X離心機(jī)計(jì)算說明書(中文).

1、LW7602000型臥式螺旋離心機(jī)計(jì)算說明書廊坊市管道人機(jī)械設(shè)備 目 錄一、基本參數(shù).（3）二、生產(chǎn)能力計(jì)算.（4）1、分離因素.（4）2、生產(chǎn)能力.（4）三、傳動(dòng)部件選型與設(shè)計(jì).（5）1、電機(jī)選型與校核.（5）1.1、 啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率 .（6）1.2、啟動(dòng)物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率 .（6）1.3、克服軸與軸承摩擦所需功率 .（7）1.4、克服空氣摩擦所需功率 .（8）1.5、卸出物料所需功率.（8）1.6、臥螺離心機(jī)功率確定.（10）1.7、主電機(jī)選型與校核.（10）1.8、副電機(jī)選型與校核.（11）2、差速器選型與校核.（11）3、軸的強(qiáng)度校核.（11）四、有限元分析.（13）1

2、、排渣能力計(jì)算.（13）2、參數(shù)計(jì)算.（14）3、材料力學(xué)分析.（14）4、有限元加載分析.（14）五、軸承壽命計(jì)算 .（19）一、 基本參數(shù)序號(hào)名稱代號(hào)單位數(shù)值1轉(zhuǎn)鼓有效長(zhǎng)度Lm22轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑Dm0.763轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速nrpm18004轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速差rpm305重力加速度gm/s29.86半錐角87柱筒段沉降區(qū)長(zhǎng)度L1m1.0458錐段長(zhǎng)度L2m0.9559物料環(huán)內(nèi)徑r1m0.37510轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑r2m0.3811錐段小端出渣口半徑r3m0.27112液層深度hm0.00513固相密度skg/m3200014液相密度Lkg/m3105015液相粘度kg/m*s0.0008116臨界粒徑 m71

3、7轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量mKg315018左右支撐軸承處軸徑（外徑）d1（=d2）m0.219左右支撐軸承處軸徑（內(nèi)徑）m0.120轉(zhuǎn)鼓壁厚tm0.0221螺旋螺距m0.13二、 生產(chǎn)能力計(jì)算1、 分離因數(shù)被分離的物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力和它所受的重力的比值，稱為分離因數(shù)，即：式中 離心力場(chǎng)中物料的質(zhì)量（kg） 轉(zhuǎn)鼓角速度： 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑： =380將上述各數(shù)據(jù)代入可得分離因數(shù)： 2、 生產(chǎn)能力本設(shè)計(jì)以理論計(jì)算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力。對(duì)于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)能力的計(jì)算公式可表達(dá)為：（見離心機(jī)原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算）式中 修正系數(shù)： ；當(dāng)量沉降面積，對(duì)于臥螺離心機(jī)，表達(dá)為：其中 給定液體中作

4、沉降式的極限沉降速度：固相密度：=2000液相密度：=1050兩相密度差沉降區(qū)的有效長(zhǎng)度：，為半錐角；臨界粒徑：=7； 液相粘度：=0.81圓柱段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)：=1.045m圓錐段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)：=0.955m轉(zhuǎn)鼓角速度：=188.5rad/s則，將上述各數(shù)據(jù)代入各式可得：修正系數(shù)： 重力沉降速度：當(dāng)量沉降面積： 可得離心機(jī)的生產(chǎn)能力：本項(xiàng)目的離心機(jī)生產(chǎn)能力為：=100三、 傳動(dòng)部件選型與校核1、 電機(jī)選型與校核臥螺離心機(jī)的功率計(jì)算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計(jì)算，可以合理地確定主、輔電動(dòng)機(jī)的功率，選擇電機(jī)及差速器。臥螺離心機(jī)的功率消耗與臥螺離心機(jī)的類型，操作

5、方式和臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下，臥螺離心機(jī)所需功率包括下幾個(gè)方面：(1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率；(2)啟動(dòng)物料達(dá)到操作轉(zhuǎn)速所需功率；(3)克服軸與軸承摩擦所需功率；(4)克服轉(zhuǎn)鼓，物料與空氣摩擦所需功率；(5)卸出物料所需功率。1.1、 啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需功率欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件，由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動(dòng)能，必須由外界作功，該功為 式中 轉(zhuǎn)動(dòng)件線速度，m/s；轉(zhuǎn)動(dòng)件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件的平均功率，為： 式中 啟動(dòng)時(shí)間，假設(shè)；轉(zhuǎn)鼓角速度：=188.5 rad/s轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 式中 轉(zhuǎn)鼓總質(zhì)量，估算旋轉(zhuǎn)件平均旋轉(zhuǎn)半徑，啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動(dòng)件所需

6、功率： 1.2、 啟動(dòng)物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率對(duì)于連續(xù)進(jìn)料臥螺離心機(jī)，加入的物料被分離為沉渣和分離液等組分，可分別求出操作中每種組分所需的功率，然后求其和。假設(shè)某種分離操作，單位時(shí)間內(nèi)排出的個(gè)組分中，各組分的質(zhì)量為 (kg/s)，各組分在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)卸出的位置半徑為，則使加入物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需的功率為： (kW) 式中 單位時(shí)間被分離各組分處理量,固相：，液相：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)各組分旋轉(zhuǎn)半徑：固相：，液相：物料被分離的組分?jǐn)?shù)啟動(dòng)物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率： 1.3、克服軸與軸承摩擦所需功率克服支撐軸承摩擦所需的功率可以認(rèn)為是加載支撐軸承上的摩擦力與摩擦表面間的相對(duì)速度之積。支撐軸承上的摩擦力可以由摩擦力公式求

7、得，其為作用在支撐軸承上的支反力與摩擦系數(shù)的乘積，相對(duì)速度則可由軸承接觸處軸徑和軸旋轉(zhuǎn)的角速度求得，所以，克服支撐軸承摩擦所需的功率就可以由如下公式來表達(dá)： (5.4) 式中 軸與軸承間摩擦系數(shù)；取f=0.002,滑動(dòng)軸承0.051,滾動(dòng)軸承00.005；、分別為軸頸表面的線速度，m/s； 、分別為兩軸承處的支反力，N；、別為兩軸承處的軸頸直徑， m；關(guān)于軸承支反力、，應(yīng)考慮在轉(zhuǎn)子的靜載荷與動(dòng)載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉(zhuǎn)鼓及其它轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量，動(dòng)載荷為由于轉(zhuǎn)動(dòng)件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏心距e=D/1000(D為轉(zhuǎn)鼓直徑)計(jì)算。所以軸上的總載荷可按如下公式計(jì)算： 轉(zhuǎn)動(dòng)件總質(zhì)量：則作用在

8、軸上的總載荷為： 作用在兩軸承上的支反力為： 由設(shè)計(jì)圖紙可知，左右支撐軸承處軸徑為： 則克服支撐軸承摩擦所需的功率：kW1.4、克服空氣摩擦所需功率臥螺沉降式離心機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)鼓外表面、物料層內(nèi)表面都會(huì)因克服空氣摩擦阻力而消耗一定的功率，由于影響空氣摩擦阻力的因素很復(fù)雜，想要精確的計(jì)算不容易達(dá)到，因此一般工程計(jì)算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，都習(xí)慣采用一些近似的計(jì)算方法，在這里克服空氣摩擦所需的功率可以由如下公式來計(jì)算： 式中 空氣密度：常壓下取=1.29kg/m；轉(zhuǎn)鼓的長(zhǎng)度：=2m；轉(zhuǎn)鼓角速度：=188.5rad/s；轉(zhuǎn)鼓外半徑：=0.4m(見圖紙)轉(zhuǎn)鼓中物料層的內(nèi)半徑: =0.375m（見圖紙）?？朔諝饽Σ?/p>

9、所需功率：kW1.5、卸出物料所需功率對(duì)于螺旋卸料離心機(jī)，螺旋卸料是將沉渣從轉(zhuǎn)鼓上某處推送到卸料口卸出機(jī)外，故卸料功率應(yīng)包括：(1) 克服沉渣的離心慣性力沿轉(zhuǎn)鼓母線的分力消耗功率；(2) 克服沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁摩擦所消耗功率；(3) 克服沉渣與螺旋葉片摩擦消耗功率。計(jì)算時(shí)將卸料功率分為錐段和柱段兩部分，分別計(jì)算圓錐段消耗功率和圓柱段消耗功率，則總的卸料功率可以表達(dá)為： (5.7)1.5.1、圓錐形轉(zhuǎn)鼓段推料功率計(jì)算 對(duì)于雙螺旋葉片的螺旋卸料離心機(jī)，由圓錐段的推料公式可計(jì)算出圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率，其計(jì)算公式如下： (5.8) 式中 每秒獲得的濕沉渣質(zhì)量：；沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)：；沉渣與螺旋葉片間摩

10、擦系數(shù)：；圓錐段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度：；圓錐轉(zhuǎn)鼓大端半徑，；圓錐轉(zhuǎn)鼓小端半徑，；螺旋導(dǎo)程，；重力加速度，。則圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率： 1.5.2、圓柱段轉(zhuǎn)鼓推料消耗功率計(jì)算 (5.9)式中 每秒獲得的濕沉渣質(zhì)量：；全部圓柱段長(zhǎng)度：；圓柱段轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑：；沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)，對(duì)圓柱段；沉渣與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)，對(duì)圓柱段；螺旋導(dǎo)程，。則圓柱段轉(zhuǎn)鼓的推料功率：kW則總的卸料功率：kW1.6、臥螺離心機(jī)功率確定離心機(jī)的功率可以分為兩種狀態(tài)，一種是離心機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下消耗的功率，另一種是離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中消耗的功率。在啟動(dòng)階段消耗的總功率為： kW 在運(yùn)轉(zhuǎn)階段消耗的總功率為：kW1.7、主電機(jī)選型與校核由上述計(jì)算可以

11、看出，離心機(jī)在操作轉(zhuǎn)速下大于在啟動(dòng)階段所消耗的功率，離心機(jī)的額定功率主要還是參照運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率來確定。離心機(jī)的額定功率為：kW。式中 k皮帶傳動(dòng)效率，取1.4。選主電機(jī)功率 90 kW 型號(hào)：YB3-280M-4 額定轉(zhuǎn)速 1490rpm臥螺離心機(jī)工作時(shí)的啟動(dòng)順序?yàn)椋簡(jiǎn)?dòng)輔助電機(jī)一運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后一啟動(dòng)主電機(jī)一空載臥螺離心機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速一啟動(dòng)進(jìn)料電機(jī)供料一正常運(yùn)轉(zhuǎn)。離心機(jī)主電機(jī)軸實(shí)際輸出最大扭矩： 主電機(jī)提供最大扭矩： Nm得出： 滿足條件1.8、副電機(jī)選型與校核離心機(jī)螺旋端額定功率主要是克服軸與軸承摩擦所需功率、克服空氣摩擦所需功率和加水時(shí)所產(chǎn)生的功率（在這將水密度近似于分離液密度進(jìn)行計(jì)算）則離心

12、機(jī)的副電機(jī)軸功率為： kW。式中 k皮帶傳動(dòng)效率，取1.4。選副電機(jī)功率 37 kW 型號(hào)：YB3-250M-6 額定轉(zhuǎn)速 990rpm副電機(jī)提供最大扭矩： Nm2、差速器選型與校核差速器輸出最大扭矩： Nm式中 取1.5，見圖紙； 取38，見圖紙。螺旋最大扭矩： Nm式中 見有限元分析； 螺旋錐段平均半徑，。結(jié)果滿足條件。3、軸的強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度計(jì)算有三種方法：1）按轉(zhuǎn)矩估算軸徑；2）按當(dāng)量彎矩近似計(jì)算；3）安全系數(shù)的精度校核計(jì)算。此螺旋支承軸既受彎矩也受扭矩，因按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算(1) 支撐力受力為轉(zhuǎn)鼓總重量的一半，則(2) 彎矩圖(4) 扭矩式中 輸出軸可能最大功率：kW； 軸轉(zhuǎn)速：

13、。代入數(shù)據(jù)得扭矩：由圖分析可得受力處即為危險(xiǎn)截面處抗彎截面系數(shù)式中 ； 軸內(nèi)徑：； 軸外徑：。代入數(shù)據(jù)得抗彎截面系數(shù)：針對(duì)危險(xiǎn)截面做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力式中 軸的計(jì)算應(yīng)力，； 軸受的彎矩：=18718.6； 軸受的扭矩：=576.85； 軸的抗彎截面系數(shù)：=； 折合系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為堆成循環(huán)變應(yīng)力時(shí)=1； 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。 查機(jī)械設(shè)計(jì)表15-1可知，對(duì)1Cr18Ni9Ti許用彎曲應(yīng)力=205 代入數(shù)據(jù)得計(jì)算應(yīng)力： 綜上，螺旋支承軸滿足強(qiáng)度要求。四、 有限元分析1、 排渣能力計(jì)算 式中 出渣口外半徑，0.318m；r3出渣口內(nèi)半徑，0.271m； 物

14、料移動(dòng)方向影響系數(shù)，取最大1； 螺旋導(dǎo)程，取130mm； 沉渣填充系數(shù)一般為0.2-0.4，取0.2； 則， m3/h 設(shè)固相密度 kg/m3 則， 2、 參數(shù)計(jì)算向心力N壁面法向分力 N壁面切向分力 N泥漿與壁面摩擦系數(shù)摩擦阻力 N螺旋推力 N螺旋角 度螺旋周向摩擦阻力 N載荷系數(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)每節(jié)點(diǎn)螺旋周向摩擦阻力每節(jié)點(diǎn)螺旋推力錐部螺旋圈數(shù)8.00 根據(jù)螺旋片外邊線長(zhǎng)13806mm,螺旋片軸向長(zhǎng)度887mm求得。有限元加載計(jì)算部分轉(zhuǎn)數(shù) 轉(zhuǎn)/秒0.50 排渣量 kg/s1.36 每秒排渣次數(shù)0.06 存渣重量21.71 錐段角度 度8.00 轉(zhuǎn)鼓角速度 rad/s188.50 小端向心加速度9628

15、.79 104507.91 103490.84 14544.69 0.12 12418.90 26963.59 3.68 3228.97 1.50 228.00 21.24 81.70 直中段向心加速度11707.32 127067.73 125831.12 17684.41 0.12 15099.73 32784.14 3.68 3926.00 1.50 227.00 25.94 99.78 每段渣重量10.85 3、 材料力學(xué)特性4、 有限元加載分析螺旋部分螺旋有限元模型用shell181單元?jiǎng)澐?，?8992個(gè)單元。軸承部分用梁?jiǎn)卧M。小端共228個(gè)節(jié)點(diǎn)，軸向力26964N ，周向力3

16、229N 。中段共227個(gè)節(jié)點(diǎn)，軸向力32784N ，周向力3926N 。最大應(yīng)力151Mpa，安全系數(shù)2.98。變形1.2mm轉(zhuǎn)鼓部分轉(zhuǎn)鼓離心液壓計(jì)算壓力梯度 Mpa/m15.60 壓力總和 Mpa2.03 離心液壓 Mpa1.53 泥漿重度 kg/m31050.00 轉(zhuǎn)鼓角速度 rad/s188.50 物料環(huán)內(nèi)表面半徑 m0.25 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面半徑 m0.38 附加壓力Mpa0.5最大應(yīng)力138Mpa，安全系數(shù)3.2。變形0.74mm在工作旋轉(zhuǎn)下自振頻率見下表，大于工作頻率50Hz。SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 89.204 1 1

17、 1 2 168.99 1 2 2 3 170.36 1 3 3 4 170.37 1 4 4 5 215.43 1 5 5 6 215.43 1 6 6 7 333.78 1 7 7 8 333.78 1 8 8 9 393.03 1 9 9 10 393.05 1 10 10 11 444.15 1 11 11 12 444.21 1 12 12 13 559.83 1 13 13 14 559.83 1 14 14 15 598.66 1 15 15 在工作轉(zhuǎn)速前，沒有共振點(diǎn)。五、 軸承壽命計(jì)算根據(jù)圖紙軸承型號(hào)有深溝球軸承6040C3圓柱滾子軸承NU1040圓柱滾子軸承NU1032向心球軸承6022角接觸球軸承7232A根據(jù)受力情況，只需計(jì)算深溝球軸承6040C3和角接觸球軸承7232A的壽