离心机均匀布料洗涤装置的研制

1项目研制背景 
离心机主要用于化工、石油化工、石油炼制、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、选矿、船舶、军工等各个领域[1],是国民经济各个部门广泛应用的一种通用机械。利用离心机可以得到含湿量低的固相和高纯度的液相,可以节省劳动力,减轻劳动强度,改善劳动条件,并具有连续运转、自动控制、操作安全可靠和占地面积小等优点。 
目前,离心机的进料方式主要有以下三种[2]。（1）加料管固定在离心机外壳的上盖上,并伸入离心机转鼓内,从加料管口单点对转鼓进行加料。（2）加料管伸入离心机转鼓,并在气缸或其它装置带动下,沿离心机转鼓轴线方向移动进行加料。（3）在转鼓中心大锁母下,加装一甩料盘,加料管中的料液流向该甩料盘。甩料盘随转鼓一起转动,借助其产生的离心力,将物料甩向转鼓。上述三种加料方式会带来以下问题。 
（1）从单一的加料管进行进料,料液流量较大,对离心机会造成强烈冲击。 
（2）加料时,料液只能从单一方向进入离心机转鼓,会造成布料不均匀。而此时的离心机以较高速度旋转,布料不均将引起设备振动,带来安全隐患,并在一定程度上影响设备的使用寿命。 
（3）洗涤时,洗涤液并不能*覆盖转鼓内壁,如果要达到良好的洗涤效果,就必须延长洗涤时间,势必增加洗涤液用量。 
为了解决现有离心机在布料洗涤方式上存在的问题,尤其是振动引起的安全隐患,遂自行研制了新型均匀布料洗涤装置,并已于2003年7月获得国家实用新型（ZL03259574.3）。 
2均匀布料洗涤装置的结构 
新型均匀布料洗涤装置主要由电机、传动轴及轴承、布料斗、安装座等部件组成（见图1）。 
根据实际需要,电机可以选用防爆电机,并可选用变频器控制电机速度,以便获得较好的布料和洗涤效果。 
布料斗呈锥形,其锥形角根据不同的转鼓尺寸和物料性质等因素确定。一般转鼓直径大、物料流动性好时,锥形角可取大值。 
布料斗由内锥筒和外锥筒构成。进料管从外锥筒上端开口处插入内外锥筒的夹腔,夹腔在底部间断焊接,底部开有系列出料孔,物料从出料小孔被离心甩出,进入转鼓。因为进料管采用直接插入方式,省去了机械密封。 
电机直接带动传动轴旋转,传动轴上装有轴承,布料斗与传动轴连接。二者的轴线同心,与转鼓轴线（竖直方向）呈α角度,该角度需根据转鼓直径、转鼓高度、安装方位及物料特性等因素综合考虑进行设计计算,以确保从布料斗中甩出的物料能*覆盖整个转鼓内壁。若转鼓直径大,转鼓高度高,物料的流动性好,物料中的固体颗粒沉降速度慢,α角选取大一些。一般在应用中,α角多选取30°左右。进料管和洗涤管插入布料锥筒内,物料或洗涤液通过该管路,进入布料内、外锥筒之间形成的夹腔中,zui后从其底部的出料孔被甩出。 
该布料洗涤装置可以整体安装、拆卸。通过安装座固定在离心机机盖上,安装座的止口与离心机机盖的安装孔形成配合安装。 
3均匀布料洗涤装置的工作原理 
物料通过进料管（洗涤液通过洗涤管）进入布料洗涤装置的布料斗,布料斗在电机的驱动下作旋转运动,其旋转速度和离心机转鼓的转速不相等,存在一定速度差,形成相对运动。本装置的电机速度可根据具体物料的特性,通过变频器进行任意调节,以适应不同的物料。对于固体颗粒沉降速度快的物料,转速不宜过高,因为高转速使固体颗粒易贴附于内锥筒壁上,造成出料不畅,甚至堵塞。物料或洗涤液沿布料斗的锥面向其底部运动,zui后从布料斗底部周向的系列出料孔口中被高速离心甩出,形成倾斜的圆形平面（见图2）,在离心机转鼓内壁圆周方向上均匀、高速地进行布料或洗涤。 
4影响布料和洗涤效果的关键因素 
经过实际应用总结,均匀布料洗涤装置在进行布料时,以下关键因素将会影响布料和洗涤效果。 
（1）物料特性。本装置并非适用于所有物料,不适合范围包括沉降速度非常快的物料、固体颗粒粒径比较大的物料等。 
（2）进料量。若进料量过大,物料尚来不及从锥筒被甩出,将造成跑料现象。 
（3）进料速度。若进料速度过快,亦会造成跑料现象。 
（4）布料装置的旋转速度。若旋转速度过快,会使物料中的固体颗粒贴附在内锥筒壁上;旋转速度过慢,被甩出的物料形成的圆形平面有可能无法覆盖整个转鼓的圆周面。 
（5）布料斗锥的尺寸。包括锥角的选择、布料斗锥的直径等,若布料斗锥直径过小,所形成的离心力小,被甩出的物料形成的圆形平面也相应小。 
（6）布料装置底部出料孔的数量和大小。合适的出料孔数量和大小有利于物料和洗涤液顺利、通畅地甩出。 
除以上因素外,洗涤时间、洗涤液类型等也将影响洗涤效果。 
5均匀布料洗涤装置的优点 
（1）利用该均匀布料洗涤装置,可以避免离心机在布料时因布料不均造成的振动,以及由此而带来的安全隐患,尤其适用于无基础离心机上,可以降低布料冲击和不均匀引起的振动。 
（2）设备的噪声和温升低（离心机带负荷运转时,主轴承温升不高于40℃）[3],在国家标准范围内。 
（3）由于洗涤均匀,洗涤液覆盖面积广,洗涤液在离心力作用下,穿透力强,所以洗涤效果好,且在很大程度上节约洗涤液用量,降低生产成本。 
6典型应用 
均匀布料洗涤装置既可安装在立式离心机上,也可安装在卧式离心机上。现以GLZ1250-N型无基础刮刀卸料离心机安装该装置为例（见图3）。均匀布料洗涤装置电机功率为1·5kW,转速为940r/min,可变频调节,GLZ1250-N离心机的转速为1000r/min,均匀布料洗涤装置的轴线与GLZ1250-N离心机的主轴轴线之间的夹角为α=28°,用硅藻土作为物料进行试验。经检测,利用该装置进料,离心机的振动速度为3·5mm/s,噪声（声压级）为76dB（A）。振动速度和噪声（声压级）明显低于国家标准,即振动速度不大于4·5mm/s,噪声（声压级）不大于85dB（A）。 
该装置安装方便,通过法兰止口配合,螺栓连接即可。传统离心机欲改配此装置,只需对传统离心机的盖板部件进行改动,在适当位置开启法兰孔,焊接配对法兰即可。改动工艺简单、方便,改动成本低。盖板改造需注意以下几点。 
（1）考虑到该装置的自重,需要保证盖板有足够强度。改造方案包括*更换全新的、厚度满足强度要求的盖板,或在原盖板上焊接加强筋,以确保其强度能*、有效地支撑该装置。 
（2）在盖板合适位置开启法兰孔,焊接配对法兰。法兰孔位置的选择需要保证布料器甩出物料所形成的锥形面能够*覆盖转鼓内表面。 
（3）该装置如果安装在刮刀卸料离心机上,应解决刮刀行程与布料斗的干涉问题。可以将该装置安装在刮刀旋出行程外的位置,同时也可考虑减小布料斗的直径。 
（4）应充分考虑加装此装置对整个设备振动的影响,尤其应避开共振区域。 
7小结 
无基础离心机的应用越来越广,正逐步替代传统三足离心机。新型均匀布料洗涤装置结构紧凑,安装简单,操作维护方便。可大幅度降低布料不均造成的振动,为离心机的无基础设计提供了一种选择。通过在甘肃金川集团精炼厂、三明石化、中禾制药等现场的实际应用,测算表明,利用该装置可大大缩短洗涤时间,一般可缩短时间30%~50%,进而节省约50%的洗涤液用量,获得明显的经济效益。