Курсовая работа - Расчет горизонтальной автоматической центрифуг. Содержание введение технологическая стадия выделения сульфата калия конструкция центрифуги 1 Конструкции центрифуг 2 Конструкция проектируемой центрифуги расчет
 Скачать 241.59 Kb.
|
1 2 3.3 Прочностной расчет Целью раздела является расчет толщин обечаек цилиндроконического ротора, проверка обечаек ротора на прочность, расчет вала на жесткость и виброустойчивость. Расчет обечайки ротора Исходные данные: радиус ротора R = 0,175 м; радиус слива R0 = 0,13 мм; длина ротора L= 630 мм; длина цилиндрической части ротора lц = 330 мм; длина конической части lк = 300 мм; угол конуса ротора α= 13,5°; угловая скорость ротора ω= 445 рад/с; плотность суспензии ρс = 1207 кг/м3; материал ротора сталь 12X18Н10Т; коэффициент Пуассона µ = 0,3; плотность материала ротора ρ= 7900 кг/м3. Расчёт ведём согласно рекомендациям [4] Расчетная схема ротора показана на рисунке 3.3.   Расчет произведем по рекомендациям [4]. Расчетную температуру примем из условия: tR= max{t; 20 °С}, где t - наибольшая температура среды в аппарате, °С. В соответствии с технологическими условиями принимаем tR=25°С. Допускаемые напряжения для обечаек ротора [σ]р= ησр* = 1·129 = 129 МПа, где η = 1 - поправочный коэффициент [4]; σр* = 129 МПа - нормативное допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при 25 °С [4] . Суммарную величину прибавки к расчётным толщинам определим по формуле. центрифуга электродвигатель ротор вал C = C1+C2+C3 где С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм; С2 - прибавка для компенсации минусового допуска проката, мм; С3 - технологическая прибавка, мм. Поскольку рабочая среда эрозию материала не вызывают, то CЭ=0. Прибавку к расчётным толщинам для компенсации коррозии определяем по формуле: С1 = Пτ= 0,1*15 = 1,5 мм, где П - 0,1 мм/год - скорость коррозии материала; τ = 15 лет - срок службы аппарата (принимаем). Прибавку к расчётным толщинам стенок для компенсации минусового значения предельного отклонения по толщине листа принимаем согласно [4] C2 = 0,5 мм. Технологическую прибавку принимаем C3= 0. Тогда суммарная прибавка к расчётным толщинам стенок: C = 1,5 + 0,5 +0 = 2 мм. Условный коэффициент заполнения ротора  ,Толщину стенки цилиндрической обечайки ротора определим по формуле  где φ = 0,9 - коэффициент прочности сварного шва [4].  ,Исполнительная толщина стенки обечайки с учетом прибавки к расчетной толщине S1 ≥  + C S = 6 + 2 = 8 мм.Принимаем ближайшее стандартное значение листового прокатаS1= 10 мм [4]. Толщину стенки конической обечайки ротора определим по формуле  , Исполнительная толщина с учетом прибавки S2 ≥ 6,1 + 2 = 8,1 мм, Принимаем S2 = 10 мм [4]. Допускаемую угловую скорость цилиндрической обечайки определим по формуле:  , ,Допускаемая угловая скорость конической обечайки равна:  , ,Допускаемая угловая скорость для ротора  ,Условие  ,445 рад/с < 901 рад/с, выполняется. Радиальные деформации края цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок собственной массы  ,Радиальные деформации края цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок массы суспензии  , ,Коэффициент для цилиндрической обечайки  ,Радиальные деформации края цилиндрической обечайки от действия краевой силы  , ,Радиальные деформации края цилиндрической обечайки от действия краевого момента  , ,Угловые деформации цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок собственной массы и массы суспензии  ,Угловые деформации цилиндрической обечайки от действия краевой силы  , ,Угловые деформации цилиндрической обечайки от действия краевого момента  , ,Радиальные деформации края конической обечайки от действия инерционных нагрузок собственной массы  ,Радиальные деформации края конической обечайки от действия инерционных нагрузок массы суспензии  , ,Коэффициент для конической обечайки  Распорная сила  ,Радиальные деформации края конической обечайки от действия краевой и распорной сил  , ,Радиальные деформации края цилиндрической обечайки от действия краевого момента  , ,Угловые деформации конической обечайки от действия инерционных нагрузок собственной массы  , ,Угловые деформации конической обечайки от действия инерционных нагрузок массы суспензии  , ,Угловые деформации цилиндрической обечайки от действия краевой и распорной сил  , ,Угловые деформации цилиндрической обечайки от действия краевого момента  , ,Уравнения совместимости деформаций для узла соединения цилиндрической и конической обечаек ротора с учетом направления действия нагрузок имеет вид  , ,Подставляя численные значения, получим  , , ,Решая систему, получим: краевая сила  краевой момент  .Меридиональные напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок массы суспензии и ротора  ,Меридиональные напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия краевой силы  ,Меридиональные напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия краевого момента  ,Нормальные напряжения на внутренней поверхности края цилиндрической обечайки с учетом направления нагрузок отц = ацрс + ацр+ ацqo + ацмо = 0 + 0 + 4,5 +15,3 = 19,8 МПа . Кольцевые напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок массы суспензии  ,Кольцевые напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия инерционных нагрузок массы ротора Gtц Рс = Р®2R2 = 7900-4452-0,1752/106 = 47,9 МПа. Кольцевые напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия краевой силы  ,Кольцевые напряжения, возникающие на краю цилиндрической обечайки от действия краевого момента  , ,Кольцевые напряжения на внутренней поверхности края цилиндрической обечайки с учетом направления нагрузок  ,Эквивалентные напряжения на внутренней поверхности края цилиндрической обечайки  ,Допускаемы напряжения в зоне краевого эффекта  ,Условие прочности края цилиндрической обечайки  ,146,5 Мпа < 0,9*167=150 Мпа выполняется. Аналогичным образом найдем напряжения на внутренней поверхности края конической обечайки с учетом направления действия нагрузок - нормальные  , , ,-кольцевые  , ,, ,-эквивалентные  ,Условие прочности края цилиндрической обечайки 146 МПа < 150 МПа , выполняется. Расчет вала Расчет вала центрифуги на виброустойчивость и жесткость проведем согласно рекомендациям [5]. Момент инерции сечения вала определим по формуле  ,где d= 0,1 м; d0=0,05 м - соответственно наружный и внутренний диаметр вала. Приведенная масса вала  , ,Угловая критическая скорость вала  где  = π = 3,14 - корень частного уравнения [5];Е = 2,15*105 МПа - модуль упругости первого рода [4]; L = 1,3 - длина вала.  ,Условие виброустойчивости  ,445 / 886 = 0,5 < 0,7 условие выполняется. Для упрощения расчета на жесткость примем, что диаметр вала постоянный по всей длине, а масса ротора и редуктора точечная.  Расчетная схема показана на рисунке 3.4. Относительные координаты центров тяжести определим по формулам  , ,где  = 1,47 м - координата центра тяжести ротора;  = 0,56 м - координата центра тяжести редуктора; L =1,3 м - расстояние между опорами  , ,Безразмерные динамические прогибы вала определим в зависимости от  L: , ,Определим приведенную к середине пролета массу по формуле  , ,Приведенную массу вала постоянного сечения определим по формуле   ,Эксцентриситеты масс ротора и редуктора определим по формуле  =  ), =  м.Относительная координата опасного по жесткости сечения в месте соприкосновения ротора с конусом составляет  ,Безразмерный динамический прогиб вала в опасном сечении [5]  ,Приведенные эксцентриситеты масс ротора и редуктора находим по формулам  , ,Смещение оси вала от оси вращения за счет зазоров в точке приведения находим по формуле  ,Где  зазор для радиального однорядного шарикого подшипника. ,Смещение оси вала от оси вращения за счет начальной изогнутости вала (радиальное биение вала)  ,Приведенный эксцентриситет массы вала в пролете между опорами определим по формуле  , ,Динамическое смещение оси вала в точке приведения находим по формуле  ,Динамический прогиб оси вала в точке приведение находим по формуле  ,Получим:  ,Динамическое смещение оси вала в опасном сечении находим по формуле  , ,Условие жесткости  ,где [Az1] = 0,2*10-3 м - допускаемое смещение вала, не вызывающее нарушения работы центрифуги [5]. 0,00012 < 0,0002, Выполняется. ВЫВОДЫ В курсовом проекте в соответствии с заданием представлена технологическая схема стадии выделения Сульфата кальция. Приведено описание конструкции горизонтальной осадительной шнековой центрифуги. Выполнен подбор центрифуги по заданной производительности и эффективности разделения. Для основных элементов центрифуги (ротора и вала) выполнены необходимые прочностные расчеты. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Расчет осадительных горизонтальных шнековых центрифуг: метод, рекомендации по курсу «Машины и аппараты химических производств» для студентов спец. 240801 всех форм обучения / НГТУ им. Р.Е.Алексеева; сост. В.М.Ульянов. - Н.Новгород, 2008. - 24 с. Машины и аппараты химических производств: лаборатоный практимум / А.И. Пронин [и др.]; под ред. В.М. Ульянова. – Н.Новгород: Нижегород. Гос. Техн. Ун-т, 2012. – 196 с. Лукьяненко В.М., Таранец А.В. Центрифуги: Справ. Изд. – М.: Химия. 2008. 384 с. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Т1., Калуга, 2012. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учеб. пособие/М.Ф. Михалев и др. - Л.: Машиностроение. 2014.-301 с. Позин М.Е. и др. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч.I ,изд. 4-е, испр. Л., Изд-во «Химия», 1974. Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств и нефтепереработки: Учебник. - Изд. 2-е, перераб. И доп. -М.: Альфа-М, 2006. - 608 с. Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 2011. Шкоропад Д.Е., Новиков О.П. Центрифуги и сепараторы для химических производств. -М.: Химия, 2010. -256 с. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. - М.: Машиностроение, 1961. -452 с. АННОТАЦИЯ Разработана осадительная центрифуга для выделения сульфата калияиз маточного раствора. В проекте дано описание технологической схемы стадии выделения сульфата калия, приведено описание конструкции центрифуги, выбраны конструкционные материалы для изготовления аппарата. Произведен технологический расчет центрифуги и прочностной расчет его основных элементов. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка содержит40листов машинописного текста, 7рисунков, библиография12наименований. Размещено на Allbest.ru 1 2 |