翻袋式離心機(jī)濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)研究

范德順, 錢才富, 徐　鴻, 黃　鐘
摘要: 翻袋式離心機(jī)有一特殊的固相物料排出機(jī)構(gòu)即濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是翻袋式離心機(jī)zui重要的部件之一。為改善翻袋式離心機(jī)的性能,通過對(duì)現(xiàn)有2 種濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分析,研究設(shè)計(jì)了1 種新型的翻袋機(jī)構(gòu),減少了轉(zhuǎn)動(dòng)零件的數(shù)量,提高了可靠性,降低了機(jī)器成本。
關(guān)　鍵　詞: 過濾離心機(jī); 濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu); 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　過濾式離心機(jī)是1 種在石油化工、化工、制藥及食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的過濾設(shè)備。在過濾式離心機(jī)的發(fā)展過程中,人們對(duì)濾渣的卸出方法極為重視,很多離心機(jī)以濾渣的卸出方式命名,如刮刀離心機(jī)、活塞推料離心機(jī)和螺旋卸料離心機(jī)等。翻袋式離心機(jī)是1 種新型過濾式離心機(jī),它有一特殊的固相物料排出機(jī)構(gòu)即濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。離心機(jī)中的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一濾袋,排渣時(shí),濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將濾袋翻轉(zhuǎn),濾袋的內(nèi)表面變?yōu)橥獗砻?使固相物料在離心力作用下脫離濾袋。與刮刀離心機(jī)、活塞推料離心機(jī)和螺旋卸料離心機(jī)等相比,翻袋式離心機(jī)的過濾表面殘留物少,從而過濾阻力較小。翻袋式離心機(jī)具有余濕量小、洗滌效果佳及操作彈性大等優(yōu)點(diǎn),在石油化工、化工及制藥等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。為在我國(guó)發(fā)展翻袋式離心機(jī),作者研究了現(xiàn)有的2 種濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),并提出了1 種新的結(jié)構(gòu)。
1 　操作原理
　　翻袋式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓分為固定部分和可以進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的部分,見圖1。其中轉(zhuǎn)鼓蓋、轉(zhuǎn)鼓蓋連桿、濾布固定板、內(nèi)軸和濾袋為可以軸向運(yùn)動(dòng)部分。進(jìn)料管用來(lái)輸送懸浮液,轉(zhuǎn)鼓蓋在裝料或離心過濾過程中封閉轉(zhuǎn)鼓,見圖1a 。轉(zhuǎn)鼓蓋由轉(zhuǎn)鼓蓋連桿與濾布固定板相連,濾布固定板由內(nèi)軸牽拉。轉(zhuǎn)鼓與外軸相連并由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。內(nèi)軸與外軸可相對(duì)滑動(dòng),在固相排出階段,內(nèi)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓蓋、轉(zhuǎn)鼓蓋連桿、濾布固定板和濾布移出轉(zhuǎn)鼓,濾布的內(nèi)表面變成了外表面,在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下將沉積物甩出（圖1b） 。

2 　幾種翻袋機(jī)構(gòu)比較
　　轉(zhuǎn)鼓蓋的打開和關(guān)閉來(lái)自內(nèi)軸與外軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。牽動(dòng)內(nèi)軸的方式不同,就會(huì)產(chǎn)生不同的濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)決定著轉(zhuǎn)鼓在脫水狀態(tài)時(shí)能否密封和在排渣狀態(tài)時(shí)濾袋能否翻轉(zhuǎn)并順利排渣,因此是此機(jī)型發(fā)展的關(guān)鍵部件。
2.1 　油缸驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[1 ]
　　油缸驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是翻袋式離心機(jī)zui早的結(jié)構(gòu),帶動(dòng)濾袋翻轉(zhuǎn)的內(nèi)軸與油缸的活塞桿成為一體并與活塞相連,油缸與轉(zhuǎn)鼓同速轉(zhuǎn)動(dòng),以控制液壓油的進(jìn)出方向來(lái)控制濾袋的翻出或返回。此種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn): ①旋轉(zhuǎn)的油缸與靜止的供油裝置動(dòng)態(tài)接觸,容易漏油,污染環(huán)境。②活塞桿出入油缸容易污染所分離的產(chǎn)品和環(huán)境。③旋轉(zhuǎn)的油缸有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,會(huì)降低軸的臨界轉(zhuǎn)速。
　　油缸驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)近年來(lái)已被逐步淘汰。但我國(guó)有些離心機(jī)制造廠商仍在計(jì)劃生產(chǎn)使用油缸驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻袋式離心機(jī),原因是有關(guān)剛剛過期,生產(chǎn)此種結(jié)構(gòu)的離心機(jī)有合法性。此種作法的弊端是降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。
2.2 　海因科爾機(jī)械驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[2 ]
　　德國(guó)海因科爾公司自1994 年以來(lái),逐步用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)取代油缸驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),此種機(jī)械驅(qū)動(dòng)式濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)見圖2。電機(jī)通過帶輪驅(qū)動(dòng)外軸,另一個(gè)電機(jī)通過帶輪驅(qū)動(dòng)螺紋軸。當(dāng)驅(qū)動(dòng)外軸的電機(jī)速度大于驅(qū)動(dòng)螺紋軸電機(jī)的速度時(shí),螺紋軸會(huì)相對(duì)滑動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)?；瑒?dòng)螺母由于導(dǎo)向圓筒和導(dǎo)向鍵的限制作用不能旋轉(zhuǎn),故只能使螺紋軸作軸向運(yùn)動(dòng)并拉動(dòng)內(nèi)軸做軸向運(yùn)動(dòng)。在內(nèi)軸的拉動(dòng)下轉(zhuǎn)鼓蓋密封轉(zhuǎn)鼓,使轉(zhuǎn)鼓處于關(guān)閉狀態(tài),此時(shí)可以進(jìn)行裝料或離心過濾過程。相反,當(dāng)螺紋軸電機(jī)的速度大于外軸電機(jī)的速度時(shí),轉(zhuǎn)鼓蓋離開轉(zhuǎn)鼓,離心機(jī)處于卸料狀態(tài)。在圖2 中,皮帶輪1 右面的所有零件除支座外,均為高速旋轉(zhuǎn)件,這些零件在加料、過濾和洗滌等工況時(shí)與轉(zhuǎn)鼓同速。為控制內(nèi)軸的進(jìn)退,不但要準(zhǔn)確地控制螺紋軸電機(jī)及外軸電機(jī)各自的速度,還要控制它們的相對(duì)速度。此結(jié)構(gòu)的問題是旋轉(zhuǎn)件多,影響軸的振動(dòng)性能,增加了制造難度和機(jī)器成本,且控制難度大。

2.3 　隔離式機(jī)械濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
　　我們?cè)谏钊氲匮芯苛松鲜? 種機(jī)構(gòu)后[3 ,4 ] ,設(shè)計(jì)了隔離式機(jī)械濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),見圖3[5 ] 。此種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)件數(shù)量大幅減少。在圖3 中,與外軸固定的帶輪1 與導(dǎo)向圓筒之間的軸承使得導(dǎo)向圓筒不再隨外軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑒?dòng)螺母與內(nèi)軸之間的軸承使得滑動(dòng)螺母和螺紋軸等零件也不再隨內(nèi)軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承可傳遞軸向力,但隔離了前后零件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)。
螺紋軸在帶輪的帶動(dòng)下順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)內(nèi)軸在外軸內(nèi)滑動(dòng)。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):內(nèi)軸的進(jìn)退與外軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān),使機(jī)構(gòu)更易控制。旋轉(zhuǎn)件減少,降低了制造難度并提高機(jī)器的可靠性。轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度縮短,使軸的振動(dòng)性能得到改善。

3 　結(jié)語(yǔ)
　　通過分析已有的2 種濾袋翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),提出了1種新的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有旋轉(zhuǎn)零件少、容易控制以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。此外,新機(jī)構(gòu)還縮短了轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度,使軸系的剛度增加,提高了臨界轉(zhuǎn)速,使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。因此種結(jié)構(gòu)與外國(guó)無(wú)關(guān),有理由成為我國(guó)離心機(jī)制造廠商生產(chǎn)此種離心機(jī)的結(jié)構(gòu)。