Westfalia碟片式连续流离心机CSA 8-06-476的结构原理与整机维护保养流程

罗鹏飞 李子豪

摘  要：碟片式连续流离心机越来越多的应用在食品加工和疫苗生产等相关行业的生产工艺流程中，它主要可以将固态颗粒物杂质从液体中有效且连续的分离出来，帮助生产操作人员得到自己所需的物质成分。碟片式连续流离心机的自动化程度很高，且结构较为复杂，在使用过程中对工况要求很高，所以使用过后的维护保养就尤为重要。本论述以Westfalia碟片式连续流离心机为例，详细分析和阐述该设备的结构特点、组成以及在日常生产过程中的维护保养要点，并对一些实际工作中的常见案例进行详细分析。

关键词：碟片式连续流离心机;转鼓的内部清洁;加油润滑;轴机械密封

中图分类号： TQ051.8 （是数字0）      文献标志码：A

随着药品生产行业的不断发展，各个环节的药品生产设备也在发生着不同程度的技术革新。分离机械是药品生产领域中原料药生产过程的主要工序设备，目前制药生产上使用的最多分离机械为离心机。离心机又因其结构和用途的不同分为生产用离心机和试验用离心机，其中生产用离心机就是我们所说的连续流离心机，由于它离心效率高、对药液的分离效果好，所以较为适合大批量制品的离心生产。此文便以Westfalia碟片式连续流离心机CSA 8-06-476为例，为大家详细的介绍其设计构造、工作原理以及整机的大修与维护保养情况。

1.1离心分离的发展历程

离心分离一般包括在碟式、管式和室式等各种分离机内所进行的过程，在后文中主要浅析在碟式分离机内所进行的离心过程。在工业生产中，离心机基本属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程。工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。 由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。我国的碟式分离机研制已经具有四十多年的历史，尤其在近十年来随着机械制造行业的不断发展，碟式分离机的需求越来越大，应用的领域也在扩大。但是，对于大型的碟式分离机，由于国内原材料和制造水平的原因，与国外同类产品还存在一定的差距。

1.2离心分离工艺的原理

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。        此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。        离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。

2.1 Westfalia碟式离心机CSA 8-06-476的结构特点

2.2 Westfalia碟式离心机CSA 8-06-476的工作原理

分离物通过进料口1流入转鼓，在碟片组4中得到澄清，由于碟片组由大量相互叠加的锥形碟片组成，液体通过很窄的碟片间隔腔，被分成薄薄的液层，沉降位移降低到了最小。经澄清的液体挤向转鼓中央，然后流向夹持器腔，轻液将从那里通过夹持器3在带压的情况下无泡沫的排出。固体颗粒将得到加速而朝碟片下侧运动，向外流入渣腔5，所分离的固体物料定期通过固体物料排出口6向外排出，并经由控制器13启动该项流程。液压密封装置在向心泵3物料与空气之间的隔离通过一个附加浸入盘实现。

2.3转鼓的排渣

为了避免渣腔被完全充满，所以转鼓需要进行排渣，通常在分离能力或澄清能力下降时进行排渣（时间间隔取决于分离物和固形物的含量）。而转鼓的排渣可以通过四种方式，分别是部分排渣，长时部分排渣，完全排渣和组合型排渣。

所谓转鼓部分排渣就是部分排空转鼓的渣腔，在此期间物料的进料并不会中断，而排出量可以通过控制器进行调节，调节范围在0.3升和1.1升之间，排出量大小主要由添加预加注水的时间决定，时间越长排渣体积量越低。一般情况下根据固形物的特性，在经过几次部分排渣后，进行一次长时部分排渣较为合理，一次长时部分排渣的排渣量大约为1.3升，这也就是所谓的组合型排渣。而完全排渣就是将转鼓中的内容物都排出，完全排渣应仅在完成转鼓冲洗后以及完成CIP原位清洗每一程序步骤后作为冲洗排渣进行。需要注意的是在离心分离机剧烈振动时（转鼓不平衡），严禁进行排渣作业。

2.4控制水连接装置和控制器

控制水连接装置，在离心分离机处带有一个排空机械装置，适合于工业上的投入使用。控制水连接装置按照应用范围配备了手动阀和自动阀。在离心分离机运行前，检查可操作性和与安全有关的设置。确定保养和清洁与运行条件有关。

滚筒的部分排空是通过控制器按照事先确定的程序自动执行。通过按“部分排空”按钮，能中断正在运转的程序，并且能立即自动准备并进行一个部分排空。内部清洗期间，在控制器上人工准备并进行滚筒全排空和滚筒溢出，或自动由外部清洗控制装置触发。

3.Westfalia碟式离心机的整机保养润滑及典型的实际维修案例

3.1加油润滑

Westfalia碟式离心机CSA 8-06-476属于高速旋转设备，只要是和旋转沾边的设备就一定会牵扯到机械润滑的问题。目前，我公司的药品生产工艺要求碟式分离机的转速一般为每分钟8750转，对于这种大型连续工作的离心机来说，这个转速也算是较高的。说到加油润滑，首先应从中央油槽的加油换油说起，中央油槽相当于是一个连接电机主齿轮与立轴的齿轮箱，这个齿轮箱直接连接着立轴直至转鼓，所以在整个设备的机械部件中的地位尤为重要。

齿轮箱的加油润滑不仅仅是整机保养程序中的一个项目，更是日常维护工作的主要任务。由于我公司的药品生产工艺的限定，碟式离心机的日常使用频率还是相对较高的，而且基本每次的使用时间都会在五六个小时以上，所以在高强度的工作状态下，齿轮箱的磨损状态也是较为严重的。因为齿轮间都是金属与金属的直接接触，在高速的转动过程中会有很多细小的金属碎屑从齿轮上被磨下来从而进入齿轮箱润滑油中。经过长期的观察，我们就会发现起初新加入的润滑油颜色是金黄透明的，而使用超过两个月以后，润滑油变得发黑发浑，里面充满黑色的铁粉。我公司生产用碟式离心机的换油保养周期为三个月，这也是通过借鉴设备维修保养手册，并请教设备原厂工程师而制定的维保计划。首先，我们要先将油仓内的脏油放出，放出的废油不能直接排倒，需要用容器盛放起来然后交给专业回收废油的公司进行回收，否则会对环境造成很大的污染。排放完废油后，用专用润滑油从上端口导入少量，对油仓底部进行冲洗，因为铁屑较重，很容易沉淀在仓底。冲洗后用干净毛刷捅入下出口，对下出油口进行清洁。接下来便拧如入下出口螺帽，给油仓内灌入新油，新油需缓慢倒入，当油仓观察窗处油量达到高液位与低液位之间即可停止加油。一般润滑油液位保持在此区间即可。截止，齿轮箱换油保养工作顺利完成。

3.2转鼓的内部清洁

碟式离心机的整机保养除了加油润滑外，转股的内部清洁也是重要的一环。要清洗转鼓的内部，就必须将转鼓整个拆下，搬离离心仓。拧下锁紧环并在螺纹上涂上油脂，这样锁紧环不会卡住。所有转鼓内的零部件的公差是很小的，因此，零部件的清洁程度是非常重要的，并且要求没有毛边。打开转鼓罩后，需将各个密封连接处的密封圈取出，将凹槽和密封圈清洁干净，以免凹槽内腐蚀。由于密封圈多半都是由橡胶或聚四氟乙烯制成，在长期的凹槽挤压和较高温度状态下很容易变形破损或严重涨大，所以在整机大修中还有一项主要任务就是更换各个原件连接处的密封圈。在更换密封圈的同时，需要给密封圈及凹槽处涂抹硅酮密封油脂。硅酮密封油脂是一种由于食品和制药工业的全合成硅油基油脂，特别适用于乙烯丙烯橡胶密封材料的装配。硅酮油脂耐冷热水，并且对消毒剂和清洁溶剂具有耐受性，非常适合O形环和密封件的压入和拉拔辅助工具，是设备密封件保养工作的首选。其次要对转鼓下部的小孔以及两个用于控制液体的输送和排出导管的转鼓阀进行清洁，以便排出过程能顺利结束。

拆开转股后，将摞在一起碟片组慢慢取下，由于碟片之间充满了粘稠的离心液，所以现需要将碟片组拆分开然后放入较热的清水中浸泡，此时可以先对转鼓底座及其他部件进行清洗，清洗的过程中如果发现有零部件被锈蚀的现象，需对锈蚀的零部件表面进行除锈处理或更换新备件，除锈我们一般采用喷涂WD-40除锈剂进行表面除锈或是用砂纸进行表面打磨。经过温热水浸泡后的碟片需要我们用人力进行单个擦洗，碟片组拥有碟片总数为71片，因为每个碟片上都有各自的标号，所以在擦洗结束后需要一个一个擦干，按照各个碟片上的号码有顺序的进行排序，然后对准碟片插槽放入转鼓中央。其他部件按原拆卸顺序装回即可。

3.3轴机械密封的更换

在我公司的碟式离心机最近一次进行整机大修保养之前，曾出现过一个不大不小的问题，设备在进行一次日常常规换油保养并使用几次之后，离心液会从立轴处流入齿轮传动箱内，将刚换好的齿轮箱润滑油污染，并浸泡齿轮。之前，初步判断是机械密封处发生了故障，而且此状态如果长时间得不到解决肯定会对箱内齿轮产生腐蚀。所以当即决定对整台设备进行一次大修保养，在大修过程中，当拆下机械密封后发现果然是因为长期的磨损，机械密封两个对接面之间出现了磨痕，离心液体便是从这些磨痕处流入齿轮箱内，立刻对一套机械密封进行了更换。机械密封是由一种名为高碳钢的特殊材料制成，这种材料硬度很大，但却非常脆，两个接触面在光滑干净的情况下进行转动摩擦是很耐磨的，而且由于特殊的加工工艺，两个接触的平面基本不会有任何的缝隙，密封效果极好，但因其质地较脆的特性，在遇到尖锐物时抛光的平面边缘很容易被磕掉一小块，一旦被磕整个机械密封会很快磨损。所以在日常的维修工作中，我们也应该注意避免发生精密原件的损坏，并感叹原件加工工艺的先进。

3.4离心分离机日常维修保养时的注意事项

离心分离器拥有一个高速旋转金属转鼓，由于其旋转动能的缘故，所以不可低估其潜在的危险，如果不按照要求进行操作，将会对设备及工作人员造成危险。在保养或修理工作开始前，必须切断离心分离机电源，等待所有旋转部件都停止运转并对它们进行观察和检查，不要用手抓旋转的传动件或转鼓，在转鼓静止前禁止松脱任何零件。绝不可以仅仅通过转速显示来判断转鼓是否处于静止状态，而必须至少还要通过一个其他检查方式对此进行確保。由于首次停车显示可能提供了错误信息，如：由于电子系统失灵或传动机构中皮带或减速器失效。而对离心分离机静止状态的检查大致可以通过以下几种方式进行：电子转速显示器、离心分离机齿轮传动箱上的转速循环监控器或观察窗、对驱动电机的旋转状态进行目检、检查噪音及检查振动。如果还不能确定是否机器已处于静止状态，必须进行时长为停机惯性时间的等待，再进行检查与维修。

在我公司日常的生产工作中经常会出现一些小的问题，接下来就对最容易出现的问题做一下大致阐述。第一，流出的操作水严重污浊。一般出现这种情况的原因有排出的固体物浓度过高，以致其无法从滤器中流入出料管，滤器中的固形物数量上升，它们溢出并进入机架，至操作水出口。解决的办法就是通过在控制器上手动连续进行多次完全排渣，以使滤器冲洗干净，缩短排渣周期，增大排出量。还有可能就是出料管中最高液位探头未发出信号，或最低液位探头受损、灰渣泵失效而导致滤器内出现积压，这时便需要设备维修人员对液位探头和灰渣泵进行检查。第二就是澄清不够，这也是最长见到的问题，而造成此问题的原因也是多种多样，大体上有以下几条，离心分离温度不合适、转鼓渣腔过满、碟片组赌塞、药液通过量过大等。通常遇到此类情况应首先试着缩短排渣周期，其次清洗碟片组、改变清洗程序也是行之有效的办法，但清洗碟片组需要打开密封室，程序较为繁琐，不建议最先考虑此方式。

4总结

如今，随着生物科技的不断发展，碟式离心分离机的功能也是越来越全面，工艺自动化程度也是越来越高，但自动化程度提高的同时，设备出现的故障类型也是越来越复杂，这就对我们的设备维修保养人员提出个更高的要求。对于Westfalia碟式离心分离机CSA 8-06-476来说，及时的日常维护保养直接关系到设备的使用寿命和故障率，所以定期的大修很是必要，但日常的保养才是重中之重。如本文所叙述的，碟式离心分离机的日常保养基本就包括齿轮传动箱润滑油的更换、各密封件处O形圈的检查与更换以及定期检查各个原件的磨损锈蚀和电气元器件的老化程度。其次，本文还为各位设备运行维修人员列举了一些Westfalia碟式离心机CSA 8-06-476的典型维修实例。做好设备待运行时的检修工作，为公司药品生产流程的顺利进行提供可靠的保障。

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作者简介

罗鹏飞（1990年），男，汉族，甘肃兰州人，大学本科，助理工程师，主要从事生物发酵罐、各类离心分离设备、CIP在线清洗设备、手消器及各类办公设备的维修与运行调试工作，并对所负责的设备进行技术改造。