氣體離心機原理

離心機廣泛應用於國防與民用事業，圖1是X型氣體離心機的結構示意圖。離心機外套筒靜止不動，内筒也就是轉筒，在電機的驅動下高速旋轉，並帶動筒内的混合氣體一同轉動。爲減小内筒外壁與氣體的摩擦損耗，外筒内壁上部開有螺旋槽。當内筒旋轉時，帶動兩筒間隙内氣體一起旋轉，在螺旋槽的作用下，氣體被排到頂部，zui後流入轉筒中心（轉筒中心壓力很低）随物料一起抽走。待分離的混合氣體由供料管供入轉筒中心。由於分子量不同，輕、重組分在轉筒内沿徑向分布發生變化，其結果是：越靠近轉筒軸心，輕組分所占比例越高（相對供人的混合氣體而言）；越靠近轉筒邊壁，重組分所占比例越高。分離後的氣體由靜止的輕、重組分取料器分别取出。爲梳理流型，以提高分離效率，在轉筒兩端加設整流闆，整流闆與轉筒粘接在一起。
 
     離心機在空載時，能耗主要由轉筒外壁和上、下端蓋的摩擦損耗構成（供料前筒内接近真空），負載（供料）以後，又産生瞭兩個取料器與筒内氣體的摩擦損耗
。而取料器的能耗在離心機中所占的份額是很高的，而且它還直接影響分離效果，因此，要對其進行重點研究、分析。
2 等效圓盤理論及其應用等效圓盤理論 
     是意大利學者cenedese和cunsolo首先提出來，用來研究強旋流場中由細長障礙物引起的能量損耗。根據模型，假設筒内氣體沿徑向的壓力分布是按同一個指數規律分布，並通過已知的中心壓力推廣到邊壁 。對定性研究，這種假設大大簡化瞭計算，且不緻影響結論的正確性，而對於定量計算顯然不夠準確，難於滿足研究工作與實際工程所需的精度，且與實際離心機出入較大，爲此，這裏結合實際離心機結構，重新進行瞭推導，完善瞭計算模型。
參照上述模型，假設離心機取料室（整流闆與轉筒上、下端蓋之間部分）結構及速度分布如圖2及圖3所示，圖中ra 爲轉筒半徑，d爲取料器直徑，b爲取料器中心線至端蓋（或整流闆）距離（取料器位於取料室中間位置）。在取料室内，取料器對室内氣體的阻滞作用，等效爲在取料器所在平面上，一個以βw （爲速度系數，w爲轉筒角速度）角速度與轉筒共軸做等溫剛體旋轉的氣體圓盤，圓盤半徑爲取料器徑向長度rp。在圓盤以内，爲定值，而在圓盤邊緣至邊壁之間，氣體角速度系數以線性遞增至1（如圖3示）。而在圓盤至端蓋及整流闆間，速度按線性分布，如圖2中左側，給出瞭某一處軸向速度分布示意。
     忽略取料口的抽吸，在穩定工況下，在取料室内存在一個力矩平衡：
 
    根據這個平衡方程，給定瞭幾何參數及轉筒轉速、介質、溫度、壓力等工作條件後，用疊代方法可以確定速度系數β，進而利用式（2）得到各項損耗

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