0.4m, =0.542m, 轉(zhuǎn)鼓錐角 =8°1L?液池最大最小深度分別為 0.0826m 和 0.0542m.且分離因數(shù) 與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比,取轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速 n 為 2800r/min,則此時(shí)分rF離因數(shù):=2580× =1736.2r23408??????D 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 14 頁(yè)當(dāng) h=0.0826m 時(shí):=2h/D=0.4132, =h/sin8°=0.5935m?2L∴L=( + )=1.1355m12則 ∑= rF?????? ????????????????212343???LD=1353.7㎡2. 懸浮液中固相顆粒的重力沉降速度 gV= (3)gV?????182XKLSC?式中 ——阻滯情況下的沉降速度修正系數(shù);——固相(氧化鐵)密度,㎏/ ;s?3m——液相(水)密度,㎏/ ;L——懸浮液的動(dòng)力粘度, ;?sPa?——懸浮液中固相顆粒的計(jì)算直徑, ;Xm——懸浮液中固相顆粒的粒子形狀修正系數(shù)。cK其中 = (1+4.5 ) ?LXC上式中 ——懸浮液中液相動(dòng)力粘度, ;sPa?——固相單位體積濃度;X取 =0.008 , =0.15;L?sPa?XC則 =0.008(1+4.5×0.15)=0.0134 sPa?由表 3-7 與 3-8 可取:]7[]7[=5×10 =2.12 =0.48,查表 1-1-5 得:Xm6?cK?]8[=2.4×10 ㎏/ =1.0×10 ㎏/s?3L?3m由上參數(shù)數(shù)值,有: 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 15 頁(yè)∴ = =0.48gV?????182gXKLSC????0134.88.90.2512. 36???=1.447×10 /sm6?3. 分離效率數(shù) ?可按下列經(jīng)驗(yàn)公式求得:=16.42 (4)3674.0359.0?????????????jLsX?式中 ——沉降區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度,m。jL對(duì)于柱錐型轉(zhuǎn)鼓: = +j12=0.542+ ×0.5935=0.839m其它參數(shù)意義同上?!????????????????????79.01510.42.1663.?=0.2247結(jié)合以上各參數(shù)的計(jì)算可得, 生產(chǎn)能力 Q= ∑=1.585 m /hgV?3同理,當(dāng) h=0.542m 時(shí),安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 16 頁(yè)3 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的功率計(jì)算與電機(jī)選擇3.1 功率計(jì)算臥螺離心機(jī)的功率計(jì)算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計(jì)算,可以合理地確定主、輔電動(dòng)機(jī)的功率,選擇電機(jī)及差速器。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型,操作方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān),一般情況下,臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個(gè)方面:(1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 ;1N(2)啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 ;2(3)螺旋輸送沉渣所需功率 N 。33.1.1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件,由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動(dòng)能,必須由外界作功,該功為A = (5)P 22211?PJdmrv???式中 A ——外界所作的功, J;v ——轉(zhuǎn)動(dòng)件線速度,m/s;J ——轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg.㎡P∴啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率 ,為:1N= (6)1NtJtAP20??式中 ——啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率,kW;1t——啟動(dòng)時(shí)間,s;——臥螺離心機(jī)的角速度,rad/s。?而 = =303.7 rad/s6029???n1. 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JP① 圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 1P安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 17 頁(yè)由表 1-1-85 公式]8[J = (7)1P42eKmD式中 J ——圓柱段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg.㎡;1m——旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量,kg; K——系數(shù),見表中;——旋轉(zhuǎn)體的飛輪計(jì)算直徑,m。eD由表,取 K=0.5, =2e21D?式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的外徑,m;1——轉(zhuǎn)鼓圓柱段的內(nèi)徑,m;2D取 =0.42m, =0.40m, m=80 kg12則 = =0.3364㎡2e1?∴J = =3.5743 kg.㎡1P4eKmD② 圓錐段轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 2P由 Soliworks 2006 作出長(zhǎng)度為 625mm,大小端直徑分別為 424mm 和 390mm,拔模角為 8°,厚為 15mm 的圓臺(tái)殼體。再由質(zhì)量分析得出下列相關(guān)參數(shù):零件( Part Configuration - 默認(rèn) ) 的質(zhì)量特性輸出坐標(biāo)系 : -- 默認(rèn) --密度 = 0.01 克/立方毫米質(zhì)量 = 83869.57 克體積 = 10752508.36 立方毫米表面積 = 1299409.01 平方毫米重心 : ( 毫米 )X = 0.00Y = 0.00Z = 283.82慣性主軸和慣性力矩 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定。Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 2301548159.95安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 18 頁(yè)Iy = (0.00, -1.00, 0.00) Py = 3811901499.34Iz = (1.00, 0.00, 0.00) Pz = 3811901499.34慣性張量 : ( 克 * 平方毫米 )由重心決定,并且對(duì)齊輸出的坐標(biāo)系。Lxx = 3811901499.34 Lxy = 0.00Lxz = 0.00Lyx = 0.00Lyy = 3811901499.34 Lyz = 0.00Lzx = 0.00Lzy = 0.00Lzz = 2301548159.95慣性張量: ( 克 * 平方毫米 )由輸出座標(biāo)系決定。Ixx = 10567760827.14 Ixy = 0.00Ixz = 0.00Iyx = 0.00Iyy = 10567760827.14 Iyz = 0.00Izx = 0.00Izy = 0.00Izz = 2301548159.95由上分析可得,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 P =2.3015 kg.㎡X考慮到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)的筋條,取 k =1.1,則1J = k . P =2.53 kg.㎡2P1X∴轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J = J + J =5.64 kg.㎡'P12P考慮到螺旋葉片、螺旋軸、螺旋葉片軸等轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,J =k JP2'此處取 k =1.352∴所有轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J =k J =7.614 kg.㎡P2'2、啟動(dòng)時(shí)間取啟動(dòng)時(shí)間 t=20s綜上,啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率= = =17.5567kw1NtJtAP20??207.3614.?3.1.2 啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率對(duì)于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī),加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分,可分別求出操作中每種組分所需的功率,然后求其和。假設(shè)此種分離操作,單位時(shí)間內(nèi)排出分離液(水)和沉渣(氧化鐵)2 個(gè)組分,各組分的質(zhì)量分別為 m 、m (kg/s) ,各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑分別為12r 、r (m),則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率 為:12 2N安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 19 頁(yè)= (8)2N??2210?rmr?物料每分鐘移動(dòng)的距離 S 為:S= L×?n式中 L——葉片距,m;——轉(zhuǎn)速差,r/min。n已知 L=0.08m, =20 r/min∴S= L× =1.6m/min?排渣能力可按下式計(jì)算:/60 (9)sSDG?????????????2式中 G——排渣能力,kg/h;——沉渣的厚度,m;?其它的參數(shù)同上。已知 G=1800 kg/h,D=0.38m, =2.4 kg/ms?310?則代入上式便得: 34.26.238.061???????????-0.38 +0.002488=0??2從中可解出 =0.0067m又 = -h'式中 ——液池的平均厚度,m;——液池中水的厚度,m;?'已知 =0.065m,則 = - =0.0583mh'h?∴ r =D/2- - /2=0.1745m1'r = D/2- /2=0.1962m2根據(jù)排渣能力的定義,可得安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 20 頁(yè)m = =0.5 kg /s 2360G由物料中分離液與沉渣的體積比,可得m =1LXsC???2式中 ——固相單位體積濃度;X——固相(氧化鐵)密度,㎏/s?3m——分離液(水)的密度,kg/m 。L其中, =0.15, =2.4 kg/m , =1.0 kg/mXCs?310?L?310?∴ m =1.181kg /s 1綜上可得,啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率 2N=2N??2210?rmr?= ?227.30196.507.345.8. ???=2.546kw3.1.3 螺旋輸送沉渣所需功率對(duì)于螺旋卸料離心機(jī),螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外,螺旋輸送沉渣時(shí)所需功率大小與螺旋葉片和轉(zhuǎn)鼓軸線的相對(duì)位置有關(guān),本機(jī)中螺旋葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)軸線,故卸料功率應(yīng)包括:1、克服沉渣產(chǎn)生的離心力沿轉(zhuǎn)鼓圓錐段母線的分力所消耗的功率:kW (10)??tgHrGNh1532'?2、克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗的功率:安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 21 頁(yè)kW (11)??2' cos153gHfrGNh?3、克服沉渣與螺旋葉片摩擦所消耗的功率:kW (12)????????232' cos15ftgZfrh螺旋輸送沉渣消耗的總功率為以上三項(xiàng)功率之和,即:'''3N??= kW (13)????????????232 cos15ftgZfrHgGhh式中 ——轉(zhuǎn)鼓圓錐段的平均內(nèi)半徑,m, = ;hr hr??/30——出渣口處轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑,m;0——轉(zhuǎn)鼓圓錐大端內(nèi)半徑,m;3rH——轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度,m;Z——螺旋葉片的圈數(shù);——沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦系數(shù),一般為 0.3~0.85;2f——沉渣與螺旋葉片的摩擦系數(shù),一般為 0.15~0.4;3G——按螺旋排渣能力計(jì)算的生產(chǎn)能力,kg/s。其中, =0.1142m, =0.20m0r3r∴ = =0.1571mh??2/3?H=1.20m,Z=14,排渣能力 G=1800/3600=0.5 kg/s,取 =0.6, =0.32f3f綜合以上各參數(shù),得螺旋輸送沉渣所需功率 N :3'''3N??= ????????????232 cos15ftgZfrHgGhh=4.22kW3.2 電機(jī)選擇安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 22 頁(yè)考慮到摩擦與效率,以上 , , 修正為:1N23(14)321?P?式中 ——軸承效率;1——考慮到克服轉(zhuǎn)鼓物料和空氣摩擦的效率;2——V 帶傳動(dòng)效率。3?321NP?式中 各參數(shù)同上。 431?式中 ——擺線針輪減速器的效率;4其它參數(shù)同上。由表 1-7 ][取 =0.98, =0.985, =0.96, =0.92?23?4分別計(jì)算 , , :1P=18.945kW 321?N?=2.744kW321P=4.872431?N?得該臥旋離心機(jī)的計(jì)算總功率為:= =26.561kWP321?由于離心機(jī)是連續(xù)工作的,且一般選用滿載時(shí)較低速的;考慮到以后作業(yè)率的提高,要求電機(jī)功率要留有一定的余量,則選用電機(jī):電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速Y220L-4-B5, P =30kW, =1470r/minNNn安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 23 頁(yè)4 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算 ]12[4.1 帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓的 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓以及物料的功率 P=21.698kW,轉(zhuǎn)速 =1470r/min,轉(zhuǎn)鼓1n轉(zhuǎn)速(從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速)為 2800,傳動(dòng)比 i=2(增速傳動(dòng))每天工作 10 小時(shí)以上。1.確定計(jì)算功率 caP= P (21)AK式中 ——計(jì)算功率,kW;ca——工作情況系數(shù);AP——傳遞的額定功率,kW;由表 8-6 ,得工作情況系數(shù) =1.4,則:]12[ AK= P=30 kWcaAK2.選擇 V 帶的帶型根據(jù) , ,選用 B 型。caP1n3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速(1)8-6 表 8-8 選取小帶輪基準(zhǔn)直徑: =178mm1d(2)驗(yàn)算帶速 v:=27.4 m/s﹤30 m/s106??nd?∴帶的速度合適(3)從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑= i=355mm2d14. 確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距根據(jù) 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),1d20a1d2初步確定 =600mm0安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 24 頁(yè)根據(jù) =2 +dL'0a????021124add???式中 ——初步確定的中心距,mm。0得 =2249dL'由表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =2800mmdL計(jì)算實(shí)際中心距 a:a= + =976mm0a2'd?5、驗(yàn)算從動(dòng)輪上的包角 1?=180°- 57.3/a=169.54°90°1???2d?故從動(dòng)輪上的包角合適。6、計(jì)算普通 V 帶的根數(shù)(23)??LcaKPZ?0???式中 ——單根 V 帶的基本額定功率,kW;0P——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí),單根 V 帶額定功率的增量,kW;?——包角系數(shù);?K——長(zhǎng)度系數(shù);L機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表 13-1-18 得:=5.76kW0P機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表 13-1-21,13-1-22 得:得 =0.98, =1.05?KL∴ =5.04??LcaPZ?0???取 Z=5 根7.計(jì)算預(yù)緊力安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 25 頁(yè)(24)2015.qvKvZPFca???????????式中 ——預(yù)緊力,N;0q——傳動(dòng)帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量,kg/m;其它參數(shù)同上。由表 13-1-23 得 q=0.17 kg/m∴ 2015.qvKvZPFca???????????24.7.098.42730?=248.92N8、計(jì)算作用在軸上的壓軸力(25)2sin10?ZFP?式中 ——作用在軸上的壓軸力,N;其它參數(shù)同上。則有:=2464.308N2sin10?ZFP?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)略。4.2 帶動(dòng)螺旋輸送器的 V 帶設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)為螺旋輸送器提供的功率 =4.872kW,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 =2382r/min, 'P1n傳動(dòng)比 =1.2174(減速傳動(dòng)) ,一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16 小時(shí)以上,設(shè)計(jì)一普通 V 帶傳動(dòng)。'i安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 26 頁(yè)由此可知,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速 = =1957r/min。3n'1i1、確定計(jì)算功率 caP= AK'由表 8-6,得工作情況系數(shù) =1.4,故AK= =6.82kWcaPA'2、確定普通 V 帶帶型根據(jù) 、 ,由圖 8-8 確定選用 B 型。ca1n3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑由表 8-3 和表 8-7 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑: =170mm。1d則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 :2d= =206.9mm'i1根據(jù)表 8-7,取 =200mm。2d驗(yàn)算帶的速度:=21.19m/s﹤25m/s106??nvd?∴帶的速度合適4、確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為:=2 +dL'0a????021124add???根據(jù) 0.7( + )﹤ ﹤2( + ),初步確定 =400mm。1d201d20a∴ =2 + =1382mmL'0a????0124ad???由表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =1400mm。dL計(jì)算實(shí)際中心距 a:安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 27 頁(yè)a= + =409mm0a2'dL?5、驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 1?=180°+ =175.8°﹥120°1?ad2?∴主動(dòng)輪上的包角合適。6、計(jì)算普通 V 帶的根數(shù)??LcaKPZ?0???查表 8-5a 和表 8-5b 得:=4.8kW, =0.3kW00查表 8-8,得 =0.99;查表 8-2,得 =0.90?L∴ =1.504??LcaKPZ0???由于此 V 帶傳動(dòng)用于離心機(jī),且此離心機(jī)的回轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到 3500r/min,故考慮到此 V 帶的壽命,取其 Z=3 根。7、計(jì)算預(yù)緊力 2015.qvKvZPFca???????????由表 8-4 得 q=0.17 kg/m∴ =162.14N2015.qvca???????8、計(jì)算作用在軸上的壓軸力2sin10ZFP?結(jié)合以上計(jì)算所得各參數(shù)的值,得:=972.19N2sin10?P安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 28 頁(yè)5 轉(zhuǎn)鼓壁厚度校核離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)百至數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的高速回轉(zhuǎn)。高速回轉(zhuǎn)時(shí),在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)要產(chǎn)生很大的應(yīng)力,這些應(yīng)力是由于高速回轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)壁金屬的自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力,及在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上所附帶著的篩網(wǎng)、物料和液體層所產(chǎn)生的離心力都作用在鼓壁上,使轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。因此,轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度計(jì)算必須同時(shí)考慮這幾部分離心力所產(chǎn)生的應(yīng)力。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)組合部件,由筒體、頂蓋及鼓底等幾部分組合而成的。此臥旋離心機(jī)是不開孔的整體轉(zhuǎn)鼓。因此,在轉(zhuǎn)鼓中沒有篩網(wǎng)等附件,轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的應(yīng)力,是由轉(zhuǎn)鼓金屬的自身質(zhì)量及轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)量在高速回轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力而引起的應(yīng)力之和。對(duì)于柱—錐型轉(zhuǎn)鼓,在圓錐段,其徑向應(yīng)力及周向應(yīng)力的最大值均在圓錐的大端。因此,在校核圓錐段轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度時(shí),只需要校核圓錐大端壁內(nèi)的應(yīng)力。圓錐大端的徑向應(yīng)力為: ????RR'1'11????= (N/㎡) (15)????cos832?KW圓錐大端的周向應(yīng)力為: ????RR'2'22????= 0????cos3?KW= (N/㎡) (16)20R???????10令 ,10???W020???則 (N/㎡)????????????cos102RKR按第三強(qiáng)度理論: 。在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中周向總應(yīng)力為最大,其次是徑?????minax向總應(yīng)力,最小者為經(jīng)向應(yīng)力,其值等于零。因此,圓錐段轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度條件為: 112cos????????????RK安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 29 頁(yè)∴圓錐段轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足:(m) (17)????010cos2???????KR同理,圓柱段轉(zhuǎn)鼓壁厚應(yīng)滿足:(m) (18)????01'2?因 不大于 1,則應(yīng)優(yōu)先滿足圓錐段轉(zhuǎn)鼓,則整個(gè)柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁厚應(yīng)滿足:?cos(m) (19)????010cos2???????KR式中 ——整個(gè)柱—錐型轉(zhuǎn)鼓的壁,m;——筒體中流體物料的密度,kg/m ;W?3——筒體壁金屬材料的密度,kg/m ;0——筒體的回轉(zhuǎn)角速度,rad/s;?R——筒體的內(nèi)半徑,m;r ——圓筒體中回轉(zhuǎn)時(shí)流體的自由表面半徑,m;2K——轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù),K= ;21Rr?——焊縫的強(qiáng)度系數(shù);1?——轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力,N/㎡。???其中,許用應(yīng)力選取下列兩值中的較小者:= ; = (20)sn???bn式中 ——設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服極限,N/㎡;s?——設(shè)計(jì)溫度下材料的強(qiáng)度極限,N/㎡;b——屈服極限的安全系數(shù),一般為 2~2.5;sn——強(qiáng)度極限的安全系數(shù),一般為 3.5~4。b安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書共 46 頁(yè) 第 30 頁(yè)由表 3-1-7 ,35(調(diào)質(zhì)) ,?。篯8[=275MPa, =500 MPa s?b取 =2.3, =3.8snb則 =119.6 MPa , =131.6 MPas bn?∴取 =119.6 MPa=1.196 N/㎡???810?根據(jù)固相單位體積濃度 =0.15:XC= =1.21 kg/m ;W???310??LsXC?3= 7.85 kg/m ;R=0.19m;031?r 取最小值即轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料最多時(shí),r =0.1115m;2 2取最高轉(zhuǎn)速時(shí)的回轉(zhuǎn)角速度, = =366.5 rad/s。??6035??∴K= =0.65621Rr?由于此處轉(zhuǎn)鼓是鑄造件,∴取 =11?=3.81 N/㎡; =0.15420????70?0??W?∴ =0.00452m=4.52mm????010cos???????KR由于轉(zhuǎn)鼓實(shí)際壁厚為 15mm, ∴此轉(zhuǎn)鼓壁厚滿足強(qiáng)度條件,可取