科迅高速離心機(jī)在國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展概況
發(fā)布日期：2014-01-16 瀏覽次數(shù)：
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在工業(yè)生產(chǎn)中，高速離心機(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(guò)程，它是隨著各工業(yè)部門(mén)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。如今，在合成塑料(聚氯乙烯、聚丙烯)及合成纖維(聚對(duì)苯二甲酸乙二脂)生產(chǎn)的分離設(shè)備中，螺旋離心機(jī)己成為關(guān)鍵設(shè)備之一。
我國(guó)真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)螺旋離心機(jī)是1954年制造的，由于它獨(dú)具連續(xù)操作、處理量大、單位產(chǎn)量耗電量較少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到了迅速發(fā)展，在四十多年的發(fā)展中，結(jié)構(gòu)、性能、參數(shù)變化很大，分離質(zhì)量、生產(chǎn)能力不斷提高，應(yīng)用范圍更加廣泛，在離心機(jī)領(lǐng)域中一直占有重要地位。在各種國(guó)際展覽會(huì)上，各種各樣的螺旋離心機(jī)，是所展出的離心機(jī)中最吸引人的機(jī)型，具有良好的發(fā)展前景。
我國(guó)從七十年代末開(kāi)始引進(jìn)螺旋離心機(jī)，對(duì)國(guó)外著名公司生產(chǎn)的多種規(guī)格的臥螺離心機(jī)進(jìn)行了仿制。臥螺離心機(jī)是原化工部“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，1989年南京綠洲機(jī)器廠仿制了ALFANx42o型大錐角((20)離心機(jī)(即L201)，用于玉米蛋白的分離，并于1992年制成樣機(jī);此后，重慶江北機(jī)械廠、解放軍第4819廠和金華鐵路機(jī)械廠等研制開(kāi)發(fā)了一系列的螺旋卸料沉降離心機(jī)，并成功地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。但是就整體水平而言，我國(guó)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的。隨著現(xiàn)代工業(yè)文明的發(fā)展和人類對(duì)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(dòng)小、噪聲低成為離心機(jī)能否被市場(chǎng)接受的重要條件。這就需要離心機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)特性。通常，動(dòng)態(tài)特性包括臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)和穩(wěn)定性等內(nèi)容。臥螺離心機(jī)的參數(shù)選擇及優(yōu)化是提高臥螺離心機(jī)動(dòng)態(tài)特性的首要環(huán)節(jié)。
為提高螺旋卸料沉降離心機(jī)的性能，人們對(duì)離心機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān)，對(duì)主要部件進(jìn)行有限元分析。取得了一定的成果。主要有:北京化工大學(xué)碩士顧威應(yīng)用有限元分析軟件ANSYs，建立了螺旋輸送器的參數(shù)化三維有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，求得螺旋輸送器在各種載荷工況下的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，并參照壓力容器的分析設(shè)計(jì)法校核了螺旋輸送器的應(yīng)力強(qiáng)度，考察了螺旋葉片的徑向位移。為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
中國(guó)航空工業(yè)高級(jí)工程師蔡顯新，提出采用殼單元與環(huán)單元禍合的方法對(duì)帶分流葉片整體離心葉輪進(jìn)行彈塑性分析。葉片采用殼單元模擬，輪體來(lái)用軸對(duì)稱環(huán)單元模擬，在葉輪和輪體的交界處近似地滿足雙協(xié)調(diào)條件:還推導(dǎo)了有關(guān)計(jì)算公式，并對(duì)三個(gè)算例進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，此方法精度高，省時(shí)性好。
哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程師袁夫彩，分析了臥螺離心機(jī)內(nèi)物料的受力情況，推導(dǎo)出螺旋推料力矩的計(jì)算公式，并以其為目標(biāo)函數(shù)，以工藝要求為約束條件，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)理論中的復(fù)形調(diào)優(yōu)法對(duì)wL一600臥螺離心機(jī)參數(shù)進(jìn)行了綜合分析和定量選擇，編制出優(yōu)化求解的C程序，使得參數(shù)確定工作簡(jiǎn)捷、方便、合理。
中國(guó)農(nóng)業(yè)工程研究設(shè)計(jì)院沈瑾、都凌漢和上海離心機(jī)研究所徐群，對(duì)LW一400通用臥式螺旋沉降離心機(jī)進(jìn)行了定向改制:在內(nèi)螺旋上增設(shè)若干縱向葉片，對(duì)內(nèi)螺旋工作面噴涂硬質(zhì)合金。改進(jìn)后分離效果和整機(jī)壽命均明顯提高。
四川省江北機(jī)械廠李福明，根據(jù)螺旋卸料離心機(jī)的圓錐形螺旋葉片的形體特點(diǎn)，建立了等速螺旋線的極坐標(biāo)方程式。并通過(guò)對(duì)wL一200A，wL一350，wL355xl420-N，wL一450及wL一600等型號(hào)離心機(jī)的生產(chǎn)制造，證明采用展開(kāi)計(jì)算法求解圓錐型螺旋葉片的展開(kāi)下料圖優(yōu)于圖解展開(kāi)法，一有效地滿足了螺旋輸送器制造工藝的可靠性及使用性能要求。
江蘇省石油化工學(xué)院機(jī)械系劉友宏，提出用二維立體單元對(duì)離心機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行分析，并對(duì)某國(guó)產(chǎn)臥式刮刀離心機(jī)大直徑轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行了有限元計(jì)算，結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)鼓底和攔液板中的應(yīng)力水平較低;在轉(zhuǎn)筒體中應(yīng)力水平較高，在開(kāi)孔周?chē)嬖谥鴳?yīng)力集中現(xiàn)象，最大虛擬彈性應(yīng)力值遠(yuǎn)大于材料的屈服限。
北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院董俊華，劉忠明，范德順將轉(zhuǎn)鼓的軸對(duì)稱模型簡(jiǎn)化為二維模型。利用ANSYS有限元軟件建立了大型臥螺離心機(jī)雙錐角轉(zhuǎn)鼓的二維有限元模型，對(duì)其在正常工作狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力分析，得到了轉(zhuǎn)鼓的徑向、軸向變形和應(yīng)力分布及最大應(yīng)力點(diǎn)，結(jié)果表明雙錐角轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度和剛度均滿足要求，驗(yàn)證了雙錐角結(jié)構(gòu)的安全性。
南京綠州機(jī)器廠臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)所高級(jí)工程師顏春敏，定性地分析了臥螺離心機(jī)的沉渣條件與其轉(zhuǎn)鼓的錐角刀、螺旋輸送器葉片的傾角B、葉片的螺距、液池半徑及差轉(zhuǎn)速An之間的關(guān)系，闡述了改善臥螺離心機(jī)輸渣條件的設(shè)計(jì)思想。
江蘇省化工機(jī)械研究所董水富、楊輝童、林偉青，討論了進(jìn)料濃度，分離因數(shù)，溢流半徑等參數(shù)的改變對(duì)WL一400型離心機(jī)高嶺土分級(jí)性能的影響。華東理工大學(xué)王彥華、方圖南、王庭楠，介紹了臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)在化纖用二氧化欽分級(jí)中的應(yīng)用，著重介紹了進(jìn)料濃度、進(jìn)料速度、轉(zhuǎn)速、擋板尺寸、差速等參數(shù)對(duì)分級(jí)的影響，分析了各參數(shù)對(duì)分級(jí)影響的原因。他們的研究為尋找離心機(jī)最佳的運(yùn)行參數(shù)和應(yīng)用提供了參考。
蘭州石油機(jī)械研究所油田設(shè)備研究部劉金榮、勝利石油管理局鉆井工藝研究院王天林，對(duì)螺旋沉降離心機(jī)的振動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，得到了離心機(jī)振動(dòng)的加速度有效值隨離心機(jī)的處理量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速以及懸浮液的粘度、密度之間的變化關(guān)系及試驗(yàn)用離心機(jī)的固有頻率。
撫順石油化工公司石油三廠董進(jìn)，針對(duì)污泥脫水工藝應(yīng)用了國(guó)產(chǎn)LWD一430型臥式螺旋沉降離心機(jī)，并輔以高效有機(jī)絮凝劑。經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)證明，此項(xiàng)工藝脫水效果顯著，可將含水率9.8%一98.5%的污泥脫水至75%一78%，且分離液對(duì)污水處理裝置無(wú)明顯沖擊，消除了污泥造成二次污染的嚴(yán)重問(wèn)題。
可見(jiàn)離心機(jī)制的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能有效地提高工作性能，帶來(lái)良好的的經(jīng)濟(jì)效益。但人們大都是對(duì)螺旋輸送器、轉(zhuǎn)鼓等零部件分開(kāi)進(jìn)行研究，對(duì)螺旋一轉(zhuǎn)鼓組進(jìn)行整體研究的卻很少。
離心機(jī)螺旋一轉(zhuǎn)鼓組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力與物料有關(guān)，變化大，采用傳統(tǒng)的解析法，建立螺旋一轉(zhuǎn)鼓組多剛體系統(tǒng)，以牛頓一歐拉方程或拉格朗日方程為代表的分析力學(xué)方法的動(dòng)力學(xué)方程和約束方程，析找出影響動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)應(yīng)結(jié)構(gòu)的固有頻率與振型。
建立一定自由度下的振動(dòng)方程通過(guò)數(shù)值分以獲得相來(lái)減小振動(dòng)的研究方法是不理想的。由于螺旋一轉(zhuǎn)鼓組是剛體和柔性組成的多體系統(tǒng)，工作時(shí)還受有\(zhòng)由物料進(jìn)入產(chǎn)生的力，約束也復(fù)雜。建立和求解方程都困難，只能進(jìn)行理想化處理，所得結(jié)果不能真實(shí)反映離心機(jī)的工作特性。而且由于影響技術(shù)參數(shù)的因素較多，對(duì)影響離心分離效果的復(fù)雜性一一計(jì)算有很大困難。因此，在選擇各參數(shù)時(shí)，很難滿足分離效果好、低噪聲這一要求;根據(jù)定性分析憑經(jīng)驗(yàn)選取參數(shù)，然后依賴實(shí)驗(yàn)室的小試或中試結(jié)果進(jìn)行模擬放大。這種以經(jīng)驗(yàn)、試湊、靜態(tài)、定性為特點(diǎn)的方法以及“設(shè)計(jì)一樣機(jī)一試驗(yàn)一修改”不斷循環(huán)的優(yōu)化過(guò)程既麻煩，又浪費(fèi)成本。
螺旋一轉(zhuǎn)鼓組動(dòng)態(tài)特性的研究既要考慮它的剛體運(yùn)動(dòng)，還要考慮它的柔體運(yùn)動(dòng)。單獨(dú)的多體動(dòng)力學(xué)分析和有限元分析都不易解決此類問(wèn)題。隨著高性能計(jì)算機(jī)和大型應(yīng)用軟件的發(fā)展，特別是Pr。/E和MSc.Visual一Nastran的應(yīng)用，將有限元與多體系統(tǒng)仿真結(jié)合在一起用來(lái)解決螺旋一轉(zhuǎn)鼓組的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，是臥螺離心機(jī)研究的創(chuàng)新方法。
