由于具育连续操作、处理量大、适应性强等特点,离心机广泛地应用于化工、石化、矿业、环保等部门,对固液混合物进行脱水、澄清、浓缩和分离等操作。随着生产规模的逐渐扩大,作为石化企业关键设备的离心机开始逐渐向大型化、重型化方向发展。PTA装置中的离心机由于结构庞大、并且在带压的密闭生产线中运行,一般称为重型压力离心机。由于结构复杂、可靠性要求高、重型压力离心机在运行中实时监测诊断系统落后并与控制系统相分离、缺少有效的监控系统及运行工况的特殊性,使得离心机在生产过程中故障停车比较频繁,严重制约了我国国民经济的快速发展。因此,必须尽快提高我国重型离心机的研制水平,形成具有我国自主知识产权的重型压力离心机生产技术。本文针对重型压力离心机的结构型式、运行状态、动态性能、故障发生的频率、破坏形式和可能原因等因素,进行了比较深入的研究。综合应用理论分析、计算机模拟和实验验证等研究手段,充分利用现代科学技术,集成创新,设计生产出了适合于PTA生产线的新结构重型压力离心机,并成功应用在中国石油辽阳石化分公司聚脂厂PTA装置上。具体工作如下:　　 (1)将有限元分析设计技术应用于重型压力离心机结构开发,在国内开发重型压力离心机的研究中,首次成功引入了有限元分析技术以对离心机外转鼓和内转子等复杂结构进行强度和变形分析,并对转子结构进行了优化,在对离心机样机进行的性能测试实验中,证明了此方法的可行性和有效性。实践证明,在保证强度、刚度等生产要求条件下,采用优化方法设计的离心机转子比传统方法设计的转子在机械效率和寿命方面均有很大程度的提高。　　 (2)深入系统的研究了离心机的结构,对离心机的生产能力、分离因数、临界转速及驱动功率等,从理论上保证离心机性能优化、结构合理、安全可靠。成功申请了“内部密封可连续冲洗的卧螺离心机”、“PTA装置中重型离心机转子结构”两项专利。设计了专用夹具,提出了特殊加工工艺。　　 (3)以多体动力学方法对离心机转子结构进行了动力学建模研究,并根据结构间的约束关系建立了对应的运动约束方程,获得了离心机转子动力学模型;在对重型压力离心机的动态特性分析中,创新性地提出了一种基于遗传算法的频谱估算方法-初始频率扫描法,该方法可对单频率、全频谱及频率间隔等于和稍小于频率分辨力的准密集频谱进行精确估算,并成功应用到重型压力离心机自动平衡试验中。　　 (4)基于故障自愈理论,创新性地将电磁式自动平衡装置用于重型压力离心机实验台上,经测试10秒内可完成平衡纠正;通过信号采集,信号分析,数据传输,特征提取,专家知识,诊断识别,网络发布,主动控制的方式,实现了在线动态监控,保证离心机安全平稳运行。通过状态监测和对离心机性能的分析,找到了内部密封损坏原因,通过优化内部密封结构,实现了重型压力离心机内部密封的可连续冷却、冲洗,提高了内部密封寿命2～3倍,从而延长离心机的运转周期。　　 本项目以产、学、研相结合的形式,根据计算机分析、现场监测和实验研究结果,设计制造了有自主知识产权的转鼓直径Φ1200新结构重型压力离心机,实现了在线自动平衡、实时监控,满足了中国石油辽阳石化分公司聚脂一厂PTA装置八十万吨扩建装置要求。本文对重型压力离心机的静力学、动力学、动态性能等若干问题的研究成果,为新结构重型压力离心机的设计、动态性能的控制提供了有益的理论依据和数据参考。然而,影响离心机动态性能的因素复杂繁多,提高离心机动态性能的研究是理论与实际相结合的长期探索过程,还需要在整机参数化建模以及故障自愈等方面进一步深入研究与探讨。