進口臥式刮刀離心機的基本原理及實踐

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

    （1．中國礦業大學化學與環境工程學院，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的結構、工作原理，重點分析離心機核心部件—差速器的工作原理，提出改進易損件結構的建議，以降低設備維護成本,分析各參數對離心機工作的影響。

    關鍵詞：刮刀卸料離心機；脫水；差速器

    中圖分類號：TD94文獻標志碼：A文章編號：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，該機型具有價格低廉、可靠性高、脫水效果好等優點，并且該機型在我國具有很長的使用歷史，技術比較成熟，但是立式刮刀卸料離心脫水機安裝高度、維修篩籃和刮刀拆卸比較困難。臥式刮刀卸料離心脫水機安裝高度相對較低，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的H1000型臥式刮刀卸料離心脫水機。

    1·結構和工作原理

    1.1結構（見圖1）

               

    （1）工作部件該機工作部件由刮刀、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行調整。

    （2）回轉系統回轉系統包括主電機、三角皮帶、皮帶輪、差速器等部件，通過三角皮帶將主電機的旋轉傳輸給大皮帶輪，從而帶動差速器工作，差速器的特殊設計使它具有一個輸入速度，2個轉速不同的輸出速度，2個輸出速度分別被分配給刮刀和篩籃，形成篩藍和刮刀之間的差速。

    （3）機座組件機座組件包含下機座和上機座。下機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座。上機座支撐水倉體、篩籃、主電機等部件。

    （4）扭矩限制器為了對差速器提供機械保護，在其輸入軸端安裝有扭矩限制器，當機械過載時（此時固定軸產生轉動），扭矩限制器就會起作用，將固定軸和輸入軸分開，同時釋放一個信號，該信號會停止驅動電動機以保護差速器。這樣，引發扭矩限制器工作的負載通常大于驅動電動機的最大工作負載。

    （5）潤滑系統潤滑系統由油泵、油泵電機、過濾器、油箱、壓力開關、油管和安裝到減速機輸入軸上的旋轉聯軸器組成。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主要通過篩籃旋轉產生的離心力對物料進行脫水，同時通過刮刀與篩籃的速度差將物料推出篩籃。

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

    1.3差速器結構原理

    差速器是刮刀卸料離心機的關鍵部件，主要是將輸入速度經差速器傳動以后產生2個輸出速度，分別帶動篩籃和刮刀轉動，產生一定的速度差，進而實現刮刀卸料的目的。臥式刮刀卸料離心機差速器原理如圖2所示。

              

    內齒圈齒數為z1，是由銷軸和套筒組成的圓柱形齒，在離心機的差速器中是旋轉的，兩端分別與皮帶輪和篩籃相聯接，由電動機驅動皮帶輪，設其角速度為ω1，帶動篩籃旋轉進行煤炭脫水。擺線輪的齒是短幅外擺線的等距曲線，其齒數為z2，其轉速為ω2，它的自轉帶動輸出軸轉動，輸出軸帶動刮刀旋轉，因此刮刀的角速度也是ω2。輸入軸由偏心軸和軸承組成，其轉速為ωH。差速比，是2個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。在該設計中，為了潤滑油從中心軸里輸送，讓ωH=0，則

               

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

                     I=z2

    （1）輸出轉速差小，在等功率條件下，提高了扭矩，增大了刮刀能力。

    （2）刮刀轉向與篩籃相同，并且比篩籃速度快。

    （3）輸入速度差為z2轉時，輸出速度差為1轉。

    2·各參數對離心機工作的影響

    （1）篩籃轉速的影響

    篩籃轉速增加，分離因數也隨之增大，這樣，可以改善脫水效果。但是，篩籃轉速增大后，同時也增加了刮刀轉速，減少了物料在篩籃上的停留時間，反而影響脫水效果。選煤廠使用的刮刀離心脫水機篩籃轉速一般在750~850 r/min，由于其對脫水效果的綜合影響，篩籃的轉數也就局限在上述范圍之內，H1000離心機篩籃轉速在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間。一般離心機的篩籃長度為500~600 mm，物料在篩面上的停留時間為1 s，H1000離心機篩籃長度也在該范圍內，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間。增加篩籃長度，脫水后物料的水分會略有降低。

    （3）入料濃度的影響

    隨著入料濃度的提高，產品水分明顯下降,脫水速度減緩，離心液濃度略有降低，但脫水效率降低。這是因為當入料濃度大至一定程度時，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

    粒度組成對評定脫水效果的各項指標均有影響，隨著入料中細粒含量的增加，各項評價指標均有變差的趨勢。其原因是隨著粒度變細，細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，導致產品水分增高，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離心機的工作影響很大，間隙越小，篩面上滯留的煤越少，離心機的載荷越輕，篩縫被堵塞的現象也越少，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，也增加了離心機的載荷。但間隙太小時會嚴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型離心機刮刀與篩籃間隙可調，根據調整刮刀墊片，間隙可在3~15 mm內調整使用。

    （6）篩籃縫隙的影響

    隨著篩縫的加大，產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。刮刀離心機主要用于處理選煤廠煤泥及末煤，入料粒度組成相對較小，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·存在的問題及改進措施

    刮刀卸料離心機相對其他離心機機型，與物料直接接觸的刮刀也屬于易損部件，目前我國國內的刮刀市場價格在10~20萬元，并且刮刀和篩籃的更換大大影響了正常生產，降低了生產效率，增加離心機的維護成本,因此,提高易損件的壽命是要解決的主要問題。

    （1）刮刀

    通過現場大量調研發現,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,對該部位的沖刷磨損嚴重，該部位可采用高耐磨合金材料增加其耐磨性，對磨損后的刮刀葉片進行焊接修補，降低維護成本。或者采用焊接葉片，對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

    篩籃在使用一段時間后，由于物料對篩籃的沖擊以及物料和篩籃之間的相對運動，會出現篩縫變寬，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斷開。

    4·結語

    臥式刮刀卸料離心機與立式相比具有安裝高度低、處理量大、機械性能穩定和故障率低等優點，通過實驗分析，得出了有益的結論：

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

    （2）刮刀轉向與篩籃相同，比篩籃速度快。

     

    （4）提出了改進刮刀合金材料焊接、修補刀片建議措施。

參考文獻：

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