污水處理機的結構分析及設計(含CAD零件圖紙和裝配圖),污水,處理機,結構,分析,設計,CAD,零件,圖紙,裝配 摘 要 隨著水資源的污染，污水處理事業(yè)逐漸被重視起來，離心機的研究對污水的改善作用漸漸被放大。以前的污水大量處理都是使用帶式壓濾機，上世紀70年代之后這一情況發(fā)生重大變化，離心機的應用使污水的處理更加多樣，適應性也比較強，污水的沉降分離澄清離心機都可以做到，污水處理中最繁重的工程就是對污泥的脫水。處理污泥可以說是一舉兩得，可以獲得澄清的水，分離得到的沉渣也能二次處理用于其它工作。近年來，無論是工業(yè)廢水中的污泥還是城市生活中的污泥，都在污泥脫水離心機大量研發(fā)之后得到了有效的處理，在一定程度上改善了水環(huán)境。 關鍵詞：離心機；沉降分離；污泥脫水 Abstract With the pollution of water resources, the sewage treatment industry has been gradually taken seriously, and the research of centrifuges has been gradually enlarged. Before a lot of sewage treatment is to use belt type filter press, the situation has greatly changed after the 1970 s, the application of centrifuge make sewage treatment more diversity, adaptability is strong, clarify sewage sedimentation separation centrifuge can do, the most onerous in sewage treatment project is the dehydration of sludge. The sludge can be treated with two birds with one stone, the clarified water can be obtained, and the sediment can be separated for other work. In recent years, both in the industrial sewage sludge and sludge of urban life, the sludge dewatering centrifuge got effective treatment after a lot of research and development, to a certain extent, improve the water environment. Keywords：the centrifuge；settlement separation；sludge dewatering 目 錄 第1章　緒論 1 1.1 研究的背景、目的和意義 1 1.1.1 研究的背景 1 1.1.2 研究的目的 1 1.1.3 研究的意義 1 1.2 設計的任務及方案 1 第2章　污泥脫水分離的機理 3 2.1 污泥脫水離心機工作原理 3 2.2 差速器的作用 3 2.3本章小結 4 第3章　主要部件參數(shù)的設計 5 3.1 設計原則 5 3.2 轉鼓技術參數(shù) 5 3.2.1 基本參數(shù) 5 3.2.2 半錐角a的確定 6 3.2.3 機內液面高h 6 3.2.4 脫水區(qū)長度L的確定 6 3.2.5 錐形段直徑d 6 3.3 螺旋推料器數(shù)據(jù)計算 7 3.3.1 推料器參數(shù) 7 3.3.2 選擇螺旋的頭數(shù)Z 7 3.3.3 分析螺距形式計算長度 7 3.3.4 計算螺旋葉片高 7 3.3.5 推料器轉鼓的間距 8 3.4 本章小結 8 第4章　離心機生產情況分析 10 4.1　待處理物料的參數(shù) 10 4.2 計算離心機生產能力 10 4.2.1 物料為懸濁液條件下 10 1.計算離心機分離因數(shù)Fr 10 2.計算轉鼓中當量沉降面積∑ 10 3.計算物料中固態(tài)粒子重力沉降速度Vg 11 4.求解分離效率系數(shù) 11 5.生產能力Q的計算 12 4.2.2 按產出量求解生產能力 12 4.3 計算輸送沉渣的工作效率 13 4.4 功率校核 13 4.4.1 計算加速物料所需功率N1 13 4.4.2 計算離心機卸料功率N2 14 4.4.3 計算軸承摩擦損耗功率N3 14 4.4.4 計算與空氣摩擦消耗的功率N4 15 4.4.5 離心機啟動功率的計算 15 4.4.6 計算驅動總功率 15 4.5 本章小結 16 第5章　離心機總體構成 17 5.1 轉鼓總成 17 5.1.1 轉鼓結構分析 17 5.1.2 確定轉鼓鼓壁的厚度 18 5.1.3 轉鼓內表面處理方法 19 5.1.4 設置出渣裝置 20 5.2 設計螺旋推料器 20 5.2.1 結構和作用 20 5.2.2 推料葉片 20 5.2.3 計算推料器承受的轉矩 20 5.2.4 計算推料器軸向力 21 5.2.5 求推料器壁厚 21 5.3差速器部件 22 5.3.1 行星差速傳動的特點 23 1、體積小、重量輕、結構緊湊、傳遞功率大、承載能力高 23 2、傳動比大 23 3、傳動效率高 23 4、運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力較強 23 5.3.2 差速器齒輪主要尺寸的確定 23 5.3.3 差速器齒輪強度的校核 25 5.4出渣部位設計 27 5.5 排液裝置 27 5.6 設計支撐旋轉部件 28 5.7轉鼓部件材料選擇 28 5.8 校核螺釘參數(shù) 28 5.9選擇電機 29 5.10 本章小結 30 參考文獻 31 謝辭 33 第1章　緒論 1.1 研究的背景、目的和意義 1.1.1 研究的背景 離心機的離心力對液—固、液—液等非均相混合物進行離心分離，可以得到比其他分離機械含水量低的固相和高純度的液相，還能把勞動強度降低、使勞動條件改善，長時間連續(xù)不停運轉和體積小等多個優(yōu)點。 臥式污水處理機專用來離心脫水處理是處理城市污水污泥處理的重要設備?？梢栽诔鞘猩钗鬯?、工業(yè)污水處理行業(yè)很好的發(fā)展，前景不錯，其它需要進行固液分離的工業(yè)應用場合都能夠廣泛使用[1]。 1.1.2 研究的目的 污泥脫水離心機用來處理各類污水中的污泥，將污泥沉淀脫水，主要用于污泥脫水，濕渣濃縮，懸濁液分離、澄清和凈化及固體顆粒分級等過程。 1.1.3 研究的意義 螺旋卸料沉降式離心機采用先進的離心沉降法來高速分離懸浮液，達到可連續(xù)操作運轉時間長、能在耗電量較少的情況下大量處理、獲得比較強的適應性、維修起來也比較簡單。 研發(fā)污泥脫水設備，使用污泥脫水離心機處理沉淀污泥，并且有較好的經濟效益，離心機封閉的工作環(huán)境，直接避免二次污染，沖洗方便省水。從離心機中排出的含濕率低的沉渣，能夠循環(huán)利用方便后期深入加工。設計制造廠能獲得的利潤空間也比較大，還有國產的機器競價優(yōu)勢也比較明顯，商機無限前景良好[4]。 1.2 設計的任務及方案 （1）設計要求: 污水離心分離處理能力17.2m3/h以上； （2）確定污泥脫水離心機總體設計方案； （3）臥式污泥脫水離心機結構設計及動力分析； （4）裝配圖及零件圖的設計。 第2章　污泥脫水分離的機理 2.1 污泥脫水離心機工作原理 污泥脫水離心機由殼體、差速器、輸入和調節(jié)液位系統(tǒng)、離心轉動部件、啟動系統(tǒng)和調速控制裝置等構成。 1.差速器；2。連接架；3。支架；4。出渣口；5。花鍵軸；6。進料口；7。出液口；8。撇液管；9。進料管；10。向心泵；11。軸承座；12。左端蓋；13。軸承 14。連接架；15。轉鼓；16。螺旋；17。加速錐 圖2.1　臥螺沉降式離心機簡圖 主輔電機復合驅動轉鼓與螺旋推料器，使二者旋轉方向相同。主電機與轉鼓直接相連直接驅動，輔電機通過差速器和主電機共同完成驅動螺旋推料器的旋轉運動，差速器的存在使螺旋推料器的轉速相對較低，與轉鼓之間形成小的轉速差，這個差轉速是連續(xù)可調節(jié)的可以通過控制輔助電機的轉速進行[8]。 把待未處理的污泥加入絮凝劑混合后一起經進料管離心力作用送入轉鼓里，利用轉鼓和螺旋推料器之間形成的離心場的作用進行沉降分離加入的物料，離心機的轉鼓錐段收縮將物料進行進一步脫水處理，沉降后的物料在推料器螺旋葉片末端被緩慢推出，從出渣口排出脫水污泥，離心壓縮物料后得到的澄清液就從撇液口排出。 2.2 差速器的作用 差速器主驅動軸剛性連接轉鼓，轉鼓被主電機驅動做旋轉運動，差速裝置中另一根輔助驅動輔助電機轉動的階梯軸與副電機輸出軸直接連接，差速器的輸出軸剛性連接螺旋推料器，螺旋推料器的轉速略低于轉鼓且同一方向旋轉，主輔電機共同控制螺旋推料器帶動物料做離心轉動，轉鼓與螺旋推料器之間差轉速可通過控制輔電機的轉速變化使其連續(xù)可以調節(jié)。其結構如圖2.2所示。 圖2.2　2K—H漸開線行星齒輪差速器 差速器的第二個作用就是使整個處理過程封閉功率傳遞。離心機中轉鼓和推料器有轉速差，物料進入轉鼓之后物料隨螺旋葉片轉動進給方向一起旋轉移動，物料的轉動過程中接觸轉鼓內壁，二者轉速不一致相對運動，產生滑動摩擦力，物料對轉股的摩擦力起推動轉鼓轉動作用，轉鼓、差速器、副電機和推料器四者的共同調節(jié)使這一摩擦力作用回推料器，整個離心工作中功率得以封閉傳遞。 差速器中齒輪傳動轉速比相對較大，在離心機將沉渣脫水處理時能把差轉速波動降低，還可以減小輔電機驅動力矩。 2.3本章小結 介紹了離心式污泥脫水機的污水處理工藝，分析了該機器的工作機理，還介紹了關鍵部件差速器的作用和運行方式。 第3章　主要部件參數(shù)的設計 3.1 設計原則 需要達到技術指標要求，依據(jù)技術要求設計出滿足實際生產需要的機器，加以考慮裝配誤差，留出適當?shù)募庸び嗔?，最終以能實際生產為準，滿足使用要求。因為離心機需要比較大的離心力，也就要求轉速特別高，轉鼓等多個同心同軸的部件容易偏離軸線圓心，使機器磨損壞死，考慮這些情況后，對各零部件的材料使用和結構布局要嚴格分析受力情況，解決負載對部件的應力集中問題以及運轉的應力集中。根據(jù)截面形狀和尺寸等有效數(shù)據(jù)進行合理選材，進行整體機構科學布局將整體的動態(tài)特性提高。 根據(jù)設計要求考慮設計WL—450型號離心機。 3.2 轉鼓技術參數(shù) 3.2.1 基本參數(shù) 轉鼓參數(shù)的字母表示：圓柱段直徑D、液池液面高度h、總長L、錐形段直徑d、柱段長度L1、錐段長度（L2+L3）、沉降區(qū)長度（L1+L2）、干燥區(qū)長度L3、轉鼓半錐角a. 圖3.1　轉鼓結構示意圖 3.2.2 半錐角a的確定 錐段半錐角大，濕渣經過時有壓縮作用能使沉渣水分大大降低，也就減緩了物料移動的速度以及增加了推料的難度，功率也變大，葉片損耗程度也加劇，應適當取值。查閱文獻資料，對不容易脫水的物質取a=6°-8°，易脫水物質取a =10°-11°，本機取a = 8°。 3.2.3 機內液面高h 離心機的出液口徑固定，撇液管半徑r比較小，轉鼓中液面就比較高，液池深度也就大，污泥沉降時間也就延長，固相沉降比較方便，也就減少了懸濁液中的含固量，然而液面不能太高，夜池和沉降區(qū)的長度會明顯加長，那么干燥的時間和長度變短，干燥區(qū)中的沉渣移動停留時長變短，沉渣含濕百分比變大。 圓柱段大端直徑取D=225～675mm，本機選擇D=450mm。查閱文獻資料，臥螺脫水型離心機的機內液面高度取h =(0.05-0.1)D，澄清型離心機的機內液面高度取h =(0.1-0.2)D，也就是22.5mm-45mm之間。本機取液池深度h= 40mm。 3.2.4 脫水區(qū)長度L的確定 沉渣必須在最大液池深度之內，并留有足夠的干燥區(qū)長度L3這樣沉渣脫水效果為最佳。想要確定L3需要最大差轉速和干燥段的螺距長度，WL-450的一般差速范圍為10r/min-35r/min；干燥段螺距長度決定離心機的產出效率、生產速度，取值為80mm。 通常，物料進入干燥區(qū)后水分快速降低的時間應達到4s-6s，時間太長也不能改變處理效果。必須在轉鼓和推料器差轉速最大的時候干燥區(qū)維持離心脫水4秒，脫水段長度取L3=80mm。 3.2.5 錐形段直徑d 轉鼓圓柱段長L2=h/(tga)，代入h=40mm,a=8°，求出L2=284.6mm，斜錐形段長度L2+L3=364.6mm，近似得錐形段長370mm，整個轉鼓圓柱直筒L1=1350-550=980mm。 轉鼓錐形段直徑d=D-2(L2+L3)/(tga)，代入D=450mm，L2 +L3=370mm, a= 8°，得d=347.0119mm。設計實取d=347mm。 3.3 螺旋推料器數(shù)據(jù)計算 3.3.1 推料器參數(shù) 螺旋推料器基本參數(shù)：螺旋頭數(shù)Z、螺旋間距S、葉片高Y、推料器和轉鼓的間隙h、葉片與轉鼓內壁母線的關系。 3.3.2 選擇螺旋的頭數(shù)Z 推料器的推料速度工作效率和螺旋頭數(shù)量有關系，一定程度上的變化情況是相同的，一旦螺旋頭的數(shù)目超過某個數(shù)，就會在生產中對離心分離的效果產生負面影響，增加澄清液中的含固量。所以污泥脫水機多采用單頭螺旋形式，本機也使用一個螺旋頭，即Z=1。 3.3.3 分析螺距形式計算長度 翻閱有關圖書得知，螺距S與轉鼓錐形段末端半徑r有經驗關系式：S/2r0=0.3-0.8，r0=d/2=148mm，推出S=91.3-227.2mm。查閱文獻[8]得知，一般用來脫水功能的離心機S＝(0.2-0.5)D，本機WL—450取S＝90mm-225mm；澄清型離心機一般取S =（1/5-1/6）D，相應WL—450取S=75mm-90mm。參考本機的要求參數(shù)值和所需要的離心分離的能力，生產實際上取S=80mm-130mm，柱段采用130mm的等螺距形式，錐段采用130mm-80mm線性變化的變螺距形式。變螺距結構形式設計延長沉降分離時間，遞減的螺距使物料在錐段受到漸變的擠壓作用，使分離效果明顯，排出的泥餅的含濕百分比大大降低。 3.3.4 計算螺旋葉片高 螺旋葉片高受轉鼓內懸濁液自由表面的最大高度影響，再者就是要兼顧沉渣的輸出能力。 在懸濁液自由表面最高的前提下葉片還不全都被液面沒過，即H應大于65mm。 從排渣能力來說，排渣量最多時結合螺旋間距和葉片高，沉渣能夠流暢移動，達到離心機的最大生產能力，整條螺旋桿最末端螺距最小處被污泥覆蓋，沉渣間相對不運動。則可由公式（3.1）和公式（3.2）計算求得離心機的葉片高度取值范圍： （3.1） （3.2） 式中：Q —輸入物料的量Q=10 m3/h； —Q=10 m3/h時排渣量，m3/s； —輸入的污泥的密度，取=1.038103kg/m3； —輸出的沉渣密度，取=1.19103kg/m3. 代入已知數(shù)據(jù)值d =349mm，=35r/min，S =80mm，可得5.7mm . 推料器柱段的葉片高實際取83mm。為了加強擠壓對輸送泥餅的效果，降低泥餅的含濕百分比，在錐段進行變高度設計葉片，逐級減小在83-60mm范圍內從圓柱末端到斜錐形尾端，葉片與轉鼓內壁母線為垂直關系。 3.3.5 推料器轉鼓的間距 一般轉鼓的內圓直徑和推料器的外圓直徑幾乎相等且在同一圓心，且必須留有3mm-5mm的配合間隙，考慮加工、裝配等情況，可能造成兩者旋轉偏心而致使直接接觸摩擦，綜合考慮取5mm. 3.4 本章小結 根據(jù)設計原則，對雙自由度臥式污水處理機的結構形式、主要尺寸等所需要的重要參數(shù)進行了確定。確定轉鼓和螺旋推料器的基本參數(shù)，如半錐角a、脫水區(qū)長度L、轉鼓小端直徑d、螺旋的頭數(shù)ns、螺距S、葉片高度H1。對比逆流與并流、柱形與錐形的優(yōu)缺點，決定采用柱—錐形逆流方式，它相比其它方式有自己的特點，本章都作了說明。 第4章　離心機生產情況分析 4.1待處理物料的參數(shù) 待處理物料（污泥或懸濁液）基本參數(shù)： 污泥或懸濁液溶液質量百分比濃度60% 顆粒直徑X=10μm（一般X＜5μm，加入絮凝劑后X=5μm~50μm） 污泥沉渣密度=1.1×103kg/m3 物料中固相部分=1.3×103kg/m3 物料中液相部分=1.0×103kg/m3 4.2 計算離心機生產能力 4.2.1 物料為懸濁液條件下 1.計算離心機分離因數(shù)Fr 按下式求解分離因數(shù)： （4-1） 公式中符號含義：Fr表示離心機的分離因數(shù) r表示轉鼓的內半徑，r＝D/2=0.225mm n表示離心機轉鼓轉速，2500r/min 求得:Fr=1572.4。 2.計算轉鼓中當量沉降面積∑ 關于的轉鼓結構簡圖見第三章第一節(jié)，按以下公式計算當量沉降面積： （4-2） 公式中符號含義：L12表示沉降區(qū)長度，L12=L1+L2, m 表示系數(shù)，液池深度與轉鼓內徑比，=2h/D 代入已知Fr=1572.4, D=450mm ,L1=980mm，L2=370-80=290mm , 計算得： h=40mm（與最低液池深度相符）, ∑=2453m2。 3.計算物料中固態(tài)粒子重力沉降速度Vg 關于懸浮液中固相顆粒的Vg，按以下公式（4.3）、公式（4.4）計算。 （4-3） （4-4） 公式中符號含義：Kc代表形狀修正系數(shù)Kc=1.2 代表懸浮液動力粘度系數(shù)，單位Pa·S 表示修正系數(shù) 表示液態(tài)物料動力粘度，=0.00101 Pa·S Cx代表懸濁液固態(tài)粒子單位體積濃度Cx=0.03 懸濁液固態(tài)粒子的單位體積濃度Cx和修正系數(shù)有線性關系，如下表所示， 表4.1 與Cx Cx 0 0.05 0.1 0.15 — 1 0.77 0.62 0.48 — 當Cx=0.03 時，按線性插值法取修正系數(shù)=0.86； 由各已知數(shù)據(jù)求得Vg=1.47×10-5m/s. 4.求解分離效率系數(shù) 固相與液相分離效率系數(shù)按下式計算： （4-5） 式中：Lj表示沉降區(qū)長度的計算值，Lj=L1+0.5L2單位m. 綜上求得：=1.3kg/m3,=1.0103kg/m3,X=10μm,= 800mm,=470mm，計算得： h=40mm, = 0.192； 5.生產能力Q的計算 （4-6） 代入 、Vg、，得： h = 40mm, Q=17.2 m3/h； 4.2.2 按產出量求解生產能力 由螺旋推料器的產出排渣量求解生產能力： （4-7） tg(+) （4-8） 式中：表示輸送沉渣效率=0.9 S表示螺距 平均值為75mm G表示生產能力 ns表示螺旋頭數(shù)，單頭ns=1 表示濕渣的容積密度 一般取1.1103kg/ m3 表示沉渣條表面與推料器軸線間的夾角=20° r0表示排渣口處轉鼓內半徑，單位m A0表示沉渣條的橫截面積，單位m2 表示推料器與轉鼓的轉速差，=215/60=/2 （1/s） 由已知得：G=0.39kg/s=1296kg/h。 按沉渣含濕率75％算，可得每小時的進料量=12.9 m3/h，即生產能力。 綜上，兩方法的結果都能滿足設計要求8 m3/h-10 m3/h。 通過對生產效率能力各方面系數(shù)的求解，證明各部件所取的長度厚度等基本參數(shù)為合理值，滿足所要求的生產能力。 4.3 計算輸送沉渣的工作效率 輸渣效率由公式（4.9）～公式（4.13）計算公式如下： （4-9） (4-10) (4-11) (4-12) (4-13) 公式中符號含義：Ep表示離心機輸送沉渣效率值 表示推力器螺旋升角，取值為5.25° 表示沉渣沿轉鼓壁流動方向與垂直于轉鼓軸線的徑向平面間的夾角 f1表示沉渣與螺旋推料器間摩擦系數(shù)，取f1＝0.3 f2表示轉鼓與螺旋推料器之間摩擦系數(shù)f2=0.3 代入已知參數(shù)S＝100mm, a = 8°，D = 450mm，解得:＝58.0°, Ep=94.6％ 計算結果與參考文獻推薦值相符：＞55，Ep＞90％。 4.4 功率校核 4.4.1 計算加速物料所需功率N1 使輸入物料獲得轉速并在轉鼓內徑r3處輸出所需功率 按下式計算： (4-14) 公式中字符含義：Q1表示進料流量，Q1=15 m3/h =15/3600=4.1710-3m3/s； 表示混合物料的密度 =1.02103kg/m3； r3表示懸濁液橫截面直徑，取h=45mm，求得r3=D/2-h=0.18m； 表示轉鼓角速度 ＝2/60=322.04/S。 解得：N1=14.2kw。 按下式計算： (4-15) 公式中字符含義：表示修正系數(shù) 一般取 =1.2 G表示按輸出沉渣求得的生產能力，單位kg/s Q表示以懸濁液分離程度求得生產能力 單位kg/s； r0表示轉鼓出渣口出半徑，單位m； R2表示轉鼓左端排液出口半徑，R2=r3=0.18m. 代入?yún)?shù)，得：=7.9kw. 取兩種結果的較大值作為加速所需功率，=13.6kw. 4.4.2 計算離心機卸料功率N2 (4-16) 由KM=1.79 LG=230mm Frm=1634得：N2=2.6kw. 4.4.3 計算軸承摩擦損耗功率N3 主軸與軸承間摩擦損耗功率N3按公式（4.17）、公式（4.18）計算： (4-17) (4-18) 式中：f—軸承摩擦系數(shù)，滑動軸承取f = 0.05~0 .1，滾動軸承取f=0 .005~0 .02, WL—450設計選用兩個滾動軸承，取f = 0.02； d1，d2—軸頸直徑，取d1＝d2＝110mm p1，p2—主軸承所受載荷力，p1=p2=P/2； e = 2R , R =0.225mm； G0表示物料與轉鼓總重量，估得G0=382kg. 已知值全部代入得：N3＝3400w 4.4.4 計算與空氣摩擦消耗的功率N4 轉動部分與空氣接觸面積比較大的有轉鼓和物料自由表面，消耗的功率N4按下式計算： (4-19) 公式中符號含義：rk表示空氣的重度，?。簉k=1.3kgf/m3 L表示轉鼓軸向總長度，單位m ＝ = R-h =0.16m 求得：=1.2kw. 4.4.5 離心機啟動功率的計算 離心機啟動功率按公式（4.20）計算： (4-20) 公式中：G—轉鼓總重，估得G=278kg； —轉鼓外半徑，壁厚15mm，=0.24m； t—啟動時間，一般30~240s，設t = 30s. 求得：＝29.4kw. 4.4.6 計算驅動總功率 平穩(wěn)運轉：N=N1+N2+N3+N4=14.2+13.6+3.4+1.2=32.4Kw 離心機啟動運轉：N=N3+N4+N5=3.4+1.2+26.4=34.0Kw. 4.5 本章小結 本章計算校核離心機的生產能力、運行功率等運行參數(shù)，為在下一章求解轉鼓本身的各個參數(shù)例如壁厚、螺旋厚度、螺距、出渣形式、排液方式等等做好了參考。通過重點計算生產能力及理論上所需的功率數(shù)值，為離心機材料、差速器的結構設計以及電機的選型都提供了數(shù)據(jù)支撐。 第5章　離心機總體構成 離心機的機械部分包括：轉鼓、螺旋推料器、雙電機、支撐架、傳感器、減震裝置、減速器及進料系統(tǒng)等。其中轉鼓、螺旋推料器和差速器為核心部件。 按代號順序;差速器；連接架；支架；出渣口；花鍵軸；進料口；出液口； 撇液管；進料管；向心泵；軸承座；左端蓋；軸承；連接架；轉鼓；螺旋；加速錐；主電機；過載保護裝置；輔電機。 圖5.1　離心機總體結構示意圖 5.1 轉鼓總成 5.1.1 轉鼓結構分析 轉鼓的結構設計采用柱錐分段結合的結構，增加了離心機內部的物料容量，增強離心機生產能力和澄清效果，也同時加大了長度和半徑的比值。如下圖所示。 圖5.2　轉鼓外觀圖 5.1.2 確定轉鼓鼓壁的厚度 各方面對轉鼓壁的應力：鼓壁材質自身的質量、轉鼓內物料質量在高速回轉時產生的離心力引起的拉伸應力，以及物料與鼓內壁摩擦產生的扭轉應力（該力較低，不計算）。 按強度分析有公式： （5-1） 公式中字符： ，選取兩公式中結果較小的 表示轉鼓鼓壁的厚厚度，單位m， 表示懸濁液密度，=1100kg/m3 代表鼓壁材料密度，=7850kg/m3 表示轉鼓內流體的自由表面半徑＝(0.225-0.06)m 表示轉速，＝ R表示轉鼓內半徑R =0.225m 表示鼓壁材料許用應力=98MPa 表示鼓壁材料屈服極限，kg/m2 代表屈服極限下的安全系數(shù)1.8-2.6、=2.5 代表鼓壁材料強度極限，單位kg/m2 代表強度極限下的安全系數(shù)=4 轉鼓壁材料奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti，代入后：4.9mm。 按剛度分析： (5-2) 公式中字符：R表示轉鼓的內徑R=0.225m L表示轉鼓長度L=1.35m n表示生產時轉鼓轉速，n = 2500r/min S表示轉鼓的壁厚，單位m 代表開孔削弱系數(shù)＝1 轉鼓材料奧氏體不銹鋼，求得：S=6.39mm~12.8mm。綜上，兩方法的最小壁厚值基本一樣，取壁厚最小值12mm. 5.1.3 轉鼓內表面處理方法 可以在轉股內壁焊接筋條，筋條和粘附在鼓壁上的污泥形成的接觸層可以有效地隔離推料器和鼓壁，避免直接偏心碰撞。再者就是在鼓壁本身設置拉槽，也能在鼓壁和推料器之間起隔離潤滑作用[12]。采用在內表面拉槽的方式制造方便，也避免直接對推料器直徑產生影響。查閱文獻[17]：拉槽寬度15-20mm、拉槽深度2-3mm、拉槽數(shù)量12-24條。最終取24條拉槽，內置拉槽寬度20mm、拉槽深度3mm。 5.1.4 設置出渣裝置 出渣口受物料持續(xù)的滑動摩擦力，容易損壞。一般可以覆蓋含有耐磨性質的涂料對出料口保護，還能直接在口上夾持可換的耐磨襯套。·本離心機采用可拆換的鎢合金材料襯套形式。出渣口一般設計為沿轉鼓直徑方向傾斜向下，共設6個出渣口方便出渣。 5.2 設計螺旋推料器 5.2.1 結構和作用 作用是將從進料倉出渣口離心出并沉降在轉鼓壁上的沉渣輸送排出，利用螺旋與轉鼓之間的差轉速來完成。結構有左右軸頸、連續(xù)式整體螺旋葉片、進料管等。如下圖所示： 圖5.3 螺旋推料器模擬結構圖 5.2.2 推料葉片 確定螺旋葉片形成的數(shù)據(jù)包括葉片高、整體螺旋葉片升角、螺旋頭數(shù)、葉厚螺旋和葉片間距等。只是需要確定葉片厚度，其他參數(shù)已確定或是互相推出。葉片厚度需滿足推料的強度條件和軸向推力要求，選擇厚度6mm的奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti。使用液態(tài)鎳基碳化鎢硬質合金涂料對螺旋葉片的正面進行硬化處理，增加推料葉片的耐磨特性。 5.2.3 計算推料器承受的轉矩 沉渣對螺旋推料器施加的轉矩： （5-3） 公式中字符：—脫水區(qū)分離因數(shù)，當n=2485r/min時， （5-4） —脫水區(qū)半徑均值，==164； —脫水區(qū)的軸向長度，==230mm； —轉速差，＝1.48(=20r/min). 代表結構系數(shù)，=,解得=1.79； G代表進料秒均流量，G=0.41Kg/s. 得：M=1702Nm。當取=20r/min時，＝1.12 ,=1242，M＝1847Nm。 5.2.4 計算推料器軸向力 推料器軸向力按式（5.5）計算： (5.5) 式中：、、、、同上： 求得：= 4261N。 5.2.5 求推料器壁厚 物料在轉鼓中轉動過程中，對推料器壁施加轉矩；推料器受自身質量的產生的轉動慣性的影響產生離心力（較?。Ｖ髑笈まD強度和剛度。 按強度計算： (5.6) (5.7) (5.8) 式中：—額定最大轉矩，=2800Nm； —材料許用應力，奧氏體不銹鋼1Crl8Ni9Ti，取=100MPa。 得：d169mm，則壁厚>(D-d)/2=3.1mm。 按剛度計算時： (5.9) (5.10) 式中：G表示剪切彈性模量G＝80GPa 代表允許扭轉角度=1°/m 代入相關參數(shù)得：d168.8mm，則壁厚＞( D-d )/2 =1.4mm。 本機實際取8~10mm。 5.3差速器部件 本機采用2K—H型行星齒輪差速器。 圖5.3　2K—H型行星齒輪差速器傳動機構簡圖 由二級行星齒輪機構構成，差速器的外殼與轉鼓固定聯(lián)結，內齒圈Bl 、B2與差速器外殼上的齒輪嚙合，主電機皮帶輪與差速器外殼相連，轉鼓的運動就直接由主電機控制。花鍵輸出軸2連接螺旋卸料器軸，左端一級中心輪被4皮帶輪間接驅動，中間連接著輸入軸，4皮帶輪還被5離合器控制，最終配合行星輪架以及右側中心輪把運動傳遞到二級行星輪，起進一步減速效果，輸出軸2與螺旋推料器相連。 5.3.1 行星差速傳動的特點 1、體積小、重量輕、結構緊湊、傳遞功率大、承載能力高 2、傳動比大 3、傳動效率高 4、運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動能力較強 5.3.2 差速器齒輪主要尺寸的確定 1、確定結構形式 根據(jù)差速器的設計要求，輸出轉速差n=10~35r/min,以此為設計標準。內齒輪輸入轉速=2500r/min,那么=2500/35=70，故要求傳動比i>70。考慮到行星傳動的特點，選擇兩級2K—H串聯(lián)行星傳動，其中兩個內齒圈固聯(lián)。 2、行星輪的數(shù)目np，取np =3。 3、載荷不均衡系數(shù) 采用行星輪油膜浮動，載荷不均系數(shù)取=1.15。 4、配齒計算 ⑴、一級傳動：中心輪=17，行星輪=79，內齒輪=175，模數(shù) =2 。 中心輪 節(jié)圓 d=17×2mm=34mm 齒頂圓 =[34+2×2×1]mm=38mm 齒根圓 =[34-2×2×(1+0.25)]mm=29mm 行星輪 節(jié)圓 d=79×2mm=158mm 齒頂圓 =[158+2×2×1]mm=162mm 齒根圓 =[158-2×2×(1+0.25)]mm=153mm 內齒輪 節(jié)圓 d=175×2mm=350mm 齒頂圓 =[350-2×2×1]mm=346mm 齒根圓 =[350+2×2×(1+0.25)]mm=355mm ①鄰接條件 齒頂圓之間保留間隙保證相鄰兩個行星齒輪不相碰，。 （5.11） —為行星輪數(shù)目。 代入各齒數(shù)=3.1>=3，符合鄰接條件。 ②裝配條件 三個行星齒輪的齒數(shù)必須符合和中心輪不錯位的正確嚙合，也必須都能正常裝配進去。裝入一個行星輪，使其與兩個中心輪正確嚙合，這樣兩個中心輪的相對位置就可以被確定，按照鄰接條件，另外兩個齒輪也就能正常裝入了，即 （5.12） 只要滿足上式即可，代入各齒數(shù)值，M=64為整數(shù)，滿足裝配條件。 ⑵、二級傳動：中心輪=22，行星輪=47，內齒輪=116，模數(shù)=3mm。 中心輪 節(jié)圓 d=22×3mm=66mm 齒頂圓 =[66+2×3×1]mm=72mm 齒根圓 =[66-2×3×(1+0.25)]mm=58.5mm 行星輪 節(jié)圓 d=47×3mm=141mm 齒頂圓 =[158+2×3×1]mm=164mm 齒根圓 =[158-2×3×(1+0.25)]mm=150.5mm 內齒輪 節(jié)圓 d=116×3mm=348mm 齒頂圓 =[348-2×3×1]mm=342mm 齒根圓 =[348+2×3×(1+0.25)]mm=355.5mm ①鄰接條件 將=22，=47代入公式（5.11） =3.98>=3 滿足鄰接條件。 ②裝配條件 將=22，=116代入式（5.12） 為整數(shù)，故符合裝配條件。 5.3.3 差速器齒輪強度的校核 差轉速計算： (5.13) (5.14) 公式中字符含義：表示差轉速 i代表差速器速比i=72 N表示轉鼓轉速 表示螺旋推料器轉速 表示輔電機輸入轉速　 在脫水離心過程中，差轉速穩(wěn)定的程度決定產出的效果。速比若是比較大，通過差速器縮小主輔電機轉速波動i倍，差轉速的穩(wěn)定也就由速比決定了。假如將轉鼓與推料器由主電機輔電機分開各自連接控制，很難保證兩者同時高轉速旋轉運動還能有一個比較恒定的小轉速差。 螺旋推料器在物料離心脫水時承受的轉矩比較大，計算后最大值超過2500Nm，主輔電機承受的轉矩相對推料器可以忽略不計，功率為11kw輔電機，它的負載額定扭矩=70Nm。能線性比例傳遞力矩也是差速器作用之一。行星輪差速器力矩關系分析如下圖所示。 圖5.4　所受力矩矢量示意圖 2K—H型行星齒輪差速器傳動效率非常高，所有傳動遵循所有平衡關系式，傳動損耗低到可以忽略不計。符合公式（5.15）、公式（5.16）： (5.15) (5.16) 公式中字符含義：表示外殼輸入力矩 代表輔傳動軸輸入力矩 代表輸出的驅動力矩（驅動螺旋推料器的力矩） 代表外殼轉速 代表輔傳動軸轉速 代表輸出轉速 聯(lián)立公式（5.15）、公式（5.16）得：=/i, =(i-1)i。若推料力矩為2800Nm，傳動比i=72，輔傳動軸上承受扭矩是38.9Nm。差速器的使用使離心機整體封閉功率傳遞，平衡內部摩擦力矩，避免功率大量損失，使機器結構間緊湊減小整體重量使整體靈活傳動，。 當離心機工作轉速2400r/min時，驅動功率： N = M/72 (5.17) 據(jù)推料力矩的計算結果，可得：M=585kw。采用差速器形成功率閉環(huán)后n=2500r/min時，驅動功率： N = (5.18) 求得=4.86kw。 本機選用傳動比i=72的2K—H型行星齒輪差速器，。 5.4出渣部位設計 出渣倉在轉鼓錐形段末端和差速器之間，收集甩出的沉渣。為避免影響出渣通暢并滿足高速回轉轉鼓的平衡，出渣口的外圓柱面上需設置2個對稱螺釘固定在轉鼓出渣口端的外圓面上的傾斜一定角度的鎢合金耐磨材料刮刀。 5.5 排液裝置 排液裝置設在轉鼓的大端，作用是從出液口排出分離液。在出液口加向心泵，液體可經向心泵把物料的動能轉化為壓力能。為避免分離液溢出，出液倉也設密封結構，并留排氣通道。如圖5.6所示。 圖5.5　向心泵流道示意圖 5.6 設計支撐旋轉部件 轉鼓兩端與機架接觸承重部分加深溝球軸承;螺旋推料器兩端與轉鼓之間，小端用深溝球軸承支承，大端采用兩個背對背安裝的角接觸球軸承支承,機架與輔驅動軸放置可移動的深溝球軸承。設計擋油密封與注油通道。機架和其它部件之間加隔震裝置，外部設置玻璃鋼保護罩。 5.7轉鼓部件材料選擇 轉鼓各個端蓋使用采用第一欄不銹鋼材料 ，鼓腔用第二種不銹鋼材料制作，部分參數(shù)如下表所示。 表5.1　不銹鋼材料及力學參數(shù) 材料 密度 Kg/m3 彈性模量 MPa 泊松比 強度極限 MPa 屈服極限 MPa 1Cr13 7.8× 2.0× 0.28 450 390 1Cr18Ni9Ti 7.8× 2.0× 0.28 520 205 5.8 校核螺釘參數(shù) 左端蓋和轉鼓圓柱段使用12個M10×60螺栓連接，每個承受的最大扭矩為2400Nm，柱形段和錐形段用12個M10×60螺栓連接承受的最大扭矩為240Nm，錐形段和右端蓋通過10個M10×30螺釘連接，幾乎不受扭矩。 計算每個左端蓋和柱段連接的螺栓所受的橫向載荷： （5.19） 式中：—轉鼓右腔體右端的扭矩，=1800N·m； m —連接螺釘個數(shù)，m=10； r —連接螺釘距扭轉中心的距離，r=0.148m。 代入?yún)?shù)計算得平均橫向載荷：R =1216.22N。 在各連接部件不相對滑動的前提下，所確定的預緊力和螺釘?shù)膽Γ捎晒剑?.20）、公式（5.21）計算： (5.20) (5.21) 式中：—可靠性系數(shù)=1.1~1.3； f 便是接觸面摩擦系數(shù)f=0.06~0.55，以實際情況確定； 表示螺釘?shù)挠嬎忝娣e，=5.8×。 擰緊螺紋副不滑動的力矩： (5.22) 式中：d—螺釘公稱直徑，d=1.0×m； 通過計算，=1.3、f=0.15時，要保證轉鼓左端蓋和左腔體結合面不發(fā)生相對滑動，P0>3206.34N，平均應力170.49MPa，轉鼓組件的連接螺釘應選用4.6級以上、T>15.2N·m。 5.9選擇電機 根據(jù)驅動功率的計算分析，離心機平穩(wěn)運行時驅動總功率為20.8kw，離心機啟動運轉時驅動總功率31kw。離心機需要長時間運轉，且可能存在功率波動，而驅動電機不宜長期工作在額定功率狀態(tài)，離心機驅動總功率應配置在35kw以上。 在電機功率選型時，輔電機的功率可根據(jù)差速器的額定扭矩來選擇。按下式計算： （5.23） 公式中符號含義：N表示輔電機的功率 單位kw M表示差速器的額定扭矩 單位Nm N表示輔電機最高轉速，Nmax=2500r/min i表示差速器傳動比，i=72 代入計算得：N>10kw。輔電機選用11kw的4級變頻調速電機YVP160M。 根據(jù)相關文獻[8]所做的分析和推導，離心機在工作過程中，離心機的所有功率消耗全部需要由主電機提供驅動，主電機功率需大于31kw，使用37kw的4級變頻調速電機YVP225S。主電機采用傳動比為 1:1.5的皮帶輪傳動方式，輔電機采用1:1的皮帶傳動方式。 5.10 本章小結 本章通過參考有關離心機的相關資料，同時查閱有關手冊、圖冊等資料后，對轉鼓的結構、壁厚、內表面處理方法進行了確定。設計出了出渣口、進料倉和排液裝置。同時，像螺旋推料器、差速器等重要零件的設計過程更是作了詳細說明，并對需要驗算的地方作了強度驗算。最后，像旋轉支撐、材料、螺栓強度驗算等本章也有說明。 34 參考文獻 [1] 劉凡清，范德順．固液分離與工業(yè)水處理[M]．北京：中國石化出版社，2001：152-187． [2] 譚蔚，劉麗艷．機織濾布的生產與應用[J]．化工進展，2002, 21 (6)：420-424． [3] 楊守志．固液分離[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003：68-79． [4] 胡峰平．城市污水處理廠污泥濃縮工藝的應用與研究進展[A]．污泥處理處置技術與裝備國際研討會[C]．北京：化學工業(yè)出版社，2003：277-281． [5] 譚蔚石，建明等．國外過濾與分離技術的進展[J]．化工機械，2002，29 (4)：245-248． [6] Cooperstein, Joseph L. 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