1 螺旋卸料沉降式離心機介紹
臥式螺旋離心機具備處理量龐大、持續(xù)操作性較好、耗電量少、靈活性強等優(yōu)勢。自誕生以來，便得到不斷的發(fā)展與進步，成為了化工產業(yè)中常見的設備之一，主要應用于分離在濾布再生方面存在一定困難的無定性物料、分離含有固化顆粒的懸浮液及顆粒變化范圍相對來說比較大的懸浮液中，針對細粘性質的物料，在分離后，濾渣濕度較高，處理量也在相應減少。
2 臥式螺旋離心機的主要結構概述
2.1 臥式螺旋沉降式離心機結構
變速器、卸渣裝置、轉鼓、過載保護裝置與螺旋推進器均為臥式螺旋沉降式離心機的主要構成部分。機殼內部包含回轉部件與主軸承，外端部位則為無孔轉鼓，內部區(qū)域為螺旋輸送器。
2.2 工作原理
臥螺離心機是依靠固液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現(xiàn)固液分離的。其轉鼓前段部分存在錐段。按照所使用物料性質的差異，可設定不同的旋轉速度。一般物料在轉鼓內部部分依照所涉及的速度進行旋轉，并依照轉鼓殼體而形成同心液層，又稱作液環(huán)層。而物料內所包含的固體物質則在離心機的離心作用下，沉積于轉鼓壁部分，并在螺旋運轉作用下推出轉鼓外。因此，可得出轉鼓的運作速度是決定分離因數的關鍵，而螺旋運作的速度差則會對機械所輸送至轉鼓外的固體含水率產生直接的影響，同時也影響著臥螺離心機的整體處理量、停留時間、固體排出時間等參數。
3 臥式螺旋卸料沉降式離心機的有限元仿真分析
螺旋輸送器屬于臥式螺旋卸料沉降式離心機的重要構成部件，其操作過程主要是將離心沉渣排出機器外部。螺旋輸送器的結構與其具體設計參數與臥式螺旋卸料沉降式離心機的生產情況、工作壽命及離心效果存在密切的聯(lián)系，是其設計中較為關鍵的環(huán)節(jié)。它主要安裝于與轉鼓、筒體交匯的軸承部分，其邊緣所形成的外廓一般與轉鼓類似，包括單錐形、柱形與柱錐形。以柱錐形更為常見。通常為了確保在輸送沉降過程中輸送轉鼓內部表層的物料，需保持轉鼓與螺旋的方向一致，但一般情況下其轉速不盡相同，存在一定的速度差（轉速差一般為轉鼓轉速的0.2%～3%），主要是通過齒輪的差速器來實現(xiàn)，是將分離沉渣輸送至排渣口的重要條件。
3.1 螺旋輸送器的結構介紹
一般螺旋輸送器主要由加料隔倉、左軸頸、右軸頸、螺旋葉片、內筒等結構構成。
3.2 單元選用
在仿真軟件Visual Nastran的有限元分析中，較為常見的應用單位便為四面體單元。一般主要采用四面體單元對螺旋輸送器進行有限元分析與網格劃分。
3.3 螺旋輸送器的有限元模型介紹
依照設計圖紙的主要內容，本分析主要研究對象為臥式螺旋離心機的重要構成部件螺旋輸送器，其外形一般為筒錐形，是由柱錐內筒與連續(xù)性螺旋切片所構成。通常而言，螺旋輸送器的載荷與其結構并非呈軸對稱表現(xiàn)，同樣也并非呈周期對稱，因此模型一般不易被簡化，需要實施整體三維建模。同時為了更好地模擬螺旋輸送器內部復雜的結構，并對其單元的數量與質量進行控制，一般應用直接生成節(jié)點的單位法建立有限元集合模型。在模型內部包含單元總數總計29260個，節(jié)點總數則為57629個。一般需將網格劃分的誤差率控制在小于20%的范圍內。
同樣在螺旋輸送器柱錐的過渡部分，為確保柱錐形外廓與葉片呈垂直表現(xiàn)，需將三維參數化軟件應用于功能建模中。描繪葉片精確的外徑曲線，隨后實施截面掃描。對各結構參數實施參數化處理，形成有限元分析模型。
3.4 荷載大小、種類及其施加方式
一般螺旋輸送器在其運作過程中主要產生三種負荷。
（1）由于螺旋輸送器自身高速回轉而形成的離心機。
（2）在沉渣分離過程中其向葉片所施加的正壓力。
（3）沉渣施加于螺旋葉片的摩擦力。
3.4.1 離心力
離心力主要以角速度w的形式作用于有限元模型。若n代表螺旋輸送器的轉速，設定值為2742r/min，則可得出：w=2π*n/60=2π*2742/60=287rad/s。
3.4.2 正壓力
螺旋輸送器葉片所受到的正壓力一般可由沉渣受力分析結果而進行分析。
3.4.3 摩擦力
摩擦力沿其周向與葉片表面呈現(xiàn)相切關系，在本組研究中，摩擦力同樣進行等效轉換，施加于葉片徑向的外層單元上。
3.4.4 邊界條件
螺旋輸送器內筒的兩端與其左軸頸與右軸頸相互連接，且軸頸支撐于轉鼓左右端口的內腔軸承內。依照具體工作狀況，需在所建立的模型左右支撐部分施加副約束，并可得出螺旋輸送器在任何運動條件下的變形程度與應力。
3.4.5 靜力分析
針對螺旋輸送器強度的校對與核算需嚴格按照壓力容器分析與設計的方法實行。一般螺旋輸送器所使用的材料與轉鼓一致，其許可應力為205。其與轉鼓的間隙為4mm。在本次研究中將2mm作為評估輸送器徑向變形的主要條件。一般對螺旋輸送器的靜力分析無需依照轉鼓的有限元分析方案而實行。無需考慮不同工作條件下靜力的疊加。僅需在正常工作條件下進行靜力分析，內容包括摩擦力、離心力與正壓力工況的線性組合情況。對螺旋輸送器的靜力分析是所有分析環(huán)節(jié)中需注意的重點問題。
4 沉降式離心機螺旋機構的安全設計與防范
4.1 安全管理
一般而言，沉降式離心機在開車進料的過程中，可能由于進料速度過快、過猛而導致自動閥反應欠敏銳，可能造成機器損壞。因此，在離心機螺旋機構設計過程中，必須重視安裝管道的設計，在漿料進料管切斷閥門前管道設計時，應用豎管，確保進料方向為自下而上。由于在離心機停機狀態(tài)下，若切斷閥門，離心機再次運作時，可能導致內部自然沉積，且濃度較高的漿料會迅速進入離心機內，而此時離心機無法迅速分離漿料，進而導致漿料經由離心機與進料管間隙中噴瀉而出，造成離心機與進料管道間隔部分出現(xiàn)塑化片，嚴重情況下甚至會扭斷進料管，破壞離心機。因此，為保障離心機運作的安全性，提高機械的使用壽命，必須重視安裝管道的設計，采用豎管，確保進料方向設計的準確性。此外，沉降式離心機在開機運作過程中，由于其自動閥門有一定的滯后性，為防范進料量過大而導致的機器耗損，必須配置相關的處理措施，包括手動閥門關小、自動進料閥門設置高限等。
在沉降式離心機下料過程中，一般使用螺旋輸送機進行送料處理，此時必須保障離心機與螺旋輸送機之間的連接，保障兩者之間的統(tǒng)一性，若任一機械出現(xiàn)故障，應立即切斷進料閥，停止進料準備，避免由于物料堆積而造成的離心機破壞。除此之外，在每次停機開機時，必須清潔轉鼓，將轉鼓內殘存物料沖洗干凈，避免造成離心機壞損。
4.2 維護管理
一般沉降式離心機所產生的故障在大多數情況下是由齒輪箱不當操作所引起。由于齒輪箱結構相對來說比較復雜，且長時間處于高速運行的狀態(tài)，傳熱性能較差，且溫度較高，需得到內部不同運作零件的配合，因此，需注重對齒輪箱的維護管理。選用質量較優(yōu)的潤滑油，對齒輪實施輪滑處理，嚴格控制加油量，參照設計標準。加油過多或過少均可對攪油過程產生影響。同時可配備相應的紅外測溫儀器來監(jiān)測齒輪的運行狀態(tài)，實施故障預警制度，及時排除故障，避免設備遭受破壞。
另外，還需注意對螺旋軸承的維護管理，由于其安裝于離心機內部，拆卸相對比較困難，且檢測難度較大，因此需強化對螺旋軸承的后期維護，以確保其正常運行。選用質量較優(yōu)且耐溫的潤滑脂，每隔3個月重新加注新的潤滑脂。此外，做好對皮帶的維護，定期實施拉緊處理，確保其張力，防止皮帶過度磨損，以延長其使用壽命。同時還需立即更換易損配件，確保離心機的穩(wěn)定運行。
5 結語
在RB2800型螺旋卸料沉降式離心機螺旋機構設計中，需尤為重視螺旋輸送器結構的分析，建立螺旋輸送器的有限元模型，確定荷載的種類、大小及其施加方式，做好靜力分析，同時還需注重對離心機的安全設計與安全防范，以延長離心機的使用壽命，提高機械運作的安全性。
