圆筒式离心萃取机转子及辅助支撑的设计研究.pdf

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1、、僦冶金／矿山通用机械IGMfn．Uetallurgk·口『＆Minehidustrl'圆筒式离心萃取机转子及辅助支撑的设计研究上海凯泉泵业(集团)有限公司(201804)王怀文施亮【摘要】介绍了大直径转鼓悬臂结构的圆筒式离心革取机转子结构设计、临界转速计算分析以及辅助支撑的结构设计。【关键词】大直径转鼓悬臂结构离心萃取机辅助支撑。l、前言圆筒式离心萃取机是液一液萃取分离中的关键设备之一。目前国内大部分圆筒式离心萃取机转子都采用两端支撑形式，下端设有滚动轴承和机械密封，其中机械密封容易损坏，离心萃取机使用寿命较短，同时由于机械密封损坏导致分离的介质泄漏。而悬臂结构的圆

2、筒式离心萃取机下端无滚动轴承和机械密封，不存在机械密封损毁和分离介质泄漏的问题，但是悬臂结构的圆筒式离心萃取机比较少，即使有也是转鼓直径比较小，基本42然。、．、在试验室里面使用，无法满足工业化生产需要。大直径转鼓悬臂结构的圆筒式离心萃取机制造难度大，如何保证悬臂结构的可靠性是关键。本文是根据某一项目要求的离心萃取机进行设计制造，要求转鼓直径350mm，立式悬臂结构，设计运行转速1500r／min，下端不设滚动轴承和机械密封。=、转子结构设计圆筒式离心萃取机的转子主要包括轴、堰区、转鼓(即转筒)、叶片、分散盘、重相堰板及重相堰板压板等。将这些零部件组装或组焊在一起形成

3、离心萃取机的转子部分。目前国内传统两端支撑的转子结构如图1所示，其采用图2所示的转子A和转子B通过螺栓连接组合而成(即转子由两部分连接组成)。20l7年第l!期图1传统两端支撑的转子结构3滚动轴承化2螺检4转子B5转rA转J，^【aJ转千A冶金，，矿，“近朋祝税GMlMilleIndustrl'It寸[一i划m目2Ⅲl』一JJ[＼_i图2转子结构示意1．传统转子传统两端支撑的转子缺点如下：1)堰区采用板材拼焊而成，焊接过多导致焊接变形大，而且堰区在结构设计上不能实现焊后便于加工形式，因此很难保证堰区各个流道结构的对称性，影响水力平衡性以及后续的转子动平衡。传统的堰区部

4、分焊接结构示意图如图3所示。图3堰区部分焊接结构示意图I、3、4焊缝2般区转fI{lbJ转千B2)转子的两部分通过螺栓连接而成，因此整个转子的刚性及稳定性差。另外上下滚动轴承分布在两个零件上，两个滚动轴承的同心度不能保证，导致滚动轴承和下面的机械密封易损坏，离心萃机取寿命短，同时运行维护成本高。2．改进后的转子为了避免上述传统离心萃取机两端支撑转子的不利因素，同时满足悬臂结构转子设计要求，将转子改成如图4所示的结构形式。改进后的转子优点如下：1)堰区部分采用整体铸造成形，铸件去应力处理，然后再将堰区所有表面采用高精度加工中心全部精加工，保证堰区各个流道的对称性以及良好

5、的表面粗糙度，从而保证堰区的水力平衡性能。堰区如图5所示。2)转子是一个独立的整体，刚性好，所有涉及焊接部分，在焊接后经过严格热处理进行去应力，然后再精加工，保证转子的各设计尺寸及要求。3)滚动轴承在转子上部的同一轴上，两个轴承位可以一次装夹并加工成形，两个轴承位同心度容易保证。另外考虑转子悬臂较长，为了保证转子运行的稳定性，转子下部设置水导轴承进行辅助支撑。取消滚动轴承和图4改造后结构4滚动轴承化2堰I×：3水导轴承位川I㈨m州黑熙CO_In4IQ,I川一年剐：州umv．e州x．。r峨抬金倒旺运用机械图5堰区加工中机械密封，不存在滚动轴承和机械密封损坏和分离介质泄漏

6、问题。三，转子临界转速计算分析转子在临界转速下运转时，可能出现危险变形，造成转子的损坏，为了保护转子安全运转而不发生危险，转子的设计运行转速不允许落在转子临界转速的0．7～1．5倍范围内。在这里，转子的临界转速采用ANSYS软件进行计算分析，分析结果如图6所示。位辅子●i‘2TotaIO哪omlsIJoqType：TotaIDeform甜enFlequencY=62817HzUnmmm20151，“9120—0I，70EI⋯’‘_

7、10“图6转子一阶振形图从分析结果可知，转子的第一阶临界转速为!n=3768r／min(即频率为62．8Hz)，本项目要求离心萃取机设计运

8、行的转速为1500r／min，设计运行转速小于0．7倍的临界转速，该转子是刚性转子，设计转速处在安全范围内。因此设计的转子满足研制要求。44然。m咄itt。1。1I2017年靴期四、辅助支撑结构设计1．辅助支撑概述由于转筒式离心萃取机的转子为悬臂结构，转子下部不存在滚动轴承和机械密封，因此不存在被分离介质泄漏的问题，但由于转子悬臂较长，转子直径及自重较大，转动惯量比较大，尤其在起动的时候，转筒内部的介质还未达到动态的平衡，短时振动将加剧，造成转子下部摆幅过大，从而可能导致转子的有害变形。因此在转子下部设置辅助支撑，以提升起动及工况发生瞬变时转子的稳定