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离心机的基本知识及原理
发布时间:2018-08-13 15:59    被阅览数: 73次     来源: 未知
离心机是实验室常见的分离仪器,利用离心力,对固体与液体混合或液体与液体混合的混合物进行分离和沉淀的机械

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。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。


离心机在生产中振动原理分析,表征离心机振动大小的物理量常用振动烈度。


(1)振动烈度。

机器的振动烈度是指回转体旋转过程中,在轴承或机座的特定点、特定方向测得的宽频(10~1000Hz)振动速度信号的均方根值。单位为(mm/s)。振动烈度与不平衡量有关,也与回转体大小、支承条件、运转情况等有关系。


(2)机械振动。

所谓振动,是一种物理现象,是指描述机械系统运动或位置的量值相对于其平均值随时间变化的现象。其中机械系统指由质量(m)、刚度(k)、和阻尼(c)各元素所组成的系统。按振动产生的原因分类,机械振动可分为:自由振动、受迫振动、参数振动和自激振动四类。


(3)离心机是一种回转机械。

在理想情况下,回转体旋转时与不旋转时,对轴承产生的压力是一样的。这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体,比如离心机转鼓,螺旋输送器等零部件,由于材质的不均匀或毛坯缺陷,在加工或装配中产生的误差,使得回转体在以转速ω旋转时,其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消。这样,以交变的离心惯性力为激励,通过轴承作用于机械及其基础上,就产生了振动。因此,离心机的振动是由离心惯性力引起的受迫振动。


(4)偏心质量引起的受迫振动计算式。

设离心机偏心质量为m。,偏心距为r,离心机的等效质量为m,角速度为ω,则偏心质量引起的离心惯性力为:

F。= m。rω

其在竖直方向的分力,即为垂直激振力:

F = F。sinωt = m。rω sinωt

为计算方便,可将离心机的振动视为单自由度有阻尼的受迫振动。


已知离心机支座的刚度为k,阻尼系数为c,在竖直方向建立坐标系,取x为离心机离开平衡位置的垂直位移。根据牛顿第二定律来建立该系统的运动微分方程:

m(d x/d t) + c(dx/dt) + kx = m。rω sinωt      ①


由微分方程理论,其全解应为对应的齐次方程的通解,加上该方程的一个特解,即:x=x +x在亚阻尼的情况下,其通解为:

x = Ae sin(ω t + ψ)         ②


其中:A、ψ为由初始条件决定的常数,ζ为阻尼因子,ω为系统的固有频率,ω为阻尼固有频率。方程①的一个特解为:

x = Xsin(ωt-ψ)        ③


其中X即为受迫振动的振幅,ψ为相位差,将特解x代入①式中,求得:

振幅

X = m。rω /√(k-mω ) + (cω)          ④

相位差

ψ = tg [cω/(k - mω)]         ⑤


由④式可以看出,对于生产上稳定运行的离心机,系数k、c是固定不变的。在排除进料波动的情况下,m和ω也可认为是常数,则振幅x与偏心质量m。和偏心距r的乘积成正比。


由此也可得出结论:在线运转的离心机异常振动或振动烈度数值超标,只与不平衡量(m。r)有关,并且随着不平衡量。

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