文 献 综 述

转速为4000~10000转/分的蝶式分离机能高效迅速地分离二种液体与一种固体，它已经广泛地应用于化工、医药、石油、交通、食品、轻工以及生物等领域 ^[1]。蝶式离心机属于沉降离心机，用于粘性液体与细小固体颗粒组成的悬浮液或密度相近的液体组成的乳浊液等。是利用混合液中具有不同密度且互不相溶的轻、重液和固相，在离心力场中获得不同的沉降速度的原理，达到分离分层或使液体中固体颗粒沉降的目的 ^[2]。

与其他离心机相比，蝶式离心机最大的特点是转鼓内安装碟片把分离室分成若干分离区使物料的行程达到最小距离，可获得最佳的分离效果。同时由于结构比较复杂，转鼓零件多，清洗比较困难，因此在料液处理量少的间歇生产过程中，它就不如管式离心机用的多。按工艺操作来分，则有离心澄清型和离心分离型两大类；按排渣方式的不同蝶式分离机可分为人工排渣、喷嘴排渣和活塞排渣^[3]。

1蝶式分离机的发展趋势

1.1国外蝶式离心机的现状

西德WESTFALIA公司生产的蝶式分离机品种之多堪称世界之最，已研制了70多个系列，近30种不同规格，其中DA20型喷嘴蝶式分离机转鼓悬挂、顶部传动可用作浓缩器，具有沉渣内循环和洗涤装置，20个喷嘴可从外部更换，生产能力可达20~300 m 3 /时。在1985年第22届ACHEMA上展出HSAZOO型自动排渣分离机，主要用于

分离的固体容量和生产能力较大，采用皮传动、液力联轴器及抗震吸收器，设计新颖结构完善，将蝶式分理解的水平更提高一步^[4]。

当前国外在蝶式分离机方面的进展大致分为几个方面

（1） 进一步研究流体力学

（2） 技术参数的提高和发展新结构

（3） 机器功能的增加

（4） 发展系统的控制能力

1.2 国内蝶式离心机的现状及发展趋势

据不完全统计，目前我国从事蝶式分离机械产品设计，研究和制造的企事业单位约100多家，归国科研院所10家。这些单位分布于机电、化工、轻工、核能、医药、航空、航天等各个部门，在100多家企业中，有专业厂也有兼业厂^[5] 。

从行业的情况看，引进了国外先进产品，对提高我国蝶式离心机产品质量起到了很好的作用，使少量产品达到了80年代国际水平，但由于加工工艺的不足，还很难满足市场需求。因此，从整体上我国碟式离心机还没有完整的体系，自动化水平、机电一体化程度低^[6]。但国产蝶式离心机在脂肪酸行业等中小规格离心机上完全可以取代进口蝶式离心机^[7]。

蝶式分离是机集将机械、化工、流体力学、固体力学及自动控制等等学科集于一体，其技术难度大，专用性，针对性强，精度要求高。因此我国蝶式发展趋势是高速、大型化方向发展，提高设备转速，提高处理能力；自动化、机电一体化方向发展，严谨控制运行参数、处理量、分离质量等工艺参数，实现机电一体化，提高分离效率^[8]。

2 验用蝶式分离机的研究

相比工业上自动化程度很高的连续大批量生产的大型蝶式离心机，实验室用蝶式离心机更趋向小型化，精细化，自动化程度小^[9]。主要体现在转鼓、传动结构、轴承上。

2.1实验用蝶式分离机的转鼓

转鼓组件是蝶式分离机的主要工作部件^[10]。转鼓强度不足是造成蝶式分离机出现故障的重要原因^[11]。转鼓在高速旋转时 ,转鼓自身的质量引起离心力、转鼓内液体的压力以及转鼓零件间的相互作用力 ,都将会在转鼓零件内产生很高的应力 ,其数值与转鼓的半径的平方以及转速的平方成正比^[12] 。

转鼓密封元件是蝶式分离机密封结构的一个重要原件，它不仅受腐蚀介质的侵蚀，也承受排渣反复冲击力的作用。因此其要具有以下性质：不易侵蚀破坏、耐热性、耐磨性好、致密性良好、在承受压紧力和介质压力时不会过度变形破坏^[13]。

2.2实验用蝶式分离机的传动结构

目前碟式分离机的传动结构系统主要有螺旋齿轮传动和皮带传动两种形式^[14]。齿轮传动为最常用的一种结构，它是通过横轴和立轴一对轴角为 90#176;的螺旋齿轮增速带运分离机转鼓转动 ,传动速比一般为 3～ 5范围 ,起动时间为 3～ 15min^[15]。

旋齿轮传动两轴在空间交错 ,所以两齿轮的接触发生面相交 (不相重合 ) , 理论上点接触 ,但齿轮受载荷作用后 ,齿廓接触部分变形 ,形成小块面积接触 ,接触应力大 ,所以螺旋齿轮仅适用于传递功率不大的场合 ,用于碟式分离机圆柱螺旋齿轮传动 ,一般不大于45kw^[16]。

齿轮齿廓间不仅在齿高度方向有相对滑动速度 ,沿齿廓公切线方向亦有相对滑动速度 ,由于动速度切向滑动速度使齿廓更容易磨损 ,传动效率低^[17]。

皮带调节装置主要由底盘、压块、铜套、支撑螺钉、螺栓座、调节螺栓、弹簧等组成。

皮带调节是利用弹簧的压缩量改变来实现预紧力的调节^[18]。

2.3 实验用蝶式分离机的轴系统

分离机轴系结构如图2,转鼓通过锥面与立轴连接,弹簧座固定在机座上,在弹簧座内由6个均布的弹簧通过滑套支承立轴的上轴承立轴的下轴承铰接在机座上分离机上支承采用 6弹簧结构的挠性支承 ,结构很复杂 ,在转子系统发生振动时摩擦力不可避免^[18]。

碟式分离机立轴系统的动态特性与转鼓质量、陀螺力矩、转鼓高度、支承刚度及支承跨距、立轴的直径等因素有关。通过计算可以看出 ,对于分离机轴系来说 ,一阶临界转速的数值受上支承刚度影响较大 ,二阶临界转速受参振质量的影响较大 ,而转鼓结构参数的改变对各阶临界转速也有重要影响。在一定转速下进行分离机轴系动态性能设计时 ,应全面考虑上述各参数的影响 ,以便得到最优设计^[19]。

3 实验用蝶式分离机存在的问题分析

碟式分离机的性能好坏由多种技术因素所决定, 如设计、制造技术。其中转鼓的动平衡是一个十分关键的因素^[20]。碟式分离机的转鼓组装体在卧式低速动平衡机上是不可能达到平衡精度要求的。因此, 国内几家制造分离机的龙头厂,不惜重金引进了高速立式动平衡机, 但对于一般的制造厂, 由于没有高速立式动平衡机, 只得将转鼓组装体运送到有高速立式动平衡机的厂家去做动平衡。这样势必严重影响生产,增加制造或维修成本。而且碟式分离机种类繁多, 也不是所有分离机都能在单一的立式平衡机上进行平衡的^[21]。碟式分离机整机全速服役多年濒临报废的进 口机修复后, 再使用整机动平衡技术对转鼓组 装体进行精确动平衡,使机器运行十分平稳, 产生了较大的经济效益。 更值得一提的是利用整机平衡过程, 可以对整台机器从传动部件到转鼓件进行一次全 面的检查,消除隐患, 确保机器的正常运行, 增加它的使用寿命。立轴的弹性支承由轴向弹簧和径向弹簧组成 , 轴向弹簧主要是用来缓冲安装转鼓时造成的冲击 , 一般不易失效, 径向弹簧直接影响到立轴系统的动力特性 ,主要作用之一是降低立轴系统的临界转速 ,使碟式分离机的工作转速位于立轴系统的第一阶和第二阶临界转速之间 ;第二个作用是缓冲和减振 ,减少由立轴系统传到机座上的振动。径向弹簧长期处于较大的交变应力的作用下 ,如果应力超过了弹簧材料的疲劳极限, 就会出现疲劳裂纹 ,弹簧的刚度就会下降 ,进而会发生弹簧的断裂^[22]。

碟式分离机的转速很高 ,一般在 7000r/min 左右,而且转鼓的尺寸大、重量大 ,很小的偏心就会引起较大的振动, 过大的振动可能造成以下不良后果,一是增加轴承的动载荷 ;二是影响螺旋齿轮的啮合, 增加了齿与齿之间载荷的不均匀性 , 同时也加大了轮齿承受的动载荷, 缩短了齿轮的使用寿命;三是转鼓碰到机壳或进、排液管。因此,转鼓不平衡是碟式分离机最常见而且后果严重的故障。转鼓的不平衡在频谱图上主要表现为转鼓旋转频率成分的幅值增大。根据不同的发生原因,转鼓不平衡故障可分为以下两类^[23] 转鼓在使用过程中产生的永久变形转鼓高、碟片松动。

其它大多数的机器一样 ,齿轮失效也是碟式分离机的主要故障之一, 和其它机器相比 ,碟式分离机的齿轮传动有独特之处。首先 ,它的横轴和立轴相互垂直 ,采用了一对螺旋齿轮传动, 主、从动齿轮沿齿槽方向有高速滑动。其次,一般机器的工作转速低于原动机的转速, 因而, 齿轮主要是用来减速的,而碟式分离机却恰恰相反, 它的工作转速很高 ,因此,这对螺旋齿轮就被用作增速传动,这就决定了它的失效形式主要有以下几种^[24] :胶合、磨损、塑性变形、点蚀。

建立碟式分离机常见故障的诊断系统这一研究课题有着重大的工程实际意义和良好的应用前景。我相信, 经过广大从事碟式分离机研究的工程技术人员长期不懈的努力, 将不断完善并最终转化为工程实用技术,为国民经济的发展作出贡献 。^[25]

总结

我设计的实验室用蝶式分离机是一种人工排渣式的小型分离机，用于乳类的脱脂。外加减速器，。

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