CN107413535B - 碟式分离机及其活塞 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碟式分离机活塞，由金属塑性材料制成，包括内设锥面内腔的活塞主体，活塞主体的锥面内腔主要由两个倒置的圆台侧面组成，包括第一圆台侧面和第二圆台侧面，第一圆台侧面的上底面与第二圆台侧面下底面相适配，第一圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角β与所述第二圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角α之间的关系为α＜β且45°＜α＜65°，第二圆台的表面镀有金属脆性材料。使用该活塞的分离机排渣顺畅、消除积渣现象、延长了设备使用寿命。
Description
技术领域：
本发明涉及一种使用物理分离工艺过程的离心装置，特别涉及一种碟式分离机的活塞和使用该活塞的碟式分离机。
背景技术：
碟式分离机在分离过程中，活塞内锥面特别是靠排污口的一段随分离物料的不同，会出现不同程度的腐损，积渣现象严重，造成振动，设备无法正常运行。活塞内锥面在分离物料过程中是由于有小而松散的流动粒子不断对材料表面进行冲击，从而造成材料的表面形成冲蚀磨损和疲劳磨损。为提高活塞内表面的耐冲蚀、疲劳磨损性能，增大活塞表面的锥角。表面滚压处理提高硬度及表面光洁度，活塞的磨损得到一定的抑制，但由于锥角过大排渣不畅积渣现象严重，转鼓体不平衡量的增加，设备振动，不能正常工作。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理 解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术 人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种排渣顺畅、消除积渣现象、延长了设备使用寿命的碟式分离机的活塞，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种碟式分离机活塞，由金属塑性材料制成，包括内设锥面内腔的活塞主体，所述活塞主体的锥面内腔主要由两个倒置的圆台侧面组成，包括第一圆台侧面和第二圆台侧面，所述第一圆台侧面的上底面与第二圆台侧面下底面相适配，所述第一圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角β与所述第二圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角α之间的关系为α＜β且45°＜α＜65°，所述第二圆台的表面材料属性为脆性材料（脆性材料，在外力作用下（如拉伸、 冲击等）仅产生很小的变形即破坏断裂的材料。）。使内锥面的材料属性发生变化，由原有的的塑性材料变为脆性材料，能够消除积渣现象，同时太大降低了表面的磨损并扩大了离心机的应用市场。
优选地，上述技术方案中，活塞用20Cr13或0Cr13Ni4Mo制成，热处理后延伸率A≥15%，延伸率A≥5%的材料称为塑性材料。
优选地，上述技术方案中，第二圆台的表面镀硬铬并进行镜面抛光。
下面对设计原理做一个讲解和说明：
一、活塞内锥面表面冲蚀磨损的主要原因分析：
1.根据试验数据得知：塑性材料在20°～30°功角时冲蚀率出现最大值，之后冲击角增加，冲蚀率降低。而脆性材料最大冲蚀率出现在接近90°的功角处。
2.活塞常用的材料为20Cr13或0Cr13Ni4Mo，热处理后延伸率A≥15%，率A≥5%的材料称为塑性材料。
3.根据塑性材料的磨损机制，低角度冲蚀时以微切削犁沟为主，高角度冲蚀对塑性材料起初表现为凿坑和塑性挤出，多次冲击反复变形和疲劳引起断裂与剥落，以低周疲劳为主的冲蚀磨损理论指出，某种材料在磨粒的冲击下将会产生一定的变形，视材料、磨粒、冲角的不同，材料的变形体积和变形量是不同的。
材料的变形能力决定材料的磨损量，其表达式为：
，
式中：，/>磨损体积；/>变形体积；/>材料在一定变形体积中的平均应变；材料临界变形破坏应变；
每种材料都有临界变形破坏应变量，当材料受冲击变形应变量达到该值，材料便会以磨削的形式脱落下来，塑性材料它的临界变形破坏应变量很大，一次冲击中的变形量往往达不到该值，因而需要在多次冲击之后应变逐渐积累而使材料发生破坏。由此可见，活塞的材质属性为塑性材料，在影响冲蚀磨损的诸多因素中，只有通过改变活塞角度和材料的特性两种渠道来降低内锥表面的冲蚀磨损。因为设备具有的转速和分离物料的特性，使用环境已将其它影响因素如冲蚀速度、冲蚀时间、环境温度、磨料的性质（磨粒硬度、形状、颗粒破碎性）已固化成定数基本无法改变。
根据上述冲蚀磨损的理论，综合考虑各方面因素，将活塞内锥表面由单锥面改为双锥面，角度为冲击角度，通过/>角度的优化设计来提高耐用度。通过多年的实践经验和理论推敲内锥面/>角度的选择范围45°～65°。根据试验数据得知/>角度越小，排渣越顺畅，不容易积渣，而活塞的材料特性可知/>角度越小冲蚀磨损越严重。为了解决二者之间的矛盾，必须着手在/>角度减小的前提下降低内锥表面的冲蚀磨损。
一种碟式分离机，采用如前任一技术方案所述的碟式分离机活塞。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.双锥面的结构设计通过对内锥面的角度优化，使排渣顺畅，消除积渣现象，延长了设备使用寿命。
2.锥面通过表面处理使其材料的属性由塑性材料转变为脆性材料，降低磨损，大大提高该零件的耐用度。
3.涉足到新的领域，扩大了分离机的使用范围。
4.锥面的设计降低了制造成本，只需对/>锥面实施表面处理，对于β锥面不做处理。
5.锥面的表面处理（镀硬铬）达到镜面（光洁度的提高）使活塞表面的磨损积渣现象的降低有了质的飞跃。
附图说明：
附图1：冲击角与冲蚀率的曲线关系；
附图2：活塞排渣示意图；
附图3：单锥面活塞示意图；
附图4：双锥面活塞示意图；
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护 范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
一、活塞内锥面表面冲蚀磨损的主要原因分析：
1.根据冲击角与冲蚀率的曲线关系（附件图1）塑性材料在20°～30°冲击角时冲蚀率出现最大值，之后冲击角增加，冲蚀率降低。而脆性材料最大冲蚀率出现在接近90°的功角处。
2.活塞常用的材料为20Cr13或0Cr13Ni4Mo，热处理后延伸率A≥15%，率A≥5%的材料称为塑性材料。
3.根据塑性材料的磨损机制，低角度冲蚀时以微切削犁沟为主，高角度冲蚀对塑性材料起初表现为凿坑和塑性挤出，多次冲击反复变形和疲劳引起断裂与剥落，以低周疲劳为主的冲蚀磨损理论指出，某种材料在磨粒的冲击下将会产生一定的变形，视材料、磨粒、冲角的不同，材料的变形体积和变形量是不同的。材料的变形能力决定材料的磨损量，其表达式为：，
式中：，/>磨损体积，/>变形体积，/>材料在一定变形体积中的平均应变，/>材料临界变形破坏应变。
每种材料都有临界变形破坏应变量，当材料受冲击变形应变量达到该值，材料便会以磨削的形式脱落下来，塑性材料它的临界变形破坏应变量很大，一次冲击中的变形量往往达不到该值，因而需要在多次冲击之后应变逐渐积累而使材料发生破坏。由此可见，活塞的材质属性为塑性材料，在影响冲蚀磨损的诸多因素中，只有通过改变活塞角度和材料的特性两种渠道来降低内锥表面的冲蚀磨损。因为设备具有的转速和分离物料的特性，使用环境已将其它影响因素如冲蚀速度、冲蚀时间、环境温度、磨料的性质（磨粒硬度、形状、颗粒破碎性）已固化成定数基本无法改变。
根据上述冲蚀磨损的理论，综合考虑各方面因素，将活塞内锥表面由单锥面改为双锥面（见附图3、4），图中角度为冲击角度，通过/>角度的优化设计来提高耐用度。通过多年的实践经验和理论推敲内锥面/>角度的选择范围45°～65°。根据活塞排渣示意图（见附图2）/>角度越小，排渣越顺畅，不容易积渣，而活塞的材料特性可知/>角度越小冲蚀磨损越严重。为了解决二者之间的矛盾，必须着手在/>角度减小的前提下降低内锥表面的冲蚀磨损。
二、解决方案：使内锥面的材料属性发生变化，由原有的的塑性材料变为脆性材料，由附图1可见脆性材料的冲蚀磨损是随角度的增大而加大的，使二者之间矛盾得到解决。为此，/>角度的内锥表面处理（镀硬铬）使其表面材料属性变为脆性材料，不仅消除积渣现象，同时太大降低了表面的磨损并扩大了离心机的应用市场。
一种碟式分离机活塞，由金属塑性材料制成，包括内设锥面内腔的活塞主体，所述活塞主体的锥面内腔主要由两个倒置的圆台侧面组成，包括第一圆台侧面和第二圆台侧面，所述第一圆台侧面的上底面与第二圆台侧面下底面相适配，所述第一圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角β与所述第二圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角α之间的关系为α＜β且45°＜α＜65°，所述第二圆台的表面材料属性为脆性材料（脆性材料，在外力作用下（如拉伸、 冲击等）仅产生很小的变形即破坏断裂的材料。）。使内锥面的材料属性发生变化，由原有的的塑性材料变为脆性材料，能够消除积渣现象，同时太大降低了表面的磨损并扩大了离心机的应用市场。
优选地，上述技术方案中，活塞用20Cr13或0Cr13Ni4Mo制成，热处理后延伸率A≥15%，延伸率A≥5%的材料称为塑性材料。
优选地，上述技术方案中，第二圆台的表面镀硬铬并进行镜面抛光。
下面对设计原理做一个讲解和说明：
一、活塞内锥面表面冲蚀磨损的主要原因分析：
1.根据试验数据得知：塑性材料在20°～30°功角时冲蚀率出现最大值，之后冲击角增加，冲蚀率降低。而脆性材料最大冲蚀率出现在接近90°的功角处。
2.活塞常用的材料为20Cr13或0Cr13Ni4Mo，热处理后延伸率A≥15%，率A≥5%的材料称为塑性材料。
3.根据塑性材料的磨损机制，低角度冲蚀时以微切削犁沟为主，高角度冲蚀对塑性材料起初表现为凿坑和塑性挤出，多次冲击反复变形和疲劳引起断裂与剥落，以低周疲劳为主的冲蚀磨损理论指出，某种材料在磨粒的冲击下将会产生一定的变形，视材料、磨粒、冲角的不同，材料的变形体积和变形量是不同的。
材料的变形能力决定材料的磨损量，其表达式为：
，
式中：；/>磨损体积；/>—变形体积；/>—材料在一定变形体积中的平均应变；/>—材料临界变形破坏应变。
每种材料都有临界变形破坏应变量，当材料受冲击变形应变量达到该值，材料便会以磨削的形式脱落下来，塑性材料它的临界变形破坏应变量很大，一次冲击中的变形量往往达不到该值，因而需要在多次冲击之后应变逐渐积累而使材料发生破坏。由此可见，活塞的材质属性为塑性材料，在影响冲蚀磨损的诸多因素中，只有通过改变活塞角度和材料的特性两种渠道来降低内锥表面的冲蚀磨损。因为设备具有的转速和分离物料的特性，使用环境已将其它影响因素如冲蚀速度、冲蚀时间、环境温度、磨料的性质（磨粒硬度、形状、颗粒破碎性）已固化成定数基本无法改变。
根据上述冲蚀磨损的理论，综合考虑各方面因素，将活塞内锥表面由单锥面改为双锥面，角度为冲击角度，通过/>角度的优化设计来提高耐用度。通过多年的实践经验和理论推敲内锥面/>角度的选择范围45°～65°。根据试验数据得知/>角度越小，排渣越顺畅，不容易积渣，而活塞的材料特性可知/>角度越小冲蚀磨损越严重。为了解决二者之间的矛盾，必须着手在/>角度减小的前提下降低内锥表面的冲蚀磨损。
一种碟式分离机，采用如前任一技术方案所述的碟式分离机活塞。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。 这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述 教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在 于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。 本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种碟式分离机活塞，由金属塑性材料制成，包括内设锥面内腔的活塞主体，其特征在于：所述活塞主体的锥面内腔主要由两个倒置的圆台侧面组成，包括第一圆台侧面和第二圆台侧面，所述第一圆台侧面的上底面与第二圆台侧面下底面相适配，所述第一圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角β与所述第二圆台侧面的母线与其上底面之间额夹角α之间的关系为α＜β且45°＜α＜65°，所述第二圆台的表面镀有金属脆性材料。
2.根据权利要求1所述的碟式分离机活塞，其特征在于：所述活塞用20Cr13或0Cr13Ni4Mo制成，热处理后延伸率A≥15%。
3.根据权利要求1所述的碟式分离机活塞，其特征在于：第二圆台的表面镀硬铬并进行镜面抛光。
4.一种碟式分离机，其特征在于：采用如权利要求1-3任一权利要求所述的碟式分离机活塞。
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