进口卧式刮刀离心机的基本原理及实践

                      进口卧式刮刀离心机的基本原理及实践

              郭苗1，王新文1，王宏凯1，赵国锋1，赵小楠1，赵金梅2

    （1．中国矿业大学化学与环境工程学院，北京100083；2.衡水天鹰科技有限公司，河北衡水053000）

    摘要：介绍刮刀卸料离心机的结构、工作原理，重点分析离心机核心部件—差速器的工作原理，提出改进易损件结构的建议，以降低设备维护成本,分析各参数对离心机工作的影响。

    关键词：刮刀卸料离心机；脱水；差速器

    中图分类号：TD94文献标志码：A文章编号：1003－0794（2010）09－0197－03

    0 概述

    用离心力来分离固体和液体的过程称为离心脱水。离心脱水可以采用2种不同的原理：离心过滤和离心沉降。过滤式离心脱水机按筛篮安装方式可分为立式和卧式；按卸料方式可分为惯性卸料、刮刀卸料和振动卸料3种。

    目前在选煤厂使用的卸料方法主要是刮刀和振动2种，我国选煤厂末煤、煤泥脱水普遍选用立式刮刀卸料离心脱水机，该机型具有价格低廉、可靠性高、脱水效果好等优点，并且该机型在我国具有很长的使用历史，技术比较成熟，但是立式刮刀卸料离心脱水机安装高度、维修筛篮和刮刀拆卸比较困难。卧式刮刀卸料离心脱水机安装高度相对较低，筛篮和刮刀的拆装比较容易。目前，我国选煤厂使用的大多为荷兰天马公司生产的H1000型卧式刮刀卸料离心脱水机。

    1·结构和工作原理

    1.1结构（见图1）

               

    （1）工作部件该机工作部件由刮刀、筛篮、水仓体等组成；筛篮具有一定的锥度，和刮刀配合，刮刀和筛篮之间的间隙可以通过加减垫片进行调整。

    （2）回转系统回转系统包括主电机、三角皮带、皮带轮、差速器等部件，通过三角皮带将主电机的旋转传输给大皮带轮，从而带动差速器工作，差速器的特殊设计使它具有一个输入速度，2个转速不同的输出速度，2个输出速度分别被分配给刮刀和筛篮，形成筛蓝和刮刀之间的差速。

    （3）机座组件机座组件包含下机座和上机座。下机座是用螺栓紧固在地面上，并支撑油泵油箱组件，通过隔振器支撑上机座。上机座支撑水仓体、筛篮、主电机等部件。

    （4）扭矩限制器为了对差速器提供机械保护，在其输入轴端安装有扭矩限制器，当机械过载时（此时固定轴产生转动），扭矩限制器就会起作用，将固定轴和输入轴分开，同时释放一个信号，该信号会停止驱动电动机以保护差速器。这样，引发扭矩限制器工作的负载通常大于驱动电动机的最大工作负载。

    （5）润滑系统润滑系统由油泵、油泵电机、过滤器、油箱、压力开关、油管和安装到减速机输入轴上的旋转联轴器组成。油泵将油送到各轴承和差速器中，并借助重力通过差速器箱体，最后返回到油箱中。

    1.2工作原理卧式刮刀卸料离心脱水机主要通过筛篮旋转产生的离心力对物料进行脱水，同时通过刮刀与筛篮的速度差将物料推出筛篮。

    物料通过进料管进入刮刀锥形筒内部，并在离心力的作用下穿过各进料孔，分散到筛篮上，在筛篮高速旋转产生的离心力作用下将水分脱出进入水仓体，并汇集到出水口排出机体。固体颗粒则留在筛篮上，在筛蓝和刮刀之间的差速作用下，将固体物料推出筛篮。

    1.3差速器结构原理

    差速器是刮刀卸料离心机的关键部件，主要是将输入速度经差速器传动以后产生2个输出速度，分别带动筛篮和刮刀转动，产生一定的速度差，进而实现刮刀卸料的目的。卧式刮刀卸料离心机差速器原理如图2所示。

              

    内齿圈齿数为z1，是由销轴和套筒组成的圆柱形齿，在离心机的差速器中是旋转的，两端分别与皮带轮和筛篮相联接，由电动机驱动皮带轮，设其角速度为ω1，带动筛篮旋转进行煤炭脱水。摆线轮的齿是短幅外摆线的等距曲线，其齿数为z2，其转速为ω2，它的自转带动输出轴转动，输出轴带动刮刀旋转，因此刮刀的角速度也是ω2。输入轴由偏心轴和轴承组成，其转速为ωH。差速比，是2个输入速度之差与输出速度之差的比，即是刮刀、筛篮的速度差与大皮带轮、小皮带轮的速度差之比。在该设计中，为了润滑油从中心轴里输送，让ωH=0，则

               

    为了增大差速比，提高刮刀对煤炭的推力和扭矩，一般z1-z2＝1，故也称为少齿差传动。此时

                     I=z2

    （1）输出转速差小，在等功率条件下，提高了扭矩，增大了刮刀能力。

    （2）刮刀转向与筛篮相同，并且比筛篮速度快。

    （3）输入速度差为z2转时，输出速度差为1转。

    2·各参数对离心机工作的影响

    （1）筛篮转速的影响

    筛篮转速增加，分离因数也随之增大，这样，可以改善脱水效果。但是，筛篮转速增大后，同时也增加了刮刀转速，减少了物料在筛篮上的停留时间，反而影响脱水效果。选煤厂使用的刮刀离心脱水机筛篮转速一般在750~850 r/min，由于其对脱水效果的综合影响，筛篮的转数也就局限在上述范围之内，H1000离心机筛篮转速在780 r/min左右。

    （2）筛篮长度的影响

    筛篮长度决定着物料在筛面上的停留时间。一般离心机的筛篮长度为500~600 mm，物料在筛面上的停留时间为1 s，H1000离心机筛篮长度也在该范围内，且刮刀和筛篮之间速度差为13左右，保证物料在筛篮上的停留时间。增加筛篮长度，脱水后物料的水分会略有降低。

    （3）入料浓度的影响

    随着入料浓度的提高，产品水分明显下降,脱水速度减缓，离心液浓度略有降低，但脱水效率降低。这是因为当入料浓度大至一定程度时，离心力不足以克服水分子和煤表面的吸附作用所致。

    （4）入料粒度组成的影响

    粒度组成对评定脱水效果的各项指标均有影响，随着入料中细粒含量的增加，各项评价指标均有变差的趋势。其原因是随着粒度变细，细小颗粒充分填充于大颗粒所形成的物料层孔隙中，因此整个物料层的孔隙变小，孔隙率下降，物料层的比阻增大，从而增加了水分通过物料层的难度，导致产品水分增高，脱水效果变差。

    （5）筛篮与刮刀间隙的影响

    筛篮和刮刀的间隙对离心机的工作影响很大，间隙越小，筛面上滞留的煤越少，离心机的载荷越轻，筛缝被堵塞的现象也越少，有利于脱水；间隙越大,筛面上黏附一层不下落的煤，既不利于脱水，也增加了离心机的载荷。但间隙太小时会严重影响筛篮和刮刀的使用寿命，一般使用上通常选取8~11 mm，H1000型离心机刮刀与筛篮间隙可调，根据调整刮刀垫片，间隙可在3~15 mm内调整使用。

    （6）筛篮缝隙的影响

    随着筛缝的加大，产品水分较大程度降低，脱水速度加快，但离心液浓度也迅速提高，脱水效率明显变差。刮刀离心机主要用于处理选煤厂煤泥及末煤，入料粒度组成相对较小，末煤粒度一般在13mm以下，煤泥粒度一般＜0.5 mm，为了避免物料随离心液脱出，筛缝一般≤0.5 mm。

    3·存在的问题及改进措施

    刮刀卸料离心机相对其他离心机机型，与物料直接接触的刮刀也属于易损部件，目前我国国内的刮刀市场价格在10~20万元，并且刮刀和筛篮的更换大大影响了正常生产，降低了生产效率，增加离心机的维护成本,因此,提高易损件的寿命是要解决的主要问题。

    （1）刮刀

    通过现场大量调研发现,刮刀的主要磨损为图3中所示的A位置,这一部位主要由于物料含水量比较大,对该部位的冲刷磨损严重，该部位可采用高耐磨合金材料增加其耐磨性，对磨损后的刮刀叶片进行焊接修补，降低维护成本。或者采用焊接叶片，对叶片采用特殊耐磨材料，增加其耐磨性，延长刮刀使用寿命。

                     

    （2）筛篮

    筛篮在使用一段时间后，由于物料对筛篮的冲击以及物料和筛篮之间的相对运动，会出现筛缝变宽，筛篮磨损等情况，一般的不锈钢筛篮的使用寿命为90~180 d，根据处理物料的不同而略有变化。筛丝采用更加耐磨的合金材料，提高其耐磨性能，在筛篮横向焊接上采用一体化焊接，避免筛丝变形及焊接点断开。

    4·结语

    卧式刮刀卸料离心机与立式相比具有安装高度低、处理量大、机械性能稳定和故障率低等优点，通过实验分析，得出了有益的结论：

    （1）卧式刮刀卸料离心机，通过差速器的转化，将一个输入速度，分解为筛篮和刮刀2个输出速度。同时，输入转速差被减速了，输入转速差大，输出转速差小，在等功率条件下，提高了扭矩，增大了刮刀能力。

    （2）刮刀转向与筛篮相同，比筛篮速度快。

     

    （4）提出了改进刮刀合金材料焊接、修补刀片建议措施。

参考文献：

［1］吴式瑜,岳胜云.选煤基础知识［M］.北京煤炭工业出版社,2006.

［2］许光.煤矿用离心脱水机的选择［J］.装备制造技术,2007（5）：114－115.

［3］刘文轩.TEMA H1000离心机在晋华宫选煤厂的应用.选煤技术，2006，6（3）：25-27.

［4］温艳辉,阚晓平,石永超.立式刮刀卸料离心脱水机的改进及常见故障诊断［J］.煤矿机械，2008，29（8）:123-125.

作者简介：郭苗（1983-），女，河北保定人，中国矿业大学（北京）在读硕士，从事洁净煤技术专用设备的研究，电话：010-51733181，电子信箱：guomiao2008@qq.com.责任编辑：马宝玲