1 螺旋卸料沉降式離心機(jī)介紹
臥式螺旋離心機(jī)具備處理量龐大、持續(xù)操作性較好、耗電量少、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。自誕生以來(lái)，便得到不斷的發(fā)展與進(jìn)步，成為了化工產(chǎn)業(yè)中常見的設(shè)備之一，主要應(yīng)用于分離在濾布再生方面存在一定困難的無(wú)定性物料、分離含有固化顆粒的懸浮液及顆粒變化范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大的懸浮液中，針對(duì)細(xì)粘性質(zhì)的物料，在分離后，濾渣濕度較高，處理量也在相應(yīng)減少。
2 臥式螺旋離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)概述
2.1 臥式螺旋沉降式離心機(jī)結(jié)構(gòu)
變速器、卸渣裝置、轉(zhuǎn)鼓、過(guò)載保護(hù)裝置與螺旋推進(jìn)器均為臥式螺旋沉降式離心機(jī)的主要構(gòu)成部分。機(jī)殼內(nèi)部包含回轉(zhuǎn)部件與主軸承，外端部位則為無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)部區(qū)域?yàn)槁菪斔推鳌?/span>
2.2 工作原理
臥螺離心機(jī)是依靠固液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的。其轉(zhuǎn)鼓前段部分存在錐段。按照所使用物料性質(zhì)的差異，可設(shè)定不同的旋轉(zhuǎn)速度。一般物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部部分依照所涉及的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并依照轉(zhuǎn)鼓殼體而形成同心液層，又稱作液環(huán)層。而物料內(nèi)所包含的固體物質(zhì)則在離心機(jī)的離心作用下，沉積于轉(zhuǎn)鼓壁部分，并在螺旋運(yùn)轉(zhuǎn)作用下推出轉(zhuǎn)鼓外。因此，可得出轉(zhuǎn)鼓的運(yùn)作速度是決定分離因數(shù)的關(guān)鍵，而螺旋運(yùn)作的速度差則會(huì)對(duì)機(jī)械所輸送至轉(zhuǎn)鼓外的固體含水率產(chǎn)生直接的影響，同時(shí)也影響著臥螺離心機(jī)的整體處理量、停留時(shí)間、固體排出時(shí)間等參數(shù)。
3 臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)的有限元仿真分析
螺旋輸送器屬于臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)的重要構(gòu)成部件，其操作過(guò)程主要是將離心沉渣排出機(jī)器外部。螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)與其具體設(shè)計(jì)參數(shù)與臥式螺旋卸料沉降式離心機(jī)的生產(chǎn)情況、工作壽命及離心效果存在密切的聯(lián)系，是其設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。它主要安裝于與轉(zhuǎn)鼓、筒體交匯的軸承部分，其邊緣所形成的外廓一般與轉(zhuǎn)鼓類似，包括單錐形、柱形與柱錐形。以柱錐形更為常見。通常為了確保在輸送沉降過(guò)程中輸送轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部表層的物料，需保持轉(zhuǎn)鼓與螺旋的方向一致，但一般情況下其轉(zhuǎn)速不盡相同，存在一定的速度差（轉(zhuǎn)速差一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2%～3%），主要是通過(guò)齒輪的差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)，是將分離沉渣輸送至排渣口的重要條件。
3.1 螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)介紹
一般螺旋輸送器主要由加料隔倉(cāng)、左軸頸、右軸頸、螺旋葉片、內(nèi)筒等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
3.2 單元選用
在仿真軟件Visual Nastran的有限元分析中，較為常見的應(yīng)用單位便為四面體單元。一般主要采用四面體單元對(duì)螺旋輸送器進(jìn)行有限元分析與網(wǎng)格劃分。
3.3 螺旋輸送器的有限元模型介紹
依照設(shè)計(jì)圖紙的主要內(nèi)容，本分析主要研究對(duì)象為臥式螺旋離心機(jī)的重要構(gòu)成部件螺旋輸送器，其外形一般為筒錐形，是由柱錐內(nèi)筒與連續(xù)性螺旋切片所構(gòu)成。通常而言，螺旋輸送器的載荷與其結(jié)構(gòu)并非呈軸對(duì)稱表現(xiàn)，同樣也并非呈周期對(duì)稱，因此模型一般不易被簡(jiǎn)化，需要實(shí)施整體三維建模。同時(shí)為了更好地模擬螺旋輸送器內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其單元的數(shù)量與質(zhì)量進(jìn)行控制，一般應(yīng)用直接生成節(jié)點(diǎn)的單位法建立有限元集合模型。在模型內(nèi)部包含單元總數(shù)總計(jì)29260個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)則為57629個(gè)。一般需將網(wǎng)格劃分的誤差率控制在小于20%的范圍內(nèi)。
同樣在螺旋輸送器柱錐的過(guò)渡部分，為確保柱錐形外廓與葉片呈垂直表現(xiàn)，需將三維參數(shù)化軟件應(yīng)用于功能建模中。描繪葉片精確的外徑曲線，隨后實(shí)施截面掃描。對(duì)各結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)施參數(shù)化處理，形成有限元分析模型。
3.4 荷載大小、種類及其施加方式
一般螺旋輸送器在其運(yùn)作過(guò)程中主要產(chǎn)生三種負(fù)荷。
（1）由于螺旋輸送器自身高速回轉(zhuǎn)而形成的離心機(jī)。
（2）在沉渣分離過(guò)程中其向葉片所施加的正壓力。
（3）沉渣施加于螺旋葉片的摩擦力。
3.4.1 離心力
離心力主要以角速度w的形式作用于有限元模型。若n代表螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速，設(shè)定值為2742r/min，則可得出：w=2π*n/60=2π*2742/60=287rad/s。
3.4.2 正壓力
螺旋輸送器葉片所受到的正壓力一般可由沉渣受力分析結(jié)果而進(jìn)行分析。
3.4.3 摩擦力
摩擦力沿其周向與葉片表面呈現(xiàn)相切關(guān)系，在本組研究中，摩擦力同樣進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換，施加于葉片徑向的外層單元上。
3.4.4 邊界條件
螺旋輸送器內(nèi)筒的兩端與其左軸頸與右軸頸相互連接，且軸頸支撐于轉(zhuǎn)鼓左右端口的內(nèi)腔軸承內(nèi)。依照具體工作狀況，需在所建立的模型左右支撐部分施加副約束，并可得出螺旋輸送器在任何運(yùn)動(dòng)條件下的變形程度與應(yīng)力。
3.4.5 靜力分析
針對(duì)螺旋輸送器強(qiáng)度的校對(duì)與核算需嚴(yán)格按照壓力容器分析與設(shè)計(jì)的方法實(shí)行。一般螺旋輸送器所使用的材料與轉(zhuǎn)鼓一致，其許可應(yīng)力為205。其與轉(zhuǎn)鼓的間隙為4mm。在本次研究中將2mm作為評(píng)估輸送器徑向變形的主要條件。一般對(duì)螺旋輸送器的靜力分析無(wú)需依照轉(zhuǎn)鼓的有限元分析方案而實(shí)行。無(wú)需考慮不同工作條件下靜力的疊加。僅需在正常工作條件下進(jìn)行靜力分析，內(nèi)容包括摩擦力、離心力與正壓力工況的線性組合情況。對(duì)螺旋輸送器的靜力分析是所有分析環(huán)節(jié)中需注意的重點(diǎn)問題。
4 沉降式離心機(jī)螺旋機(jī)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)與防范
4.1 安全管理
一般而言，沉降式離心機(jī)在開車進(jìn)料的過(guò)程中，可能由于進(jìn)料速度過(guò)快、過(guò)猛而導(dǎo)致自動(dòng)閥反應(yīng)欠敏銳，可能造成機(jī)器損壞。因此，在離心機(jī)螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須重視安裝管道的設(shè)計(jì)，在漿料進(jìn)料管切斷閥門前管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用豎管，確保進(jìn)料方向?yàn)樽韵露?。由于在離心機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，若切斷閥門，離心機(jī)再次運(yùn)作時(shí)，可能導(dǎo)致內(nèi)部自然沉積，且濃度較高的漿料會(huì)迅速進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，而此時(shí)離心機(jī)無(wú)法迅速分離漿料，進(jìn)而導(dǎo)致漿料經(jīng)由離心機(jī)與進(jìn)料管間隙中噴瀉而出，造成離心機(jī)與進(jìn)料管道間隔部分出現(xiàn)塑化片，嚴(yán)重情況下甚至?xí)噙M(jìn)料管，破壞離心機(jī)。因此，為保障離心機(jī)運(yùn)作的安全性，提高機(jī)械的使用壽命，必須重視安裝管道的設(shè)計(jì)，采用豎管，確保進(jìn)料方向設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。此外，沉降式離心機(jī)在開機(jī)運(yùn)作過(guò)程中，由于其自動(dòng)閥門有一定的滯后性，為防范進(jìn)料量過(guò)大而導(dǎo)致的機(jī)器耗損，必須配置相關(guān)的處理措施，包括手動(dòng)閥門關(guān)小、自動(dòng)進(jìn)料閥門設(shè)置高限等。
在沉降式離心機(jī)下料過(guò)程中，一般使用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行送料處理，此時(shí)必須保障離心機(jī)與螺旋輸送機(jī)之間的連接，保障兩者之間的統(tǒng)一性，若任一機(jī)械出現(xiàn)故障，應(yīng)立即切斷進(jìn)料閥，停止進(jìn)料準(zhǔn)備，避免由于物料堆積而造成的離心機(jī)破壞。除此之外，在每次停機(jī)開機(jī)時(shí)，必須清潔轉(zhuǎn)鼓，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘存物料沖洗干凈，避免造成離心機(jī)壞損。
4.2 維護(hù)管理
一般沉降式離心機(jī)所產(chǎn)生的故障在大多數(shù)情況下是由齒輪箱不當(dāng)操作所引起。由于齒輪箱結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，且長(zhǎng)時(shí)間處于高速運(yùn)行的狀態(tài)，傳熱性能較差，且溫度較高，需得到內(nèi)部不同運(yùn)作零件的配合，因此，需注重對(duì)齒輪箱的維護(hù)管理。選用質(zhì)量較優(yōu)的潤(rùn)滑油，對(duì)齒輪實(shí)施輪滑處理，嚴(yán)格控制加油量，參照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。加油過(guò)多或過(guò)少均可對(duì)攪油過(guò)程產(chǎn)生影響。同時(shí)可配備相應(yīng)的紅外測(cè)溫儀器來(lái)監(jiān)測(cè)齒輪的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施故障預(yù)警制度，及時(shí)排除故障，避免設(shè)備遭受破壞。
另外，還需注意對(duì)螺旋軸承的維護(hù)管理，由于其安裝于離心機(jī)內(nèi)部，拆卸相對(duì)比較困難，且檢測(cè)難度較大，因此需強(qiáng)化對(duì)螺旋軸承的后期維護(hù)，以確保其正常運(yùn)行。選用質(zhì)量較優(yōu)且耐溫的潤(rùn)滑脂，每隔3個(gè)月重新加注新的潤(rùn)滑脂。此外，做好對(duì)皮帶的維護(hù)，定期實(shí)施拉緊處理，確保其張力，防止皮帶過(guò)度磨損，以延長(zhǎng)其使用壽命。同時(shí)還需立即更換易損配件，確保離心機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
5 結(jié)語(yǔ)
在RB2800型螺旋卸料沉降式離心機(jī)螺旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需尤為重視螺旋輸送器結(jié)構(gòu)的分析，建立螺旋輸送器的有限元模型，確定荷載的種類、大小及其施加方式，做好靜力分析，同時(shí)還需注重對(duì)離心機(jī)的安全設(shè)計(jì)與安全防范，以延長(zhǎng)離心機(jī)的使用壽命，提高機(jī)械運(yùn)作的安全性。
