沉降式離心機(jī)特性分析及工藝條件選擇
技術(shù)支持
沉降式離心機(jī)是藉固液密度不同，在離心力場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)固液分離的。其作用是從動(dòng)力堆乏燃料溶解液中去除不溶物固體。我國(guó)沉降式離心機(jī)的研究開始于1987年，其發(fā)展過(guò)程大致經(jīng)歷了從科研樣機(jī)的開發(fā)、吉化廠制造的沉降式離心機(jī)的水負(fù)載試驗(yàn)失敗、西塘化工機(jī)械有限公司承制的沉降式離心機(jī)模擬料液試驗(yàn)成功三個(gè)階段。整個(gè)研發(fā)過(guò)程一波三折，凝聚了多位專家的心血，實(shí)現(xiàn)了由科研機(jī)向工程機(jī)的過(guò)渡，它填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為我國(guó)核燃料后處理固液分離工藝開創(chuàng)了一個(gè)新局面。它核其他料液過(guò)濾器相比：過(guò)濾速度快，生產(chǎn)能力大，還可避免更換濾芯子所產(chǎn)生的大量固體廢物，能適應(yīng)大生產(chǎn)能力核燃料后處理廠的需要。
1 沉降式離心機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.1 軸系
沉降式離心機(jī)有剛性軸和撓性軸之分。一般對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不太高，轉(zhuǎn)子直徑較大，液體流動(dòng)性較好的離心機(jī)通常設(shè)計(jì)成剛性軸。原科研機(jī)設(shè)計(jì)為剛性軸，它的轉(zhuǎn)鼓軸軸頸較大（Φ125mm），其臨界轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)鼓軸與支撐軸承的間距大（800mm），設(shè)置了大尺寸的軸承，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸系的高度也相應(yīng)減小，由于沒(méi)有過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)問(wèn)題，其減振結(jié)構(gòu)相應(yīng)簡(jiǎn)化，取消了撓性軸常需的球形支撐。其優(yōu)點(diǎn)是工作轉(zhuǎn)速低于其一階臨界速度，沒(méi)有過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)問(wèn)題，可以在較寬的速度范圍內(nèi)操作。剛性軸本身結(jié)構(gòu)可設(shè)置大尺寸的軸承，此軸承的受力狀態(tài)較好，可提高整機(jī)的壽命。其缺點(diǎn)是拆裝和檢修不易實(shí)現(xiàn)全遠(yuǎn)距離操作。
考慮到離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓全遠(yuǎn)距離檢修的要求，工程機(jī)采用了與科研機(jī)完全不同的傳動(dòng)軸系結(jié)構(gòu)。工程機(jī)轉(zhuǎn)鼓軸軸徑較?。é?span style="font-family: Arial;">80mm），轉(zhuǎn)鼓軸與支撐軸承的間距較小（約300mm），整個(gè)軸系高度增大，增加了撓性軸常需的球形支撐。其優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)檢修容器SSERC，吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)及更換轉(zhuǎn)鼓，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離維修。但撓性軸也帶來(lái)了其他缺點(diǎn)：增加了撓性軸常需的球形支撐和相配套的減振結(jié)構(gòu)（減振彈簧-阻尼器）；其工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)較大；且工作轉(zhuǎn)速范圍寬，沉降分離時(shí)轉(zhuǎn)速約2500r/min，排渣轉(zhuǎn)速約20r/min，在這樣寬的速度范圍內(nèi)工作，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中影響轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)的因素較多。工程機(jī)與科研機(jī)軸系結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)如下所示：
項(xiàng)目 | 科研機(jī) | 工程機(jī) |
軸系類型 | 剛性軸 | 撓性軸 |
軸徑尺寸（mm） | Φ125 | Φ80 |
軸承間距（mm） | 800 | 約300 |
球形支撐 | 無(wú) | 有 |
減震系統(tǒng) | 簡(jiǎn)單 | 減震彈簧-阻尼器 |
一階臨界轉(zhuǎn)速 | 高于工作轉(zhuǎn)速 | 低于工作轉(zhuǎn)速 |
優(yōu)點(diǎn) | 沒(méi)有過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)問(wèn)題，軸承的受力狀態(tài)較好，可提高整機(jī)的壽命 | 在強(qiáng)放射性區(qū)域內(nèi)沒(méi)有軸承等易損件，拆裝和檢修可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作 |
缺點(diǎn) | 在強(qiáng)放射性區(qū)域內(nèi)有軸承等易損件，拆裝和檢修不易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作 | 工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速，過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)較大，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中影響轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)的因素較多 |
1.2 轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)與進(jìn)料方式
從近年來(lái)國(guó)外發(fā)展的離心機(jī)研究資料來(lái)看，轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)有正杯型和倒杯式，對(duì)應(yīng)的進(jìn)料方式有上進(jìn)料和下進(jìn)料方式。國(guó)外沉降式離心機(jī)主要特點(diǎn)如下：
廠家、型號(hào) | 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) | 轉(zhuǎn)鼓 | 料液特點(diǎn) | 運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù) | 清液質(zhì)量 | 備注 |
1976法國(guó)UP2廠 | 上進(jìn)料，高壓水沖洗排渣，撓性軸有防護(hù)及臨界安全性能，可用屏蔽檢修裝置更換易損部件 | 正杯型 Φ500 L420 | 壓水堆元件溶解液 | 2100r/min 1209g Q=225L/h | 理論截留0.2μm | 有DPC210，500，800，900，投入運(yùn)行，存在排渣不暢的缺點(diǎn) |
1981英國(guó) | 同上 | 正杯型 Φ800 L520 | 壓水堆元件溶解液 | 2000r/min 1800g | 0.5～1.5μm η=0.94～0.99 | |
1959英國(guó)唐瑞快堆 | 空氣透平驅(qū)動(dòng)，自吸上料，轉(zhuǎn)筒和沉渣一起拆下做固體廢物 | Φ50 L250 | 快堆元件溶解液 | 20000r/min 11000g Q=180L/h | η=0.999 | |
1980美國(guó)快堆模擬ShovplesP-850 | 立式，螺旋連續(xù)排渣 | Φ150 | 固粒比重1.2～2.45 液體比重1～1.43 | 12.2～2.47L/min 529～1080g | η=0.96～0.994 0.5μ | |
1988意大利1TRECCSTT-1 | 下進(jìn)料，高壓水沖洗排渣，熱室內(nèi)安裝，可遙控更換易損部件 | 倒杯式 Φ800 | 顆粒1μ 0.3μ， 0.03μ MoO2 Al2O3 | 4500r/min 9000g Q=100L/h | η=0.99 | |
西德 WA=350廠 | 上進(jìn)料，高壓水沖洗排渣，電機(jī)與轉(zhuǎn)筒共軸，有彈性減震裝置可以用機(jī)械手遙控更換損壞部件 | 倒杯式 | 壓水堆元件溶解液 | 2000g | 1983年在WAK的Teko進(jìn)行冷料試驗(yàn)，WA-350廠已停建 |
我國(guó)的科研機(jī)和工程機(jī)都采用倒杯式轉(zhuǎn)鼓和下進(jìn)料方式，其優(yōu)點(diǎn)是縮短了主軸長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化上部結(jié)構(gòu)，并使排渣暢快，操作時(shí)對(duì)上方污染少。工藝管道集中布置在轉(zhuǎn)鼓的下方，有利于轉(zhuǎn)鼓的起吊、檢修和解決α密封。
下進(jìn)料是通過(guò)空氣提升方式，料液自下而上從進(jìn)料管噴嘴噴到轉(zhuǎn)鼓上部，并借助于與轉(zhuǎn)鼓同步高速旋轉(zhuǎn)的散液板將液體甩到轉(zhuǎn)鼓的壁上完成進(jìn)料操作。
1.3 出料及排渣方式
工程機(jī)設(shè)置有清液室、錐筒及渣口切換裝置。清液室由錐形底與筒體連接形成的環(huán)形槽，內(nèi)有清液出口管。高速水流呈螺旋狀飛濺到外殼上進(jìn)入清液室。
錐形底位于筒體下部，錐筒上固定有上料管噴嘴、高壓水噴嘴及排渣口（回流口），渣口切換裝置位于錐形底下部，它由核級(jí)閥門電動(dòng)裝置、穿地軸、錐筒等組成。切換罐底部設(shè)有回流管口（回流入料液槽）、排渣管口（進(jìn)入渣水槽）和擋板，當(dāng)在高速沉降分離時(shí)，錐筒對(duì)準(zhǔn)回流口使得上料過(guò)程中由于上料管與散液盤之間空隙的存在，料液沿上料管外壁的回流液以及液體和氣體摩擦，進(jìn)料和散液板之間的碰撞形成霧滴通過(guò)錐筒收集經(jīng)回流口進(jìn)入料液槽。據(jù)了解，由于科研機(jī)沒(méi)有此裝置，在分離操作時(shí)，從渣口收集的原液量是進(jìn)料量的1‰，就與形成的霧滴有關(guān)。排渣時(shí)，錐筒對(duì)準(zhǔn)排渣口，4個(gè)90°扇形噴嘴的水流將覆蓋轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，在慢速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)沖渣，渣水通過(guò)錐筒進(jìn)入渣水槽。
2 水力學(xué)特性
2.1 流體自由液面的形狀
流體在重力場(chǎng)和離心力場(chǎng)的作用下，自由液面呈拋物面形，轉(zhuǎn)鼓的尺寸和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定液面形狀，在轉(zhuǎn)鼓溢流口（Φ395）以下，液體飛落入清液室，由下式可以計(jì)算液面形狀：
X2-X20=2(900/n2）Y
式中：
X：液面上某一點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)軸的距離，m；
X0：溢流口半徑，m；
Y：液面上某一點(diǎn)至溢流口面的距離，m；
n：轉(zhuǎn)速，r/min。
離心機(jī)的分離因數(shù)Fr是離心加速度和重力加速度的比值，離心機(jī)的分離因數(shù)按轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑計(jì)算（Φ500）。由下式可以計(jì)算分離因數(shù)Fr。
Fr=Rn2/900
式中：
R：轉(zhuǎn)筒半徑，m；
n：轉(zhuǎn)速，r/min。
轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，形成的流體自由液面的形狀用轉(zhuǎn)鼓內(nèi)不同高度處的液層厚度b表示。則不同轉(zhuǎn)速下的自由液面的形狀及分離因數(shù)見下表：
n(r/min) | 2500 | 2000 | 1500 | 1000 | 800 | 500 | 300 | 200 | 100 | 50 |
Fr | 1736 | 1111 | 625 | 277 | 177 | 69 | 25 | 11 | 2.7 | 0.69 |
V/L | 34.3 | 34.3 | 34.3 | 33.1 | 31.3 | 28.9 | 26.5 | 18.8 | 4.0 | 0 |
Y(mm) | b(mm) | |||||||||
400 | 52.2 | 52.2 | 51.7 | 50.7 | 50 | 45.5 | 31 | 12 | 0 | 0 |
300 | 52.3 | 52.3 | 51.9 | 51.3 | 50.6 | 47.3 | 36 | 21 | 0 | 0 |
200 | 52.4 | 52.4 | 52.1 | 51.6 | 51.3 | 50 | 40.3 | 31 | 0 | 0 |
100 | 52.5 | 52.5 | 52.3 | 52.1 | 52 | 50.9 | 46 | 42 | 11.5 | 0 |
50 | 52.5 | 52.5 | 52.4 | 52.3 | 52.3 | 51.8 | 50 | 47 | 31.2 | 0 |
30 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 52.5 | 0.04 |
2.2 流體流動(dòng)狀態(tài)
轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，厚液在重力和離心機(jī)作用下向下流動(dòng)，清液從轉(zhuǎn)鼓溢流口進(jìn)入清液室，可以按照活塞理論和層流理論分析流體流動(dòng)狀態(tài)。
活塞理論者認(rèn)為，流體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)橫斷面上均勻等速向下流動(dòng)，可根據(jù)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體存留量和進(jìn)料速度計(jì)算出液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間。
下表是按活塞理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)時(shí)停留時(shí)間的對(duì)比?？梢钥闯觯囼?yàn)值與計(jì)算值比較一致，符合活塞理論。
進(jìn)料量 | 平均停留時(shí)間（r/min） | |
計(jì)算值 | 試驗(yàn)值 | |
200 | 10.29 | 11 |
350 | 5.88 | 7 |
500 | 4.12 | 5 |
層流理論者認(rèn)為，流體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成若干同心圓的層流流動(dòng)，其中自由液面的表層流體流速較大，進(jìn)入表層的原液可能瞬間進(jìn)入液室。各層流體的流速隨回轉(zhuǎn)半徑的增大而減小，沿轉(zhuǎn)鼓壁的流速可能等于零。試驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)存留體積為34L，只有用6倍的液體量才可能將存留液體置換完?？梢哉J(rèn)為轉(zhuǎn)鼓內(nèi)少量液體的停留時(shí)間可能達(dá)到平均停留時(shí)間的6倍，甚至更大。
綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為流體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流動(dòng)同時(shí)遵循著活塞理論和層流理論。當(dāng)在上料過(guò)程中上料量未達(dá)到液體存留量，即沒(méi)有達(dá)到該轉(zhuǎn)速下的自由液面的形狀時(shí)，活塞理論起主導(dǎo)作用，表現(xiàn)為活塞式流動(dòng)。在之后的流動(dòng)狀態(tài)將主要表現(xiàn)為層流式，遵循層流理論。
2.3 流體中固體顆粒行為
轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，料液中極小尺寸顆粒由于布朗運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)鼓振動(dòng)的影響，即使在離心力作用下，進(jìn)入表層料液中的顆粒仍不能沉降而隨液流向下流動(dòng)（遵循層流理論），這些顆粒來(lái)不及分離就進(jìn)入清液室。
脫離開自由液面層的顆粒，在離心力作用下向轉(zhuǎn)鼓壁方向移動(dòng)，固體顆粒所獲得的離心力隨著顆粒所處回轉(zhuǎn)半徑的增加而增加。固體顆粒徑向移動(dòng)的速度也將隨著增大。另一方面固體顆粒也隨流體的軸向流動(dòng)向下流動(dòng)，但液體流速會(huì)隨著各層的回轉(zhuǎn)半徑的增大而減小。只有當(dāng)顆粒從自由液面沉降到轉(zhuǎn)鼓壁的時(shí)間小于或等于顆粒隨軸向向下移動(dòng)的時(shí)間，顆粒才能被截留到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。
大直徑的顆粒具有較大的質(zhì)量也就獲得較大的離心力，大顆粒一進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓即迅速沉降到轉(zhuǎn)鼓壁的上部，質(zhì)量較小的顆粒具有較小的離心力，隨液流向下飄落到轉(zhuǎn)鼓壁的下半程或進(jìn)入清液。
固體顆粒的沉降分三個(gè)過(guò)程：起初料液顆粒濃度較小，不同顆粒按照各自的規(guī)律自由沉降；當(dāng)顆粒濃度增加到一定程度形成顆粒群，不同顆粒共同沉降，稱為干涉沉降過(guò)程；然后固體顆粒疊加到一起后，沉渣密度增加，稱為壓縮過(guò)程。
2.4 理論截留顆粒能力和分離效率
在研究清液質(zhì)量時(shí)，有平均粒徑和大粒徑三個(gè)專用名詞：
大粒徑是清液中測(cè)量到的大粒徑的顆粒，也是料液中能夠被全部截留到轉(zhuǎn)鼓的小顆粒。
平均粒徑指清液中顆粒群名義粒徑，可以認(rèn)為小于平均粒徑的顆粒全部進(jìn)入清液。
平均粒徑和大粒徑之間的顆粒則部分進(jìn)入清液，部分截留到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。
離心機(jī)的離心沉降效率與料液有關(guān)的參數(shù)主要是不溶物固體濃度和料液的液相密度。
離心機(jī)截留顆粒物的粒徑和分離效率與料液化學(xué)組成沒(méi)有直接的關(guān)系。
根據(jù)公式計(jì)算后，確定離心機(jī)及試驗(yàn)液體的具體條件，可能達(dá)到的主要參數(shù)為處理能力200～300L/h，清液含固量小于5mg/L，截留粒徑1.5μm。
3 問(wèn)題與討論
3.1 撓性軸沉降式離心機(jī)較大振幅及工藝條件選擇
由1.1節(jié)軸系選擇分析可知，撓性軸比剛性軸的振動(dòng)幅度要大，其轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中影響平穩(wěn)的因素較多，但國(guó)外已有應(yīng)用于生產(chǎn)的成功先例。因此撓性軸沉降式離心機(jī)的振動(dòng)幅度應(yīng)可控制在能使設(shè)備安全溫度運(yùn)行的安全限值范圍內(nèi)。
2004年5月，對(duì)吉化集團(tuán)機(jī)械設(shè)備有限公司加工制造的撓性軸沉降式離心機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了空載和水負(fù)載聯(lián)動(dòng)試車，空載試驗(yàn)效果較好，但水負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，選擇轉(zhuǎn)速500r/min時(shí)上料穩(wěn)定運(yùn)行，直至離心機(jī)清液口出水，繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，振動(dòng)開始明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到800r/min時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)劇烈，無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，宣告試驗(yàn)失敗。
需要關(guān)注的是，在相同的條件下，“干態(tài)”運(yùn)行平穩(wěn)，在轉(zhuǎn)速500r/min充水后仍能繼續(xù)運(yùn)行，但在升速過(guò)程中卻發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的唯一解釋是：轉(zhuǎn)鼓在充水后產(chǎn)生了很大的新的不平衡力矩量，即充水后水在轉(zhuǎn)鼓中的分布不均勻，使包括水在內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓在總體上產(chǎn)生了明顯的、新的質(zhì)量分布不平衡力矩量。并且所有激振力產(chǎn)生的振動(dòng)在某一特定條件下得到了大幅度的加強(qiáng)。
根據(jù)各方專業(yè)技術(shù)人員分析結(jié)果，能激發(fā)起離心機(jī)振動(dòng)的激振力種類繁多：轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)加工和平衡精度所造成的殘余不平衡力矩量；轉(zhuǎn)鼓及其上安裝的零部件的裝配關(guān)系不當(dāng)（例如各種旋轉(zhuǎn)零件裝配不當(dāng)，松緊度、間隙或同心度超差等），設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生激振力；流體產(chǎn)生 的激振力，例如散液盤的不平度會(huì)導(dǎo)致料液分散到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的入射角度和流量分布都不均勻?qū)ΨQ，從而引起轉(zhuǎn)鼓的附加激振力；運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料和液體存留可能引發(fā)整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸系臨界轉(zhuǎn)速和振型的改變，使得原有的激振力對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)作用加大。其中臨界轉(zhuǎn)速是影響振幅的重要的因素之一，當(dāng)作用在轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)上的周期性擾動(dòng)力的頻率（激振頻率）等于該系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，該系統(tǒng)就處于共振狀態(tài)。處于共振狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子的振幅將會(huì)擴(kuò)大。理論上，離心機(jī)在加速條件下，大振幅的發(fā)生將出現(xiàn)“滯后”現(xiàn)象，即發(fā)生在高于臨界轉(zhuǎn)速之后，而滯后的程度與加速度大小有關(guān)，加速度越高，滯后越多。根據(jù)北京化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院徐鴻教授采用有限元分析方法對(duì)兩臺(tái)工程機(jī)（吉化，西塘）臨界速度的計(jì)算，即在轉(zhuǎn)鼓空載下，第一階臨界轉(zhuǎn)速為750r/min，在負(fù)載下（充液體積0.034m3，密度為1400kg/m3，充液體質(zhì)量476.1kg）第一階臨界轉(zhuǎn)速為540r/min。而吉化的試驗(yàn)在500r/min進(jìn)料，非常接近但低于第一階臨界轉(zhuǎn)速，所以進(jìn)料過(guò)程運(yùn)行平穩(wěn)，但隨著轉(zhuǎn)速上升，立即經(jīng)過(guò)第一階臨界轉(zhuǎn)速，振幅開始增大，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升至800r/min，以致振動(dòng)強(qiáng)烈，引發(fā)過(guò)載保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，自動(dòng)停機(jī)。結(jié)合試驗(yàn)，綜合分析激發(fā)振動(dòng)的各種因素，臨界轉(zhuǎn)速的影響是至關(guān)重要的。因此需選擇合適的工藝操作條件來(lái)降低或消除臨界轉(zhuǎn)速的影響。選擇在大于并遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速的速度下（1200r/min，2000r/min）上料，避免了在進(jìn)料后，新增激振力在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)增幅和疊加，這一工藝條件選擇在西塘沉降式離心機(jī)得到了驗(yàn)證，并且運(yùn)行良好。
3.2 系統(tǒng)的清洗及去污
沉降式離心機(jī)的機(jī)架以及上軸系、測(cè)量?jī)x表均屏蔽在蓋板以上，不與料液直接接觸，可以進(jìn)行直接檢修，無(wú)需清洗、去污。在屏蔽蓋板以下的轉(zhuǎn)鼓、套筒、底錐、渣口切換罐由于能直接與未凈化的溶解液接觸，放射性水平較高，即使進(jìn)行遠(yuǎn)距離拆裝時(shí)也需先進(jìn)行清洗去污，降低其放射性水平。
目前沉降式離心機(jī)清洗及去污裝置有：
（1）位于轉(zhuǎn)鼓上方的解析液環(huán)管。Φ25環(huán)管在相距20cm間隔向下開槽（1mm×20mm）。每一開槽可向下直線噴淋，主要用于轉(zhuǎn)鼓外壁的沖洗去污。轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，沖洗區(qū)域即可覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)鼓外壁，由于套筒不能旋轉(zhuǎn)，因此環(huán)管對(duì)套筒的淋洗區(qū)域會(huì)局限于某幾個(gè)固定區(qū)域，且范圍較小。
（2）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部有高壓水噴嘴，必要時(shí)上料管也可作為去污用。4個(gè)高壓水噴嘴呈90°扇形噴射，能覆蓋除散液盤上部的轉(zhuǎn)鼓頂部以外的所有區(qū)域，但只可加入無(wú)離子水不可能加入解析液沖洗。解析液洗滌可以由料液槽經(jīng)上料管進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，但也不能沖洗液盤上部的轉(zhuǎn)鼓頂部。
（3）渣口切換罐內(nèi)上方的解析液環(huán)管，結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)鼓上方的解析液環(huán)管相似，可沖洗渣口切換罐內(nèi)部。
在模擬料液試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在高速分離轉(zhuǎn)速下，清液帶濾渣有沿轉(zhuǎn)鼓外壁向上“爬行”的現(xiàn)象，并被甩至套筒內(nèi)壁，在進(jìn)行5次模擬料液試驗(yàn)后，整個(gè)套筒內(nèi)壁均有料液痕跡，而且解析液環(huán)管上附著有明顯的固體顆粒。另外液體與氣體摩擦，進(jìn)料與設(shè)備撞擊，產(chǎn)生的霧滴或液滴會(huì)使整個(gè)由套筒和底錐構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)壁粘附料液（包括上料管、高壓水管、散液盤），因此上述每一部位如果不能得到很好去污，都會(huì)影響總的去污效果。尤其是轉(zhuǎn)鼓上方的解析液環(huán)管上積累有明顯的固體顆粒，溶解液中不溶性固體顆?？偭繛殁櫟?span style="font-family: Arial;">0.1%～0.2%（按質(zhì)量計(jì)），不溶物主要為Ru、Mo等，衰變熱為12W/kgU，金屬細(xì)屑易燃，由于衰變熱的產(chǎn)生會(huì)使固渣干涸，難于沖洗，并隨處理量的增多，積累的干涸固渣的量也會(huì)增多，將會(huì)帶來(lái)一系列的諸如局部放射性過(guò)高和臨界等問(wèn)題。
從上述的現(xiàn)有的清洗去污裝置覆蓋范圍來(lái)看，轉(zhuǎn)鼓上方的解析液環(huán)管，套筒，底錐的清液室、散液盤上部的轉(zhuǎn)鼓頂部，以及散液盤的底面（朝下面）都不能獲得好的清洗（局部存在清洗“死區(qū)”），有待進(jìn)一步改進(jìn)解決。
3.3 含渣水進(jìn)入清液槽（降速過(guò)程中）影響分離效率
模擬料液試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在高速分離轉(zhuǎn)速下從清液口出來(lái)的清液分離效率達(dá)到99%以上，停止上料，待清液口停止流出清液后（模擬過(guò)程未進(jìn)行置換），離心機(jī)從高速（2500r/min）降到中速（2000r/min，1200r/min），此轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間，從清液口流出來(lái)的清液約2L，分離效率小于99%（只有96%～98%）。待清液口停止流出清液后繼續(xù)降速到低速（20r/min）（降速過(guò)程迅速，只需8～10s）。此過(guò)程轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘留的液體幾乎全部從轉(zhuǎn)鼓流出，約1/3進(jìn)入清液口，2/3進(jìn)入排渣口（或回流口），進(jìn)入清液口和進(jìn)入排渣口（或回流口）的液體含有大量的固體顆粒。進(jìn)入清液槽的這部分含渣料液使得沉降分離的總分離效率只有約86%（高速分離階段分離效率≥99%），不能滿足工藝要求。因此如何保證降速過(guò)程中含渣料液不進(jìn)入清液槽是保證分離效率的關(guān)鍵。
從工藝角度考慮：
（1）在離心機(jī)清液口至清液槽的管道上增加回流至渣水槽的管道，并分別在流向清液槽和流向渣水槽的管道上增加穿地閥，控制清液和含渣液的流向。
（2）由于在上料和高速分離過(guò)程中，料液沿上料管外壁的回流液及形成的霧狀液滴匯集液較少（不超過(guò)總料液的0.1‰），即使全部進(jìn)入清液也對(duì)總的分離效率影響較小，在此基礎(chǔ)上不設(shè)置清液口（進(jìn)入清液室的清液重新進(jìn)入底錐，可在清液室與底錐連接處開連接口），并在高速分離及酸置換操作時(shí)，渣口切換罐的錐筒對(duì)準(zhǔn)回流口，使得清液通過(guò)回流口進(jìn)入清液槽。在酸置換后需降速時(shí)，切換錐筒對(duì)準(zhǔn)排渣口，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的殘留弱酸和濾渣以及沖渣過(guò)程的沖渣水通過(guò)排渣口進(jìn)入渣水槽。
從設(shè)備設(shè)計(jì)考慮，可選擇增大底錐的直徑或縮小底錐與轉(zhuǎn)鼓溢流口端的距離來(lái)解決降速過(guò)程轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘液進(jìn)入清液口的問(wèn)題。但具體尺寸需經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證才能確定。
4 結(jié)論
（1）撓性軸沉降式離心機(jī)比剛性軸沉降式離心機(jī)振動(dòng)劇烈，影響振動(dòng)的激振力種類較多，控制零部件加工精度，優(yōu)化轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制裝配誤差，都能較大程度地消除不平衡力矩量。其工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速，存在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的共振現(xiàn)象，控制好工藝條件，在高于并遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下上料，可以降低或消除過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)劇烈振動(dòng)。
（2）沉降式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)同時(shí)遵循著活塞理論和層流理論。并可計(jì)算出液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時(shí)間和少量液體置換時(shí)所需置換液體積。
（3）沉降式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)截留粒徑與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、料液黏度、固液密度差有關(guān)。轉(zhuǎn)速和固液密度差越大截留顆粒能力越強(qiáng)。
（4）沉降式離心機(jī)清洗去污存在“死區(qū)”，有待改進(jìn)和解決。
（5）沉降式離心機(jī)降速過(guò)程中轉(zhuǎn)鼓內(nèi)殘留液攜帶濾渣進(jìn)入清液槽，影響總的分離效率，可以通過(guò)修改工藝管道、操作方式以及優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決。
