沉降式卧螺离心机分离技术

卡洛里斯
(德国福乐伟公司，D-84137 Visbiburg,Germany)

　　中图分类号：X703.3
　　文献标识码：D
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0090-03

1　分离原理

　　卧螺离心机的主要作用是将固体从液体中分离出来(即两相分离)，在澄清过程中悬浮固体受到离心力以及与此相反的浮力和流动阻力的作用(见图1)，而澄清速度是上述各个力综合作用的结果。?

　　流动阻力取决于颗粒的尺寸、形状以及液体的粘度。液体与沉降的固体所产生的摩擦力以及螺旋
　　旋转的旋流和转筒旋转产生的搅动共同产生一个综合性的动力效应，对离心机内的半静态沉降产生强烈的作用效果。
　　卧螺离心机的分离特点为它是一个连续分离的过程，所分离的悬浮液中固体含量较高。?

2　运行过程

　　福乐伟高速卧螺离心机的结构如图2所示。
　　简单地讲，卧螺离心机是一个旋转的转筒，其两端支承在轴承上并且由一根静置的进料管将物料输送到机内。由于高速旋转和摩擦，物料在机器内部被加速并且形成一个圆柱液环，离心力的作用使固体首先沉降到转筒的内壁而液体则通过后端的溢流口流出。在机器的前端，因直径变小而形成一个圆锥，圆锥的最小端还有排渣口，这种结构可以保证液体不会从排渣口排出。

　　为了使累积在转筒内壁的固体能排出机外，在机内安装一台螺旋输送器以使澄清液从原来沿轴向的流动变成螺旋流动，这种螺旋流动会使液体的流通能力增强，同时也会产生搅动效应。
　　如果转动螺旋使得螺旋和转筒产生一个相对的差速就会对沉降在转筒的固体产生一个向圆锥推进的输送力，于是沉降在转筒内壁的固体被螺旋输送器往前推送并到达排渣口，在离心力的作用下排出机外。
　　转筒和螺旋之间的差速应保持稳定，以免固体流量增加时差速降低而导致物料不能及时排出机外而造成离心机堵塞。
　　在固体物料被输送的过程中会产生摩擦，转筒的磨损对离心机安全运行的影响至关重要，为控制磨损可将沉降在螺旋和转筒间隙中的固体作为自我保护层，同时为了防止螺旋叶片边缘的磨损，可以在螺旋叶片上加一层保护材料，如福乐伟公司采用特殊的碳化钨喷涂技术使螺旋叶片上的保护层厚达6mm，保护层可定期更新。
　　在排渣口可以通过将碳化钨、陶瓷材料或冷铸铁制成的衬套将排渣口保护起来以降低磨损。 螺旋体内部的加速分布区也可以通过加上可调换的衬套来进行保护。
　　在机器的设计中应注意使物料从分布口加入转筒内部的过程尽量柔和，避免物料在高速运行的情况下产生搅动，特别是当加入絮凝剂时更应注意。?

3　机器参数

3.1不变的机器参数
　　①转筒直径。福乐伟卧螺离心机的直径为180～920mm，这就意味着在径长比相同的情况下，理论上的体积分离范围为1∶130。
　　卧螺离心机的直径不可能无限制地增加，因为随着直径的增加可允许的最大速度会由于材料坚固性的降低而降低，从而离心力也相应降低。从经济的角度讲，不能通过增加卧螺离心机的直径来增加其流量。
　　②转筒直径和长度之比。过去径长比一直保持在1∶2，而现在已经可以达到1∶3或1∶4( 甚至更高)。径长比对物料在澄清区的停留时间有影响，它确定了离心机的体积流量。径长比对固体流量没有很大的影响，但是它对泥饼的含湿量有影响，这一点不可忽视。
　　③转筒圆锥角度。圆锥角度对固体流量的性能具有重要影响，由于离心力的作用，当颗粒到达转筒内壁并被螺旋向前输送的同时也具有向后流动的趋势，而向后流动的速度与螺旋斜角有关，最后体现在锥角上。两者对固体颗粒的输送性能产生直接的影响，即随着回流速度的增加则固体输送速度下降。
　　④机器制造材料。材料的坚固性体现在离心机的转速上，它也直接对体积流量和质量流量产生影响，此外离心机的腐蚀也与其材料结构有关。?
3.2　可变的机器参数
　　在卧螺离心机的研制发展过程中，人们试图将许多不可变的参数转变成可变的参数。
　　①转筒速度。其调节可以通过改变皮带轮的直径、采用可控电机或液压马达。不仅是固体颗粒的沉降速度，而且当物料进入转筒并被加速而产生的压力也对转筒速度的提高有影响。
　　②差速。差速直接影响固体颗粒在机器内部的流量，另外增大差速不仅增加固体流量而且还增大机器澄清区内的搅动，从而使澄清效率下降，这时就必须将体积流量降低。
　　增大差速还会减少固体颗粒在机器内的停留时间、增大排出固体的含水量。
　　③液层厚度。液体在机内停留时间的增加则液层的厚度也增加，其结果是澄清效率提高，但同时机内的干燥区间缩短会使离开液面的固体含水量也增大，即脱水效果反而有所降低。
因此，液层厚度的调节会直接影响到沉降速度、流量以及固体排出量。
　　④物料加入位置。以前若要改变这个位置就必须调换离心机的基本部件(即螺旋)，而新型卧螺离心机可以通过特殊的设计使进料位置可调，从而达到最佳的分离效果。
　　⑤调换螺旋。可使离心机的参数发生相应的变化，如将一个单螺距的螺旋调换成一个双螺距的螺旋而保持其他参数不变时可以提高固体流量。
　　没有一个万能的螺旋可以适用所有的物料，因此除了单、双螺旋外，还有很多不同的设计，例如有专门的螺旋用于大流量的输送或用于粒径＜1μm的物料。?
3.3　运行参数控制
　　①混合驱动系统
　　采用有变频器的驱动系统可使转筒速度在运行中无级调节，而螺旋差速也随着转筒速度而相应变化。在机器停机的时候，还可以通过调换不同的皮带轮组来获得不同的速度。
　　采用液压驱动系统来驱动螺旋可使差速在运行中无级调节，而液压油直接与螺旋驱动的力矩相对应，即它与转筒内部所沉降的物料成正比。
　　这种互连系统是一种闭路控制系统，可以根据转筒内沉降的固体输送的要求而独立地控制螺旋差速。如果力矩增加则螺旋的差速也成正比地增加，而转筒速度可以保持不变(从而使排出转筒的固体干度保持恒定)。
　　可变泵式叶轮技术可在机器运行的情况下调节机内液层厚度以使卧螺离心机无需停机即可进行快速调节以达到最佳的分离效果。
　　②新型独立驱动系统
　　新型的SIMP DRIVE○独立驱动系统的结构特点为转筒和螺旋的驱动分别由两台独立的变频电机来驱动。
　　采用新型齿轮箱连接转筒和螺旋，这种齿轮箱除了能承受高扭矩外，还能够在转筒不转动的情况下独立转动螺旋。
　　该驱动系统除了能保持液压系统承受大扭矩外，还能使差速达到更加精确的程度并能最大限度地降低甚至消除启动电流峰值和震动。具体操作为：在离心机启动时首先启动螺旋，这样可以排除上次运行中可能留下的残余物质从而避免了转筒启动时可能发生的由于残留物分布不均匀而造成的启动震动大的情况；同时，在关闭机器时首先将转筒速度降低，然后由螺旋继续将残余物质排出机外。
　　这种转筒和螺旋分开独立驱动的系统还可以在机器堵塞时单独启动螺旋，在低速的情况下排出停留在机内的残余物质，从而简化了保养和维修的过程。

　　电　话：(021)54420775(项泽宇)
　　收稿日期：2002-02-30