1 螺旋卸料沉降式離心機介紹

臥式螺旋離心機具備處理量龐大、持續(xù)操作性較好、耗電量少、靈活性強等優(yōu)勢。自誕生以來，便得到不斷的發(fā)展與進步，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來說比較大的懸浮液中，針對細粘性質(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 臥式螺旋離心機的主要結(jié)構(gòu)概述

2.1 臥式螺旋沉降式離心機結(jié)構(gòu)

變速器、卸渣裝置、轉(zhuǎn)鼓、過載保護裝置與螺旋推進器均為臥式螺旋沉降式離心機的主要構(gòu)成部分。機殼內(nèi)部包含回轉(zhuǎn)部件與主軸承，外端部位則為無孔轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)部區(qū)域為螺旋輸送器。

2.2 工作原理

臥螺離心機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實現(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)則在離心機的離心作用下，沉積于轉(zhuǎn)鼓壁部分，并在螺旋運轉(zhuǎn)作用下推出轉(zhuǎn)鼓外。因此，可得出轉(zhuǎn)鼓的運作速度是決定分離因數(shù)的關(guān)鍵，而螺旋運作的速度差則會對機械所輸送至轉(zhuǎn)鼓外的固體含水率產(chǎn)生直接的影響，同時也影響著臥螺離心機的整體處理量、停留時間、固體排出時間等參數(shù)。

3 臥式螺旋卸料沉降式離心機的有限元仿真分析

螺旋輸送器屬于臥式螺旋卸料沉降式離心機的重要構(gòu)成部件，其操作過程主要是將離心沉渣排出機器外部。螺旋輸送器的結(jié)構(gòu)與其具體設(shè)計參數(shù)與臥式螺旋卸料沉降式離心機的生產(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%），主要是通過齒輪的差速器來實現(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、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螺旋輸送器進行有限元分析與網(wǎng)格劃分。

3.3 螺旋輸送器的有限元模型介紹

依照設(shè)計圖紙的主要內(nèi)容，本分析主要研究對象為臥式螺旋離心機的重要構(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)并非呈軸對稱表現(xiàn)，同樣也并非呈周期對稱，因此模型一般不易被簡化，需要實施整體三維建模。同時為了更好地模擬螺旋輸送器內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并對其單元的數(shù)量與質(zhì)量進行控制，一般應(yīng)用直接生成節(jié)點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29260個，節(jié)點總數(shù)則為57629個。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，隨后實施截面掃描。對各結(jié)構(gòu)參數(shù)實施參數(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作過程中主要產(chǎn)生三種負荷。

（1）由于螺旋輸送器自身高速回轉(zhuǎn)而形成的離心機。

（2）在沉渣分離過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動條件下的變形程度與應(yīng)力。

3.4.5 靜力分析

針對螺旋輸送器強度的校對與核算需嚴(yán)格按照壓力容器分析與設(shè)計的方法實行。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作為評估輸送器徑向變形的主要條件。一般對螺旋輸送器的靜力分析無需依照轉(zhuǎn)鼓的有限元分析方案而實行。無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)中需注意的重點問題。

4 沉降式離心機螺旋機構(gòu)的安全設(shè)計與防范

4.1 安全管理

一般而言，沉降式離心機在開車進料的過程中，可能由于進料速度過快、過猛而導(dǎo)致自動閥反應(yīng)欠敏銳，可能造成機器損壞。因此，在離心機螺旋機構(gòu)設(shè)計過程中，必須重視安裝管道的設(shè)計，在漿料進料管切斷閥門前管道設(shè)計時，應(yīng)用豎管，確保進料方向為自下而上。由于在離心機停機狀態(tài)下，若切斷閥門，離心機再次運作時，可能導(dǎo)致內(nèi)部自然沉積，且濃度較高的漿料會迅速進入離心機內(nèi)，而此時離心機無法迅速分離漿料，進而導(dǎo)致漿料經(jīng)由離心機與進料管間隙中噴瀉而出，造成離心機與進料管道間隔部分出現(xiàn)塑化片，嚴(yán)重情況下甚至?xí)噙M料管，破壞離心機。因此，為保障離心機運作的安全性，提高機械的使用壽命，必須重視安裝管道的設(shè)計，采用豎管，確保進料方向設(shè)計的準(zhǔn)確性。此外，沉降式離心機在開機運作過程中，由于其自動閥門有一定的滯后性，為防范進料量過大而導(dǎo)致的機器耗損，必須配置相關(guān)的處理措施，包括手動閥門關(guān)小、自動進料閥門設(shè)置高限等。

在沉降式離心機下料過程中，一般使用螺旋輸送機進行送料處理，此時必須保障離心機與螺旋輸送機之間的連接，保障兩者之間的統(tǒng)一性，若任一機械出現(xiàn)故障，應(yīng)立即切斷進料閥，停止進料準(zhǔn)備，避免由于物料堆積而造成的離心機破壞。除此之外，在每次停機開機時，必須清潔轉(zhuǎn)鼓，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘存物料沖洗干凈，避免造成離心機壞損。

4.2 維護管理

一般沉降式離心機所產(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)相對來說比較復(fù)雜，且長時間處于高速運行的狀態(tài)，傳熱性能較差，且溫度較高，需得到內(nèi)部不同運作零件的配合，因此，需注重對齒輪箱的維護管理。選用質(zhì)量較優(yōu)的潤滑油，對齒輪實施輪滑處理，嚴(yán)格控制加油量，參照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。加油過多或過少均可對攪油過程產(chǎn)生影響。同時可配備相應(yīng)的紅外測溫儀器來監(jiān)測齒輪的運行狀態(tài)，實施故障預(yù)警制度，及時排除故障，避免設(shè)備遭受破壞。

另外，還需注意對螺旋軸承的維護管理，由于其安裝于離心機內(nèi)部，拆卸相對比較困難，且檢測難度較大，因此需強化對螺旋軸承的后期維護，以確保其正常運行。選用質(zhì)量較優(yōu)且耐溫的潤滑脂，每隔3個月重新加注新的潤滑脂。此外，做好對皮帶的維護，定期實施拉緊處理，確保其張力，防止皮帶過度磨損，以延長其使用壽命。同時還需立即更換易損配件，確保離心機的穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

在RB2800型螺旋卸料沉降式離心機螺旋機構(gòu)設(shè)計中，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，同時還需注重對離心機的安全設(shè)計與安全防范，以延長離心機的使用壽命，提高機械運作的安全性。