沉降式臥螺離心機(jī)分離技術(shù)
技術(shù)支持
1 分離原理
臥螺離心機(jī)的主要作用是將固體從液體中分離出來(lái)（即兩相分離），在澄清過(guò)程中懸浮固體受到離心機(jī)以及與此相反的浮力和流動(dòng)阻力的作用，而澄清速度是上述各個(gè)力綜合作用的結(jié)果。
流動(dòng)阻力取決于顆粒的尺寸、形狀以及液體的粘度。液體與沉降的固體所產(chǎn)生的摩擦力以及螺旋旋轉(zhuǎn)的旋流和轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的攪動(dòng)共同產(chǎn)生一個(gè)綜合性的動(dòng)力效應(yīng)，對(duì)離心機(jī)內(nèi)的半靜態(tài)沉降產(chǎn)生強(qiáng)烈的作用效果。
臥螺離心機(jī)的分離特點(diǎn)為它是一個(gè)連續(xù)分離的過(guò)程，所分離的懸浮液中固體含量較高。
2 運(yùn)行過(guò)程
簡(jiǎn)單地講，臥螺離心機(jī)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒，其兩端支承在軸承上并且有一根靜置的進(jìn)料管將物料輸送到機(jī)內(nèi)。由于高速旋轉(zhuǎn)和摩擦，物料在機(jī)器內(nèi)部被加速并且形成一個(gè)圓柱液環(huán)，離心力的作用使固體首先沉降到轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁而液體則通過(guò)后端的溢流口流出。在機(jī)器的前端，因直徑變小而形成一個(gè)圓錐，圓錐的小端還有排渣口，這種結(jié)構(gòu)可以保證液體不會(huì)從排渣口排出。
為了使累積在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁的固體能排出機(jī)外，在機(jī)內(nèi)安裝一臺(tái)螺旋輸送器以使澄清液從原來(lái)沿軸向的流動(dòng)變成螺旋流動(dòng)，這種螺旋流動(dòng)會(huì)使液體的流通能力增強(qiáng)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生攪動(dòng)效應(yīng)。
如果轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋使得螺旋和轉(zhuǎn)筒產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的差速就會(huì)對(duì)沉降在轉(zhuǎn)筒的固體產(chǎn)生一個(gè)向圓錐推進(jìn)的輸送力，于是沉降在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁的固體被螺旋輸送器往前推送并到達(dá)排渣口，在離心力的作用下排出機(jī)外。
轉(zhuǎn)筒和螺旋之間的差速應(yīng)保持穩(wěn)定，以免固體流量增加時(shí)差速降低而導(dǎo)致物料不能及時(shí)排出機(jī)外而造成離心機(jī)堵塞。
在固體物料被輸送的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦，轉(zhuǎn)筒的磨損對(duì)離心機(jī)安全運(yùn)行的影響至關(guān)重要，為控制磨損可將沉降在螺旋和轉(zhuǎn)筒間隙中的固體作為自我保護(hù)層，同時(shí)為了防止螺旋葉片邊緣的磨損，可以在螺旋葉片上加一層保護(hù)材料。
在排渣口可以通過(guò)將碳化鎢、陶瓷材料或冷鑄鐵制成的襯套將排渣口保護(hù)起來(lái)以降低磨損。螺旋體內(nèi)部的加速分布區(qū)也可以通過(guò)加上可調(diào)換的襯套來(lái)進(jìn)行保護(hù)。
在機(jī)器的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意使物料從分布口加入轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的過(guò)程盡量柔和，避免物料在高速運(yùn)行的情況下產(chǎn)生攪動(dòng)，特別是當(dāng)加入絮凝劑時(shí)更應(yīng)注意。
3 機(jī)器參數(shù)
3.1 不變的機(jī)器參數(shù)
（1）轉(zhuǎn)筒直徑。臥螺離心機(jī)的直徑為180～920mm，這就意味著在長(zhǎng)徑比相同的情況下，理論上的體積分離范圍為1：130。
臥螺離心機(jī)的直徑不可能無(wú)限制地增加，因?yàn)殡S著直徑的增加，可允許的速度會(huì)由于材料堅(jiān)固性的降低而降低，從而離心力也相應(yīng)降低。從經(jīng)濟(jì)的角度講，不能通過(guò)增加臥螺離心機(jī)的直徑來(lái)增加其流量。
（2）轉(zhuǎn)筒直徑和長(zhǎng)度之比。過(guò)去長(zhǎng)徑比一直保持在1：2，而現(xiàn)在已經(jīng)可以達(dá)到1：3或1：4（甚至更高）。長(zhǎng)徑比對(duì)物料在澄清區(qū)的停留時(shí)間有影響，它確定了離心機(jī)的體積流量。長(zhǎng)徑比對(duì)固體流量沒(méi)有很大的影響，但是它對(duì)泥餅的含濕量有影響，這一點(diǎn)不容忽視。
（3）轉(zhuǎn)筒圓錐角度。圓錐角度對(duì)固體流量的性能具有重要影響，由于離心力的作用，當(dāng)顆粒到達(dá)轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁并被螺旋向前輸送的同時(shí)也具有向后流動(dòng)的趨勢(shì)，而向后流動(dòng)的速度與螺旋斜角有關(guān)，體現(xiàn)在錐角上。兩者對(duì)固體顆粒的輸送性能產(chǎn)生直接的影響，即隨著回流速度的增加則固體輸送速度下降。
④機(jī)器制造材料。材料的堅(jiān)固性體現(xiàn)在離心機(jī)的轉(zhuǎn)速上，它也直接對(duì)體積流量和質(zhì)量流量產(chǎn)生影響，此外離心機(jī)的腐蝕也與其材料結(jié)構(gòu)有關(guān)。
3.2 可變的機(jī)器參數(shù)
在臥螺離心機(jī)的研制發(fā)展過(guò)程中，人們?cè)噲D將許多不可變的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺兊膮?shù)。
①轉(zhuǎn)筒速度。其調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變皮帶輪的直徑、采用可控電機(jī)或液壓馬達(dá)。不僅是固體顆粒的沉降速度，而且當(dāng)物料進(jìn)入轉(zhuǎn)筒并被加速而產(chǎn)生的壓力也對(duì)轉(zhuǎn)筒速度的提高有影響。
②差速。差速直接影響固體顆粒在機(jī)器內(nèi)部的流量，另外增大差速不僅增加固體流量而且還增大機(jī)器澄清區(qū)內(nèi)的攪動(dòng)，從而使澄清效率下降，這時(shí)就必須將體積流量降低。
增大差速還會(huì)減少固體顆粒在機(jī)器內(nèi)的停留時(shí)間、增大排出固體的含水量。
③液層厚度。液體在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間的增加則液層的厚度也增加，其結(jié)果是澄清效率提高，但同時(shí)機(jī)內(nèi)的干燥區(qū)間縮短會(huì)使離開液面的固體含水量也增大，即脫水效果反而有所降低。
因此，液層厚度的調(diào)節(jié)會(huì)直接影響到沉降速度、流量以及固體排出量。
④物料加入位置。以前若要改變這個(gè)位置就必須調(diào)換離心機(jī)的基本部件（即螺旋），而新型臥螺離心機(jī)可以通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)使進(jìn)料位置可調(diào)，從而達(dá)到較佳的分離效果。
⑤調(diào)換螺旋?？墒闺x心機(jī)的參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，如將一個(gè)單螺距的螺旋調(diào)換成一個(gè)雙螺距的螺旋而保持其他參數(shù)不變時(shí)可以提高固體流量。沒(méi)有一個(gè) 的螺旋可以適用所有的物料，因此除了單、雙螺旋外，還有很多不同的設(shè)計(jì)，例如有專門的螺旋用于大流量的輸送或用于粒徑＜1μm的物料。
3.3 運(yùn)行參數(shù)控制
①混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
采用有變頻器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可使轉(zhuǎn)筒速度在運(yùn)行中無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，而螺旋差速也隨著轉(zhuǎn)筒速度而相應(yīng)變化。在機(jī)器停機(jī)的時(shí)候，還可以通過(guò)調(diào)換不同的皮帶輪組來(lái)獲得不同的速度。
采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋可使差速在運(yùn)行中無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，而液壓油直接與螺旋驅(qū)動(dòng)的力矩相對(duì)應(yīng)，即它與轉(zhuǎn)筒內(nèi)部所沉降的物料成正比。
這種互連系統(tǒng)是一種閉路控制系統(tǒng)，可以根據(jù)轉(zhuǎn)筒內(nèi)沉降的固體輸送的要求而獨(dú)立地控制螺旋差速。如果力矩增加則螺旋的差速也成正比地增加，而轉(zhuǎn)筒速度可以保持不變（從而使排出轉(zhuǎn)筒的固體干度保持恒定）。
可變泵式葉輪技術(shù)可在機(jī)器運(yùn)行的情況下調(diào)節(jié)機(jī)內(nèi)液層厚度以使臥螺離心機(jī)無(wú)需停機(jī)即可進(jìn)行快速調(diào)節(jié)以達(dá)到較佳的分離效果。
②新型獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
新型的SIMP DRIVE獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為轉(zhuǎn)筒和螺旋的驅(qū)動(dòng)分別由兩臺(tái)獨(dú)立的變頻電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
采用新型齒輪箱連接轉(zhuǎn)筒和螺旋，這種齒輪箱除了能承受高扭矩外，還能夠在轉(zhuǎn)筒不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋。
該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除了能保持液壓系統(tǒng)承受大扭矩外，還能使差速達(dá)到更加 的程度并能較大限度地降低甚至消除啟動(dòng)電流峰值和震動(dòng)。具體操作為：在離心機(jī)啟動(dòng)時(shí)首先啟動(dòng)螺旋，這樣可以排出上次運(yùn)行中可能留下的殘余物質(zhì)從而避免了轉(zhuǎn)筒啟動(dòng)時(shí)可能發(fā)生的由于殘留物分布不均勻而造成的啟動(dòng)震動(dòng)大的情況；同時(shí)，在關(guān)閉機(jī)器時(shí)首先將轉(zhuǎn)筒速度降低，然后由螺旋繼續(xù)將殘余物質(zhì)排出機(jī)外。
這種轉(zhuǎn)筒和螺旋分開獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)還可以在機(jī)器堵塞時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)螺旋，在低速的情況下排出停留在機(jī)內(nèi)的殘余物質(zhì)，從而簡(jiǎn)化了保養(yǎng)和維修的過(guò)程。
