曹志偉
（北京海斯頓環保設備有限公司）
摘 要：本文通過對國產與進口臥螺離心機的技術進行對比，從選用材質、高效脫水設計、驅動方式、差速器、磨損保護、自控方式等方面逐一進行分析，找出國產設備與進口設備之間的差距。
關健詞：臥螺離心機，技術差異分析
1 前言
臥式螺旋推料沉降式離心機簡稱臥螺離心機，是目前在食品、醫藥、化工等行業及廢水處理等領域中廣泛應用的、理想的固液分離設備之一。離心機高效、可靠的性能是產品質量、產量、回收率的有效保證，同時離心機的合理設計和操作維護是保證離心機高效運行的關鍵。
近幾年來，隨著我國大型市政汙水處理廠的大量興建，臥螺離心機在市政汙泥脫水領域的應用逐年增多，一些國外品牌的臥螺離心機紛紛湧入中國市場，國內的一些廠家也推出自己的產品，以較低廉的價格進入市場。目前，進口設備是國產設備價格的2倍左右，價格差距很大。但進口機在國內的應用仍然佔有很大的比重，尤其是在工業及市政汙水處理中的汙泥脫水領域，特別是一些新建的市政汙水處理廠，進口臥螺離心機佔有較大比重。本文就此情況從技術性能上對進口和國產的數家臥螺離心機進行逐一分析，找出其中的原因。
2 臥螺離心機的結構及工作原理
臥螺離心機是依靠固液兩相的密度差，在離心力的作用下，加快固相顆粒的沉降速度來實現固液分離的。圖1所示為臥螺離心機結構簡圖。
轉鼓前方設計有一個錐段，根據物料性質的不同，按照設定的速度高速旋轉，物料在轉鼓內壁以設計速度旋轉，沿著轉鼓殼體形成一同心液層，稱為液環層。物料內所含的固體在離心力的作用下沉積到轉鼓壁上，再通過螺旋的運轉將乾物料推出轉鼓。轉鼓的運轉速度直接決定分離因數，而螺旋的速差則直接影響被輸送到轉鼓外的固體含水率。它對處理量、停留時間和固體排出都有直接影響。
3 國內外臥螺離心機發展狀況及市場情況
我國生產離心機至今已有20餘年的歷史，開始大多是立式離心機和其他形式的推料或過濾離心機，臥螺離心機是近幾年隨著汙水處理工程的增多才大量開始研製和生產的機型。
目前，國內生產臥螺離心機的廠家有重慶江北機械廠，廣州重型機械廠、湘潭離心機廠、解放軍4819工廠、浙江青田特種設備廠、南京綠洲機械廠、上海化工機械廠、上海離心機械研究所等十餘家企業，其中在行業內具有代表性的企業有：重慶江北機械廠、解放軍4819工廠、上海離心機械研究所等。其技術有一部分主要來源於直接與國外離心機公司的技術合作、引進以及生產，如與法國堅納（Guinard），德國洪堡（Humboldt）等公司的合作。另有一部分廠家的技術主要源於自主開發，或對國外技術進行引進、消化和吸收的基礎上逐步發展起來的，但仍有一部分停留在模仿國外公司的技術上，基本上屬於對國外技術的簡單翻版，缺少自主創新。
目前在我國常見的進口臥螺離心機廠家主要有：較早進入中國市場的瑞典的阿法拉伐（Alfa Laval）、德國維斯伐利亞（Westfalia）、福樂偉（Flottweg）、洪堡（Humboldt），義大利的貝亞雷斯（Pieralisi）、日本巴工業公司等，以及近期進入中國的瑞典諾克森（NOXON）、法國堅納（Guinard）等公司，產品主要集中在市政以及工業汙水處理中的汙泥脫水領域。主要技術特點基本相同，但在技術細節上存在較大的差異。
（1）材料
目前國內與國外設備中，主要部件都採用不鏽鋼製造，尤其是轉鼓與螺旋部分全部採用不鏽鋼，只有少數國外廠家可針對不同的處理對象及介質的要求，採用適合的材質，如對於市政汙水處理和無腐蝕性場合，採用高強度碳鋼防腐，避免了過度設計，大大降低了製造成本，通過十餘年的實踐證明，在市政汙水處理中採用碳鋼防腐的材質是完全可行的。
（2）高幹（效）型機型設計
所謂高幹（效）型機型是國外較常用的叫法，國內則習慣稱為濃縮脫水一體化機。可對未經濃縮的汙泥直接進行脫水，通常可處理含固量在0.4～0.8%左右的市政及工業汙泥。
目前，國內僅有部分廠家擁有此項技術，技術主要來源於與國外公司技術合作、引進，僅有少數廠家是對國外技術進行消化吸收、改進後的創新技術，但又各有不同：
國內另有一少部分公司則吸收了阿法拉伐公司的BD擋板技術，或其他公司的壓榨式螺旋設計，見圖2，即在離心機錐段的螺旋出料端設置一個特殊擋板，即BD擋板，或增大錐段螺旋設計（內錐體），可使離心機處於超深液池狀態，使池中液面處於高於固體排放面狀態下運行，並在錐段減小汙泥空間體積，增加對泥餅的壓力，並且只輸送下部沉渣，而將上部含水率高的汙泥截留在壓榨錐段外側，實現壓榨脫水（類似於螺旋壓榨脫水機），使出泥更幹。
螺旋輸送器的螺旋葉片設計成螺距漸變的形式，螺距從轉鼓大端至小端逐漸減小，使沉渣在輸送時出受到徑向的離心力壓實外，還受到軸向的雙向擠壓作用，沿軸向產生擠壓力。於是沉渣的毛細孔隙減小，所含的水分向外排放，從而使沉渣的含水量降低。
另一種設計是在螺旋筒體上設置橫截面為阿基米德螺線形的壓榨板，見圖3。當沉渣從螺旋圓柱段推向錐段時，螺線形壓榨板將沉渣逐漸壓縮。由於壓榨板與轉鼓筒體形成楔形通道壓渣壓力逐漸升高，在出口處達到最大，並將濾液沿楔形間隙的切線方向從較寬的方向排出[1]。
國外離心機的高幹型設計除上述兩種之外，近期瑞典諾克森（NOXON）公司推出一種新型專利技術，稱為Lamella技術，即採用斜板沉澱的原理，將離心機螺旋推料器葉片設計成傾斜狀態，其葉片傾角、螺距、葉片間距等參數經過優化設計，達到最佳處理效果。使固體沉降時間縮短數倍，大大減少螺旋推料葉片對澄清液池的擾動，絮凝劑的消耗量比普通離心機減少30％～40％，而處理能力比普通離心機提高40％。特別適用於處理一些超細或凝膠狀固體。目前處理的最低進料濃度可達0.2%。
國外不同廠家的離心機在高幹（效）型設計方面採用不同的技術，在實現的方式也各有差異，高幹型設計主要是通過改變轉鼓與螺旋結構實現的，但也有部分廠家通過對速差的反饋控制實現。限於篇幅在此不再一一贅述。
（3）驅動方式
在驅動方式上，國內與國外有較大的差異，同時進口設備又有多達5～6種不同的驅動方式。
國內離心機驅動方式通常較為單一，採用最多的驅動方式為雙電機結構，即一臺電機（通常為變頻電機）通過皮帶直接驅動轉鼓產生轉動，另一臺電機通過減速器（差速器）驅動螺旋。
而進口設備中往往可提供除常用的雙電機系統驅動方式外，還有多種驅動方式的選擇。
單電機驅動形式：即一臺電機通過主皮帶輪驅動轉鼓，次級皮帶驅動差速器的軸，從而產生差轉速，調整速差時需要停機進行，屬於簡單驅動方式；或差速器輸入軸固定，轉鼓由單電機驅動；還有一種單電機驅動方式，如阿法拉伐（Alfa Laval）公司與國內少數廠家採用單電機驅動主轉鼓產生轉動，通過電磁渦流差速器產生速差，這是一種制動的驅動方式，類似於剎車裝置，產生負速差，優點是控制方便、節約能源，缺點是推料扭矩小[2]。
再有一種常見驅動方式是採用液壓驅動，即轉鼓及螺旋分別由獨立的液壓系統驅動（或轉鼓由變頻電機直接驅動），具有其他驅動方式所不可比擬的優點：更大的驅動扭矩（通常可達幾千～幾萬Nm，是普通電機驅動的2～4倍）、更為簡便的速差控制方式以及更低的速差。目前國外採用液壓驅動方式的公司有：德國的洪堡（Humboldt）、福樂偉（Flottoweg）、瑞典的諾克森（NOXON）等。其中諾克森（NOXON）產品在該種驅動方式上又有改進和創新，使機器的速差達到0.2r.p.m，速差精度達0.01 r.p.m。這種驅動方式的缺點是設備成本較高，對液壓系統以及電控系統要求極高，由於液壓聯接點較多，存在洩漏的機會也較多。因此這種驅動方式對液壓元件的質量和可靠性均有嚴格的要求。
另外還有很多種不同的驅動方式，各有利弊，在此不再一一贅述。
由於不同驅動方式最終會導致不同的速差，國產設備的速差一般最低值都在數轉/分鐘，僅有少數廠家可達0.5 r.p.m，而國外的最低速差可達到0.2r.p.m，相差十餘倍，即汙泥的停留時間可增加十餘倍。速差是影響泥餅含水率的關鍵因素，低速差可產生更幹的泥餅，對螺旋的磨損也相應減少，從而可大大延長螺旋的使用壽命。
4）差速器
在臥螺離心機中泥餅在轉鼓表面的移動全靠差速器產生的螺旋對轉鼓的相對運動來實現，由於臥螺離心機的轉鼓與螺旋之間速差小而扭矩大，一般差速器採用周轉輪繫結構，常採用行星擺線針輪、漸開線齒輪差速器。其優點是體積小、重量輕、傳動比大、效率高達90～99％，承載能力大等。
國內及國外離心機所採用的差速器結構形式基本相同，一般多為雙級2K-H、3K、K-H-V等型式行星漸開線齒輪差速器，或採用行星擺線針輪及漸開線齒輪差速器的組合形式。由於差速器轉速高，傳遞扭矩大，對各零件在組裝過程中的間隙調整要求特別高、公差要求非常精密，間隙太大或太小均不利於差速器的運行，離心機生產廠家往往需要專門設計及加工。
國內很多廠家進行過差速器的國產化嘗試，部分廠家的的機械加工精度以及某些性能基本達到國際水平，但從整體來看，尤其是在裝配精度和裝配經驗上仍存在一定差距，加之主要部件選用材質不當或受材料質量的制約，往往造成差速器達不到設計要求，效率較低，壽命短。因此國產差速器的關鍵不僅取決於製造質量，更重要的是裝配質量和材料的選擇[3][4][5]。目前國內很多廠家往往採用進口差速器來滿足設備的性能。
（5）螺旋的密封方式
螺旋的密封方式大多採用機械密封或迷宮式密封，這點在國產與進口離心機上是基本相同的。
（6）磨損保護
國內外主要廠家的離心機在與汙泥接觸的螺旋葉片外緣採用了燒結耐磨合金片或陶瓷片鑲嵌工藝，可方便更換，但整體更換成本相對較高。部分廠家對螺旋葉片外緣進行碳化鎢熱噴塗處理，成本相對較低。
（7）自控方式
離心機的高效脫水性能必須通過完善的自控系統才能得以實現。目前國內外的主流控制方式是PLC（可編程邏輯控制器）控制。
國內幾乎所有廠家都採用PLC作為中央控制系統，控制功能較為單一，雖然能夠實現基本的控制要求，但與國外離心機控制系統存在較大差距。國內離心機廠家幾乎很少採用大屏幕顯示，基本上都採用LED數碼管逐條顯示，需要顯示的工作參數需要不斷調用，操作繁瑣，控制功能較少。目前僅有極少數國內廠家將先進的觸控螢幕顯示技術用於離心機的控制，同時實現上位機連結，在國內離心機控制系統方面處於領先地位。
國外部分廠家的離心機的控制技術目前比國內領先數年，近幾年來，部分廠家已經在十年前開始使用工業計算機或DCS控制系統，可實現比PLC系統更多、更強大的控制功能。採用大屏幕顯示，可對所有控制參數、運行狀態一次性顯示，採用菜單操作，人機界面友好，操作更為人性化。近期推出的技術可通過網際網路實現上位機連結，與生產廠家進行數據通訊，便於生產商對現場離心機進行遠程故障分析及處理，甚至可以通過網絡對現場機進行實時數據組態和更新運行軟體的服務。
5 結論
以上通過整體的技術對比不難看出，雖然我國臥螺離心機工業起步較晚，但已經有部分廠家、在某些技術、性能方面，已經達到了國際先進水平，在某些專項技術上甚至已經超過了部分國外品牌的離心機。但從我國離心機製造業整體來看，不可否認的是，我國離心機製造行業的整體水平與國外的離心機製造、新技術研發、尤其在整機可靠性、穩定性、使用壽命、裝配精度、操作的靈活性、人性化、以及某些新技術的應用（主要是是新概念的應用）等方面等方面還存在一定的差距。
建議國內離心機製造商能從多方面考慮進行設計、改進，使我國的臥螺離心機新技術應用、生產技術等方面得到進一步提高。
參考文獻：
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[2] 潘芝渭．電渦流制動器在臥螺離心機差轉速定值控制中的應用．化工機械，1998，25（6）：353－355。
[3] 郭繼平，劉子良等．離心機差速器損壞原因的分析及改進措施．聚氯乙烯，1997，（3）：52－55。
[4] 朱澤瑋．沉降式離心機差速器國產化．聚氯乙烯，1998，（4）：8－14。
[5] 習文社，欒居科等．國內臥式離心機與進口臥式離心機的差距．中國油脂，2001，26（1）：52－54。