Шнековые осадительные центрифуги

По заданному фактору разделения при максимальной скорости определяют частоту вращения барабана центрифуги в 1/с :

, (4.57)

где Dmax- максимальный диаметр барабана, м.

Тогда производительность центрифуги в м3/ч по питанию:

, (4.58)

где Dсл- диаметр “сливного цилиндра”, м; L1- длина “сливного цилиндра”, м; r 1 и r 2 -плотность соответственно твердых частиц и жидкой фазы суспензии, кг/м3; d- крупность разделения (минимальный размер частиц, по которым происходит разделения твердого вещества суспензии между сливом и осадком). м; m - динамическая вязкость жидкой фазы, Па·с.

Производительность центрифуги в кг/ч по питанию:

, (4.59)

где - плотность суспензии в кг/м3.

При одинаковых условиях разделения производительность шнековых осадительных центрифуг пропорциональна кубу отношения их линейных размеров и квадрату отношения частоты вращения барабанов или квадрату отношения их линейных размеров и первой степени отношения возникающих в них центробежных сил, т.е.:

, (4.60)

где l -отношение любых сходственных геометрических размеров центрифуг, например

Из уравнений материального баланса можно определить производительность центрифуги в кг/ч по сухому твердому веществу:

, (4.61)

и производительность центрифуги в кг/ч по сливу (фугату):

, (4.62)

В этих выражениях Вс- концентрация твердого вещества в суспензии в % масс; В- влажность осадка в % масс; Вф- содержание твердой фазы в фугате в % масс.

Принимая плотность фугата , получим:

, м3/ч , (4.63)

Предельный размер в мкм твердых частиц, движение которых в поле центробежных сил соответствует закону Стокса, можно с достаточной точностью определить по формуле:

, (4.64)

Минимальную возможную влажность осадка в % можно ориентировочно подсчитать по уравнению:

, (4.65)

где r н- кажущаяся плотность осадка (насыпная масса), кг/м3.

Общий расход энергии шнековой осадительной центрифуги непрерывного действия слагается из мощности: N1- на сообщение кинетической энергии сливу (фугату) и осадку, выбрасываемым из машины; N2 - на преодоление сил трения при транспортировании осадка внутри машины; N3- на преодоление вредных сопротивлений в машине.

Мощность в кВт, .затрачиваемая на сообщение кинетической энергии сливу и осадку, которые выбрасываются из барабана центрифуги:

, (4.66)

где Rк- радиус расположения окон для выгрузки осадка из барабана центрифуги, м.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения при транспортировании осадка внутри машины, включает мощности: - на преодоление составляющей центробежной силы; N2'' - на преодоление сил трения, возникающих между стенками барабана и осадком; - на преодоление сил трения между витками шнека и осадком, т.е :

, (4.67)

Мощность в кВт, затрачиваемая на преодоление составляющей центробежной силы, которая направлена вдоль образующей барабана машины к его широкому концу:

, (4.68)

где Rср- средний радиус барабана, м; L- длина барабана центрифуги, м; b - угол между осью и образующей барабана.

Мощность в кВт, затрачиваемая на преодоление сил трения между осадком и стенками барабана:

, (4.69)

здесь К1- коэффициент трения осадка о стенки машины (обычно К1=0,3 ё 0,8)

Мощность в кВт, затрачиваемая на преодоление сил трения между осадком и витками шнека:

(4.70)

где К2- коэффициент трения осадка о поверхность витков шнека (обычно К2 = 0,15 ё 0,40); z- число витков шнека.

Подставив значения , и в уравнение 4.67) , получим N2 в кВт:

(4.71)

Мощность N3 , затрачиваемая на преодоление вредных сопротивлений в машине, также включает три составляющие , , .

Мощность в кВт на преодоление сил трения внутри редуктора:

, (4.72)

где h - коэффициент полезного действия редуктора (для обычного редуктора h = 0,95 ё 0,98); i- отношение частоты вращения барабана и шнека (обычно i=30 ё 50).

Для сокращения потерь в редукторе можно устанавливать специальные планетарные редукторы или редукторы с внутренним зацеплением. В этом случае уравнение (4.72) принимает вид:

, (4.73)

здесь h 1- коэффициент полезного действия планетарного редуктора (обычно h 1=0,60 ё 0,85).

Из положенного следует, что решающим фактором, определяющим величину потерь мощности в редукторе, является принятая схема редуктора. Степень влияния этого фактора выясняется только при конструировании конкретной машины, в связи с чем точное определение возможно только после выбора или разработки конструкции редуктора.

Мощность, затрачиваемую на преодоление сил трения в цапфах и уплотнениях, можно ориентировочно подсчитать по формуле:

, (4.74)

где , кВт; G- вес вращающихся частей центрифуги, кг; Dб- максимальный диаметр конического барабана центрифуги, м; К3- коэффициент, учитывающий потери холостого хода машины (можно принимать К3= 3 ё 6); К4- коэффициент трения в цапфах (для шариковых и роликовых подшипников К4 = 0,005 ё 0,020, для подшипников скользящего трения К4= 0,05 ё 0,10).

Мощность в кВт, затрачиваемая на преодоление сил трения барабана машины о воздух:

, (4.75)

Таким образом, полная мощность, потребляемая шнековой осадительной центрифугой непрерывного действия:

, (4.76)

Из приведенных уравнений видно, что составляющие N1 , N2 и энергетического баланса пропорциональны квадрату частоты вращения n , составляющая - ее первой степени, а составляющая пропорциональна кубу величины n . Это позволяет (при прочих равных условиях) вычислить мощность, расходуемую центрифугой при различных частотах вращения, если известна мощность, расходуемая машиной при какой-либо определенной частоте , по уравнению:

, (4.77)

где Nx - потребляемая мощность при частоте вращения nx; n0 - частота вращения, при которой определены составляющие энергетического баланса.