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离心机在国内外的发展趋势

行业聚焦点中国仪表网2008年05月04日 13:36人气:4540

    在工业生产中,离心机主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程,基本上属于后处理设备,它是随着各工业部门的发展而相应发展起来的。
 
    例如18世纪产业革命后,随着纺织工业的迅速发展,1836年出现了棉布脱水机。1877年为适应乳酪加工工业的需要,发明了用于分离牛奶的分离机。进入20世纪之后,随着石油综合利用的发展,要求把水、固体杂质、焦油状物料等除去,以便使重油当作燃料油使用,50年代研制成功了自动排渣的碟式活塞排渣分离机,到60年代发展成完善的系列产品。随着近代环境保护、三废治理发展的需要,对于工业废水和污泥脱水处理的要求都很高,因此促使卧式螺旋卸料沉降离心机、碟式分离机和三足式下部卸料沉降离心机有了进一步的发展,特别是卧式螺旋卸料沉降离心机的发展尤为迅速。如今,在合成塑料(聚氯乙烯、聚丙烯)及合成纤维(聚对苯二甲酸乙二脂)生产的分离设备中,螺旋离心机己成为关键设备之一。

  我国真正具有现代实用价值的第一台螺旋离心机是1954年制造的,由于它独具连续操作、处理量大、单位产量耗电量较少、适应性强等特点而得到了迅速发展,在四十多年的发展中,结构、性能、参数变化很大,分离质量、生产能力不断提高,应用范围更加广泛,在离心机领域中一直占有重要地位。在各种国际展览会上,各种各样的螺旋离心机,是所展出的离心机中最吸引人的机型,具有良好的发展前景。

  我国从七十年代末开始引进螺旋离心机,对国外著名公司生产的多种规格的卧螺离心机进行了仿制。卧螺离心机是原化工部“七五”科技攻关项目,1989年南京绿洲机器厂仿制了ALFANx42o型大锥角((20)离心机(即L201),用于玉米蛋白的分离,并于1992年制成样机;此后,重庆江北机械厂、解放军第4819厂和金华铁路机械厂等研制开发了一系列的螺旋卸料沉降离心机,并成功地应用于生产实践。但是就整体水平而言,我国还是远远落后于工业发达国家的。随着现代工业文明的发展和人类对环境以及可持续发展战略的重视,分离效果好,振动小、噪声低成为离心机能否被市场接受的重要条件。这就需要离心机具有良好的动态特性。通常,动态特性包括临界转速、不平衡响应和稳定性等内容。卧螺离心机的参数选择及优化是提高卧螺离心机动态特性的首要环节。

  为提高螺旋卸料沉降离心机的性能,人们对离心机常见问题进行攻关,对主要部件进行有限元分析。取得了一定的成果。主要有:北京化工大学硕士顾威应用有限元分析软件ANSYs,建立了螺旋输送器的参数化三维有限元模型,进行结构静力学分析,求得螺旋输送器在各种载荷工况下的应力场和位移场,并参照压力容器的分析设计法校核了螺旋输送器的应力强度,考察了螺旋叶片的径向位移。为结构优化设计奠定了基础。 

  中国航空工业高级工程师蔡显新,提出采用壳单元与环单元祸合的方法对带分流叶片整体离心叶轮进行弹塑性分析。叶片采用壳单元模拟,轮体来用轴对称环单元模拟,在叶轮和轮体的交界处近似地满足双协调条件:还推导了有关计算公式,并对三个算例进行了计算。结果表明,此方法精度高,省时性好。

  哈尔滨工程大学机电工程学院工程师袁夫彩,分析了卧螺离心机内物料的受力情况,推导出螺旋推料力矩的计算公式,并以其为目标函数,以工艺要求为约束条件,运用优化设计理论中的复形调优法对wL一600卧螺离心机参数进行了综合分析和定量选择,编制出优化求解的C程序,使得参数确定工作简捷、方便、合理。

  中国农业工程研究设计院沈瑾、都凌汉和上海离心机研究所徐群,对LW一400通用卧式螺旋沉降离心机进行了定向改制:在内螺旋上增设若干纵向叶片,对内螺旋工作面喷涂硬质合金。改进后分离效果和整机寿命均明显提高。

  四川省江北机械厂李福明,根据螺旋卸料离心机的圆锥形螺旋叶片的形体特点,建立了等速螺旋线的极坐标方程式。并通过对wL一200A,wL一350,wL355xl420-N,wL一450及wL一600等型号离心机的生产制造,证明采用展开计算法求解圆锥型螺旋叶片的展开下料图优于图解展开法,一有效地满足了螺旋输送器制造工艺的可靠性及使用性能要求。

  江苏省石油化工学院机械系刘友宏,提出用二维立体单元对离心机整个转鼓进行分析,并对某国产卧式刮刀离心机大直径转鼓进行了有限元计算,结果表明,在转鼓底和拦液板中的应力水平较低;在转筒体中应力水平较高,在开孔周围存在着应力集中现象,最大虚拟弹性应力值远大于材料的屈服限。

  北京化工大学机电工程学院董俊华,刘忠明,范德顺将转鼓的轴对称模型简化为二维模型。利用ANSYS有限元软件建立了大型卧螺离心机双锥角转鼓的二维有限元模型,对其在正常工作状态下的整体结构进行了静力分析,得到了转鼓的径向、轴向变形和应力分布及最大应力点,结果表明双锥角转鼓的强度和刚度均满足要求,验证了双锥角结构的安全性。

  南京绿州机器厂卧螺离心机设计所高级工程师颜春敏,定性地分析了卧螺离心机的沉渣条件与其转鼓的锥角刀、螺旋输送器叶片的倾角B、叶片的螺距、液池半径及差转速An之间的关系,阐述了改善卧螺离心机输渣条件的设计思想。

  江苏省化工机械研究所董水富、杨辉童、林伟青,讨论了进料浓度,分离因数,溢流半径等参数的改变对WL一400型离心机高岭土分级性能的影响。华东理工大学王彦华、方图南、王庭楠,介绍了卧式螺旋卸料沉降离心机在化纤用二氧化钦分级中的应用,着重介绍了进料浓度、进料速度、转速、挡板尺寸、差速等参数对分级的影响,分析了各参数对分级影响的原因。他们的研究为寻找离心机最佳的运行参数和应用提供了参考。

  兰州石油机械研究所油田设备研究部刘金荣、胜利石油管理局钻井工艺研究院王天林,对螺旋沉降离心机的振动性能进行测试,得到了离心机振动的加速度有效值随离心机的处理量、转鼓转速以及悬浮液的粘度、密度之间的变化关系及试验用离心机的固有频率。

  抚顺石油化工公司石油三厂董进,针对污泥脱水工艺应用了国产LWD一430型卧式螺旋沉降离心机,并辅以高效有机絮凝剂。经试运转证明,此项工艺脱水效果显著,可将含水率9.8%一98.5%的污泥脱水至75%一78%,且分离液对污水处理装置无明显冲击,消除了污泥造成二次污染的严重问题。

  可见离心机制的结构优化能有效地提高工作性能,带来良好的的经济效益。但人们大都是对螺旋输送器、转鼓等零部件分开进行研究,对螺旋一转鼓组进行整体研究的却很少。

  离心机螺旋一转鼓组结构复杂,受力与物料有关,变化大,采用传统的解析法,建立螺旋一转鼓组多刚体系统,以牛顿一欧拉方程或拉格朗日方程为代表的分析力学方法的动力学方程和约束方程,析找出影响动态特性的参数应结构的固有频率与振型。

  建立一定自由度下的振动方程通过数值分以获得相来减小振动的研究方法是不理想的。由于螺旋一转鼓组是刚体和柔性组成的多体系统,工作时还受有\由物料进入产生的力,约束也复杂。建立和求解方程都困难,只能进行理想化处理,所得结果不能真实反映离心机的工作特性。而且由于影响技术参数的因素较多,对影响离心分离效果的复杂性一一计算有很大困难。因此,在选择各参数时,很难满足分离效果好、低噪声这一要求;根据定性分析凭经验选取参数,然后依赖实验室的小试或中试结果进行模拟放大。这种以经验、试凑、静态、定性为特点的方法以及“设计一样机一试验一修改”不断循环的优化过程既麻烦,又浪费成本。 

  螺旋一转鼓组动态特性的研究既要考虑它的刚体运动,还要考虑它的柔体运动。单独的多体动力学分析和有限元分析都不易解决此类问题。随着高性能计算机和大型应用软件的发展,特别是Pr。/E和MSc.Visual一Nastran的应用,将有限元与多体系统仿真结合在一起用来解决螺旋一转鼓组的动力学问题,是卧螺离心机研究的创新方法。
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