摘要：针对分离乳脂的问题,根据原乳的特性,在合适乳脂分离的离心机结构和操作参数的条件下,按照碟式离心机原理,分析了转鼓壁离心应力产生的原因。并利用第三强度理论,导出离心机转鼓壁厚计算公式,并根据原乳的物性计算出转鼓壁厚。
    关键词：碟式离心机　脱脂乳　脂肪　转鼓壁厚
    中图法分类号：TS252. 3;　文献标志码：A
    在用碟式离心机分离脂肪的过程中,牛乳中的脂肪、脱脂乳和还有许多的杂质,是通过转鼓和转鼓内的一组碟片来完成的。这些混合物从分离机下部进入分离机,通过碟片固定栓上的小孔进入碟片组,并经由碟片上的小孔向上,在碟片间利用薄层分离原理使脂肪与脱脂乳分离,并沉淀出杂质。 分离过程中,脱脂乳与杂质沿碟片表面向下、向外并被甩向碟片外面,脱脂乳沿碟片组最上部的上叶 片与钵盖之间的通道从脱脂乳出口流出,杂质则流存于转鼓内壁。稀奶油经碟片上小孔沿碟片表面向上、向内,从中心稀奶油出口排出[2]。图1为离心机分离牛乳后各组分出口位置示意图。
    而在分离乳脂过程中由于原乳的质量程度差以及操作参数的不合理,常导致分离效率低下。转速通常为5 000 r/min,转鼓直径为600 mm,转鼓锥角为40°。高速转动的转鼓 内会产生较大的离心应力,当应力超出转鼓材料的屈服极限或强度极限时,转鼓就会产生大的变形或破坏失效,严重时造成人员伤亡。因此必需根据离心机转鼓强度计算其壁厚[1]。
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    1　离心应力分析
    离心机转鼓带动其内物料高速旋转,所以,鼓壁内的离心应力由鼓壁本身及其内物料两部分产生。
    1. 1　鼓壁质量引起的离心应力
    如图2所示,高速回转下的圆锥形转鼓,其转鼓质量产生的离心力垂直于回转轴,在轴向没有分力,不能产生经线方向的应力,即(σ′1)ρ=0。鼓壁质量产生的离心力在壁面法线方向的分力、在转鼓壁中引起的环向应力可按下式计算。
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    式中,ρ锥形转鼓任意一点处的内半径,α锥形转鼓 的半锥角,γ0转鼓壁金属材料重度,ω转鼓角速度。 由上式可知,鼓壁本身质量离心力产生的周向应力 与鼓壁厚度无关,只与材料的密度、圆周速度。及 锥形转鼓任一点处的内半径有关。因此,增加鼓壁 厚度并不能减小周向应力,而且周向应力{zd0}值在 圆锥转鼓的大口处。
    1. 2　被分离物料的离心力引起的应力和变形
    1.2.1　经线应力(σ″1)ρ
    如图3所示,锥形转鼓任意半径ρ处的经线应 力(σ″1)ρ可根据轴向力平衡条件计算。
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    2　转鼓壁厚公式的确定 转鼓总的经向应力为
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    3　转鼓壁厚的确定
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