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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
1 緒論 1
1.1煤脫水的意義 1
1.2煤的性質(zhì)與脫水效果的關(guān)系 1
1.3煤脫水的方式 2
1.4離心機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用與分類(lèi) 2
1.4.1離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展 2
1.4.2、離心機(jī)的分離過(guò)程及分類(lèi) 3
1.5離心機(jī)工作原理 4
2 方案確定 6
2.1傳統(tǒng)的臥式振動(dòng)卸料離心機(jī) 6
2.1.1傳統(tǒng)的臥式振動(dòng)卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu) 6
2.1.2傳統(tǒng)臥式振動(dòng)離心機(jī)的主要特性參數(shù) 8
2.1.3傳統(tǒng)臥式離心機(jī)激振器和及特點(diǎn) 9
2.1.4傳統(tǒng)臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn) 9
2.2 VC型立式振動(dòng)離心機(jī)的介紹 10
2.3設(shè)計(jì)方案的確定 10
3 各種工藝參數(shù)對(duì)離心機(jī)工作的影響 12
3.1顆粒在篩籃上的受力分析 12
3.2篩籃的半徑和篩面傾角的影響 15
3.3篩籃轉(zhuǎn)速的影響 15
3.4振幅和頻率的影響 16
4 離心機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析 17
4.1物料的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 17
4.1.1物料的受力分析及運(yùn)動(dòng)方程式 17
4.1.2濾渣停留時(shí)間的計(jì)算 19
4.2振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析 23
4.2.1自同步原理 23
4.2.2振幅分析 27
5 VVC離心機(jī)結(jié)構(gòu)分析及其設(shè)計(jì) 31
5.1 VVC離心機(jī)的總體分析 31
5.1.1 VVC離心機(jī)的總體結(jié)構(gòu)分析 31
5.1.2 VVC離心機(jī)的質(zhì)量 32
5.2篩籃結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) 32
5.2.1篩籃的結(jié)構(gòu)分析 32
5.2.2篩籃主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 33
5.2.3離心機(jī)篩籃表面積、離心因數(shù)、濾渣層平均高度的計(jì)算 37
5.3傳動(dòng)系統(tǒng)及其支承裝置的設(shè)計(jì) 39
5.3.1傳動(dòng)系統(tǒng)及其支承裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39
5.3.2回轉(zhuǎn)電機(jī)的選型 40
5.3.3 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 41
5.4 激振器的設(shè)計(jì) 42
5.4.1等效參振質(zhì)量的計(jì)算 42
5.4.2振動(dòng)電機(jī)的選型 43
5.4.3偏心塊的設(shè)計(jì) 45
5.4.4軸承的選擇計(jì)算 49
5.4.5軸的設(shè)計(jì)及校核 49
5.5主軸的設(shè)計(jì)及校核 55
5.6碟形彈簧的設(shè)計(jì) 60
5.6.1碟形彈簧的介紹 60
5.6.2碟形彈簧的設(shè)計(jì) 62
5.7主軸軸承的校核 64
5.8橡膠彈簧的設(shè)計(jì) 64
5.8.1支承橡膠彈簧 65
5.8.2減振橡膠彈簧 67
5.8.3定位橡膠彈簧 68
5.9鍵的校核 69
6 VVC離心機(jī)設(shè)計(jì)思考與展望 72
6.1對(duì)設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)的思考 72
6.2對(duì)設(shè)計(jì)中振動(dòng)部分的思考 72
6.3對(duì)設(shè)計(jì)中篩籃的思考 73
6.3.1傳統(tǒng)篩籃結(jié)構(gòu)的不足 73
6.3.2新型篩籃的特點(diǎn)和工藝措施 74
結(jié)論 76
參考文獻(xiàn) 77
翻譯 78
英文原文 78
中文譯文： 83
致謝 87
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第14頁(yè)
1 緒論
1.1煤脫水的意義
煤的水分是指單位質(zhì)量的煤中水的含量。煤的水分有內(nèi)在水分和外在水分兩種。外在水分足指在開(kāi)采、運(yùn)輸、洗選過(guò)程中附著在煤顆粒表面和裂縫中的水；內(nèi)在水分是指吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)幾中的水。外在水分可以借助機(jī)械方法脫除；內(nèi)在水分只有熱力干燥才能脫出。
煤的水分是評(píng)價(jià)煤炭經(jīng)濟(jì)價(jià)值的基本指標(biāo)。煤的內(nèi)在水分與煤的煤化程度和內(nèi)部表面積有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)變質(zhì)程度超低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值越低。煤的水分對(duì)其貯存、運(yùn)輸、加工和利用均有影響。在貯存時(shí)，水分能加速煤的風(fēng)化、碎裂、白燃；在運(yùn)輸中，會(huì)增加運(yùn)輸量，加大運(yùn)費(fèi)．并會(huì)增加裝斗、卸車(chē)的困難。在西北、東北、華北等寒冷地區(qū)，水分大的煤在長(zhǎng)途運(yùn)輸中會(huì)凍結(jié)，給卸車(chē)造成極大困難。煤的水分在燃燒時(shí)要消耗一定的熱量，在煉焦時(shí)要延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，而且影響焦?fàn)t的壽命。
脫水和干燥是固體和液體分離的過(guò)程。絕大多數(shù)選煤廠(chǎng)分選過(guò)程是在水中進(jìn)行的，因而選煤產(chǎn)品在出廠(chǎng)前需進(jìn)行脫水。以滿(mǎn)足用戶(hù)和運(yùn)輸要求，現(xiàn)行產(chǎn)品目錄規(guī)定精煤水分一般不超過(guò)12％～13％，個(gè)別用戶(hù)煤、出口煤和高寒地區(qū)濕煤冬運(yùn)要求精煤水分在8％～9％以下。水是煤中的雜質(zhì)，不僅對(duì)用戶(hù)使用和冬季運(yùn)輸帶來(lái)困難，而且降低貨運(yùn)量和浪費(fèi)運(yùn)輸能力，增加運(yùn)費(fèi)。因此，選煤廠(chǎng)的出廠(chǎng)產(chǎn)品必須盡量降低水分。
1.2煤的性質(zhì)與脫水效果的關(guān)系
（1）孔隙度
一般把物料中孔隙部分與總?cè)莘e之比值叫做孔隙度。物料間孔隙愈大，積存水量愈多，但毛細(xì)管作用較弱，脫水較容易。孔隙愈小，毛細(xì)管作用愈強(qiáng)，脫水愈困難。
（2）比表面積
比表面積用單位質(zhì)量物料所具有的總表面積表示。顯然物料的比表面積愈大，表面吸附水愈多，脫水愈因難。
（3）潤(rùn)濕性
物料表面硫水性愈強(qiáng)，物料與水的相互作用愈弱，脫水愈容易。
（4）細(xì)泥含量
物料中細(xì)泥充填刁：物料扎隙間或吸附于物料表面上．增加了毛細(xì)管仍：用力、物料的比表面積和吸水強(qiáng)度．會(huì)使物料脫水因難。
（5）粒度組成
物料的粒度組成決定物料的間隙，進(jìn)而影響到含水多少和脫水難易，顆粒越大，脫水越難。毛細(xì)管和比表面積愈大脫水越易。
1.3煤脫水的方式
脫水方法可大致分為重力脫水、離心脫水、過(guò)濾脫水、壓濾脫水。用離心力來(lái)分離固體和液體的過(guò)程稱(chēng)為離心脫水。離心脫水可以采用兩種不同的原理：離心過(guò)濾和離心沉降。
離心過(guò)濾是把所處理的含水物料加在旋轉(zhuǎn)的錐形篩面上，由于離心力的作用，團(tuán)體緊貼在篩面上隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，液體則通過(guò)物料間隙和篩縫甩出。離心沉降是把煤泥水加在筒形(或鏈形)轉(zhuǎn)子中，由于離心力的作用，團(tuán)體在液體中沉降，沉陷后的物料進(jìn)一步受到離心力的擠壓．?dāng)D出其中水分過(guò)濾式主要用于較粗顆粒物料的脫水，如末煤和粗煤泥的脫水；沉降式主要用于細(xì)顆粒物料的脫水，如尾煤和細(xì)煤泥的脫水。也有兩種兼有的離心沉降過(guò)濾、多用于浮選產(chǎn)品的脫水或煤泥回收。
1.4離心機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用與分類(lèi)
1.4.1離心機(jī)的應(yīng)用及其發(fā)展
在現(xiàn)代工業(yè)中，固—液系統(tǒng)（包括懸浮液和乳濁液）分離的目的是：（1）回收有價(jià)值的固相，排掉液相；（2）回收液相，排掉固相；（3）固、液兩相都回收；（4）固、液兩相都排掉（如污泥脫水）。達(dá)到固-液分離的主要操作方法有重力沉降、過(guò)濾和離心分離。利用離心力來(lái)達(dá)到固-液、液-液、以及液-液-固分離的方法通稱(chēng)為離心分離。實(shí)現(xiàn)離心分離操作的機(jī)械稱(chēng)為離心機(jī)。
離心機(jī)和其它分離機(jī)械相比，不僅能得到含濕量低的固相和高純度的液相，而且具有節(jié)省勞力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，并且具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)遙控、操作安全可靠和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此自1836年第一臺(tái)工業(yè)用三足式離心機(jī)在德國(guó)問(wèn)世，迄今近兩百年以來(lái)已獲得很大發(fā)展。各種類(lèi)型的離心機(jī)品種繁多，各有特色，正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動(dòng)化方向發(fā)展，且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專(zhuān)用機(jī)種越來(lái)越多。現(xiàn)在離心機(jī)已廣泛用于化工、石油化工、石油煉制、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、船舶、軍工等各個(gè)領(lǐng)域。例如濕法采煤中粉煤的回收，石油鉆井泥漿的回收，放射性元素的濃縮，三廢治理中的污泥脫水，各種石油化工產(chǎn)品的制造，各種抗菌素、淀粉及農(nóng)藥的制造，牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用動(dòng)物油、米糠油等食品的制造，織品、纖維脫水及合成纖維的制造，各種潤(rùn)滑油、燃料油的提純等都使用離心機(jī)。離心機(jī)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)廣泛應(yīng)用的一種通用機(jī)械。
離心機(jī)基本上屬于后處理設(shè)備，主要用于脫水、濃縮、分離、澄清、凈化及固體顆粒分級(jí)等工藝過(guò)程，它是隨著各工業(yè)部門(mén)的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)展起來(lái)的。例如18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后，隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，1836年出現(xiàn)了棉布脫水機(jī)。1877年為了適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需要，發(fā)明了用于分離牛奶的分離機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)之后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，要求把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油當(dāng)做燃料油使用，50年代研制成功了自動(dòng)排渣的碟式活塞排渣分離機(jī)，到60年代發(fā)展成完善的系列產(chǎn)品。隨著近代環(huán)境保護(hù)、三廢治理發(fā)展的需要，對(duì)于工業(yè)廢水和污泥脫水處理的要求都很高，因此促使臥室螺旋卸料沉降離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料沉降離心機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是臥室螺旋卸料沉降離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。
離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、品種及其應(yīng)用等方面發(fā)展很迅速，但其理論研究落后于實(shí)踐是個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。目前在理論研究方面所獲得的知識(shí)，主要還是用來(lái)說(shuō)明試驗(yàn)的結(jié)果，而在預(yù)測(cè)機(jī)器的性能、選型以及設(shè)計(jì)計(jì)算，往往仍然要憑借經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于離心分離過(guò)程的多樣性和復(fù)雜性，例如懸浮液的物理性能和濃縮非常容易變化，沉降速度、滲透率、孔隙率以及若干其它參變數(shù)，都隨著懸浮液的物理性質(zhì)的改變而改變。特別是由于固體顆粒的大小、形狀和運(yùn)動(dòng)的雜亂狀態(tài)所帶來(lái)的數(shù)學(xué)問(wèn)題，在目前尚無(wú)法解決，給研究這一過(guò)程的理論帶來(lái)了很大的困難。其次，要能真正了解液體與固體顆粒在離心力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的真相，而又不干擾或破壞這些運(yùn)動(dòng)，這就需要用科學(xué)的觀(guān)察和測(cè)試手段，也許正是因?yàn)檫@種緣故，使離心分離理論的研究受到了一定的影響。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固-液分離技術(shù)越來(lái)越受到重視，離心理論研究遲緩落后的局面也正在積極扭轉(zhuǎn)。離心機(jī)是固—液分離技術(shù)的主要設(shè)備之一，其發(fā)展前途大有可為。
1.4.2、離心機(jī)的分離過(guò)程及分類(lèi)
離心分離根據(jù)操作原理可區(qū)分為兩類(lèi)不同的過(guò)程——離心過(guò)濾和離心沉降。而與其相應(yīng)的機(jī)種可區(qū)分為過(guò)濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)。
離心過(guò)濾過(guò)程從廣義的概念上來(lái)說(shuō)，可以理解為包括加料、過(guò)濾、洗滌、甩干和卸渣等五個(gè)步驟。如果就狹義的概念而言，可分為兩個(gè)物理階段：生成濾渣和壓緊濾渣。第一個(gè)階段與普通過(guò)濾在原則上是相近似的，但其推動(dòng)力不同；而第二階段與普通過(guò)濾的規(guī)律根本不同。
離心沉降過(guò)程也可分為兩個(gè)物理階段：固體顆粒的沉降和形成密集的沉渣層。前者遵從固體在流體中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，而后者則遵從土壤力學(xué)的基本規(guī)律。離心沉降過(guò)程本身又可分為離心沉降和離心分離。
一般情況下，離心沉降過(guò)程是指含有中等及大量固體顆粒的懸浮液的工藝分離過(guò)程。對(duì)于容積濃度不超過(guò)5%的低濃度懸浮液的分離，習(xí)慣上稱(chēng)為離心澄清過(guò)程。當(dāng)離心沉降過(guò)程用于分離兩種重度不同，而又互不相溶的液體所形成的乳濁液時(shí)（包括含微量固體顆粒的乳濁液，即液—液—固），稱(chēng)為離心分離過(guò)程。這種名稱(chēng)上的區(qū)別以及濃度的界限是相對(duì)的和人為的，實(shí)質(zhì)上懸浮液或乳濁液中固體顆粒沉降過(guò)程的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律是一樣的。
這里必須強(qiáng)調(diào)指出，分離過(guò)程的描述僅僅是整個(gè)離心分離作用機(jī)理的一部分。在離心過(guò)濾和離心沉降分離固體顆粒的過(guò)程中都具有“壓縮”現(xiàn)象，這一現(xiàn)象很值得重視。在離心過(guò)濾過(guò)程中，這種壓縮效應(yīng)使濾渣孔隙縮減，變得不易滲透，從而阻礙了脫水；在離心沉降過(guò)程中，這種壓縮效應(yīng)減小了沉渣的孔隙，反而有助于降低沉渣的含濕量。
離心機(jī)的分類(lèi)方法很多，可按分離原理、操作目的、操作方法、結(jié)構(gòu)形式、分離因素、卸料方式等分類(lèi)。
1.5離心機(jī)工作原理
離心過(guò)濾是把所處理的含水物料加在轉(zhuǎn)子的多孔篩面上，由于離心力的作用，固體在轉(zhuǎn)子篩面上形成固體沉淀物，液體則通過(guò)沉淀物和篩面的孔隙而排出。由于液體是通過(guò)物料的孔隙排出，而脫水物料的粒度組成影響著孔隙的大小，所以，脫水效果受粒度組成的影響很大。
離心脫水機(jī)是利用離心力進(jìn)行固液分離的，其離心力要比重力場(chǎng)中的重力大上百倍，甚至上千倍，通常用分離因數(shù)表示這—關(guān)系，亦稱(chēng)離心強(qiáng)度，用z表示。物料的脫水過(guò)程，由于離心力的作用而得到強(qiáng)化。離心力的大小影響著脫水的效果。分離因數(shù)就是表示離心機(jī)中物料所受離心力大小的一個(gè)指標(biāo)。所謂分離因數(shù)是指物料所受的離心加速度和重力加速度的比值?？捎孟率奖硎荆?
分離因數(shù)是離心機(jī)性能的一種指標(biāo)。分離因數(shù)越大、物料所受的離心力越強(qiáng)，團(tuán)體和液體分離的效果也越好。改變離心機(jī)轉(zhuǎn)筒的半徑和轉(zhuǎn)速，就能改變分離因數(shù)的大小。由于分離因數(shù)是與轉(zhuǎn)速的平力正比，所以，為了提高分離因數(shù)，改變轉(zhuǎn)速的效果比改變半徑的效果要大得多。因此。在一般離心脫水中都是通過(guò)改變轉(zhuǎn)筒的回轉(zhuǎn)速來(lái)提高其分離因數(shù)的。
但是。對(duì)選煤用的離心機(jī)，不適當(dāng)?shù)靥岣咂浞蛛x因數(shù)，會(huì)引起不利的影響。離心力提高更容易把煤粒破碎，從而增加煤在濾液中的損失；而同時(shí)動(dòng)力消耗也要相應(yīng)地加大．對(duì)設(shè)備的強(qiáng)度要求更高。因此，應(yīng)當(dāng)全面考慮這些因素來(lái)決定所采用的分離因數(shù)。
在選煤廠(chǎng)，采用過(guò)濾原理的離心機(jī)，分離因數(shù)一般為80－200，采用沉降原理的離心機(jī)，分離因數(shù)為500-1000左右。近期發(fā)展趨勢(shì)是降低離心機(jī)轉(zhuǎn)速，增加離心機(jī)的轉(zhuǎn)子半徑，使分離因數(shù)在改進(jìn)，目前已趨完善。雖然機(jī)型很多，但各機(jī)型之間的主要差別是振動(dòng)系統(tǒng)和激振方法不同。目前生產(chǎn)的振動(dòng)卸料離心脫水機(jī)其分離因數(shù)一般在60一140之間，適用于0—13mm的物料脫水。振動(dòng)卸料離心脫水機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使篩籃—方面繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一方面又沿該軸作軸向振動(dòng)，因此，強(qiáng)化了物科的離心脫水作用，并促使篩面上的物料均勻地向前移動(dòng)。物料層在抖動(dòng)時(shí)，還有助于清理過(guò)濾表面，防止篩面被顆粒堵塞，減輕物料對(duì)篩面的磨損。由于具有以上特點(diǎn)，使振動(dòng)卸料離心脫水機(jī)得到了日益廣泛的應(yīng)用。
振動(dòng)卸料離心脫水機(jī)又分臥式和立式兩種。前者有wzL－1000型、WZL一1000A型、TWz一1300型等6后者有美國(guó)VC－48和VC—56型，國(guó)產(chǎn)的TZ一12型、TZ—14型和LZI－1000型等。
2 方案確定
2.1傳統(tǒng)的臥式振動(dòng)卸料離心機(jī)
2.1.1傳統(tǒng)的臥式振動(dòng)卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)
振動(dòng)卸料離心機(jī)是指附加了軸向振動(dòng)或周向振動(dòng)的離心力卸料離心機(jī)，前者稱(chēng)作軸向振動(dòng)卸料振動(dòng)離心機(jī)，后者稱(chēng)作扭轉(zhuǎn)振動(dòng)卸料離心機(jī)。
軸向振動(dòng)卸料離心機(jī)又分為立式和臥式兩種，目前多向臥式發(fā)展。（圖2-1，圖2-2）是我國(guó)生產(chǎn)的WZL-1000型振動(dòng)離心機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，裝有篩籃的主軸通過(guò)軸承支承在慣性激振器的殼體內(nèi)，后者由三個(gè)環(huán)形剪切彈簧支撐在殼體的彈簧座上。主軸由主電機(jī)經(jīng)皮帶輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使主軸篩籃產(chǎn)生軸向振動(dòng)，并由沖擊板限制其軸向位移。
操作時(shí)，物料由料管加入，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的布料斗，被拋在篩籃小端的篩網(wǎng)上，在離心力的作用下液體通過(guò)篩網(wǎng)由排液口排出，其固體物料在離心力和振動(dòng)力的聯(lián)合作用下，沿篩籃表面向篩籃大端移動(dòng)，最后從出料口排出。
離心力是由回轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，同時(shí)可以看出激振器是振動(dòng)離心機(jī)的一個(gè)很重要部件，作用是產(chǎn)生激振力，使篩籃產(chǎn)生軸向振動(dòng)。因此，物料在篩籃上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不僅取決于篩籃的結(jié)構(gòu)參數(shù)和轉(zhuǎn)速，而且和激振力的大小和頻率有直接的關(guān)系，目前比較成熟的離心機(jī)大多都采用的是雙振子慣性激振器，這樣只產(chǎn)生單向激振力。
圖2-1 WZL-1000振動(dòng)離心機(jī)主視圖
圖2-2 WZL-1000振動(dòng)離心機(jī)側(cè)視圖
1-篩籃 2-給料管 3-主軸套 4-長(zhǎng)板彈簧 5-機(jī)殼 6-機(jī)架 7-沖擊8-短板彈簧 9-軸承 10-偏心輪 11-激振用電動(dòng)機(jī) 17-膠帶輪 18-三角膠帶
圖2-1，圖2-2是WZL-1000振動(dòng)離心機(jī)的雙振子激振器工作原理圖
2.1.2傳統(tǒng)臥式振動(dòng)離心機(jī)的主要特性參數(shù)
WZL-1000振動(dòng)離心機(jī)的特性參數(shù)如下：
篩籃直徑 φ500~1500
篩籃錐角 20~36 0
分離因數(shù) 60~180
振動(dòng)頻率 25~37 Hz
篩籃振幅 1.5~10 mm
處理物料直徑 ＞200 mm
懸浮液濃度 ＞30~40%
最大固體產(chǎn)量 400t/h
2.1.3傳統(tǒng)臥式離心機(jī)激振器及特點(diǎn)
這種離心機(jī)主軸套3上裝有一對(duì)偏心輪10，四個(gè)偏心輪的質(zhì)量及偏心距相等，激振電機(jī)11經(jīng)剖分式皮帶輪帶動(dòng)主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，并借助一對(duì)齒數(shù)相同的齒輪，使從動(dòng)軸作反向同步旋轉(zhuǎn)。因此，偏心質(zhì)量所產(chǎn)的離心力，在垂直方向互相抵消，在水平方向的合力使篩籃產(chǎn)生軸向振動(dòng)。當(dāng)偏心輪轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，激振力在垂直和水平方向的分力為：
（2-1）
式中：
—— 偏心輪的總偏心質(zhì)量（㎏）
e —— 偏心輪的偏心距（m）
—— 激振頻率（角頻率,弧度/s）
P0 —— 激振力幅值（N）
該激振器的特點(diǎn)是：每個(gè)偏心輪上有3個(gè)圓孔，可對(duì)稱(chēng)地塞入圓柱形質(zhì)量以增加偏心質(zhì)量，從而調(diào)節(jié)激振力和篩籃振幅的大小。通過(guò)改變剖分式從動(dòng)皮帶輪中間墊片的厚度，可改變從動(dòng)皮帶輪與傳動(dòng)帶的接觸輪徑，從而可調(diào)節(jié)激振頻率和調(diào)節(jié)篩籃的振幅。傳動(dòng)齒輪用夾布膠木制成，可減少由于傳動(dòng)沖擊而產(chǎn)生的噪音。
2.1.4傳統(tǒng)臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
該臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)是利用軸向振動(dòng)強(qiáng)化離心脫水的設(shè)備。這種軸向振動(dòng)，既可以使篩面上的物料均勻地向前移動(dòng)，以可使篩面上的物料層松散，促使所含的水分更易分出。同時(shí)，物料層抖動(dòng)還可以防止篩縫被顆粒堵塞。改變振幅和頻率可以調(diào)節(jié)物料的移動(dòng)速度，從而控制物料在離心機(jī)中的脫水時(shí)間。因而這種離心機(jī)具有生產(chǎn)能力高，脫水效果好，耗電少，顆粒破碎小同時(shí)易于控制的等優(yōu)點(diǎn)。
但是該類(lèi)型臥式振動(dòng)離心機(jī)存在的不少問(wèn)題是：如圖所示，由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，激振電機(jī)通過(guò)齒輪傳給另一軸，由于高速齒輪傳動(dòng)，須采用稀油潤(rùn)滑，因而需要專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑系統(tǒng)。同時(shí)由于密封等原因，極易造成漏油等現(xiàn)象，使維修工作量大。經(jīng)過(guò)最近幾年的實(shí)踐證明，不僅成本較為昂貴，而且故障頻繁，維護(hù)費(fèi)用高，已不能適應(yīng)生產(chǎn)需求，有被逐漸淘汰的趨勢(shì)。
2.2 VC型立式振動(dòng)離心機(jī)的介紹
由CMI公司生產(chǎn)的VC型振動(dòng)離心機(jī)利用振動(dòng)脫水與離心力脫水相結(jié)合對(duì)物料進(jìn)行脫水。物料經(jīng)溜槽進(jìn)入機(jī)器的上部，在旋轉(zhuǎn)篩籃的底部均勻分布，給入的物料由耐磨板和以前被加速的物料的摩擦力緩慢加速到篩籃的表面。加速后固體物料依靠振動(dòng)輸送向上到篩籃表面，當(dāng)物料在篩面向上移動(dòng)，離心力使液體通過(guò)篩縫流出，同時(shí)使固體物料向上運(yùn)動(dòng)到卸料區(qū)域。當(dāng)物料短暫停留在離心機(jī)內(nèi)，振動(dòng)和料層松動(dòng)增加了固液分離。離心液匯集于槽內(nèi)，由開(kāi)口處流出。固體料從篩籃的上部卸出，緩慢地保持固體料到外殼的邊上，并落到設(shè)備底部運(yùn)出。已生產(chǎn)出VC56，VC48直徑的離心機(jī)。這種八十年代從美國(guó)引進(jìn)的立式振動(dòng)離心機(jī)，現(xiàn)已得到了大量的推廣，但在使用中機(jī)械故障很高，由于設(shè)計(jì)不合理，造成維修量極大。每年我國(guó)都要從國(guó)外引進(jìn)近億元的離心機(jī)產(chǎn)品，投資大，配件供應(yīng)困難，困擾著選煤行業(yè)。
2.3設(shè)計(jì)方案的確定
離心脫水機(jī)是選煤廠(chǎng)最重要的設(shè)備，也是加工精度和技術(shù)含量較高的設(shè)備。我國(guó)選煤業(yè)從50年代后期起步，用于煤泥和末煤的離心脫水機(jī)主要有立式螺旋刮刀離心機(jī)、臥式振動(dòng)離心機(jī)、沉降離心機(jī)、沉降過(guò)濾離心機(jī)等。這些機(jī)器50~60年代從波蘭、蘇聯(lián)、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)并國(guó)產(chǎn)化后，曾對(duì)我國(guó)選煤業(yè)發(fā)展，起到了巨大的作用。但由于結(jié)構(gòu)落后，制造粗糙，進(jìn)入90年代以后，這些離心機(jī)已經(jīng)不能滿(mǎn)足選煤業(yè)的迅速發(fā)展，于是國(guó)家又從美國(guó)引進(jìn)VC48、VC56立式離心機(jī)。這兩部離心機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修特別困難，淘汰呼聲很高。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)又相繼從德國(guó)、韓國(guó)、澳大利亞……引進(jìn)離心機(jī)，這些機(jī)子價(jià)格昂貴，有些單位要國(guó)產(chǎn)化，但成功率不高。
在充分分析和理解傳統(tǒng)振動(dòng)離心機(jī)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)后，本設(shè)計(jì)本著發(fā)展民族工業(yè)，走自已創(chuàng)新之路的精神，在徐州大陸振動(dòng)公司專(zhuān)利(專(zhuān)利2607200)的基礎(chǔ)上并結(jié)合其專(zhuān)利產(chǎn)品DWL-1000單振子臥式振動(dòng)離心機(jī)和CMI公司生產(chǎn)的VC立式振動(dòng)離心機(jī)，設(shè)計(jì)了此自同步雙振子立式振動(dòng)離心機(jī)。
本設(shè)計(jì)克服了VC48、VC56立式離心機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修特別困難等缺點(diǎn)，同時(shí)解決了DWL-1000單振子臥式振動(dòng)離心機(jī)在使用中存在的問(wèn)題，并參考上述傳統(tǒng)振動(dòng)離心機(jī)，在設(shè)計(jì)出VVC自同步立式振動(dòng)離心機(jī)(處理能力為250t/h)。該立式振動(dòng)離心機(jī)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在結(jié)合傳統(tǒng)振動(dòng)離心機(jī)生產(chǎn)效率高，脫水效果好，易于控制優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)緊湊合理，運(yùn)轉(zhuǎn)更為可靠，而且不需專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的方便維修管理的通道，方便了維修，具有廣泛的實(shí)用性。
該立式振動(dòng)離心機(jī)是目前世界上結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的離心機(jī)，造價(jià)也最低，最適用于浮選精煤和煤泥的脫水，可用于80mm以下的物料脫水，也可取代高頻篩做煤泥脫水用。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖：
1-減振彈簧； 2-皮帶輪； 3-支撐彈簧； 4-偏心塊； 5-軸； 6-篩籃； 7-機(jī)架
圖2—3 VVC自同步立式離心機(jī)原理圖
3 各種工藝參數(shù)對(duì)離心機(jī)工作的影響
離心機(jī)的工藝參數(shù)(如篩籃傾角、振幅、頻率、回轉(zhuǎn)速度和回轉(zhuǎn)半徑等)影響物料在篩上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．而物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在很大程度上決定著機(jī)器的脫水效率。所以，在設(shè)計(jì)或使用離心機(jī)時(shí)，都需要適當(dāng)?shù)剡x擇離心機(jī)的工藝參數(shù)。由于離心機(jī)除回轉(zhuǎn)外又加入了振動(dòng)，物料在振動(dòng)離心機(jī)中的運(yùn)動(dòng)和在一般的過(guò)濾式離心機(jī)上不一樣。要正確地解決這個(gè)問(wèn)題，先要了解這些工藝參數(shù)和物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系。我們研究單個(gè)顆粒在篩籃上的運(yùn)動(dòng)情況。
3.1顆粒在篩籃上的受力分析
當(dāng)顆粒與篩籃一起回轉(zhuǎn)時(shí)，作用在顆粒上的力有四種，如圖3-1所示。
圖3-1 顆粒在篩籃上的受力分析
顆粒隨篩籃回轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力C，其計(jì)算公式為
（3-1）
式中：
m—顆粒的質(zhì)量kg
-篩籃的回轉(zhuǎn)速度rad／s；
r一顆粒的回轉(zhuǎn)半徑，m。
顆粒的重力G，其計(jì)算公式為
G＝mg
式中 ：
g－重力加速度，m／s。
顆粒隨篩籃作軸向振動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力P，其計(jì)算公式為：
P＝
式中：
－篩籃軸向振動(dòng)的角頻率 (相當(dāng)于激振偏心輪回轉(zhuǎn)的角速度)，rad／s；
A－篩籃軸向振動(dòng)的振幅，m；
－振動(dòng)的相位角(即激振器偏心輪回轉(zhuǎn)的相位角)，＝t；
T－偏心輪開(kāi)始回轉(zhuǎn)起計(jì)算的時(shí)間，s。
篩面對(duì)顆粒的摩擦力F(F的方向與顆粒的運(yùn)動(dòng)方向相反)。
在振動(dòng)離心脫水機(jī)工作時(shí)，顆粒所受的重力與所受的離心力相比是很小的，所以在分析中，可忽略不計(jì)。
要使物料在篩面上能夠脫水，必須使物料與篩面保持經(jīng)常的接觸。從（圖3-1）可見(jiàn)，顆粒與篩面保持經(jīng)常接觸的條件是：
(3-2)
式(3-2)左邊是顆拉的離心力垂直于篩面的分力，必為篩面的傾角。由于慣性力的大小隨振動(dòng)的相位角而變。當(dāng)時(shí)，慣性力的垂直分力最大，如果這時(shí)候垂直于篩面的慣性力分力小于離心力垂直于篩面的分力，則在其他時(shí)間中也必能滿(mǎn)足式(3-2)要求的條件。將代人上式，整理后可得：
（3-3）
式(3-3)是保證離心機(jī)正常工作的先決條件。
在振動(dòng)離心脫水機(jī)工作中，不僅要使物料附在篩籃上與它一起轉(zhuǎn)動(dòng)。而且，還要使物料沿篩籃作正向(向下)的滑動(dòng)。顆粒作正向滑動(dòng)發(fā)生在篩籃從運(yùn)動(dòng)的中心位置向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，這時(shí)篩按向前運(yùn)動(dòng)的速度逐漸衰減，篩籃往后的加速度逐漸增大，附著在篩籃面上的顆粒向前的慣性力也逐漸增大，當(dāng)慣性力增大到一定程度時(shí)，顆物就脫離篩面，作正向的滑動(dòng)(見(jiàn)圖3-1)，顆粒作正向滑動(dòng)的條件是： 即
（3-4）
式中：
f—顆粒與篩面的靜摩擦系數(shù)。
若為靜摩擦角，則：
代入4-7得：
（3-5）
當(dāng)時(shí)，顆粒所的振動(dòng)慣性力最大，這時(shí)顆粒向前滑動(dòng)的極限(起碼)條件，因此，將代入，得：
或
（3-6）
式中：
n—篩籃的軸向振動(dòng)頻率(即偏心輪的回轉(zhuǎn)速度)，r/min；
—篩籃的轉(zhuǎn)速，r/min。
煤粒與篩面的靜摩擦系數(shù)是較難測(cè)定的數(shù)值，一般文獻(xiàn)介紹,f可取0.3-0.6,這時(shí)，靜摩擦角＝
式(3-6)是顆粒正向滑動(dòng)的條件，從式中可見(jiàn)；當(dāng)離心機(jī)的篩籃半徑(因顆粒的回轉(zhuǎn)半徑與篩籃半徑的大小有關(guān))和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，若增加振幅或頻率(即越大)，則物料正向滑動(dòng)的條件越好。在篩籃從運(yùn)動(dòng)的中心位置向前運(yùn)動(dòng)中，產(chǎn)生正向滑動(dòng)的時(shí)間越早，滑動(dòng)的時(shí)間相距離也越低。這樣，對(duì)增加離心機(jī)的生產(chǎn)能力是有利的。但如果振幅或頻率過(guò)大(即過(guò)大)，則篩籃從平衡位置向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)牛顆粒脫離篩面逆向(向上)滑功，這種逆向滑動(dòng)對(duì)提高離心機(jī)的處理能力是不利的。在振動(dòng)離心脫水機(jī)中，篩籃上的物料作脈動(dòng)件的正向滑動(dòng)．也就是在篩籃往復(fù)振動(dòng)一次時(shí)，停留在篩面的顆