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气体离心机原理
发布时间:2011-07-21   点击次数:2034次

离心机广泛应用于国防与民用事业,图1是X型气体离心机的结构示意图。离心机外套筒静止不动,内筒也就是转筒,在电机的驱动下高速旋转,并带动筒内的混合气体一同转动。为减小内筒外壁与气体的摩擦损耗,外筒内壁上部开有螺旋槽。当内筒旋转时,带动两筒间隙内气体一起旋转,在螺旋槽的作用下,气体被排到顶部,zui后流入转筒中心(转筒中心压力很低)随物料一起抽走。待分离的混合气体由供料管供入转筒中心。由于分子量不同,轻、重组分在转筒内沿径向分布发生变化,其结果是:越靠近转筒轴心,轻组分所占比例越高(相对供人的混合气体而言);越靠近转筒边壁,重组分所占比例越高。分离后的气体由静止的轻、重组分取料器分别取出。为梳理流型,以提高分离效率,在转筒两端加设整流板,整流板与转筒粘接在一起。
 
     离心机在空载时,能耗主要由转筒外壁和上、下端盖的摩擦损耗构成(供料前筒内接近真空),负载(供料)以后,又产生了两个取料器与筒内气体的摩擦损耗。而取料器的能耗在离心机中所占的份额是很高的,而且它还直接影响分离效果,因此,要对其进行重点研究、分析。
2 等效圆盘理论及其应用等效圆盘理论 
     是意大利学者cenedese和cunsolo首先提出来,用来研究强旋流场中由细长障碍物引起的能量损耗。根据模型,假设筒内气体沿径向的压力分布是按同一个指数规律分布,并通过已知的中心压力推广到边壁 。对定性研究,这种假设大大简化了计算,且不致影响结论的正确性,而对于定量计算显然不够准确,难于满足研究工作与实际工程所需的精度,且与实际离心机出入较大,为此,这里结合实际离心机结构,重新进行了推导,完善了计算模型。
参照上述模型,假设离心机取料室(整流板与转筒上、下端盖之间部分)结构及速度分布如图2及图3所示,图中ra 为转筒半径,d为取料器直径,b为取料器中心线至端盖(或整流板)距离(取料器位于取料室中间位置)。在取料室内,取料器对室内气体的阻滞作用,等效为在取料器所在平面上,一个以βw (为速度系数,w为转筒角速度)角速度与转筒共轴做等温刚体旋转的气体圆盘,圆盘半径为取料器径向长度rp。在圆盘以内,为定值,而在圆盘边缘至边壁之间,气体角速度系数以线性递增至1(如图3示)。而在圆盘至端盖及整流板间,速度按线性分布,如图2中左侧,给出了某一处轴向速度分布示意。
     忽略取料口的抽吸,在稳定工况下,在取料室内存在一个力矩平衡:
 
    根据这个平衡方程,给定了几何参数及转筒转速、介质、温度、压力等工作条件后,用迭代方法可以确定速度系数β,进而利用式(2)得到各项损耗

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