离心风轮脱水机设计

黄振锋 王蕊 欧克艺 徐展熙 赵雅祥 华南理工大学广州学院机械工程学院

1 离心风轮脱水机

1.1 工作原理

离心脱水机原理图如图1所示。当电机带动圆盘和风轮高速旋转时，风轮产生的离心力将空气从风轮内部甩出汇集到外壳，由于外壳借鉴了对数螺旋线作图法设计，因此外壳的截面积的不同而导致的压差，使得空气从螺旋形外壳的出气口排出。当风轮内部的空气被排出后，就形成负压，外面的空气在大气压的作用下又被压入到风轮内部，依次循环，可以加强空气的流通以及对纱粒的加速排水，

图1 离心脱水机结构

1.2 结构设计

离心脱水机主要由离心式通风机、高速离心脱水机、同步带电机、平面轴承、底座五部分组成。

1.2.1 离心式通风机

离心式通风机主要部件有机壳、风轮、机轴、吸气口、排气口，此外还有轴承、底座等部件。外壳设计采用对数螺旋线近似作图法，解决了以前等边基元法作图遗留下来的圆弧间相接与相切的问题，这样可以利用螺旋线外壳截面积不同产生压差，使得空气从螺旋型外壳排出。

1.2.2 离心脱水机

离心脱水包括筒形外壳，筒形外壳上端有筒盖，筒形外壳底部四周有机脚。筒形外壳内有转笼。转笼下端有底盘，底盘中心有管状上凸起，与管状上凸起相对应的筒形外壳底部中心有通孔。管状上凸起内有管状轴承座。管状轴承座下端伸入筒形外壳底部中心的通孔内并与通孔四周相固连。管状轴承座内有转轴。转轴上端与管状上凸起的上端相固连，其下端伸出在筒形外壳的底部之下。筒形外壳外侧有电机，电机的输出轴上有主动轮，转轴下端有被动轮，主动轮与被动轮间有传动带。其特点是管状轴承座下部有周向内凸台，周向内凸台的上面和下面均有轴承

1.2.3 平面轴承

为了减小纱柱所在平板与金属底板产生的摩擦，故增加一个转盘轴承设计，降低纱柱平板在转动时的能耗

1.2.4 同步带电机

电机通过带传动带动脱水装置圆盘和风轮同步转动，采用三相异步电机Y801-2提供所需要的离心力。

图2 离心脱水机结构

2 实验结果与分析

2.1 性能仿真分析

利用ANSYS软件对脱水机螺旋形外壳速度流向仿真，如图3所示。

图3 风机整体的速度流向

利用ANSYS软件对风轮进行静压分析，如图4所示。

图4 风轮静压分析

通过仿真可知：采用对数螺旋线设计的壳形符合脱水时水分流向的假设要求，验证方案的可行性。

2.2 实验结果

为验证脱水效果，现利用控制变量法对脱水机做实验，即纱粒浸水后质量保持不变，对脱水机改造前后脱水数据进行计算。经计算可知，改造后的脱水率比改造前高出12%，脱水效果提高明显。

3 推广价值

纺织染色行业中纱粒脱水通常选用的是传统的独笼式脱水机，这种独笼式脱水机脱水能力有限，而改进后将传统工业离心脱水机构和离心式鼓风机结构巧妙结合，增大纱粒表面水分的流通，使内部水分随气流从风口排出，提高纱粒脱水率，缩短后续烘干时间，减少烘干时所需要能量和废气排放，达到节能减排的目的。对原有脱水装置易改造，且成本低，改进后脱水效果好，脱水均匀，降低了企业的生产成本，可应用到大多数中小型企业对纺织品、农作物洗涤后的脱水，应用前景广阔，具有重要的现实意义和推广价值。