進(jìn)口臥式刮刀離心機(jī)的基本原理及實(shí)踐

              郭苗1，王新文1，王宏凱1，趙國鋒1，趙小楠1，趙金梅2

    （1．中國礦業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.衡水天鷹科技有限公司，河北衡水053000）

    摘要：介紹刮刀卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理，重點(diǎn)分析離心機(jī)核心部件—差速器的工作原理，提出改進(jìn)易損件結(jié)構(gòu)的建議，以降低設(shè)備維護(hù)成本,分析各參數(shù)對(duì)離心機(jī)工作的影響。

    關(guān)鍵詞：刮刀卸料離心機(jī)；脫水；差速器

    中圖分類號(hào)：TD94文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1003－0794（2010）09－0197－03

    0 概述

    用離心力來分離固體和液體的過程稱為離心脫水。離心脫水可以采用2種不同的原理：離心過濾和離心沉降。過濾式離心脫水機(jī)按篩籃安裝方式可分為立式和臥式；按卸料方式可分為慣性卸料、刮刀卸料和振動(dòng)卸料3種。

    目前在選煤廠使用的卸料方法主要是刮刀和振動(dòng)2種，我國選煤廠末煤、煤泥脫水普遍選用立式刮刀卸料離心脫水機(jī)，該機(jī)型具有價(jià)格低廉、可靠性高、脫水效果好等優(yōu)點(diǎn)，并且該機(jī)型在我國具有很長的使用歷史，技術(shù)比較成熟，但是立式刮刀卸料離心脫水機(jī)安裝高度、維修篩籃和刮刀拆卸比較困難。臥式刮刀卸料離心脫水機(jī)安裝高度相對(duì)較低，篩籃和刮刀的拆裝比較容易。目前，我國選煤廠使用的大多為荷蘭天馬公司生產(chǎn)的H1000型臥式刮刀卸料離心脫水機(jī)。

    1·結(jié)構(gòu)和工作原理

    1.1結(jié)構(gòu)（見圖1）

               

    （1）工作部件該機(jī)工作部件由刮刀、篩籃、水倉體等組成；篩籃具有一定的錐度，和刮刀配合，刮刀和篩籃之間的間隙可以通過加減墊片進(jìn)行調(diào)整。

    （2）回轉(zhuǎn)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括主電機(jī)、三角皮帶、皮帶輪、差速器等部件，通過三角皮帶將主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳輸給大皮帶輪，從而帶動(dòng)差速器工作，差速器的特殊設(shè)計(jì)使它具有一個(gè)輸入速度，2個(gè)轉(zhuǎn)速不同的輸出速度，2個(gè)輸出速度分別被分配給刮刀和篩籃，形成篩藍(lán)和刮刀之間的差速。

    （3）機(jī)座組件機(jī)座組件包含下機(jī)座和上機(jī)座。下機(jī)座是用螺栓緊固在地面上，并支撐油泵油箱組件，通過隔振器支撐上機(jī)座。上機(jī)座支撐水倉體、篩籃、主電機(jī)等部件。

    （4）扭矩限制器為了對(duì)差速器提供機(jī)械保護(hù)，在其輸入軸端安裝有扭矩限制器，當(dāng)機(jī)械過載時(shí)（此時(shí)固定軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)），扭矩限制器就會(huì)起作用，將固定軸和輸入軸分開，同時(shí)釋放一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)會(huì)停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以保護(hù)差速器。這樣，引發(fā)扭矩限制器工作的負(fù)載通常大于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最大工作負(fù)載。

    （5）潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)由油泵、油泵電機(jī)、過濾器、油箱、壓力開關(guān)、油管和安裝到減速機(jī)輸入軸上的旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器組成。油泵將油送到各軸承和差速器中，并借助重力通過差速器箱體，最后返回到油箱中。

    1.2工作原理臥式刮刀卸料離心脫水機(jī)主要通過篩籃旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力對(duì)物料進(jìn)行脫水，同時(shí)通過刮刀與篩籃的速度差將物料推出篩籃。

    物料通過進(jìn)料管進(jìn)入刮刀錐形筒內(nèi)部，并在離心力的作用下穿過各進(jìn)料孔，分散到篩籃上，在篩籃高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下將水分脫出進(jìn)入水倉體，并匯集到出水口排出機(jī)體。固體顆粒則留在篩籃上，在篩藍(lán)和刮刀之間的差速作用下，將固體物料推出篩籃。

    1.3差速器結(jié)構(gòu)原理

    差速器是刮刀卸料離心機(jī)的關(guān)鍵部件，主要是將輸入速度經(jīng)差速器傳動(dòng)以后產(chǎn)生2個(gè)輸出速度，分別帶動(dòng)篩籃和刮刀轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一定的速度差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刮刀卸料的目的。臥式刮刀卸料離心機(jī)差速器原理如圖2所示。

              

    內(nèi)齒圈齒數(shù)為z1，是由銷軸和套筒組成的圓柱形齒，在離心機(jī)的差速器中是旋轉(zhuǎn)的，兩端分別與皮帶輪和篩籃相聯(lián)接，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪，設(shè)其角速度為ω1，帶動(dòng)篩籃旋轉(zhuǎn)進(jìn)行煤炭脫水。擺線輪的齒是短幅外擺線的等距曲線，其齒數(shù)為z2，其轉(zhuǎn)速為ω2，它的自轉(zhuǎn)帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸帶動(dòng)刮刀旋轉(zhuǎn)，因此刮刀的角速度也是ω2。輸入軸由偏心軸和軸承組成，其轉(zhuǎn)速為ωH。差速比，是2個(gè)輸入速度之差與輸出速度之差的比，即是刮刀、篩籃的速度差與大皮帶輪、小皮帶輪的速度差之比。在該設(shè)計(jì)中，為了潤滑油從中心軸里輸送，讓ωH=0，則

               

    為了增大差速比，提高刮刀對(duì)煤炭的推力和扭矩，一般z1-z2＝1，故也稱為少齒差傳動(dòng)。此時(shí)

                     I=z2

    （1）輸出轉(zhuǎn)速差小，在等功率條件下，提高了扭矩，增大了刮刀能力。

    （2）刮刀轉(zhuǎn)向與篩籃相同，并且比篩籃速度快。

    （3）輸入速度差為z2轉(zhuǎn)時(shí)，輸出速度差為1轉(zhuǎn)。

    2·各參數(shù)對(duì)離心機(jī)工作的影響

    （1）篩籃轉(zhuǎn)速的影響

    篩籃轉(zhuǎn)速增加，分離因數(shù)也隨之增大，這樣，可以改善脫水效果。但是，篩籃轉(zhuǎn)速增大后，同時(shí)也增加了刮刀轉(zhuǎn)速，減少了物料在篩籃上的停留時(shí)間，反而影響脫水效果。選煤廠使用的刮刀離心脫水機(jī)篩籃轉(zhuǎn)速一般在750~850 r/min，由于其對(duì)脫水效果的綜合影響，篩籃的轉(zhuǎn)數(shù)也就局限在上述范圍之內(nèi)，H1000離心機(jī)篩籃轉(zhuǎn)速在780 r/min左右。

    （2）篩籃長度的影響

    篩籃長度決定著物料在篩面上的停留時(shí)間。一般離心機(jī)的篩籃長度為500~600 mm，物料在篩面上的停留時(shí)間為1 s，H1000離心機(jī)篩籃長度也在該范圍內(nèi)，且刮刀和篩籃之間速度差為13左右，保證物料在篩籃上的停留時(shí)間。增加篩籃長度，脫水后物料的水分會(huì)略有降低。

    （3）入料濃度的影響

    隨著入料濃度的提高，產(chǎn)品水分明顯下降,脫水速度減緩，離心液濃度略有降低，但脫水效率降低。這是因?yàn)楫?dāng)入料濃度大至一定程度時(shí)，離心力不足以克服水分子和煤表面的吸附作用所致。

    （4）入料粒度組成的影響

    粒度組成對(duì)評(píng)定脫水效果的各項(xiàng)指標(biāo)均有影響，隨著入料中細(xì)粒含量的增加，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均有變差的趨勢(shì)。其原因是隨著粒度變細(xì)，細(xì)小顆粒充分填充于大顆粒所形成的物料層孔隙中，因此整個(gè)物料層的孔隙變小，孔隙率下降，物料層的比阻增大，從而增加了水分通過物料層的難度，導(dǎo)致產(chǎn)品水分增高，脫水效果變差。

    （5）篩籃與刮刀間隙的影響

    篩籃和刮刀的間隙對(duì)離心機(jī)的工作影響很大，間隙越小，篩面上滯留的煤越少，離心機(jī)的載荷越輕，篩縫被堵塞的現(xiàn)象也越少，有利于脫水；間隙越大,篩面上黏附一層不下落的煤，既不利于脫水，也增加了離心機(jī)的載荷。但間隙太小時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響篩籃和刮刀的使用壽命，一般使用上通常選取8~11 mm，H1000型離心機(jī)刮刀與篩籃間隙可調(diào)，根據(jù)調(diào)整刮刀墊片，間隙可在3~15 mm內(nèi)調(diào)整使用。

    （6）篩籃縫隙的影響

    隨著篩縫的加大，產(chǎn)品水分較大程度降低，脫水速度加快，但離心液濃度也迅速提高，脫水效率明顯變差。刮刀離心機(jī)主要用于處理選煤廠煤泥及末煤，入料粒度組成相對(duì)較小，末煤粒度一般在13mm以下，煤泥粒度一般＜0.5 mm，為了避免物料隨離心液脫出，篩縫一般≤0.5 mm。

    3·存在的問題及改進(jìn)措施

    刮刀卸料離心機(jī)相對(duì)其他離心機(jī)機(jī)型，與物料直接接觸的刮刀也屬于易損部件，目前我國國內(nèi)的刮刀市場(chǎng)價(jià)格在10~20萬元，并且刮刀和篩籃的更換大大影響了正常生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效率，增加離心機(jī)的維護(hù)成本,因此,提高易損件的壽命是要解決的主要問題。

    （1）刮刀

    通過現(xiàn)場(chǎng)大量調(diào)研發(fā)現(xiàn),刮刀的主要磨損為圖3中所示的A位置,這一部位主要由于物料含水量比較大,對(duì)該部位的沖刷磨損嚴(yán)重，該部位可采用高耐磨合金材料增加其耐磨性，對(duì)磨損后的刮刀葉片進(jìn)行焊接修補(bǔ)，降低維護(hù)成本?；蛘卟捎煤附尤~片，對(duì)葉片采用特殊耐磨材料，增加其耐磨性，延長刮刀使用壽命。

                     

    （2）篩籃

    篩籃在使用一段時(shí)間后，由于物料對(duì)篩籃的沖擊以及物料和篩籃之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)篩縫變寬，篩籃磨損等情況，一般的不銹鋼篩籃的使用壽命為90~180 d，根據(jù)處理物料的不同而略有變化。篩絲采用更加耐磨的合金材料，提高其耐磨性能，在篩籃橫向焊接上采用一體化焊接，避免篩絲變形及焊接點(diǎn)斷開。

    4·結(jié)語

    臥式刮刀卸料離心機(jī)與立式相比具有安裝高度低、處理量大、機(jī)械性能穩(wěn)定和故障率低等優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)分析，得出了有益的結(jié)論：

    （1）臥式刮刀卸料離心機(jī)，通過差速器的轉(zhuǎn)化，將一個(gè)輸入速度，分解為篩籃和刮刀2個(gè)輸出速度。同時(shí)，輸入轉(zhuǎn)速差被減速了，輸入轉(zhuǎn)速差大，輸出轉(zhuǎn)速差小，在等功率條件下，提高了扭矩，增大了刮刀能力。

    （2）刮刀轉(zhuǎn)向與篩籃相同，比篩籃速度快。

     

    （4）提出了改進(jìn)刮刀合金材料焊接、修補(bǔ)刀片建議措施。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：郭苗（1983-），女，河北保定人，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）在讀碩士，從事潔凈煤技術(shù)專用設(shè)備的研究，電話：010-51733181，電子信箱：guomiao2008@qq.com.責(zé)任編輯：馬寶玲