用于长悬臂卧式离心机的偏心称重式进料装置

技术领域

本发明属于离心机进料称重技术领域，具体涉及一种用于长悬臂卧式离心机的偏心称重式进料装置。

背景技术

离心机是分离机械重要分支，是将液体与固体或液、液、固三相混合物进行分离的设备，广泛应用在化工、石化、煤炭、冶金、食品、医药、石油、有色、环保等工业部门，量大面广。从主轴型式狭义的分类，离心机可分为立式与卧式两大类。卧式离心机中，有一种悬臂较长类型，如翻袋式自动离心机、活塞推料离心机、卧式刮刀离心机等；其转子位于轴承支撑点外，呈悬臂构造；且因设备功能、技术参数及结构需要，悬臂端尺寸较长，悬臂尺寸大于转子宽度的1.5倍，通常将其定义为长悬臂卧式离心机。该类离心机在运行时，尤其在进料过程中，因物料冲击、转子转动、转子圆度误差、动平衡精度等原因会产生激振力，形成振源，造成设备振动；同时，长悬臂构造会加剧、放大上述振动，给设备与基础之间的隔振带来技术难题；在这种振动工况下，通过称重传感器精确检测转子内部的进料量，成为另一个技术难题。一般来说，这类长悬臂卧式离心机因自身结构复杂，加之技术参数高，其自重大都数吨以上，轻则1～4吨，重的10多吨，而每次进料只有10多公斤，或几十公斤，最多也就100多公斤。换言之，长悬臂卧式离心机的称重检测值通常是其最大量程范围的1％左右；很明显，如此微小的进料量，直接通过称重传感器对离心腔内的物料进行称重必然是不准确的。目前，工业上，大都是在进料管处安装流量计，监测进料量；但因为进料不满管、固液进料浓度不均匀等实际情况，进料检测很不准确。还有在转子内部安装料位开关的方式；但这类料位开关不能输出模拟量信号，只能作为转子内部进料量到位检测，即到达某一料位发出信号，联锁进料端停止进料，而不能检测实际进料量；亟待解决。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于长悬臂卧式离心机的偏心称重式进料装置；其在有效降低设备振动对周边环境的影响，确保隔振效率的同时，又能准确的检测转子内实际物料重量，从而可优化进料控制，实现少量多次进料目的。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于长悬臂卧式离心机的偏心称重式进料装置，其特征在于：包括布置于底部支架上的用于托撑长悬臂卧式离心机的底板的三支点结构，该三支点结构包括两组前端弹性隔振点和一组后端弹性隔振点，且长悬臂卧式离心机的重心及质心均位于该三支点结构彼此连线所形成的三角形内；在转子轴向上，以质心划界，前端弹性隔振点布置于质心转子侧，且两组前端弹性隔振点沿转子轴线对称布置；后端弹性隔振点布置于质心转子侧的相对侧，且后端弹性隔振点相对转子轴线偏心布置；以转子轴线为界，后端弹性隔振点的相对侧的底部支架上还设置有用于量取底板下压力和/或上拉力的称重组件。

优选的，所述称重组件包括固定于底部支架上的称重传感器；称重传感器的检测点朝上，且由下而上依序布置用于抵压在检测点上的压块、位于压块上方的中间衔接杆以及与中间衔接杆顶端形成铰接配合的起到减振功能的减振部，减振部固定在底板处，中间衔接杆底端与压块形成铰接配合；中间衔接杆两端的铰接处的铰接轴线彼此相交。

优选的，所述底部支架处设置支撑座，称重传感器布置于支撑座上；中间衔接杆包括压杆以及同轴的螺纹配合在压杆的螺纹孔处的调节螺杆，调节螺杆的底端布置关节孔，从而与压块处预设的定位销间形成铰接配合，压杆顶端贯穿底部支架台面后，再通过水平销铰接在减振部的底端处的连接头上。

优选的，所述减振部为弹性阻尼隔振器。

优选的，所述称重传感器为S型、悬臂梁式或桥式。

优选的，底部支架上螺纹配合有限位保护杆，限位保护杆的顶端铅垂向上延伸并抵紧于检测点的背面。

优选的，各弹性隔振点均为三点安装结构，包括构成三个点的两只竖直隔振器和一只水平隔振器，两只竖直隔振器的对称面位于平行转子轴线的铅垂面上，且水平隔振器的轴线与该铅垂面重合。

优选的，所述水平隔振器包括沿铅垂向由上而下依序布置的螺母、压盘、限位套及柱销；限位套同轴安装在底板处安装孔内，柱销由下而上的依序穿过限位套和压盘，最终与螺母构成螺纹配合。

优选的，所述竖直隔振器为弹性阻尼隔振器。

本发明的有益效果在于：

1)、抛弃了长悬臂卧式离心机的常规称重方式，转而提出了一种三点式布置的隔振系统，其不仅能较好的将设备振动吸收，使得设备振动不传递到底部支架上，有效降低了设备振动对周边环境的影响，隔振效率较高。同时，利用隔振系统的弹性隔振特点，可配合本发明独有的分力式检测进料量的称重体系，也即特意在与转子轴线呈一定间距安装的后端弹性隔振点的相对侧布置称重组件，可精确化的得到其实际进料量，检测精度高。

本发明通过称重组件能准确的检测转子内实际物料重量，可优化进料控制，甚至通过设定进料最大值与最小值，可实现少量多次进料，以达到始终确保滤饼最大值的使用目的。

2)、对于称重组件而言，其可以是常规的机械称重结构，也可以如本发明所述的采用称重传感器，以提升其称重便捷性。一方面，称重组件不能直接贴合底板安装，以免设备振动对称重组件的结果产生不利影响，因此需布置减振部来吸收大部分设备振动，以免影响检测精度。另一方面，称重传感器依靠压块、中间衔接杆及连接头形成三段式的关节结构，从而使得该关节结构在前后左右方向四个方向均具备自由度，均可偏摆，进而消除安装及振动产生的误差，确保压块的竖直状态。

3)、中间衔接杆由压杆和调节螺杆构成，整体形成螺纹副结构，以便利用该螺纹副结构实现称重组件的高度调节，确保适应其使用环境。

4)、对于三支点结构的各个弹性隔振点而言，其构造一致，均包括包括两只竖直隔振器和一只水平隔振器。其中竖直隔振器的构造与减振部同样，均为弹性阻尼器。水平隔振器则通过柱销受力，水平推压位于底板处的限位套来实现相应的水平隔振效果，整体结构简洁且使用可靠稳定。

附图说明

图1为本发明的装配示意图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为图1的右视图；

图4为图3的II部分局部放大图；

图5为三支点结构相对底板的安装位置图；

图6为本发明所应用的长悬臂卧式离心机的的受力状态图；

图7为竖直隔振器的选型流程框图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

a-转子；b-壳体；c-主轴轴承座；d-底板；e-传动系统；

10-底部支架；11-支撑座；

20a-竖直隔振器；20b-水平隔振器；20c-螺母；20d-压盘；20e-限位套；20f-柱销；21-前端弹性隔振点；22-后端弹性隔振点；

30-称重组件；31-称重传感器；32-减振部；32a-连接头；33a-压杆；33b-调节螺杆；33c-关节孔；33d-水平销；34-限位保护杆；35-压块。

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-7，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体应用结构及安装状态参照图1-5所示。对于本发明的应用对象，也即长悬臂卧式离心机而言，如图1所示，其转子a位于轴承支撑点外，呈悬臂状。转子a外面有壳体b，以便对转子a离心出来的液体、固体进行收集、排出。转子a一般高速旋转，其直径范围200～1800mm，转速3000～750r/min；这类转子a筒体壁上大都开孔，属于离心过滤原理。同时，转子a与主轴轴承座c同轴设置，主轴轴承座c安装在底板d上，传动系统e则提供转子a旋转所需动力。实际工作时，固液物料通过进料管进入到转子a所在的离心腔内，同时传动系统e旋转并通过主轴轴承座c带动转子a及内部物料高速旋转，物料中的液体被甩出转子a外，固体被截留在转子a内部，最终通过卸料机构将转子a内部的固体也即滤饼排出。

而根据静不定原理：一个有三个支点的物体，只要重心处于三支点构成的三角形内，物体始终处于稳定的静力平衡状态。对于有四个支点的物体，在理想的静平衡状态，只有在物体重心所处的组成三角形的三个支点才受力，而额外的支点是不会受力的。

因此，为保持设备稳定，本发明首先在长悬臂卧式离心机底板d安装面上设置一套三支点结构，如图5所示。因为长悬臂卧式离心机的质心位于轴线且靠向转子a所在方向，也即如图5所示的质心左侧或者说是质心转子a侧，因此在该侧设置两组前端弹性隔振点21，与轴线呈对称分布，且两组前端弹性隔振点21尽量保持远离。底板d安装面后侧设置一组后端弹性隔振点22，是为了使长悬臂卧式离心机自重以及进料质量产生分力给称重组件30，后端弹性隔振点22的轴线偏离长悬臂卧式离心机的轴线，偏离量为Δp mm，如图5所示。如此，长悬臂卧式离心机自重以及进料质量会对偏离量Δp的相对侧产生一个分力，称重组件30通过检测该分力，来反映进料质量的变化。

更具体如下：

一、弹性隔振点

通过上述长悬臂卧式离心机的结构及工作方式可知，长悬臂卧式离心机的整机质心多位于底部支架10中间偏左，而不是位于底部支架10中间附近。以俯视方向上位于转子a轴线上的质心作为界点，设备左边重，右边轻，即质量分布不均。根据静不定原理，一个有三个支点的物体，只要重心处于三支点结构构成的三角形内，物体始终处于稳定的静力平衡状态。因此，将整套隔振系统设置成三点式，且由于质心左侧或者说是质心转子a侧更重，因此设置两组前端弹性隔振点21；质心右侧轻，设置一组后端弹性隔振点22。出于最优化考虑，建议在满足上述要求的同时，各弹性隔振点尽量远离质心。

实际装配时，如图5所示，每组弹性隔振点均为三点安装结构，包括构成三个点的两只竖直隔振器20a和一只水平隔振器20b。竖直隔振器20a为弹性阻尼隔振器，市场可购置；而水平隔振器20b则由柱销20f、限位套20e、压盘20d等组成。

对于竖直隔振器20a而言，设计时先要根据设备重量、质心分布，计算出质心左侧较重端在布置各弹性隔振点位置时所要承载的质量。还要考虑设备振动产生的动载荷，由此选用合适的竖直隔振器20a也即弹性阻尼隔振器，即每只竖直隔振器20a所能承载的质量需在其承载范围内。一般来说，竖直隔振器20a的选型流程如图7所示。

在图7所示的选型流程图中，压缩量F满足结构要求，一般是指每只竖直隔振器20a在承受设备动载荷时，压缩量F基本一致，保证设备的水平。压缩量F不能在竖直隔振器20a压缩过程中，使设备与底部支架10或周边环境发生干涉。

随后，可根据设备总重及动载荷，确定好竖直隔振器20a的数量，本例中为六只，每组弹性隔振点按需要设置竖直隔振器20a的数量，本例中每组弹性隔振点设两只竖直隔振器20a。如图1-2所示，两只竖直隔振器20a底端分别通过螺钉紧固在底部支架10上，上端通过螺栓紧固在底板d上。当设备发生竖直方向振动时，底板d随之偏摆，最终由竖直隔振器20a的弹簧及阻尼吸收，消除了竖直方向振动对周围环境的影响。

在上述结构的基础上，如图2所示，底部支架10上还竖直固设柱销20f，柱销20f可设计成台阶状圆柱体，具有一定强度与钢性，与底部支架10台面呈垂直设置。限位套20e选用高强度橡胶制成，阻尼系数较大，整体呈圆柱状，中间呈空心，上端带外翻边或者说是法兰盘。限位套20e中心的空心圆柱孔与柱销20f外圆柱面配合，限位套20e的外圆柱面与底板d处装配孔配合，柱销20f穿出限位套20e且柱销20f顶部设有螺纹，再将压盘20d穿过柱销20f顶部的螺纹，压住限位套20e上部的法兰盘或者说是外翻边，螺母20c与柱销20f顶部形成螺纹配合，将压盘20d压紧在限位套20e上部的外翻边上。如此，在底板d与柱销20f之间，填充有阻尼系数较大、高强度橡胶制成的限位套20e；当设备发生水平方向偏摆振动时，底板d随之偏摆，最终由限位套20e的阻尼吸收，消除了水平方向的偏摆振动对周围环境的影响。

二、称重组件30

称重传感器31在工程上应用已经非常广泛，如各类储罐、反应器、动态生产线等；然而，在卧式离心机上，尤其在长悬臂卧式离心机，因为设备振动、自重较大、检测精度要求高等，还未有较好的成熟方案。

本发明的技术方案可有效解决上述问题；称重组件30的核心优选称重传感器31；实际选型时，种类可以是S型、悬臂梁式、桥式等。长悬臂卧式离心机使用中，称重传感器31的最大量程一般不会超过2t，防爆场合还需要防爆认证。

装配时，考虑到称重传感器31的安装高度，因此称重传感器31可如图3-4所示的固定在底部支架10内的支撑座11上；底部支架10台面上则开始安装孔以便压杆33a穿行。称重传感器31的检测点上设压块35，调节螺杆33b下端的关节孔33c通过定位销与压块35连接。关节孔33c的设置，保证了调节螺杆可相对压块35左右偏摆。图4中，调节螺杆33b上端的外螺纹与压杆33a形成螺纹孔配合，构成螺纹副结构；通过该螺纹副结构能实现竖直方向的距离调节。压杆33a上端的则通过水平销33d铰接在连接头32a处，从而实现压杆33a相对减振部32处连接头32a的前后偏摆操作。自此，压杆33a的前后左右方向四个均具备自由度，也即均可偏摆，从而消除安装及振动产生的误差，使压块35始终保持竖直向检测点的稳定施力状态。压杆33a上方固设有弹性器和阻尼器组合形成的弹性阻尼隔振器，可将大部分设备振动吸收，以免影响重量检测精度。弹性器可以是圆柱弹簧、圆锥弹簧、板簧、气弹簧等，阻尼器可以是橡胶、重油、粘性液体等。

称重组件30实际安装时，需先将调节螺杆33b全部旋进压杆33a的螺纹中。长悬臂卧式离心机通过三点竖直安装在底部支架10上并固定稳妥，底部支架10一般设四只支撑腿，因调节螺杆全部旋进压杆33a的螺纹中，此时压块35并未与称重传感器31的检测点接触。当设备在底部支架10上固定稳妥后，对调节螺杆33b进行调节，使压块35下移，接触并慢慢压紧称重传感器31的检测点，直至称重传感器31显示的值达到其量程的50％以上。调节好后，长悬臂卧式离心机处于平衡状态。当转子a的离心腔进入物料时，平衡状态被打破，称重传感器31检测值可反映出进料量。为防止称重传感器31的检测点被意外或瞬间异常波动压坏，检测点底部可设限位保护杆34，且该限位保护杆34能够调节。

为进一步说明称重传感器31检测值与进料量关系，此处设立如图6所示的坐标系，即以垂直面设Y轴，以底板d底面设X轴，建立平面坐标系。

根据力矩平衡原理，可计算出长悬臂卧式离心机总的质心的位置：

Σm

Σm

M＝Σm

其中：m

X

Y

M为设备总质量，单位kg；

X为质心的横坐标值；

Y为质心的纵坐标值。

可知，离心机设计时，可通过合理设计结构参数、布局各部件位置，如主副电机位等，可使设备质心尽量位于设备整机中部，达到设备重量分布平衡。

设备进料量为m，此时转子a内部相应增加了质量m，其余部件质量没有改变；各部件X轴坐标值也未发生变化，但设备总质心的位置发生了改变，即质心在X轴坐标值发生了如图6所示的位移ΔX。

此时，根据力矩平衡原理，Σm

Σm

进料m后，有：

Σm

质心前移后，弹性隔振点受力发生改变。为计算方便，假设进料后，前端弹性隔振点21受总力为F

进料后，根据受力和力矩平衡，则有：

F

F

联合式1～式7，可得到以下简化式：

F

其中，a、b为常数，与重量加速度g、L

综上可知，本发明即使采用了称重传感器31，也能准确的反映转子a内实际物料重量；同时，又利用了称重传感器31的优势性，便于进行优化进料控制。使用时，甚至可通过设定进料最大值与最小值，实现少量多次进料，达到始终确保滤饼最大值的控制目的。如过滤性能较好的物料，当转子a内进料达到称重传感器31的设定最大值时，称重传感器31发出信号，可自动关闭进料阀，转子a高速脱水数秒；然后，再次自动进料到设定最大值；如此反复多次，直至转子a内的滤饼达到最大量。通过多次进料，可实现单次最大产能，提高实际生产效率，成效显著。

当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。