气体离心机原理

2011-08-19 来源：http://www.pingfanlxj.com/www.责任编辑：未填浏览数：1071 中国过滤分离网

核心提示：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。

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，最后流入转筒中心(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：