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1、计算过程与理论分析第二章卧螺沉降式离心机工艺计算2.1 分离因数的计算 分离因数是表示离心机分离能力的主要指标， 是代表离心机性能的重要标志之一。F 值r 愈大，物料受的离心力愈大，分离效果也就愈好。分离因数F为被分离的物料在离心力场中所受的离心力和它所受的重力的比值，即r2 2 F m R R2w2FF c r G mg g式中m 离心力场中物料的质量（kg）-_ 转鼓的角速度： 3=2 m/60=204.1rad/sR 转鼓内半径： R=400mm0.4 204.1298= 1700将上述数据代入可得分离因数：Frr分析上述各式可以找到提高分离因数的途径。由于分离因数Fr与转鼓半径R成正比
2、，因此增大转鼓尺寸时Fr值增长较平缓，但在增大转鼓半径后，转鼓的应力状态就受到较大 影响，而 分离因数Fr与转鼓转速n成平方关系，提高转速时，Fr增长很快。所以高速离心机的结构特点是转速高、 直径小、分离因数大。分离因数的提高并不是任意限制的，其极限 值取决于转鼓的机械强度。2.2 生产能力计算按刀理论计算生产能力: F =1700 L = 2.5m D = 1mr41 k新 訂豈 o尼盐1700 3.14 0.5 (422I.50.7t a 7 )1 0.60.61 2k。3ko1 _ 0.41 2 0.6 3 0.62t a7=7308.06 m 2/!Sdc2 10m 固-液=9 506
3、 45 3 0 5g/mvg（ 25 10-4）305 也=3.148 10-5m/sg 18 0.33 -50.36740.418.33修正系数： =16.64 5竺9可de临界颗粒直径， L 沉降区长度Q h：Vg “0.418 3.148 10，7308.0676 10，m3/s转动件加速到角速度 3 所需的功为:式中Jp 转动部件的转动惯量，kg m2。则启动转动体的平均功率为:E Jp 式中，t为启动时间。对于高速或高转动惯量的离心机，启动时间较长。启动时，电机的电能转变为机械能的效率是很低的， 很大部分的能量在马达内转变为热能。 由于启动时间受电 动机尺寸及设计影响， 因此，大功率
4、离心机尽量避免频繁的启动，一般最多一到两次/小时。启动转鼓转动所需功率计算如下 ：欲使离心机转鼓等转动件，由静止状态达到工作转速具有一定的动能， 必须由外界作功， 该功为：d1 2 2W2 2r d2m2 r dm22式中v转动件线速度，m/s；Jp二dm为转动件绕轴旋转的转动惯量，启动转kg m2。动件的平均功率N为：J2p kW20003N/式中 一一启动时间， s；-_ 离心机的角速度， rad /so制动轮等质量较大、半径较大的转动件的转动件的转动惯量 J ，主要考虑转鼓、皮带轮、p转动惯量。此外还有一些较小的转动件， 启动时也需要功率， 可不逐一计算，只要将上述计 算的功率增加 5-
5、8%即可。以下是本机主要部件转动惯量的计算： 4密度:7900kg/m，转鼓的总长度：L=2500mn直段转鼓长度：H=870mm1) 直端转鼓m = 7900 0.87 3.14 (0.41 -0.4 ) = 1742 .28kgJ =罗 0.520.492 = 42.8kg m22) 锥段转鼓r Rr1 1 11 “ 22 h R3 “ 22 mR J Rr2m 二 m 一 m?1m17900 3.14 1.67 0.41213m 7900 3.14 1.67 (0.42m = m -m 二 26.5kg12447 3J(0.412 0.2242)2 2根据资料：0.242 0.41 0.
6、24 = 447.3kg2 0.23 2 0.4 0.23) = 420.8kg420 8(0.420.2232)=5.62 8kg m2(3)前半轴取转动惯量为 13.8kg/m24) 后半轴取转动惯量为 13.8kg/m25) 差速器差速器近似等于前半轴转动惯量，取转动惯量为13.8kg/m26) 皮带轮2取转动惯量为 7kg/m (7)推进器叶片取转动惯量为 9 kg/m 2 贝 U 总的转动惯量为Jp =42.8 5.68 13.8 13.8 13.8 7 9 = 105.9kg m2考虑到其他转动部件，扩大 1.08 倍:Jp =105.9 1.08 = 114.35kg m2114
7、.35 204.1N1式中：T为启动时间，取T=30s时N1 = 2381.7 =79.4kW 302.3.2 加速物料所需的功率Jpp -2000T12000T12381.7kWT1N 2加速物料到转速3并在半径r处排放所需的功率为N 二 QT 2r2 =9.6 10 774 204.12 0.352 = 379170W2P_物料密度， P= 773kg/m32.3.3 轴承摩擦损耗的功率 NB计算轴承摩擦损耗时，要考虑到轴承所受的静载荷和动载荷。所谓动载荷就是 由于转 鼓内物料分布不均引起的偏心动载荷。轴承摩擦损耗的功率为1Pd( W )22N f Pd3 21 1式中 d 、d21两个支
8、承处轴颈的直径，取 d =d =0.1m12f摩擦因数，与轴承类型有关，滑动轴承f =00501，滚动f =0. 0 05 0. ,0取 f =0.02 ；R、f2受静载与动载作用的离心机主轴承上的载荷,设转鼓加料后总的质心对转鼓回转轴线的偏移为e,相应产生的离心力F为:cF = M e 2 c0贝U主轴承受的总载荷为P =M ge2o式 中M 转 鼓 装 料后 的 总质 量，1- -773 1.67 3.140.40.230.4 0.2330M =17426.5773 0.87 3.14 0.40二 620.9kgg重力加速度，m/s2；e _ 质心偏心距 错误！未找到引用源R 转鼓半径，R
9、=04m将以上各值带入公式，则主轴承受总载荷为P = 620.9 9.81 0.7 10* 0.4 204.12 =13333.1N轴承摩擦损耗的功率为N J 204.1 0.02320.10.1 = 1360.6W2 22.3.4 空气摩擦消耗的功率 N 44空气摩擦消耗是由转鼓周围空气对高速旋转的转鼓的黏性阻力。因此，空气摩擦消 耗与旋转件内外跟空气的接触面积、转速和空气黏度或密度有关，可表示为N4=11.3 10A Y Lw3(R4 Ro)0.354)= 11.3 10“1.3 2.5 204.13 (0.4054-13086.2W式中 转鼓周围气体介质密度，常压下空气可取1.3kg/m
10、3；yL -转鼓长度,L = 2.5m m；R转鼓外半径， R = 0.405m；所以螺旋卸料离心N 和圆柱段消耗功率52.3.5.1圆锥段转鼓推料消耗的功率计算对于双螺旋叶片的螺旋卸料离心机,由圆锥段的推料公式可计算出圆锥段转鼓的推料功率,其计算公式如下：式中 ms3 詈空 曲 2 + ( R总亍T丸R3-r3单位时间内离心机获得的沉渣质量；f 沉渣与转鼓壁间的摩擦系数，对圆锥段2f 沉渣与螺旋叶片间的摩擦系数，对圆锥段3H 圆锥段转鼓长度1H = 163m ；1R 转鼓圆锥段大端半径,R = 04m ；转鼓圆锥段小端半径,r 二 028m ；905 f31R2 -r2上m = 773 96
11、 10sf 二 033 ；2f =033 ；3f32 1 R-r1.24kg/s螺旋导程，=15m ；g 重力加速度。R 转鼓内液体自由表面半径， & =035 m 0235 卸料所需的功率 N 55一些离心机的卸料装置在进行卸料时的阻力增加了主轴的负荷，也将消耗一部分主轴功率。螺旋卸料离心机是利用螺旋叶片将沉渣推送到卸料口而实现卸料，机的卸料功率应包括以下几个方面：1) 克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力所消耗功率；2) 克服沉渣与转鼓摩擦所消耗功率；3) 克服沉渣与螺旋叶片所消耗功率。计算时将卸料功率分为锥段和柱段两部分，分别计算圆锥段消耗功率N5,则总的功率可以表达为:N5 = N 5
12、 N 51.24 204.121000宾!4033 DA 一 0.283IL3 0.15= 70.8kW1.63丿3363】I 0.4-0.28 丿衷.1.632 0.4 0.28 20.50.33 1 0.42一0.2822 3.140.33 21 0.4-0.282.3.5.2 圆柱段转鼓推料消耗的功率计算对于双螺旋叶片的螺旋卸料离心机， 由圆柱段的推料公式可计算出圆柱段转鼓的推料功率，其计算公式如下：_ms 2RHf2f3 2 4 R 22 f丄1000 2- R - f2 式中f 沉渣与转鼓壁间的摩擦系数，对圆柱段f = 0.16 ；22沉渣与螺旋叶片间的摩擦系数，对圆柱段 f =0.
13、16；3H 圆柱段转鼓长度， H = 0.83m ；22R 圆柱转鼓半径， R =0.4mII12恥 204.12 9处83 .16 +込皿址竺皿空_) 1 1000 2 汉 3.14 ，匚 0.40.16 汉 0.15=3.89kWN=NN=70.8 3.89=74.7kW5552.3.6 总功率计算启动功率：N 二叫 N N”=79.4 1.36 13.1 =93.86kWs34运转功率：NAN N N NA12706kW2342.3.7 电动机的选择根据查阅机械设计课程设计手册 Y 系列三相异步电动机技术数据最终选择Y90L-4型电动机。2.4螺旋输送器相关参数的确定由计算可知，u=1.
14、4m/s取物料流A Q 9.6 10AA =-u 1.7=0.056m 2p 4A d = 4P056 “-0.27m3.142.6差速器的选择由于 2K-H 渐开线行差速器的承载能力大、体积小、重量轻、传动比大、噪声小、便于维修等优点，所以本设计选用 2K-H 型渐开线行星齿轮差速器。241螺旋推料器的基本参数螺旋推料器的基本参数包括：螺旋头数n、螺距S、叶片的高度H、推料器与转鼓的间隙Ah、叶片与转 鼓内壁母线的关系等。2.4.2 螺旋的头数 nss螺旋叶片可以是单头，双头，也可以是多头。 当螺旋的头数增加一倍时，螺旋的输渣效 率也相应的增加一倍，但随着螺旋头数的增加，螺旋叶片在机内对沉降区的扰动也会增
