翻袋式离心机滤袋翻转机构研究

范德顺, 钱才富, 徐　鸿, 黄　钟
摘要: 翻袋式离心机有一特殊的固相物料排出机构即滤袋翻转机构,滤袋翻转机构是翻袋式离心机zui重要的部件之一。为改善翻袋式离心机的性能,通过对现有2 种滤袋翻转机构的特点分析,研究设计了1 种新型的翻袋机构,减少了转动零件的数量,提高了可靠性,降低了机器成本。
关　键　词: 过滤离心机; 滤袋翻转机构; 结构设计
　　过滤式离心机是1 种在石油化工、化工、制药及食品工业中广泛应用的过滤设备。在过滤式离心机的发展过程中,人们对滤渣的卸出方法极为重视,很多离心机以滤渣的卸出方式命名,如刮刀离心机、活塞推料离心机和螺旋卸料离心机等。翻袋式离心机是1 种新型过滤式离心机,它有一特殊的固相物料排出机构即滤袋翻转机构。离心机中的转鼓内有一滤袋,排渣时,滤袋翻转机构将滤袋翻转,滤袋的内表面变为外表面,使固相物料在离心力作用下脱离滤袋。与刮刀离心机、活塞推料离心机和螺旋卸料离心机等相比,翻袋式离心机的过滤表面残留物少,从而过滤阻力较小。翻袋式离心机具有余湿量小、洗涤效果佳及操作弹性大等优点,在石油化工、化工及制药等行业中有着广阔的应用前景。为在我国发展翻袋式离心机,作者研究了现有的2 种滤袋翻转机构,并提出了1 种新的结构。
1 　操作原理
　　翻袋式离心机的转鼓分为固定部分和可以进行轴向运动的部分,见图1。其中转鼓盖、转鼓盖连杆、滤布固定板、内轴和滤袋为可以轴向运动部分。进料管用来输送悬浮液,转鼓盖在装料或离心过滤过程中封闭转鼓,见图1a 。转鼓盖由转鼓盖连杆与滤布固定板相连,滤布固定板由内轴牵拉。转鼓与外轴相连并由电机带动旋转。内轴与外轴可相对滑动,在固相排出阶段,内轴带动转鼓盖、转鼓盖连杆、滤布固定板和滤布移出转鼓,滤布的内表面变成了外表面,在高速旋转状态下将沉积物甩出（图1b） 。

2 　几种翻袋机构比较
　　转鼓盖的打开和关闭来自内轴与外轴的相对运动。牵动内轴的方式不同,就会产生不同的滤袋翻转机构。滤袋翻转机构决定着转鼓在脱水状态时能否密封和在排渣状态时滤袋能否翻转并顺利排渣,因此是此机型发展的关键部件。
2.1 　油缸驱动式滤袋翻转机构[1 ]
　　油缸驱动式滤袋翻转机构是翻袋式离心机zui早的结构,带动滤袋翻转的内轴与油缸的活塞杆成为一体并与活塞相连,油缸与转鼓同速转动,以控制液压油的进出方向来控制滤袋的翻出或返回。此种结构的缺点: ①旋转的油缸与静止的供油装置动态接触,容易漏油,污染环境。②活塞杆出入油缸容易污染所分离的产品和环境。③旋转的油缸有较大的转动惯量,会降低轴的临界转速。
　　油缸驱动式滤袋翻转机构近年来已被逐步淘汰。但我国有些离心机制造厂商仍在计划生产使用油缸驱动式滤袋翻转机构的翻袋式离心机,原因是有关刚刚过期,生产此种结构的离心机有合法性。此种作法的弊端是降低了产品的竞争能力。
2.2 　海因科尔机械驱动式滤袋翻转机构[2 ]
　　德国海因科尔公司自1994 年以来,逐步用机械驱动式滤袋翻转机构取代油缸驱动式滤袋翻转机构,此种机械驱动式滤袋翻转机构见图2。电机通过带轮驱动外轴,另一个电机通过带轮驱动螺纹轴。当驱动外轴的电机速度大于驱动螺纹轴电机的速度时,螺纹轴会相对滑动螺母旋转。滑动螺母由于导向圆筒和导向键的限制作用不能旋转,故只能使螺纹轴作轴向运动并拉动内轴做轴向运动。在内轴的拉动下转鼓盖密封转鼓,使转鼓处于关闭状态,此时可以进行装料或离心过滤过程。相反,当螺纹轴电机的速度大于外轴电机的速度时,转鼓盖离开转鼓,离心机处于卸料状态。在图2 中,皮带轮1 右面的所有零件除支座外,均为高速旋转件,这些零件在加料、过滤和洗涤等工况时与转鼓同速。为控制内轴的进退,不但要准确地控制螺纹轴电机及外轴电机各自的速度,还要控制它们的相对速度。此结构的问题是旋转件多,影响轴的振动性能,增加了制造难度和机器成本,且控制难度大。

2.3 　隔离式机械滤袋翻转机构
　　我们在深入地研究了上述2 种机构后[3 ,4 ] ,设计了隔离式机械滤袋翻转机构,见图3[5 ] 。此种机构的特点是旋转件数量大幅减少。在图3 中,与外轴固定的带轮1 与导向圆筒之间的轴承使得导向圆筒不再随外轴一同转动。滑动螺母与内轴之间的轴承使得滑动螺母和螺纹轴等零件也不再随内轴一同转动。轴承可传递轴向力,但隔离了前后零件之间的转动。
螺纹轴在带轮的带动下顺时针或逆时针旋转,从而带动内轴在外轴内滑动。此结构的特点:内轴的进退与外轴的转速无关,使机构更易控制。旋转件减少,降低了制造难度并提高机器的可靠性。转轴长度缩短,使轴的振动性能得到改善。

3 　结语
　　通过分析已有的2 种滤袋翻转机构,提出了1种新的机构。该机构具有旋转零件少、容易控制以及制造成本低等优点。此外,新机构还缩短了转轴的长度,使轴系的刚度增加,提高了临界转速,使机器运转更加平稳。因此种结构与外国无关,有理由成为我国离心机制造厂商生产此种离心机的结构。