论文部分内容阅读
摘要：离心机在国民经济的很多部门有着广泛的应用，在某些单位和部门，离心机的应用数量还比较多。本文主要探讨了离心机电机容量的确定以及离心机电机容量确定中的节能。
关键词：离心机；电机容量；确定；节能
中图分类号：TE08文献标识码： A
离心机就是利用离心力使得需要分离的不同物料得到加速分离的机器。工业离心机最早诞生于欧洲19世纪中叶。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选礦、煤炭、水处理和船舶等部门。其主要分为过滤式离心机和沉降式离心机两大类。过滤式离心机的主要原理是通过高速运转的离心转鼓产生的离心力（配合适当的滤材），将固液混合液中的液相加速甩出转鼓，而将固相留在转鼓内，达到分离固体和液体的效果，或者俗称脱水的效果。沉降式离心机的主要原理是通过转子高速旋转产生的强大的离心力，加快混合液中不同比重成分（固相或液相）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。
离心机是化工生产后处理工艺中用以解决液固相机械混合物分离常用的一种高效率分离机械，也是一种通用性很强的化工机器。离心机在国民经济的很多部门有着广泛的应用，在某些单位和部门，离心机的应用数量还比较多。因此在当前能源比较紧缺的情况下，如何合理确定离心机电机容量，不仅对本单位、本部门节能有利，而且还会带来良好的社会效应。
1离心机电机容量的确定
间歇运转离心机除包括三足式、上悬式等常速离心机之外，还应包括管式高速离心机。
1.1间歇运转离心机
启动阶段消耗的总功率（NI），为
NI=N1+N2+N3+N4 kw （1）
式中N1—启动空转鼓从静止到达工作状态所需的功率， kW；
N2—启动物料到达工作状态(亦即克服物料惯性)所需的功率， kW；
N3—克服轴与轴承摩擦所需的功率，kW；
N4—克服转鼓、物料与周围空气摩擦所需的功率， kW。
若物料在转鼓启动后加入，则式(1)中无N2项。
全速运转阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4kw （2）
对于启动时间短、启动频繁的离心机，一般情况下启动阶段功率大于运转阶段功率，因此启动阶段消耗的总功率是选择这类离心机电机的主要依据。
1.2连续运转，间歇加、卸料的刮刀卸料离心机
启动阶段消耗的总功率（NI），为
NI=N1+N3+N4 kw （3）
加料阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4kW（4）
卸料阶段消耗的总功率(NIII)为
NIII=N3+N4+N5kW（5）
式中N5—克服卸料所需的功率， kW。
对于由离心离合器带动主轴、启动时间比较长的离心机，一般情况下启动功率往往不是最大，而卸料阶段消耗的总功率则达到最大，故以此功率作为选择电机的主要依据。
1.3连续运转，连续加、卸料的离心机
启动阶段消耗的总功率(NI)为
NI=N1+N3+N4 kW （6）
运转阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4+N5kW（7）
一般情况下，这类离心机运转阶段消耗的总功率较大，常以此作为选择电机的主要依据。
1.4如何选择电机
笔者认为，由于连续运转间歇操作刮刀卸料离心机一次性启动后连续运转，工作周期无限循环；在一个工作周期(如加料、分离、洗涤、甩干、卸料以及洗网等各个阶段)内消耗的功率不相同，大小相差可能很大；而且各个阶段经历的时间也长短不一，因此按工作时的最大功率来选择电机显然是不合理的，因为这样电机大部分时间将处在低负荷条件下运行，功率因数很低。
1.4.1按等值功率法确定电机功率
对于连续运转离心机，选择电机时比较合理的方法是采用“等值功率法”。所谓等值功率法，是从电机绝缘发热的角度将操作周期内实际变化的功率用一个假想不变的恒定功率来代替，后者产生的效果与前者是等值的，这个等效的假想不变的功率称为等值功率。
对如何选择电机，还应作如下明确说明：根据上述方法选择电机时，对连续运转离心机，其启动功率不作选择用，而只作一必要的验算，理由是这种离心机的启动功率消耗仅是一次性的，不包括在一个操作周期之内。若电机的启动功率不够时，可通过适当延长启动时间来得到改善。
对间歇运转离心机，特别是周期很短、需频繁启动的离心机，由于电机的启动电流比额定电流往往要大好多倍，很容易使电机发热，因此实际选用的电机功率通常都比计算值更大一些。
最后应该指出，由于被分离物料的性质差异很大，离心机结构也不一样，加之尚有未考虑到的因素，因此功率消耗的计算值与实际需要值往往有出入，而且还可能比较大，故上述功率计算只能作为选择电机时必要的参考，而不能将计算看作是选择电机时唯一的主要依据。选择电机时，最好也是最可靠的方法是通过试验确定需要的功率值，没有这个条件时，主要应参考同类产品经实践考验被认为是合适的实际功率值。
1.4.2选择电机时的合理考虑
对于连续运转离心机，为使所选的电机能经济合理地工作，通常应有如下考虑：
(1)将离心机消耗的最大功率作为选择电机的参考，但不完全按最大功率考虑，允许所选电机在工作时有短时间部分的过载，其“过载率”(即超过电机额定功率的过载部分占额定值的百分数)的大小视过载占一个操作周期的时间百分比而定。若时间百分比低，则可允许电机的过载率适当高一些；反之，过载率应限制得低一些。过载率一般可为20%-50%。
(2)根据离心机的启动情况，从电机性能来说，最好选用具有较大启动转矩的特殊电机，如滑环式电机或绕线型转子电机，但价格较贵，比一般三相(鼠笼型)感应电机要高40%以上，故通常不采用这种方法。
(3)仍选用价廉的普通三相鼠笼型感应电机，但同时采取措施解决离心机启动时电机过载的问题，如采用离心式摩擦离合器或液力联轴器，其中后者性能更好，对有防爆要求的场合更为合适。离心式摩擦离合器靠摩擦片的机械摩擦来带动皮带轮，液力联轴器靠液体冲击涡轮，带动转鼓。它们的作用都能使离心机缓慢启动，即可延长启动时间，避免因离心机启动困难而不合理地选用功率过大的电机；同时离心机启动比较平稳，可防止因启动转矩过大而使电机超载过多。当离心机过载较大，电机承受不了时，摩擦片与皮带轮内壁间自动打滑，或泵轮与涡轮间液体自动打滑，从而有效地保护了电机。因本项措施安全、可靠，深受用户欢迎。
2离心机电机容量确定中的节能
通过以上分析，对连续运转离心机功率确定中的节能问题有如下三点看法：
2.1按推荐的方法确定连续运转离心机(特别是连续运转、间歇操作刮刀卸料离心机)的电机功率，是按卸料最大功率作为选择电机的主要依据，很不妥当。理由是电机容量太大，设计过于保守，所选电机在正常运转条件下，一个操作周期内大部分时间处于低负荷状态，造成电机功率因数很低，能量浪费大，不符合节能要求。
2.2若电机容量欠够(对操作条件及各种实际情况预料不周时)，则一遇到意外，电机就有可能启动不了，这种情况应予以重视。
某厂新购的一台连续运转离心机，试车时启动不了。经和制造厂一起研究，离心机本身没有问题。最后发现是电压只有160V的缘故。以后该制造厂对电机功率的确定，不只考虑到机器完成工艺过程所需功率，还注意到周围环境电网波动所带来的影响。
2.3从节能角度考虑，希望所选电机在额定功率或尽量接近额定功率的条件下工作，这样电机功率因数比较高，符合节能要求。按前面介绍的“等值功率法”确定电机容量就有这个含义。此方法之所以比较合理，是选电机时，既参考了离心机在一个操作周期内的最大功率(如卸料功率)，但又不完全按最大功率考虑，允许所选电机在工作时有短时间部分的过载。这个“过载率”(即超过电机额定功率的过载部分占额定功率的百分数)的大小视过载占一个操作周期的时间百分比而定，若时间百分比低，则电机的过载率可适当允许高一些;反之，过载率限制得低一些，一般过载率可为20%一50%。为了妥善解决离心机启动时电机的过载问题，可采用设置离心机摩擦离合器或液力联轴器等措施，后者应用在有防爆要求的场合更为合适。它们的应用原理是靠摩擦片带动皮带轮或液体冲击涡轮使离心机慢慢启动，逐渐达到工作转速。因此这种措施实际上是设法延长启动时间，避免因离心机启动困难而不合理选用功率过大的电机;同时有了离合器或联轴器，离心机启动可以比较平稳，防止因启动转矩过大而使电机超载过多。当离心机过载较大时，可自动打滑，从而有效地保护了电机。实践证明，符合节能要求的确定电机容量的“等值功率法”是行之有效的。
参考文献
[1]高慎琴,化工机器[M] ,化学工业出版社,20002
[2]石年勋.化工机器(离心机、过滤机)[M]:.上海:华东化工学院, 2006.
关键词：离心机；电机容量；确定；节能
中图分类号：TE08文献标识码： A
离心机就是利用离心力使得需要分离的不同物料得到加速分离的机器。工业离心机最早诞生于欧洲19世纪中叶。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选礦、煤炭、水处理和船舶等部门。其主要分为过滤式离心机和沉降式离心机两大类。过滤式离心机的主要原理是通过高速运转的离心转鼓产生的离心力（配合适当的滤材），将固液混合液中的液相加速甩出转鼓，而将固相留在转鼓内，达到分离固体和液体的效果，或者俗称脱水的效果。沉降式离心机的主要原理是通过转子高速旋转产生的强大的离心力，加快混合液中不同比重成分（固相或液相）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。
离心机是化工生产后处理工艺中用以解决液固相机械混合物分离常用的一种高效率分离机械，也是一种通用性很强的化工机器。离心机在国民经济的很多部门有着广泛的应用，在某些单位和部门，离心机的应用数量还比较多。因此在当前能源比较紧缺的情况下，如何合理确定离心机电机容量，不仅对本单位、本部门节能有利，而且还会带来良好的社会效应。
1离心机电机容量的确定
间歇运转离心机除包括三足式、上悬式等常速离心机之外，还应包括管式高速离心机。
1.1间歇运转离心机
启动阶段消耗的总功率（NI），为
NI=N1+N2+N3+N4 kw （1）
式中N1—启动空转鼓从静止到达工作状态所需的功率， kW；
N2—启动物料到达工作状态(亦即克服物料惯性)所需的功率， kW；
N3—克服轴与轴承摩擦所需的功率，kW；
N4—克服转鼓、物料与周围空气摩擦所需的功率， kW。
若物料在转鼓启动后加入，则式(1)中无N2项。
全速运转阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4kw （2）
对于启动时间短、启动频繁的离心机，一般情况下启动阶段功率大于运转阶段功率，因此启动阶段消耗的总功率是选择这类离心机电机的主要依据。
1.2连续运转，间歇加、卸料的刮刀卸料离心机
启动阶段消耗的总功率（NI），为
NI=N1+N3+N4 kw （3）
加料阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4kW（4）
卸料阶段消耗的总功率(NIII)为
NIII=N3+N4+N5kW（5）
式中N5—克服卸料所需的功率， kW。
对于由离心离合器带动主轴、启动时间比较长的离心机，一般情况下启动功率往往不是最大，而卸料阶段消耗的总功率则达到最大，故以此功率作为选择电机的主要依据。
1.3连续运转，连续加、卸料的离心机
启动阶段消耗的总功率(NI)为
NI=N1+N3+N4 kW （6）
运转阶段消耗的总功率(NII)为
NII= N2+N3+N4+N5kW（7）
一般情况下，这类离心机运转阶段消耗的总功率较大，常以此作为选择电机的主要依据。
1.4如何选择电机
笔者认为，由于连续运转间歇操作刮刀卸料离心机一次性启动后连续运转，工作周期无限循环；在一个工作周期(如加料、分离、洗涤、甩干、卸料以及洗网等各个阶段)内消耗的功率不相同，大小相差可能很大；而且各个阶段经历的时间也长短不一，因此按工作时的最大功率来选择电机显然是不合理的，因为这样电机大部分时间将处在低负荷条件下运行，功率因数很低。
1.4.1按等值功率法确定电机功率
对于连续运转离心机，选择电机时比较合理的方法是采用“等值功率法”。所谓等值功率法，是从电机绝缘发热的角度将操作周期内实际变化的功率用一个假想不变的恒定功率来代替，后者产生的效果与前者是等值的，这个等效的假想不变的功率称为等值功率。
对如何选择电机，还应作如下明确说明：根据上述方法选择电机时，对连续运转离心机，其启动功率不作选择用，而只作一必要的验算，理由是这种离心机的启动功率消耗仅是一次性的，不包括在一个操作周期之内。若电机的启动功率不够时，可通过适当延长启动时间来得到改善。
对间歇运转离心机，特别是周期很短、需频繁启动的离心机，由于电机的启动电流比额定电流往往要大好多倍，很容易使电机发热，因此实际选用的电机功率通常都比计算值更大一些。
最后应该指出，由于被分离物料的性质差异很大，离心机结构也不一样，加之尚有未考虑到的因素，因此功率消耗的计算值与实际需要值往往有出入，而且还可能比较大，故上述功率计算只能作为选择电机时必要的参考，而不能将计算看作是选择电机时唯一的主要依据。选择电机时，最好也是最可靠的方法是通过试验确定需要的功率值，没有这个条件时，主要应参考同类产品经实践考验被认为是合适的实际功率值。
1.4.2选择电机时的合理考虑
对于连续运转离心机，为使所选的电机能经济合理地工作，通常应有如下考虑：
(1)将离心机消耗的最大功率作为选择电机的参考，但不完全按最大功率考虑，允许所选电机在工作时有短时间部分的过载，其“过载率”(即超过电机额定功率的过载部分占额定值的百分数)的大小视过载占一个操作周期的时间百分比而定。若时间百分比低，则可允许电机的过载率适当高一些；反之，过载率应限制得低一些。过载率一般可为20%-50%。
(2)根据离心机的启动情况，从电机性能来说，最好选用具有较大启动转矩的特殊电机，如滑环式电机或绕线型转子电机，但价格较贵，比一般三相(鼠笼型)感应电机要高40%以上，故通常不采用这种方法。
(3)仍选用价廉的普通三相鼠笼型感应电机，但同时采取措施解决离心机启动时电机过载的问题，如采用离心式摩擦离合器或液力联轴器，其中后者性能更好，对有防爆要求的场合更为合适。离心式摩擦离合器靠摩擦片的机械摩擦来带动皮带轮，液力联轴器靠液体冲击涡轮，带动转鼓。它们的作用都能使离心机缓慢启动，即可延长启动时间，避免因离心机启动困难而不合理地选用功率过大的电机；同时离心机启动比较平稳，可防止因启动转矩过大而使电机超载过多。当离心机过载较大，电机承受不了时，摩擦片与皮带轮内壁间自动打滑，或泵轮与涡轮间液体自动打滑，从而有效地保护了电机。因本项措施安全、可靠，深受用户欢迎。
2离心机电机容量确定中的节能
通过以上分析，对连续运转离心机功率确定中的节能问题有如下三点看法：
2.1按推荐的方法确定连续运转离心机(特别是连续运转、间歇操作刮刀卸料离心机)的电机功率，是按卸料最大功率作为选择电机的主要依据，很不妥当。理由是电机容量太大，设计过于保守，所选电机在正常运转条件下，一个操作周期内大部分时间处于低负荷状态，造成电机功率因数很低，能量浪费大，不符合节能要求。
2.2若电机容量欠够(对操作条件及各种实际情况预料不周时)，则一遇到意外，电机就有可能启动不了，这种情况应予以重视。
某厂新购的一台连续运转离心机，试车时启动不了。经和制造厂一起研究，离心机本身没有问题。最后发现是电压只有160V的缘故。以后该制造厂对电机功率的确定，不只考虑到机器完成工艺过程所需功率，还注意到周围环境电网波动所带来的影响。
2.3从节能角度考虑，希望所选电机在额定功率或尽量接近额定功率的条件下工作，这样电机功率因数比较高，符合节能要求。按前面介绍的“等值功率法”确定电机容量就有这个含义。此方法之所以比较合理，是选电机时，既参考了离心机在一个操作周期内的最大功率(如卸料功率)，但又不完全按最大功率考虑，允许所选电机在工作时有短时间部分的过载。这个“过载率”(即超过电机额定功率的过载部分占额定功率的百分数)的大小视过载占一个操作周期的时间百分比而定，若时间百分比低，则电机的过载率可适当允许高一些;反之，过载率限制得低一些，一般过载率可为20%一50%。为了妥善解决离心机启动时电机的过载问题，可采用设置离心机摩擦离合器或液力联轴器等措施，后者应用在有防爆要求的场合更为合适。它们的应用原理是靠摩擦片带动皮带轮或液体冲击涡轮使离心机慢慢启动，逐渐达到工作转速。因此这种措施实际上是设法延长启动时间，避免因离心机启动困难而不合理选用功率过大的电机;同时有了离合器或联轴器，离心机启动可以比较平稳，防止因启动转矩过大而使电机超载过多。当离心机过载较大时，可自动打滑，从而有效地保护了电机。实践证明，符合节能要求的确定电机容量的“等值功率法”是行之有效的。
参考文献
[1]高慎琴,化工机器[M] ,化学工业出版社,20002
[2]石年勋.化工机器(离心机、过滤机)[M]:.上海:华东化工学院, 2006.