前言

随着人们环保意识的不断加强和我国环保政策和法规的不断完善,各行各业污水处理项目和工程急剧增多,各种各样的固液分离设备也随之不断地应用于工程实践。科学技术的不断进步,新产品、新技术、新材料不断涌现,以及工程项目对服务设备的经济技术、投资成本指标等要求的不断提高,各个工程项目中所有设备的开机率和连续工作时间也都大幅度的提高,这就给在污泥脱水领域中的卧螺离心机提出了新的更高的要求。

我国自20世纪80年代末开始引进应用、消化吸收国外的技术,同时开发拥有自主技术的同类设备。卧螺离心机作为污泥脱水工艺过程中新兴的主导设备,其对具体工艺条件的适应性和本身工作的可靠性是否能够达到预期的设计指标、满足工艺要求,受到了实实在在的考核与验证,就此情况对卧螺离心机的结构进行简单分析。

1·卧螺离心机的结构及工作原理

卧螺离心机是依靠固液两相的密度差,在离心力的作用下,加快固相颗粒的沉降速度来实现固液分离的。图1所示为卧螺离心机结构简图。

转鼓前方设计有一个锥段,根据物料性质的不同,按照设定的速度高速旋转,物料在转鼓内壁以设计速度旋转,沿着转鼓壳体形成一同心液层,称为液环层。物料内所含的固体在离心力的作用下沉积到转鼓壁上,再通过螺旋的运转将干物料推出转鼓。转鼓的运转速度直接决定分离因数,而螺旋的速差则直接影响被输送到转鼓外的固体含水率。它对处理量、停留时间和固体排出都有直接影响。

2·机械参数对处理量的影响

2.1转筒直径。卧螺离心机的直径为180～920mm,这就意味着在径长比相同的情况下,理论上的体积分离范围为1∶130。

卧螺离心机的直径不可能无限制地增加,因为随着直径的增加可允许的大速度会由于材料坚固性的降低而降低,从而离心力也相应降低。从经济的角度讲,不能通过增加卧螺离心机的直径来增加其流量。

2.2转筒直径和长度之比。过去径长比一直保持在1∶2,而现在已经可以达到1∶3或1∶4（甚至更高）。径长比对物料在澄清区的停留时间有影响,它确定了离心机的体积流量。径长比对固体流量没有很大的影响,但是它对泥饼的含湿量有影响。

2.3转筒圆锥角度。圆锥角度对固体流量的性能具有重要影响,由于离心力的作用,当颗粒到达转筒内壁并被螺旋向前输送的同时也具有向后流动的趋势,而向后流动的速度与螺旋斜角有关,后体现在锥角上。两者对固体颗粒的输送性能产生直接的影响,即随着回流速度的增加则固体输送速度下降。

2.4机器制造材料。材料的坚固性体现在离心机的转速上,它也直接对体积流量和质量流量产生影响,此外离心机的腐蚀也与其材料结构有关。

2.5BD挡板结构或压榨式螺旋设计,见图2,即在离心机锥段的螺旋出料端设置一个特殊挡板,即BD挡板,或增大锥段螺旋设计（内锥体）,可使离心机处于超深液池状态,使池中液面处于高于固体排放面状态下运行,并在锥段减小污泥空间体积,增加对泥饼的压力,并且只输送下部沉渣,而将上部含水率高的污泥截留在压榨锥段外侧,实现压榨脱水（类似于螺旋压榨脱水机）,使出泥更干。螺旋输送器的螺旋叶片设计成螺距渐变的形式,螺距从转鼓大端至小端逐渐减小,使沉渣在输送时出受到径向的离心力压实外,还受到轴向的双向挤压作用,沿轴向产生挤压力。于是沉渣的毛细孔隙减小,所含的水分向外排放,从而使沉渣的含水量降低。另一种是在螺旋筒体上设置横截面为阿基米德螺线形的压榨板,见图3。当沉渣从螺旋圆柱段推向锥段时,螺线形压榨板将沉渣逐渐压缩。由于压榨板与转鼓筒体形成楔形通道压渣压力逐渐升高,在出口处达到大,并将滤液沿楔形间隙的切线方向从较宽的方向排出。

3·辅助设备对处理量的影响

3.1混合驱动系统。采用有变频器的驱动系统可使转筒速度在运行中无级调节,而螺旋差速也随着转筒速度而相应变化。在机器停机的时候,还可以通过调换不同的皮带轮组来获得不同的速度。

采用液压驱动系统来驱动螺旋可使差速在运行中无级调节,而液压油直接与螺旋驱动的力矩相对应,即它与转筒内部所沉降的物料成正比。

这种互连系统是一种闭路控制系统,可以根据转筒内沉降的固体输送的要求而独立地控制螺旋差速。如果力矩增加则螺旋的差速也成正比地增加,而转筒速度可以保持不变（从而使排出转筒的固体干度保持恒定）。

可变泵式叶轮技术可在机器运行的情况下调节机内液层厚度以使卧螺离心机无需停机即可进行快速调节以达到佳的分离效果。

3.2新型独立驱动系统。新型的独立驱动系统的结构特点为转筒和螺旋的驱动分别由两台独立的变频电机来驱动。

采用新型齿轮箱连接转筒和螺旋,这种齿轮箱除了能承受高扭矩外,还能够在转筒不转动的情况下独立转动螺旋。

该驱动系统除了能保持液压系统承受大扭矩外,还能使差速达到更加精确的程度并能大限度地降低甚至消除启动电流峰值和震动。具体表现在:在离心机启动时首先启动螺旋,这样可以排除上次运行中可能留下的残余物质从而避免了转筒启动时可能发生的由于残留物分布不均匀而造成的启动震动大的情况;同时,在关闭机器时首先将转筒速度降低,然后由螺旋继续将残余物质排出机外。

这种转筒和螺旋分开独立驱动的系统还可以在机器堵塞时单独启动螺旋,在低速的情况下排出停留在机内的残余物质,从而简化了保养和维修的过程。

4·结论

通过以上讨论和分析不难看出,结构设计对卧螺离心机处理能力的影响主要体现在机械参数和相应的辅助设备的选择与设计等方面。如果将每一个问题都考虑的即全面具体,又能够有机地协调好各方面的相互配合和制约关系,就能够更好地使卧螺离心机很好的服务于我国各行业的固液分离领域。