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文檔簡介

1、文檔可能無法思考全面,請瀏覽后下載! LW7602000型臥式螺旋離心機(jī)計算說明書廊坊市管道人機(jī)械設(shè)備有限公司20 / 27目 錄一、基本參數(shù).(3)二、生產(chǎn)能力計算.(4)1、分離因素.(4)2、生產(chǎn)能力.(4)三、傳動部件選型與設(shè)計.(5)1、電機(jī)選型與校核.(5)1.1、 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率 .(6)1.2、啟動物料達(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.(

2、11)3、軸的強(qiáng)度校核.(11)四、有限元分析.(13)1、排渣能力計算.(13)2、參數(shù)計算.(14)3、材料力學(xué)分析.(14)4、有限元加載分析.(14)五、軸承壽命計算 .(19)一、 基本參數(shù)序號名稱代號單位數(shù)值1轉(zhuǎn)鼓有效長度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)長度L1m1.0458錐段長度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/m31050

3、15液相粘度kg/m*s0.0008116臨界粒徑 m717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)能力計算1、 分離因數(shù)被分離的物料在離心力場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)計以理論計算臥螺沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力。對于具有圓錐形轉(zhuǎn)鼓的螺旋型離心機(jī),實(shí)際生產(chǎn)能力的計算公式可表達(dá)為:(見離心機(jī)原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算)式中 修正系數(shù):

4、;當(dāng)量沉降面積,對于臥螺離心機(jī),表達(dá)為:其中 給定液體中作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)的有效長度:,為半錐角;臨界粒徑:=7; 液相粘度:=0.81圓柱段轉(zhuǎn)鼓長:=1.045m圓錐段轉(zhuǎn)鼓長:=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:本項目的離心機(jī)生產(chǎn)能力為:=100三、 傳動部件選型與校核1、 電機(jī)選型與校核臥螺離心機(jī)的功率計算及電機(jī)選擇是臥螺離心機(jī)設(shè)計中的重要組成部分。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作要求進(jìn)行功率計算,可以合理地確定主、輔電動機(jī)的功率,選擇

5、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方面:(1)啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率;(2)啟動物料達(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、 啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率欲使臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件,由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速具有一定的動能,必須由外界作功,該功為 式中 轉(zhuǎn)動件線速度,m/s;轉(zhuǎn)動件繞軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動慣量,;啟動轉(zhuǎn)動件的平均功率,為: 式中 啟動時間,假設(shè);轉(zhuǎn)鼓角速度:=188.5 rad/s轉(zhuǎn)動慣量計算:轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量。 式中

6、 轉(zhuǎn)鼓總質(zhì)量,估算旋轉(zhuǎn)件平均旋轉(zhuǎn)半徑,啟動轉(zhuǎn)鼓等轉(zhuǎn)動件所需功率: 1.2、 啟動物料達(dá)到工作轉(zhuǎn)速所需功率對于連續(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,單位時間內(nèi)排出的個組分中,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

7、表面間的相對速度之積。支撐軸承上的摩擦力可以由摩擦力公式求得,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,滑動軸承0.051,滾動軸承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)子的靜載荷與動載荷作用下軸承的支反力。靜載荷為轉(zhuǎn)鼓及其它轉(zhuǎn)動件總質(zhì)量,動載荷為由于轉(zhuǎn)動件偏心產(chǎn)生的離心慣性力。一般按偏心距e=D/1000(D為轉(zhuǎn)鼓直徑)計算。

8、所以軸上的總載荷可按如下公式計算: 轉(zhuǎn)動件總質(zhì)量:則作用在軸上的總載荷為: 作用在兩軸承上的支反力為: 由設(shè)計圖紙可知,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,轉(zhuǎn)鼓外表面、物料層內(nèi)表面都會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,想要精確的計算不容易達(dá)到,因此一般工程計算中根據(jù)經(jīng)驗(yàn),都習(xí)慣采用一些近似的計算方法,在這里克服空氣摩擦所需的功率可以由如下公式來計算: 式中 空氣密度:常壓下取=1.29kg/m;轉(zhuǎn)鼓的長度:=2m;轉(zhuǎn)鼓角速度:=188.5rad/s;轉(zhuǎn)鼓外半徑:=0.4m(見圖紙)轉(zhuǎn)鼓

9、中物料層的內(nèi)半徑: =0.375m(見圖紙)??朔諝饽Σ了韫β剩簁W1.5、卸出物料所需功率對于螺旋卸料離心機(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。計算時將卸料功率分為錐段和柱段兩部分,分別計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)鼓段推料功率計算 對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算出圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率,其計算公式如下: (5.8)式中 每秒獲得的濕沉

10、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擦系數(shù):;圓錐段轉(zhuǎn)鼓長度:;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)鼓推料消耗功率計算 (5.9)式中 每秒獲得的濕沉渣質(zhì)量:;全部圓柱段長度:;圓柱段轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑:;沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù),對圓柱段;沉渣與螺旋葉片間的摩擦系數(shù),對圓柱段;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。在啟動階段消耗的總功率為: kW 在運(yùn)轉(zhuǎn)階段消

11、耗的總功率為:kW1.7、主電機(jī)選型與校核由上述計算可以看出,離心機(jī)在操作轉(zhuǎn)速下大于在啟動階段所消耗的功率,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皮帶傳動效率,取1.4。選主電機(jī)功率 90 kW 型號:YB3-280M-4 額定轉(zhuǎn)速 1490rpm臥螺離心機(jī)工作時的啟動順序?yàn)椋簡虞o助電機(jī)一運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后一啟動主電機(jī)一空載臥螺離心機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速一啟動進(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所

12、產(chǎn)生的功率(在這將水密度近似于分離液密度進(jìn)行計算)則離心機(jī)的副電機(jī)軸功率為: kW。式中 k皮帶傳動效率,取1.4。選副電機(jī)功率 37 kW 型號: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)量彎矩近似計算;3)安全系數(shù)的精度校核計算。此螺旋支承軸既受彎矩也受扭矩,因按彎扭合成強(qiáng)度條件計算(1) 支撐力受力為轉(zhuǎn)鼓總重量的一半,則(2) 彎矩

13、圖(4) 扭矩式中 輸出軸可能最大功率:kW; 軸轉(zhuǎn)速:。代入數(shù)據(jù)得扭矩:由圖分析可得受力處即為危險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):針對危險截面做彎扭合成強(qiáng)度校核計算。按第三強(qiáng)度理論,計算應(yīng)力式中 軸的計算應(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=1; 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力。 查機(jī)械設(shè)計表15-1可知,對1Cr18Ni9Ti許用彎曲應(yīng)力=205 代入數(shù)據(jù)得計算應(yīng)力: 綜上,螺旋支承軸滿足強(qiáng)度要求。四、 有限元分析1、 排渣能力計算 式中 出渣口外

14、半徑,0.318m;r3出渣口內(nèi)半徑,0.271m; 物料移動方向影響系數(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13806mm,螺旋片軸向長度887mm求得。有限元加載計算部分轉(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)

15、鼓角速度 rad/s188.50 小端向心加速度9628.79 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單元劃分,共18992個單元。軸承部分用梁單元

16、模擬。小端共228個節(jié)點(diǎn),軸向力26964N ,周向力3229N 。中段共227個節(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 SUB

17、STEP CUMULATIVE 1 89.204 1 1 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、 軸承壽命計算根據(jù)圖紙軸承型號有深溝球軸承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,只需計算深溝球軸承6040C3和角接觸球軸承7232A的壽命。根據(jù)NSK手冊計算得出如下表:深溝球軸承壽

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