臥式螺旋卸料沉降離心機（以下簡稱“離心機”），具有分離效果好、全封閉運行對環境影響小、不需要沖洗且可以連續運行、系統簡單、占地面積小等無可比擬的特點，主要應用于固液分離與礦的分級工藝中，廣泛應用于污水處理、化工、采礦、醫藥等領域。在礦漿脫水、隧道盾構泥漿的處理中，因料漿中含有堅硬的石子、泥沙，且有時呈酸性或堿性，對抗磨損提出較高要求。本研究主要介紹離心機關鍵位置的減磨優化設計。對關鍵位置的優化，可降低離心機的維修率，提高其可靠性和使用壽命，從而推動行業的發展。因此，對離心機關鍵位置的研究，具有一定的科學價值和現實意義。

磨損對各類機械的影響較大。磨損可使間隙加大，可能增加機械的振動、沖擊和疲勞，進而加劇磨損，導致機械喪失工作能力。即使不破壞，磨損也會使機械性能降低，造成工作效率降低。

磨損還是機械壽命縮短的主要因素。國外對500種典型零件的報廢統計結果表明，因磨損造成的壽命縮短約占80%。磨損不僅是機械零部件的一種失效形式，也是引起其他后來失效的原因。據統計，80%的離心機失效由磨損導致，且均發生在關鍵位置。

1 離心機的組成與原理

離心機主要由差速器、螺旋、轉鼓、機罩、機座、主電機、副電機等組成。漿料混合液經進料管進入螺旋卸料器，經螺旋卸料器進入轉鼓；在轉鼓高速旋轉產生的離心力作用下，密度大的固相顆?？焖俪练e到轉鼓內壁上，與轉鼓作相對運動的螺旋葉片則連續將沉積到轉鼓內壁上的固料刮下并推出排渣口；分離后的上層清液經液層調節板開口從排液口流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動由差轉速來實現。差速器的外殼與轉鼓相連接，輸出軸與螺旋相連接，輸入軸與副電機相連接。主電機帶動轉鼓旋轉的同時，也帶動差速器外殼的旋轉，差速器的輸入軸在副電機的控制下，驅動行星輪帶動差速器的輸出軸旋轉，輸出軸通過花鍵帶動螺旋旋轉，形成一定比例扭矩的差轉速傳遞給螺旋，實現離心機對物料的連續分離。

2 生產工況與結構參數

離心機用于選礦行業或盾構泥漿等含砂量大的工況時，磨損是主要失效形式。在銅礦漿的選銅工藝段，即選鉬結束后的精尾礦處理，因為在選鉬的過程中加入了銅礦物抑制劑（其作用是讓銅沉下去，讓鉬浮上來），所以給后期的選銅帶來了很多干擾。從工藝分析可知，離心機可用于選礦和洗礦工藝中，用于洗礦環節時，渣相粒徑約為100目（不銹鋼篩），調試參數如下：液層高度為195mm，轉速為1200r/min，主機電流為75.4A，差轉速為18r/min，扭矩為39N·m。進料質量分數為25.4%，進料流量為26m3/h，處理后渣含水率為23.9%，清液含固率為2.8%，詳細數據如下：

試驗及試用數據均表明該機達到設計要求，但使用半年后，離心機出現了振幅增大、分離效果不穩定的情況，直接影響了正常使用。拆機檢查后發現，螺旋體的卸料器磨損較嚴重，為保證穩定運行，迫切需要對其進行改進。螺旋卸料器非直接工作面出口附近是發生沖蝕磨損較為嚴重的區域，螺旋葉片也產生了不同程度的磨損，是導致失效的主要原因。

3 離心機的減磨分析與優化

固相在離心力和差轉速的推動下，沿著錐度處出渣口被甩出離心機，隨著二者的相對運動，勢必產生磨損，合適的離心機結構對于離心機的耐磨保護至關重要。從固相在離心機內的分布可以看出，離心機易磨損的位置，一是螺旋卸料器出口處，二是螺旋錐段推料處，這兩處均發生相對運動。

螺旋體是離心機的關鍵部件，離心機的可靠性和使用壽命主要由其決定。為了增強螺旋體的耐磨性和耐蝕性，在設計生產過程中，充分研究了材質以及材質表面的處理，包括碳化鎢噴涂、鑲硬質合金等方式。

開展螺旋體關鍵位置的技術研究，滿足不同領域的需要，具有重大現實意義和社會經濟效益。為離心機設計一個好“胃”，可為多個領域的發展提供良好的基礎材料和技術支撐。

為了增強螺旋葉片的耐磨性，離心機設計過程中，對離心機葉片的選材進行研究（由單純的葉片到碳化鎢噴涂），選用硬質合金片，以降低整機維修率，提高設備可靠性和使用壽命。螺旋體的磨損使得脫水區壓力減小，分離效果降低，必須及時更換。

針對該項目進行了合金元素調整，優化后的硬質合金片達到預期。

對螺旋體關鍵位置進行保護的材料選擇，既保證其滿足抗腐蝕要求，又有足夠的材料強度滿足螺旋體高速旋轉的要求。此外，對螺旋卸料器的結構進行優化，實現降低磨損的目的。

3.1 螺旋卸料器的結構與減磨改進

漿料通過進料管后，由螺旋體的卸料器進入轉鼓，漿料內的顆粒與卸料器出口間的相對運動伴隨著磨損的產生，卸料器通常設計成“八卦形”，螺旋卸料器的出料圓弧面采用鑲合金瓦或燒結碳化鎢的方式進行保護，滿足日常使用。而對于礦漿和含砂量較大的泥漿，實際效果不理想，出口圓弧面易產生嚴重磨損，影響轉子的平衡，從而影響正常生產。

為了判斷漿料在卸料器內的流線情況，建立了螺旋卸料器的結構模型，采用有限元軟件ANSYS進行了模擬。根據以上分析，計算結果與實際運行工況完全相符，驗證了數值模型的正確性及結果的可靠性。

從螺旋卸料器的出口處可以明顯看出，流體在卸料器內碰撞、摩擦，其受到流向約束，進入卸料器的瞬時會有部分顆粒被甩入轉鼓，部分顆粒在卸料器內回轉，顆粒對內壁的反作用力體現為內壁的磨損。

由此得出，“八卦”形狀的卸料器的通道與旋轉作用下流體的自然流線不一致，強制流體保持流道運動，此過程伴隨磨損的產生。

為避免直接磨損，采用將硬度較高的合金嵌入到卸料器內、增加出口截面積、減小停留時間等方式，對出口進行保護，并去掉了圓弧部分容易產生剪切力的區域，該種改造方式方便、快捷。

改造后的離心機在實際使用中僅延長了1個月的壽命，說明該種結構仍不理想。所以，通過提高材料硬度的方式進行保護不能夠解決問題。

3.2 卸料器的結構優化

考慮到結構剛性，出料口不宜過大或過多，經過對比研究，將卸料器沿螺旋線開分配口。分配口形狀采用圓形，便于對出口鑲嵌合金進行保護，沿螺旋線開口也保證了對轉子的剛性影響小。另外，還需要考慮漿料在卸料器內部的磨損。

為驗證模擬分析的合理性，試制了樣機進行驗證，對各出口采用了可更換的硬質合金進行保護。實際使用情況證明該方法可大幅延長離心機的使用壽命。

4 結語

用于銅礦漿行業的臥式螺旋卸料沉降離心機分離效果較好，但需解決磨損問題。通過離散模型，對含砂量較大和礦漿領域易出現沖刷磨損的工況進行了數值模擬，找到了沖刷磨損誘因，并驗證了模擬的合理性。

對易產生磨損的位置和減磨措施進行了探討，詳細介紹了適用于該行業或易磨損行業螺旋卸料器的優化設計。根據優化結果，完成了樣機試制，試用結果表明達到設計要求。本研究為螺旋卸料器的優化奠定了基礎，對離心機在類似行業的應用具有重要借鑒意義。