离心机

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离心机是利用离心力,分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开;或将乳浊液中两种密度不同,又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油);它也可用于排除湿固体中的液体,例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,有的沉降离

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心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。

离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。

中国古代,人们用绳索的一端系住陶罐,手握绳索的另一端,旋转甩动陶罐,产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜,这就是离心分离原理的早期应用。

工业离心机诞生于欧洲,比如19世纪中叶,先后出现纺织品脱水用的三足式离心机,和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。

由于卸渣机构的改进,20世纪30年代出现了连续操作的离心机,间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。

工业用离心机按结构和分离要求,可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。

离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒,称为转鼓,通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后,被迅速带动与转鼓同速旋转,在离心力作用下各组分分离,并分别排出。通常,转鼓转速越高,分离效果也越好。

离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力,作用在过滤介质上,使液体通过过滤介质成为滤液,而固体颗粒被截留在过滤介质表面,从而实现液-固分离;离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理,实现液-固(或液-液)分离。

还有一类实验分析用的分离机,可进行液体澄清和固体颗粒富集,或液-液分离,这类分离机有常压、真空冷冻条件下操作的不同结构型式。

衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值,分离因数越大,通常分离也越迅速,分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为100~20000,超速管式分离机的分离因数可高达62000,分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积,工作面积大处理能力也大。

选择离心机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性,以及分离的要求等进行综合分析,满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求,初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求,确定离心机的类型和规格,最后经实际试验验证。

通常,对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液,可选用过滤离心机;对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的,则宜选用沉降离心机;对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时,应选用分离机。

目前,国内大的离心机生产厂家有重庆江北离心机、湖南昌森离心机(湘潭离心机)、浙江轻工机械厂、广州重型机械厂、上海化工机械厂  

目录

离心原理

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时,由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重,下沉越快,反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关,并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒,直径为数微米,就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。

此外,物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比,颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的,有条件的,要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比,颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒蛋白质等,它们在溶液中成胶体或半胶体状态,仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢,而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力,才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。

离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,加快液体中颗粒的沉降速度,把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。  

离心机的分类

一、按分离因素Fr值,可将离心机分为以下几种型式:

1、常速离心机

Fr≤3500(一般为600~1200),这种离心机的转速较低,直径较大。

2、高速离心

Fr=3500~50000,这种离心机的转速较高,一般转鼓直径较小,而长度较长。

3、超高速离心机

Fr>50000,由于转速很高(50000r/min以上),所以转鼓做成细长管式。

分离因素Fr是指物料在离心力场中所受的离心力,与物料在重力场中所受到的重力之比值。

二、按操作方式,可将离心机分为以下型式:

1、间隙式离心机

其加料、分离、洗涤和卸渣等过程都是间隙操作,并采用人工、重力或机械方法卸渣,如三足式和上悬式离心机。

2、连续式离心机

其进料、分离、洗涤和卸渣等过程,有间隙自动进行和连续自动进行两种。

三、按卸渣方式,可将离心机分为一下型式:

1、刮刀卸料离心机

工序间接,操作自动。

2、活塞推料离心机

工序半连续,操作自动。

3、螺旋卸料离心机

工序连续,操作自动。

4、离心力卸料离心机

工序连续,操作自动。

5、振动卸料离心机

工序连续,操作自动。

6、颠动卸料离心机

工序连续,操作自动。

(三)、按国家标准与市场使用份额为以下四种:

1。三足式离心机

2。卧式螺旋推料离心机

3。碟片式分离机

4。管式分离机

四、按工艺用途,可将离心机分为:过滤式离心机、沉降式离心机、离心分离机。

五、按安装的方式,还可将其分为立式、卧式、倾斜式、上悬式和三足式等。

离心机是利用离心力,分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。

离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开;或将乳浊液中两种密度不同,又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油);它也可用于排除湿固体中的液体,例如用洗衣机甩干湿衣服;特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物;利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点,有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。

离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。

中国古代,人们用绳索的一端系住陶罐,手握绳索的另一端,旋转甩动陶罐,产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜,这就是离心分离原理的早期应用。

工业离心机诞生于欧洲,比如19世纪中叶,先后出现纺织品脱水用的三足式离心机,和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。

由于卸渣机构的改进,20世纪30年代出现了连续操作的离心机,间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。

工业用离心机按结构和分离要求,可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。

离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒,称为转鼓,通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后,被迅速带动与转鼓同速旋转,在离心力作用下各组分分离,并分别排出。通常,转鼓转速越高,分离效果也越好。

离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力,作用在过滤介质上,使液体通过过滤介质成为滤液,而固体颗粒被截留在过滤介质表面,从而实现液-固分离;离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理,实现液-固(或液-液)分离。

还有一类实验分析用的分离机,可进行液体澄清和固体颗粒富集,或液-液分离,这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。

衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值,分离因数越大,通常分离也越迅速,分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为100~20000,超速管式分离机的分离因数可高达62000,分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积,工作面积大处理能力也大。

过滤离心机和沉降离心机,主要依靠加大转鼓直径来扩大转鼓圆周上的工作面;分离机除转鼓圆周壁外,还有附加工作面,如碟式分离机的碟片和室式分离机的内筒,显著增大了沉降工作面。

此外,悬浮液中固体颗粒越细则分离越困难,滤液或分离液中带走的细颗粒会增加,在这种情况下,离心分离机需要有较高的分离因数才能有效地分离;悬浮液中液体粘度大时,分离速度减慢;悬浮液或乳浊液各组分的密度差大,对离心沉降有利,而悬浮液离心过滤则不要求各组分有密度差。

选择离心分离机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性,以及分离的要求等进行综合分析,满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求,初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求,确定离心机的类型和规格,最后经实际试验验证。

通常,对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液,可选用过滤离心机;对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的,则宜选用沉降离心机;对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时,应选用分离机。

离心分离机未来的发展趋势将是强化分离性能、发展大型的离心分离机、改进卸渣机构、增加专用和组合转鼓离心机、加强分离理论研究和研究离心分离过程最佳化控制技术等。

强化分离性能包括提高转鼓转速;在离心分离过程中增加新的推动力;加快推渣速度;增大转鼓长度使离心沉降分离的时间延长等。发展大型的离心分离机,主要是加大转鼓直径和采用双面转鼓提高处理能力使处理单位体积物料的设备投资、能耗和维修费降低。理论研究方面,主要研究转鼓内流体流动状况和滤渣形成机理,研究最小分离度和处理能力的计算方法。  

离心机的日常保养

离心机运转前应先切断电源并先松开离心机刹车,可以手试转动转鼓,看有无咬煞情况。

检查其他部位有无松动及不正常情况。

接通电源依顺时针方向开车启动(通常从静止状态到正常运转约需40-60秒左右)。

通常每台设备到厂后均须空车运转3小时左右,无异常情况即可工作。

物料尽可能要放置均匀。

必须专人操作,容量不得超过额定量。

严禁机器超速运转,以免影响机器使用寿命。

机器开动后,若有异常情况必须停车检查,必要时需予以拆洗修理。

离心机工作时是高速运转,因此切不可用身体触及其转鼓,以防意外。

滤布的目数应根据所分离物料的固相颗粒的大小而定,否则影响分离效果。另外滤布安装时应将滤布

密封圈嵌入转鼓密封槽内,以防物料跑入。

为确保离心机正常运转,转动部件请每隔6个月后加油保养一次。同时查看轴承处运转润滑情况,有无磨损现象;制动装置中的部件是否有磨损情况,严重的予以更换;轴承盖有无漏油情况。

机器使用完毕,应作好清洁工作,保持机器整洁。

不要将非防腐型离心机与于高腐蚀性物料的分离;另外严格按照设备要求、规定操作,非防爆型离心机切不可用于易燃、易爆场合。  

离心机“喘振”

制冷离心式机组的离心机常发生“喘振”现象。

制冷离心压缩机原理是将大分子量的制冷剂通过高速运动将其积压到小的空间进行压缩,然后通过降温进行冷凝。

离心式冷水机组能量调节方式是靠调节高速转动的导片角度来调节压缩比

当供冷量下降的时候,导片做的功降低,压缩出去的气体压力和吸入压缩机的气体压力相近,导致气体回流产生机械的强迫震动。(也称“喘振”)喘振会造成机械部件的损坏。

离心机的发展离心机是将样品进行分离的仪器,广泛应用于生物医学、石油化工、农业、食品卫生等领域,它利用不同物质在离心力场中沉淀速度的差异,实现样品的分析分离。离心机自问世以来,历经低速、调整、超速的变迁,其进展主要体现在离心设备和离心技术两方面,二者相辅相成。从转速看,台式离心机基本属于低速、高速离心机的范畴,因此具有低速和高速离心机的技术特点,其结构主要由电机驱动系统、制冷系统、机械系统、转头和系统控制等几部分组成,与落地式离心机相比只不过是尺寸和容量小一点罢了。通用台式离心机的发展已经模糊了低速、高速、微量和大容量离心机的界线,众多的转头为科研人员提供相当广泛的应用范围,成为科研实验室首选机型,如美国的Sorvall的ST2l,德国 Heraeus新机型 Biofuge Stratos等。  

离心机结构图

离心机结构图
离心机结构图
离心机结构图
离心机结构图

使用注意问题

目前,实验室常用的是电动离心机

电动离心机转动速度快,要注意安全,特别要防止在离心机运转期间,因不平衡或试管垫老化,而使离心机边工作边移动,一致从实验台上掉下来,或因盖子未盖,离心管因振动而破裂后,玻璃碎片旋转飞出,造成事故。因此使用离心机时,必须注意以下操作。

(1)离心机套管底部要垫棉花或试管垫。

(2)电动离心机如有噪音或机身振动时,应立即切断电源,即时排除

故障。

(3)离心管必须对称放入套管中,防止机身振动,若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。

(4)启动离心机时,应盖上离心机顶盖后,方可慢慢启动。

(5)分离结束后,先关闭离心机,在离心机停止转动后,方可打开离心机盖,取出样品,不可用外力强制其停止运动。

(6)离心时间一般1~2分钟,在此期间,实验者不得离开去做别的事。

现在常用的低速离心机很多也进入了实验室,在企业或院校研究机构中,转速在3000转左右的低速实验离心机已经比较常用,如315型过滤+沉降一体式实验离心机,100型实验离心机,200型实验离心机等。这些离心机设计合理,重心低,安全稳定,在化工、食品、医疗等领域的前期试样分析中得到了更大的应用。  

离心机使用守则及使用注意

离心机使用守则:

一. 离心机在预冷状态时,离心机盖必须关闭,离心结束后取出转头要倒置于实验台上,擦干腔内余水,离心机盖处于打开状态。

二. 转头在预冷时转头盖可摆放在离心机的平台上,或摆放在实验台上,千万不可不拧紧浮放在转头上,因为一旦误启动,转头盖就会飞出,造成事故!

三. 转头盖在拧紧后一定要用手指触摸转头与转盖之间有无缝隙,如有缝隙要拧开重新拧紧,直至确认无缝隙方可启动离心机。

四. 在离心过程中,操作人员不得离开离心机室,一旦发生异常情况操作人员不能关电源(POWER),要按STOP。在预冷前要填写好离心机使用记录。

五. 不得使用伪劣的离心使管,不得用老化、变形、有裂

纹的离心管。

六. 在节假日和晚间最后一个使用离心机例行安全检查后方能离去。

七. 在仪器使用过程中发生机器故障,部件损坏情况时要及时与我们联系

离心机使用注意:

目前,实验室常用的是电动离心机电动离心机转动速度快,要注意安全,特别要防止在离心机运转期间,因不平衡或试管垫老化,而使离心机边工作边移动,一致从实验台上掉下来,或因盖子未盖,离心管因振动而破裂后,玻璃碎片旋转飞出,造成事故。因此使用离心机时,必须注意以下操作。

(1)离心机套管底部要垫棉花或试管垫。

(2)电动离心机如有噪音或机身振动时,应立即切断电源,即时排除故障。

(3)离心管必须对称放入套管中,防止机身振动,若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。

(4)启动离心机时,应盖上离心机顶盖后,方可慢慢启动。

(5)分离结束后,先关闭离心机,在离心机停止转动后,方可打开离心机盖,取出样品,不可用外力强制其停止运动。

(6)离心时间一般1~2分钟,在此期间,实验者不得离开去做别的事。

离心机相关行业标准

GB/T 10901-2005 离心机性能测试方法

GB 19815-2005 离心机安全要求

GB 6065-1985 TZ立式振动离心机

GB 12258-1990 医用低速离心机

JB/T 3263-2000 卧式振动离心机

JB/T 4064-2005 上悬式离心机

JB/T 5519-1991 高速冷冻离心机

JB/T 6118-1992 TCL沉降过滤离心机

QB/T 1754-1993 造纸机械立式离心机

JB/T 53190-1999 三足式离心机 产品质量分等

JB 447-1985 卧式活塞推料离心机 技术条件

JB/T 502-2004 螺旋卸料沉降离心机

JB/T 5284-1991 防爆型刮刀卸料离心机

序号 标 准 代 号 标 准 名 称 
1 GB/T 4774-2004 分离机械 名词术语
2 GB 7779-2005 离心机型号编制方法
3 GB 10901-2005 离心机 性能测试方法
4  GB/19815-2005 离心机 安全要求
5 GB/T10894-2004 分离机械 噪音测试方法
6 GB/T10895-2004 离心机 分离机 机械振动测试方法
7 JB/T 447-2004 活塞推料离心机
8 JB/T 10411-2004 离心机、分离机奥氏体钢锻件超声检测及质量评级 
9 JB/T 8051-2006 离心机转鼓强度计算规范 
10 JB/T 8865-2001 活塞推料离心机用滤网
11 JB/T 9095-1999 离心机、分离机锻焊件无损探伤技术规范
12 JB/T 7217-2006 分离机械涂装通用技术条件
13 JB/T 6418-2006 分离机械 清洁度测定方法

 变频器在离心机的应用:1 引言

工业离心机是化工行业主要设备之一,它主要通过离心力作用将固液分离, 一般由进料、洗涤、脱水、括刀、卸料等几个部分, 其中进料、洗涤、括刀、卸料等部分是通过电磁阀、气动阀控制,离心釜是实现固液分离的主要部件,由一台三相交流电机通过皮带传动。根据工艺特点在开始阶段物料主要是固液混合物,刚起动时负载相对较大,当达到一定的转速时液体在离心力的作用下由离心外侧流出,这样部分液体先被分离出来,随着电机转速的进一步提高,负载也相应减小。根据工艺要求,一般分为几个不同转速运行以达到分离效果。

2 变频器在离心机上的应用

2.1 变频器应用的提出

近几年变频器作为一种工业控制设备在不断更新发展,各行各业有着广泛的应用。随着电力电子技术、变频控制理论、微机控制技术的不断成熟,变频器的性能不断完善、功能也不断增强:如多段速、可编程自动运行、通讯功能等,这使用得变频器能适应多种应用场合。根据离心机的生产工艺,可采用变频器的多段速功能控制来实现,另外变频器一般都带有内置制动单元或外部制动单元,这可解决离心机在停车时因惯性大造成停车困难的问题。

2.2 惠丰F1000-G系列变频器在离心机上的应用

离心机负载为恒转矩大惯性负载,这里选用烟台惠丰公司专业生产的F1000-G系列通用型变频器。以电机功率为22kW、4极为例,选用F1000-G0220T3C,其外部控制电路见图1。其中K1的启动信号接变频器OP6多功能控制端子,K2多段速度1接变频器的OP2, K3多段速度2接变频器的OP3,K5多段速度3接变频器的OP4,根据需要选用三段速即低速运行、中速运行及高速运行,具体运行速度可通过设定相对应的参数。

图1 离心机变频外部控制示意图

2.3 惠丰变频器主要参数设定

通用型变频器的主电路如图2所示。

图2 通用变频器的主电路示意图

根据离心机负载特性,设定以下主要参数:

表1 变频器运行设定参数

2.4 惠丰制动单元的应用

离心机为大惯性负载,采用变频器控制时都要求增加制动单元才能满足要求。由电机的运行特性知道当电机的实际转速高于同步转速时电机运行在发电机状态,当离心机开始停机时变频器的输出频率开始按减速时间下降,由于负载惯性离心机此时转速变化不大,造成电机实际转速高于同步转速,电机处于发电制动状态,由变频器的主回路知道,此时电机侧反馈回的能量将通过逆变回路的续流二极管D1-D6反馈到直流回路的滤波电容C1、C2上,这时变频器的母线电压Ud会升高(即泵升电压),过高的泵升电压将使变频器出现过压保护,甚至会损坏变频器,为此,必须加装制动组件,烟台惠丰公司专业生产的BUDR系列制动单元适用于各种通用变频器,当制动单元控制回路检测到直流母线电压达到一定值时控制其开关管IGBT开通,制动电阻RB接到回路中,将电机的反馈的制动能量消耗在电阻上,以维持正常的母线电压Ud。

3 调试注意问题

根据离心机负载特性,在调试时应注意:

(1) 离心机负载起动转矩要求较高,可能出现起动困难的情况,这时可适当提升变频器的转矩补偿值,F1000-G系列F502设定参数为9,但起动转矩补偿不可太大,否则可能出现过流(故障代码为O.C.)、过载(故障代码为O.L.)等报警,若在加速中出现过流报警应适当延长加速时间;

(2) 离心机惯性大,若要变频器按减速时间停车,必须加装制动单元,其制动电阻的选择一般变频器厂家说明手册上都有,可根据操作手册选择,正常工作时制动电阻会因消耗能量而发热,如果减速时会出现过压报警(故障代码为O.E.)可适当延长减速时间F304、F310、F316参数;

(3) 一般离心机安装在操作现场,多台变频器集中置于控制室内,如果现场与离心机距离超过变频器的允许范围应采相应的处理措施,如合理分布主回路线与控制线、加装输出电抗器或滤波器,以防变频器输出电压的衰减,或考虑加大变频器的容量。

4 结束语

离心机采用变频调速可以根据不同工艺要求进行调速,根据物料的不同可方便地选择多段速运行,同时采用变频控制实现电机的软启动,减少对电网的冲击,变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能,当负载或电机出现异常时变频器因故障停机并快速封锁输出,这样可及时保护电机。

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