0 引言

虹吸式离心机是一种具有高效过滤性能的离心机，其转鼓结构比普通离心机转鼓更显特殊。目前广泛采用离心机开孔转鼓计算方法来设计各式离心机转鼓。此法往往过于保守，相关尺寸有较大的富余，从而使得转鼓的质量较大，既造成了材料的浪费也增加了转鼓运行的能耗，经济效益也受到了影响。另一方面，转鼓局部区域（如转鼓体与拦液板、转鼓体与转鼓底的连接处，转鼓体上的开孔处）的应力值往往得不到正确的估计，直接影响了转鼓运行过程中的安全性。因此，本文应用有限元分析方法，通过定义优化变量与参数变量，建立求质量最小的目标函数，从而对虹吸离心机的转鼓进行优化设计。并研究如何获得较为合理的虹吸离心机转鼓优化方法，为应用ANSYS软件进行离心机转鼓优化设计提供参考。

1 虹吸式离心机转鼓的优化设计

虹吸式离心机在采用有限元软件进行优化计算时，对转鼓的模型进行了合理的简化，转鼓底边缘处转鼓到虹吸室的滤液通道对转鼓整体应力的影响较小，故不考虑滤液通道的影响。又因为转鼓本身及受力的轴对称性，因此将虹吸式离心机转鼓模型简化为二维平面模型。

2 结果与讨论

由于虹吸式离心机转鼓结构较为复杂，需要对所获得最优的解进行分析，查看其结构是否符合要求。转鼓的材料属性，网格划分，约束及载荷均不变，几何参数选取上述12号优化序列，并进行取整。即滤液室圆筒体厚度T 的值为10mm；虹吸室圆筒体厚度T 0的值为10 mm；上拦液板厚度值为20 mm；下拦液板厚度值为20 mm；θ 1的值为10°；θ 2的值为55°。

转鼓的力学和变形分析主要是考察其强度和刚度问题，即在一定的工作载荷下考察它是否有足够的强度和较小的径向和轴向变形。考察的是离心机转鼓满载运行时的工况，即转鼓转速为1 200 rpm，料浆密度为1 116 kg/m3，此时离心机的变形和应力相对较大。转鼓的最大径向位移在转鼓壁中间段，其值为0.407 mm。这是由于转鼓壁承受较大的离心液压载荷和自身回转产生的离心力，从而导致径向位移偏大，而转鼓壁端部分别与拦液板和转鼓底连接，其刚度得到了加强，因此径向位移相对较小。转鼓的最大轴向位移在虹吸室拦液板的顶端，其值为−0.866 mm。这是因为虹吸室承受的轴向液体压力较大，且虹吸室拦液板的厚度较薄，其刚度较差，因此轴向变形较大。总的来说，转鼓的最大轴向位移和最大径向位移都很小，转鼓满足刚度要求。

3 结论

（1）原始设计中拦液板和转鼓底与鼓壁的边缘处的设计过于保守，可在保证其刚度和强度的前提条件下，减少其边缘连接处的厚度，在提高其经济性的同时使机器的受力状态更为合理。

（2）通过对GKH1250虹吸式离心机转鼓的优化设计，在满足离心机的刚度与强度要求的前提下实现了转鼓总体积最小的优化设计目标。通过两次优化，将转鼓的质量降低了17.7%，使虹吸式离心机制造成本及能耗都得到了大幅降低。同时，转鼓质量的降低会降低转鼓启动所需的功率和离心机的能耗。