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卧式振动离心机

WZY1400型大型卧式振动离心机的研制

2007-10-30    

中图分类号：

TD462 ．1 文献标识码：

A

    l 卧式振动离心机及其发展现状

    过滤式离心机是选煤厂用于末煤脱水的主要设备，其结构型式有三种：

卧式振动离心机、立式振动离心机和立式刮刀卸料离心机。

    1．1 卧式振动离心机的优点

    从发展趋势看，世界各国都在积极发展卧式振动离心机，其主要原因是该机型具有以下优点：

（1）效率高。

衡量离心机工作效果的主要工艺指标是脱水产品的水分和离心液中煤的损失量。

通常，在人料水分相近时，卧式振动离心机产品水分与刮刀卸料离心机的相差不多。

但在人料粒度组成相似时，卧式振动离心机离心液中煤的损失量不超过4％ ，通常为2．5％ 一3．5％ ，而刮刀卸料离心机则为5％ 一6％ 。

（2）易损件少，煤的粉碎率低。

振动离 L-机易损件较少，转速较低，离心强度较小，采用振动卸料方式，因此，煤的粉碎率低。

易损件主要是筛篮和人料管。

筛篮的使用寿命较之国内普遍采用的立式刮刀卸料离心机筛篮长1—2个月，人料管的使用寿命在6—12个月，维护成本相对较低。

    （3）处理能力大，人料粒度上限大。

卧式振动离心机的处理能力可达250t／h，可满足选煤厂大型化、模块化的需求；人料粒度上限为50ram，大大简化了选煤厂的工艺流程，降低了成本，便于管理。

    （4）降低厂房高度，方便维修。

与其他结构形式的离心机相比，卧式振动离心机结构简单，维修方便，可在水平方向实现易损件的更换，降低了对厂房高度的要求。

    （5）电耗低。

与其他机型相比，卧式振动离心机吨煤电耗较低，约为0．125kW ·h，降低了选煤厂的生产成本。

    1．2 发展现状

    在国外，振动卸料离心机技术已日趋完善。

几个产煤大国都有自己的一种或几种系列产品。

例如，德国DBT公司的VM系列、澳大利亚申克公司的SCC系列和荷兰TEMA公司的HSG系列卧式振动离心机。

    国外最大的卧式振动离心机筛篮大端直径已达1 500mm，处理能力达300t／h，产品水分5％ 一9％ ，但价格较高，每台大约需130万人民币。

    国产卧式振动离心机以小型为主，如WZL1000型和ZWPIO00型卧式振动离心机，其中，ZWP1000型卧式振动离心机为煤炭科学研究总院唐山分院承担“九五”国家科技攻关项目成果。

该机彻底解决了国产卧振存在的箱体漏油严重、支座易开裂、调整困难等主要技术问题，经专家鉴定，该机各项技术性能指标达到了国内领先水平，目前已有多台应用于选煤生产，获得了良好的工艺效果。

但因其型号偏小、处理量低，无法满足现代化大型选煤厂的需要，用户范围窄，严重制约了其推广。

    尽管国内也有少量不同型号的大型卧振，但质量和技术均难达到同类进口设备的水平，而进口同类设备价格又十分昂贵，除少数大型选煤厂外，多数选煤厂不得不选用价格较贵且易损件多的立式刮刀卸料离心脱水机，还有一些选煤厂仍然在使用老式国产卧式振动离心机，给选煤厂生产带来很多困难。

    为此，煤炭科学研究总院唐山分院以其长期积累的卧式振动离心机设计技术与经验，以国外先进的卧振产品技术性能为目标，研制成功了WZY1400型卧式振动离心机，目前已有十余台投入现场使用，取得了良好的使用效果。

    2 优化设计

    国产大型卧振的质量和技术达不到国外同类设备水平的主要原因是设计方法缺乏科学性，这一点在国产卧振振动系统的设计方面表现的尤为突出。

由于缺乏深入的理论研究，许多设计参数照抄进口设备，未进行整体参数优化，致使设计失败。

针对上述情况，在研究开发WZY1400型卧式振动离心机过程中，充分借鉴国内外的卧式振动离心机的先进技术与成功经验，从大型卧式振动离心机整体参数优化着手，利用科学的有限元分析软件对大型卧式振动离心机振动系统及其关键零部件进行优化设计，以提高整机的可靠性。

    振动箱体有限元分析包括以下内容：

（1）采用分析软件建立振动箱体的立体模型，为下一步有限元分析做准备。

图1所示为振动箱体的立体图。

（2）振动箱体的有限元划分网格（图2），即将建立好的立体模型划分成很小的单元，每个单元是一个单独的受力体，单元之间相互连接，当一个单元受力时，力会传导到其他单元。

    （3）划分单元网格后，进行振动箱体的受力分析、疲劳强度分析和模态分析等。

振动箱体的应力分布如图3所示。

图3背景颜色条代表应力的大小，每一种颜色对应不同的应力值。

零件上的不同颜色表示零件的不同部位所受不同的应力和应变力，据此，可以找到应力和应变的最大点，并与材料的允许值相比较，从而判断结构设计是否满足要求。

（4）振动箱体的模态分析（结果见表1）。

振动箱体不同阶数模态是由于振动箱体每一相关零件对箱体所产生的不同作用而形成的，每一阶模态对应一个固有频率，设计时必须使激振频率避开相应的固有频率，以免发生共振。

本机的振动箱体采用的激振频率为24．3Hz。

  （4）对振动箱体实施优化设计时，分析软件根据输入的力、转距、材料的弹性模量和波松比计算出整体结构的最低安全系数，只有计算值大于要求值时，才能说明结构强度满足要求。

图4中A、B、C、D区域是低于所要求的安全系数区域，说明需对相应结构进行修改，改后再用分析软件进行受力、疲劳强度、动静态、固有频率等一系列分析，直至全部达到要求为止。

3 结构分析

    WZY1400卧式振动离心机由旋转部分、振动部分、机体和润滑系统组成（图5）。

在研究开发过程中，针对国产卧式振动离心机存在的振动参数不稳定、振幅调整困难、箱体漏油严重、主轴承和弹簧易损坏等问题进行了细致地研究，采取了一系列技术措施，使其结构更加科学紧凑，各部件的运行更加稳定可靠，易加工，易拆卸，彻底解决了以往国产卧振存在的问题，现场应用效果良好。

 3．1 旋转部分

    旋转系统必须满足以下主要条件：

① 能够传递足够大的回转力矩和承受较大轴向惯性力；② 保证筛篮能够按照设计要求进行旋转和轴向振动；③ 便于安装和检修。

为了保证主轴旋转并传递激振力，并考虑其可靠性及使用寿命，主轴采用一对瑞典SKF公司的球面滚子轴承支承。

    筛篮的设计主要是确定其直径和半锥角。

筛篮的直径直接影响处理能力，直径越大，处理能力越大；筛篮半锥角α的大小直接影响物料在筛面上的运动状态和停留时间，一般α<µ（物料对锥体的动摩擦角）。

物料在筛篮内的滑行速度不仅与a有关，而且与物料所在位置的回转半径有关，回转半径愈大，滑动速度愈小。

若锥角过大，则由于筛篮前后物料滑动速度的差值太大而引起排料端物料层增厚，造成物料沿筛篮长度分布不均匀，使离心机的脱水效果变差。

目前卧式振动离心机的α值一般取10～18。

根据WZL1000型卧式振动离心机和ZWP1000型卧式振动离心机现场的使用数据推算，参考国外大型卧振离心机筛篮参数，并考虑处理量与产品质量等因素，WZY1400型卧式离心机筛篮的α值取l5度，大端直径为1 400ram。

    国产卧振筛篮与主轴的联接一般采用锥度紧配合，现场拆卸筛篮相当困难。

WZY1400型卧式振动离心机筛篮与主轴采用法兰螺栓联接，有专用的筛篮拆卸工具，更换方便。

    3．2 振动部分

    目前，国产卧振大都采用箱式激振器作主振源，噪声大，检修困难，调整不方便，密封问题也不好解决。

WZY1400型卧振采用立式安装的两振动电机作为激振源，振幅调节极为方便，能根据要求调到一个精确振幅，振幅可调范围为2—4mm，且振动系统具有结构简单、调整方便、拆卸检修便捷、维修量少、无漏油问题、布局合理和可靠性高等优点。

    该机型振动体与其支承装置之间采用环形主振橡胶弹簧隔离，这也是WZY1400型卧式振动离心机的主要优点之一。

环形橡胶弹簧能同时承受多个方向的负荷，对于突然冲击和高频振动吸收以及隔音具有良好的效果，从而简化了本机的结构，安装和拆卸也简单方便。

进口VM1400型卧式振动离心机采用二级振动体，初级振动体与二级振动体靠强力橡胶和联接销预压在一起，初级振动体的

振动激发二级振动体作轴向快速振动，此设计造成系统结构复杂，不便于安装检修，振动体的检修需厂家的指导和使用专用工具才能完成，给现场的生产维修带来极大的不便。

    3．3 机体

    WZY1400卧式振动离心机机体采用框架结构，两电机连接处采用无缝钢管支撑，增加了整体强度。

框架机体焊接后进行退火处理，框架机体的整体加工保证了主轴轴承位的同轴度和安装振动电机的孔中心的相对位置，从而增强了整机可靠性与稳定性。

    3．4 给料弯管结构合理

    给料管固定在带转轴的盖门上，给料管的结构能保证物料在设备运行时给至筛篮的最佳位置，从而使离心机处理量及产品水分达到最佳效果。

    3．5 润滑系统

    采用稀油集中压力循环润滑系统。

该系统兼有润滑、冷却和润滑油净化三项功能。

润滑油由油箱经过滤油器进人齿轮油泵，然后经主压油管和两个分支油管进人各润滑点，供给各润滑点的全部润滑油再由箱体底部经回油管返回油箱。

该系统具有润滑点少、噪声低、维修量少等特点。

    4 振动系统特性

    WZY1400卧式振动离心机采用远共振线性振动系统，振动平稳，频率高。

图6所示为国产卧式离心机通常采用的振动系统特性曲线，图7为WZY1400型卧振振动系统特性曲线，图中，A点为工作点。

从图7可以看出。

本机型工作点所在区间是一段非常平缓的近似直线，其工作频率远高于自振频率，显然该系统对现场适应能力强，对人料的变化不敏感，振幅稳定。

6 工业应用效果

    WZY1400型卧式振动离心机样机于2004年12月底试制成功，并通过了国家选煤机械产品质量监督检验中心的检测，各项机械性能指标均达到了设计要求，运转平稳，噪声仅为81 dB（A），轴承温升仅为31℃ 。

    样机于2005年11月在内蒙庆华百灵选煤厂带煤试运转，一次调试成功。

迄今WZY1400型卧式振动离心机已带煤运转半年多，几次取样测定产品水分均在8％ 以下，处理量可达到200t／h以上。

工业性试验结果见表3。

  山西稷山县东方铁合金有限公司选煤厂、山西襄垣花宝沟选煤厂等同样也获得成功应用经验。

WZY1400型卧振的研制成功满足了大、中型选煤厂的需求，改变了我国大型卧式振动离心机主要依赖于进口的局面。

    7 结语

    WZY1400型卧式振动离心机的成功研制填补了国内大型卧振领域的技术空白，该机具有生产能力大、工艺指标良好、结构设计新颖、性能稳定、可靠性高、维修量小、易调节等突出特点，具备多项创新技术和创新结构设计，完全可以取代进口产品，是选煤厂产品脱水的理想设备。

VM1400型卧式振动离心机在临涣选煤厂的应用

发布时间：

2007年2月3日

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杨晓鸿,王家林,王飞虎

摘要　介绍了临涣选煤厂引进的澳大利亚约汉芬雷公司的VM1400离心机的工作原理、主要技术参数及其特点。

并对VM1400离心机在临涣选煤厂的应用情况进行了分析。

关健词　离心机　产品水分　技术改造

1　前　言

　　临涣选煤厂是一座年设计入选原煤300万t的矿区型选煤厂。

该厂由平行单、双号2个系统组成,单系统处理能力为150万tPa。

原设计工艺为跳汰粗选-重介旋流器精选-煤泥浮选联合工艺流程。

由于原设计中重介部分问题较多,致使重介选煤部分一直未投入正常生产,生产工艺系统一直采用跳汰-浮选联合工艺流程,但重介设备在生产时作无效运转,大大增加了该厂的设备及材料的损耗和浪费。

为此,临涣选煤厂对工艺系统进行了技术改造。

2　引进VM1400型离心机的目的

　　通过对临涣选煤厂工艺系统的分析得知,原重介系统中的磁选机、重介旋流器、稀介桶等设备在系统中仅仅成为煤泥水及煤流的溜槽或管道。

1998年3月,逐步通过增设与改进管路,即短接旋流器入料、出料,截流磁选机、稀介桶入料、煤泥水等措施,甩掉了原系统中的磁选机、重介旋流器、稀介桶等设备。

改造后工艺图如图1。

改造后,虽然部分重介设备脱离了原工艺系统,但处于重选枢纽部分的混合桶、精煤脱介筛等重介设备虽然对生产技术指标无关紧要,却被迫受流程要求作无效运转,增加了岗位开车的设备数,加大了工人的劳动强度,增加了生产管理难度,浪费了能源,加大了设备的损耗,提高了生产成本。

由生产实际可知,只有在厂房+7180m平面增设1台处理能力大、性能可靠的精煤离心机,直接处理双层脱水筛的末精煤,替代原系统中两台VC56离心机,便可甩掉重介设备中的混合桶及底流泵、脱介筛、VC56离心机等设备,而恢复原重介系统只需调节溜槽翻板即可实现。

经调研,1998年6月引进1台澳大利亚约汉芬雷公司的VM1400型离心机对单号系统进行技术改造（图2）。

安装时利用原系统中的溜槽、管道及设备进行联接和延伸,有效地减少了施工工程量和施工期,于当月安装,当月投入使用。

自使用以来,运转状况良好,各项经济技术指标均达到了预期的技改目的。

3　VM1400离心机主要技术参数、工作原理及特点

3.1　VM1400离心机的主要技术参数

处理能力　300tPh　（取决于物料的粒度组成）

给料水分　18%～25%

产品水分　5%～9%（取决于物料的粒度组成）

筛篮间隙　0140mm　（也可选0150mm）

筛篮转速　290rPmin

旋转电机　45kW,6极,250M支架,底部安装

振动电机　2台,功率418kW

振动频率　1440rPmin

振动振幅　2～6mm　（可调）

3.2　VM1400离心机的工作原理

　　VM1400离心机是煤用脱水设备,它装有一个带锥度的筛篮,并向大端开口,筛篮绕水平轴旋转的同时,也沿轴向做快速振动,从而达到物料的脱水和运输效果。

该机在工作过程中,通过一个固定给料导管,使物料沿着其内壁流到导管的端部,抛向旋转及振动的离心机筛篮内壁。

煤的外在水分在离心力的作用下,通过楔形筛条之间的缝隙排除,从而实现脱水。

而离心液被收集到机体后部,通过管道排出。

由于VM1400离心机在设计上,其筛篮向大端有锥度,使之有利于物料的运输。

同时,在离心机的主体两侧对称安装两个封闭振动电机,其振幅还可根据实际生产情况通过调节激振器电机的配重来调节。

这样,通过快速振动可减少物料颗粒之间以及颗粒与筛篮之间的摩擦力,使颗粒状态的物料更易于运动,因而实现物料向大端排料口的运输。

3.3　VM1400离心机的特点

（1）运转平稳,频率高,处理能力大,脱水效果好,整机工作噪声小。

（2）所有入料、滤液、排料及重要的部位均有聚氨脂或高铝陶瓷耐磨材料做衬板,有效地提高了设备的使用寿命。

（3）主机两侧对称安装振动电机,其振动特点是机器主体振动小而筛篮部分振动大,从而避免了通常由于机器的激振器高加速而产生的有害振动。

（4）由于振幅可通过调整电机配重来调节,范围为2～6mm,因而可根据煤的性质（如煤种、粒度等）,灵活地调节离心机的振幅,使煤流在筛篮上滞留的时间达到最佳值,提高脱水效率。

（5）采用封闭式电机,防止电机受潮、水淋等,保护电机延长其使用寿命。

（6）给料管与离心机门为一体,且离心机门与整机是采用铰链连接方式,保证了设备在运转时,物料给至筛篮的最佳位置,使离心机的处理量及产品水分达到最佳效果。

（7）维修简单、方便,其易损部件如筛篮等,可以利用独特的更换顶杠,移至机外,便于检修。

（8）配有一个单板可变微油量开关,通过内部闭锁关系保证润滑系统运行,并确保油泵电机至少运转30s,其旋转电机、振动电机才能依次启动,避免了设备部件在油面过低的情况下运转,可延长设备的使用寿命。

4　工艺效果分析

　　表1所列为单号系统改造前后离心机工艺指标对照。

改造后取得的效果:

①在保持原有系统完整性的同时,又具备了相应的灵活性。

②由表1可知,产品水分在原有设备VC56离心机的基础上略有下降,基本稳定在7100%以下,脱水效率高于VC56离心机,达到了工艺要求。

③在保证产品质量的前提下,节省能耗、降低维修费用、简化生产工艺环节、降低生产管理费用,从而达到降低生产成本,提高经济效益的目的。

④由于简化了工艺流程,减少了开车设备数,因而,可降低相关岗位的劳动强度,实现了减员提效的目的。

⑤由于新工艺中避免了跳汰末精煤进入重介系统大循环,也可以减少系统中的次生煤泥量（约2.00%）,减轻浮选机、压滤机、过滤机等设备的负荷,改善了煤泥水系统的处理效果。

⑥由于次生煤泥的减少,可提高跳汰精煤量,达到提高精煤产率的目的。

5　存在的问题

　　VM1400离心机在临涣选煤厂使用以来,运行稳定可靠、技术指标符合要求。

但是,由于该厂属于在原有工艺的基础上进行改造,厂房空间有限,又属国内首次引进该类型设备,因此,在生产过程中,仍存在着一些不足:

①在初期投入使用时,因VM1400离心机筛缝较小（Φ0.40mm）,生产车间基于进一步提高精煤产率的愿望,停开原系统中处理永田沉淀槽底流的粗煤泥筛（Φ0.50mm）,直接入HLW双层脱水筛,使VM1400离心机入料中细粒煤泥量增加导致离心机卸料速度慢,产品水分偏高（水分可达14.00%）,其下料溜槽也因细泥多,容易堵塞,不利于生产。

经调研、分析后,又恢复使用原系统处理粗煤泥的脱水筛。

②该离心机筛篮容易磨损,价格昂贵。

6　社会效益、经济效益评估

6.1　社会效益

　　由于停开混合桶、脱介筛等设备,可相应减轻相关岗位的劳动强度,简化工艺环节,实现减人并岗目的。

同时,也节约了能源,减少设备维检费用,降低了生产成本。

也为另一系统的技改提供依据,积累经验。

6.2　经济效益

　　经济效益（以全年一个系统计算）:

①节约电费。

停开设备的总功率600.00kW,新增设备的总功率55.35kW,节省功率544.65kW,以每年生产300d,每天生产14h,工业电费按0.40元P（kW·h）计,年节约电费90万元;②节减设备维护费用。

经测算,停开设备可节约维检费用约20万元;③精煤增收效益。

由于避免了跳汰未精煤进入重介系统内大循环,可减少次生煤泥量约2.00%,因此,可相应增加跳汰精煤量,经测算,全年可增收精煤款90万元。

年总增效约200万元。

6.3　投资回收期

　　经测算,投资回收期为0.86年,即约10个月即可收回全部172万元投资。

7　结束语

　　临涣选煤厂通过单号系统改造后,实现了简化工艺,提高工效的目的。

也可以看出,VM1400离心机具有入料范围宽,单机处理能力大,适应性强,易于维修等优点,是大型选煤厂精煤脱水的首选设备