離心機是實驗室常見的分離儀器，利用離心力，對固體與液體混合或液體與液體混合的混合物進行分離和沉淀的機械

當含有細小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān)，并且又與重力場的強度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒，直徑為數(shù)微米，就可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。


此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴散現(xiàn)象。擴散是無條件的。擴散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比，顆粒越小擴散越嚴重。而沉降是相對的，有條件的，要受到外力才能運動。沉降與物體重量成正比，顆粒越大沉降越快對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等，它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的。因為顆粒越小沉降越慢，而擴散現(xiàn)象則越嚴重。所以需要利用離心機產(chǎn)生強的離心力，才能迫使這些微粒克服擴散產(chǎn)生沉降運動。


離心就是利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強的離心力，加快液體中顆粒的沉降速度，把樣品中不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。


離心機在生產(chǎn)中振動原理分析，表征離心機振動大小的物理量常用振動烈度。


（1）振動烈度。

機器的振動烈度是指回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)過程中，在軸承或機座的特定點、特定方向測得的寬頻（10~1000Hz）振動速度信號的均方根值。單位為（mm/s）。振動烈度與不平衡量有關(guān)，也與回轉(zhuǎn)體大小、支承條件、運轉(zhuǎn)情況等有關(guān)系。


（2）機械振動。

所謂振動，是一種物理現(xiàn)象，是指描述機械系統(tǒng)運動或位置的量值相對于其平均值隨時間變化的現(xiàn)象。其中機械系統(tǒng)指由質(zhì)量（m）、剛度（k）、和阻尼（c）各元素所組成的系統(tǒng)。按振動產(chǎn)生的原因分類，機械振動可分為：自由振動、受迫振動、參數(shù)振動和自激振動四類。


（3）離心機是一種回轉(zhuǎn)機械。

在理想情況下，回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的。這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，比如離心機轉(zhuǎn)鼓，螺旋輸送器等零部件，由于材質(zhì)的不均勻或毛坯缺陷，在加工或裝配中產(chǎn)生的誤差，使得回轉(zhuǎn)體在以轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消。這樣，以交變的離心慣性力為激勵，通過軸承作用于機械及其基礎(chǔ)上，就產(chǎn)生了振動。因此，離心機的振動是由離心慣性力引起的受迫振動。


（4）偏心質(zhì)量引起的受迫振動計算式。

設(shè)離心機偏心質(zhì)量為m。，偏心距為r，離心機的等效質(zhì)量為m，角速度為ω，則偏心質(zhì)量引起的離心慣性力為：

F。= m。rω

其在豎直方向的分力，即為垂直激振力：

F = F。sinωt = m。rω sinωt

為計算方便，可將離心機的振動視為單自由度有阻尼的受迫振動。


已知離心機支座的剛度為k，阻尼系數(shù)為c，在豎直方向建立坐標系，取x為離心機離開平衡位置的垂直位移。根據(jù)牛頓第二定律來建立該系統(tǒng)的運動微分方程：

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


由微分方程理論，其全解應為對應的齊次方程的通解，加上該方程的一個特解，即：x=x +x在亞阻尼的情況下，其通解為：

x = Ae sin(ω t + ψ)         ②


其中：A、ψ為由初始條件決定的常數(shù)，ζ為阻尼因子，ω為系統(tǒng)的固有頻率，ω為阻尼固有頻率。方程①的一個特解為：

x = Xsin(ωt-ψ)        ③


其中X即為受迫振動的振幅，ψ為相位差，將特解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，對于生產(chǎn)上穩(wěn)定運行的離心機，系數(shù)k、c是固定不變的。在排除進料波動的情況下，m和ω也可認為是常數(shù)，則振幅x與偏心質(zhì)量m。和偏心距r的乘積成正比。


由此也可得出結(jié)論：在線運轉(zhuǎn)的離心機異常振動或振動烈度數(shù)值超標，只與不平衡量（m。r）有關(guān)，并且隨著不平衡量。

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