- •Лекции по дисциплине «Машины химических производств» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств».
- •Часть 1 (32 лекционных часа)
- •Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации…………………………
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства
- •Машины для дробления сыпучих материалов……….
- •Машины для помола материалов……………
- •Машины для классификации сыпучих материалов………..
- •Список литературы……………………..
- •Для заметок……..
- •Список литературы………………
- •Дозаторы…………………
- •Контрольные вопросы по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов …………………………………..
- •Список литературы……………………………. Аннотация
- •Контрольные вопросы по теме «Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации»
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства.
- •Свойства сыпучих материалов.
- •Гранулометрический состав.
- •Основные физические характеристики сыпучих материалов.
- •Силы взаимодействия между частицами сыпучего материала – силы аутогезии.
- •Механические свойства сыпучих материалов и характеризующие их параметры.
- •Физические и теоретические основы процессов измельчения твердых тел.
- •Основные способы измельчения твердых тел (рис. 4):
- •Основные стадии дробления и измельчения.
- •Стадии измельчения
- •Теории измельчения.
- •Контрольные вопросы по теме «Сыпучие материалы, их физико-механические свойства».
- •Машины для дробления сыпучих материалов Общая классификация дробилок.
- •Щековые дробилки.
- •Область применения.
- •Усреднённый гранулометрический состав дроблённого продукта дробилок крупного дробления
- •Принцип действия и классификация:
- •Особенности конструкции дробилок со сложным движением щеки – щдс.
- •Конструкционные материалы деталей и сборочных единиц щековых дробилок.
- •Основные расчеты щековых дробилок.
- •Конусные дробилки. Область применения, принцип действия и классификация.
- •Конструкции дробилок.
- •Конструкционные материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц конусных дробилок.
- •Основные расчеты конусных дробилок.
- •4. Определение n – числа оборотов для дробилок ксд и ксм с пологими конусами.
- •Валковые дробилки.
- •Конструкция.
- •Материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц валковых дробилок.
- •Основные расчеты валковых дробилок.
- •Дробилки ударного действия.
- •Основные расчеты дробилок ударного действия.
- •Классификация барабанных измельчителей по различным критериям.
- •Однокамерная барабанная шаровая мельница мокрого помола.
- •Расчет барабанных измельчителей.
- •Измельчители раздавливающего и истирающего действия.
- •Шаро-кольцевые измельчители.
- •Роликомаятниковые измельчители.
- •Ударные, вибрационные и струйные измельчители.
- •Новые и перспективные методы измельчения материалов.
- •Контрольные вопросы по теме «Машины для измельчения материалов».
- •Машины для классификации сыпучих материалов.
- •Механические способы классификации.
- •Основные показатели процесса грохочения.
- •Основные типы грохотов.
- •Выбор схемы дробления с использованием грохочения.
- •Конструкции просеивающих элементов.
- •Закономерности процесса грохочения.
- •Последовательность выделения классов при грохочении.
- •Конструкции плоских качающихся и инерционных (вибрационных) грохотов.
- •Технологический и динамический расчеты инерционных грохотов.
- •Воздушная сепарация (классификация) сыпучих зернистых материалов.
- •Принципиальные схемы воздушных сепараторов.
- •Конструкции воздушных сепараторов.
- •Контрольные вопросы по теме «Классификация».
- •Смесители сыпучих материалов. Процессы смешивания. Классификация смесителей.
- •Контрольные вопросы по теме «Смесители зернистых сыпучих материалов».
- •Фактор разделения.
- •Классификация центрифуг.
- •Производительность осадительных центрифуг.
- •Производительность фильтрующих центрифуг.
- •Силовые факторы в элементах вращающегося ротора.
- •Механические колебания в центрифугах.
- •Уравновешивание вращающихся масс.
- •Энергетический расчет.
- •Область применения.
- •Рабочий цикл центрифуг периодического действия.
- •Производительность центрифуг периодического действия.
- •Конструкции центрифуг периодического действия. Вертикальные малолитражные центрифуги с нижним приводом.
- •Маятниковые центрифуги.
- •Подвесные центрифуги.
- •Подвесная саморазгружающаяся фильтрующая центрифуга фпс с гравитационной выгрузкой осадка.
- •Подвесная фильтрующая полуавтоматическая центрифуга периодического действия фпн с механической выгрузкой осадка с помощью специального ножа.
- •Горизонтальные автоматизированные центрифуги фгн и огн с ножевой выгрузкой осадка.
- •Центрифуги непрерывного действия.
- •Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка типа фвш и фгш.
- •Горизонтальные осадительные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка, тип огш.
- •Горизонтальные фильтрующие центрифуги непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка (фгп).
- •Непрерывнодействующие фильтрующие вибрационные центрифуги с вертикальным (фвв) и горизонтальным (фвг) расположением ротора.
- •Фильтрующие лопастные центрифуги с центробежной выгрузкой осадка.
- •Прецессионные центрифуги.
- •Жидкостные центробежные сепараторы, трубчатые центрифуги. Область применения сепараторов и трубчатых центрифуг.
- •Классификация жидкостных центробежных сепараторов по технологическому назначению.
- •Условные обозначения жидкостных центробежных сепараторов.
- •Конструктивные схемы жидкостных центробежных сепараторов различных типов и их приводов.
- •Конструкции сепараторов различных типов. Однокамерные сепараторы периодического действия.
- •Многокамерные сепараторы периодического действия.
- •Саморазгружающиеся тарельчатые сепараторы непрерывного действия.
- •Осветляющий тарельчатый саморазгружающийся сепаратор с непрерывной сопловой выгрузкой шлама.
- •Трубчатые центрифуги (сверхцентрифуги).
- •Приложение 2 Расчёт роторов центрифуг на прочность.
- •1. Предварительные сведения о комплексном (безмоментном и моментном) расчете тонкостенных осесимметричных оболочек вращения.
- •2. Прочностной расчет роторов центрифуг и жидкостных сепараторов с учетом краевых напряжений.
- •Числовые примеры расчета на прочность роторов центрифуг.
- •Фильтры для жидкостей. Общие положения, классификация фильтров.
- •Оценка скорости процессов фильтрования.
- •Основные режимы работы фильтров.
- •Работа фильтров при постоянном давлении.
- •Работа фильтров в режиме постоянной скорости.
- •Режим промывки осадка.
- •Определение общей продолжительности рабочего цикла фильтров периодического действия.
- •Классификация фильтров.
- •Конструкции фильтров. Фильтр-прессы рамные и камерные.
- •Камерный фильтр-пресс (конструкция).
- •Фильтр-прессы, оборудованные диафрагмами.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фпакм.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фамо.
- •Фильтр-пресс с бумажной лентой типа мб.
- •Листовые фильтры, работающие под давлением.
- •Ячейковые барабанные вакуум-фильтры.
- •Конструкция барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью.
- •Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью.
- •Конструкция дискового вакуум-фильтра.
- •Ленточные вакуум-фильтры.
- •Вакуум-фильтры карусельные. Принцип действия. Область применения.
- •Конструкция ковша.
- •Ленточные фильтрпрессы.
- •Механические расчеты фильтров. Фильтр-прессы.
- •Листовые фильтры под давлением.
- •Вакуум-фильтры барабанные.
- •Мощность привода вращающихся вакуум-фильтров.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Фильтры».
- •Общие сведения.
- •Классификация и конструкции основных типов питателей.
- •Питатели без движущегося рабочего органа. Гравитационные питатели.
- •Устройство для разгрузки мелкодисперсных сыпучих материалов с низкой газопроницаемостью слоя частиц.
- •Аэрационные питатели.
- •Камерные питатели.
- •Объемные питатели с вращающимся рабочим органом.
- •Модификации винтовых питателей.
- •Шлюзовые (секторные) объемные питатели типа ш1.
- •Тарельчатые объемные питатели типа т1.
- •Трубчатые питатели.
- •Питатели с вибрационным побуждением транспортирования сыпучего материала.
- •Ленточные питатели.
- •Лотковые питатели.
- •Качающиеся (маятниковые) питатели.
- •Дозаторы.
- •Классификация дозаторов.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов».
2. Прочностной расчет роторов центрифуг и жидкостных сепараторов с учетом краевых напряжений.
Переходя непосредственно к вопросу прочностного расчета элементов роторов центрифуг, к его основным методам и этапам, необходимо отметить, что в общем случае элементы ротора находятся под совместным действием следующих силовых факторов (см. схему на рис.2):
распределенных по всей поверхности вращающегося ротора инерционных мембранных нагрузок, обусловленных давлением обрабатываемой среды и давлением , вызванным центробежными нагрузками от собственной массы стенки обечайки, при этом перечисленные силовые факторы действуют как в гладких («безмоментных») участках оболочек, так и в краевых зонах;
краевых сил , краевых моментов и распорных сил , распределенных в пределах краевых зон.
Поскольку обечайки вращающихся роторов центрифуг в гладких своих частях испытывают нормальные к их боковой поверхности распределенные нагрузки и , эти нагрузки можно рассматривать по аналогии с внутренним давлением в статических тонкостенных осесимметричных оболочках вращения. В этом случае основными расчетными уравнениями для определения мембранных напряжений являются уравнения Лапласа и уравнение равновесия конечной зоны оболочки.
Приведем сводку прочностных расчетных зависимостей, полученных применительно к вращающимся роторам центрифуг в данном лекционном курсе МХП (обозначения параметров см. в лекционном курсе).
2.1 Давление обрабатываемой среды на внутреннюю цилиндрическую поверхность вращающегося ротора :
.
рис.2
2.2 Давление, обусловленное инерционной нагрузкой на цилиндрическую стенку вращающегося ротора от собственной массы обечайки:
.
2.3 Давление, обусловленное нормальной инерционной нагрузкой на коническую поверхность вращающегося ротора от собственной массы конической обечайки :
.
2.4 Полное усилие на верхнюю плоскую кольцевую крышку и нижнее плоское днище вращающегося ротора, обусловленное давлением обрабатываемой среды:
2.5 Кольцевое мембранное напряжение , возникающее в цилиндрической сплошной обечайке вращающегося ротора, обусловленное давлением обрабатываемой среды :
Инженерный вид этой зависимости
Кольцевое мембранное напряжение , возникающее в цилиндрической сплошной обечайке вращающегося ротора, обусловленное давлением от собственной массы обечайки .
Инженерный вид этой зависимости такой же:
.
2.6 Меридиональное мембранное напряжение , возникающее в цилиндрической сплошной обечайке вращающегося ротора, обусловленное давлением обрабатываемой среды :
Инженерный вид этой зависимости:
Меридиональные мембранные напряжения возникающие в цилиндрической сплошной обечайке , обусловленные давлением от собственной массы обечайки: .
2.7 Предельное значение кольцевого мембранного напряжения , возникающего в сплошной конической обечайке вращающегося ротора, обусловленное давлением обрабатываемой среды :
где - расчетный диаметр конической обечайки (радиус наиболее широкой гладкой части конуса);
- номинальная расчетная толщина конической обечайки вне краевых зон;
- полная исполнительная толщина обечайки вне краевых зон.
Инженерный вид этой зависимости:
Предельное значение меридионального мембранного напряжения , возникающее в сплошной конической обечайке вращающегося ротора, обусловленного давлением обрабатываемой среды :
Инженерный вид этой зависимости:
Расчетное значение меридионального мембранного напряжения , возникающего в сплошной конической обечайке вращающегося ротора, обусловленного давлением от собственной массы обечайки (инженерный вид формулы) .
2.8 Номинальная расчетная толщина сплошной неперфорированной стенки цилиндрической обечайки ротора :
Инженерный вариант этой формулы помимо включенных в нее параметров задачи должен учитывать качество сварных соединений, а также величины прибавок к расчетным толщинам стенок ротора (условие , где - полная исполнительная толщина стенки, см. также ОСТ 26-01-1271-81 «Ротор центрифуг. Нормы и методы расчета на прочность»).
В этом случае - расчетное допускаемое напряжение для обечайки, борта (днища) ротора, определенное по формуле: , где - нормативное допускаемое напряжение для углеродистых и легированных сталей при расчетной температуре; - нормативный коэффициент, учитывающий тип заготовки. Качество сварного шва оценивается введением нормативного коэффициента прочности сварного шва . В результате полная исполнительная толщина стенки цилиндрической сплошной неперфорированной обечайки выразим формулой:
2.9 Полная исполнительная толщина сплошной стенки конической обечайки ротора (с учетом положений п.2.8):
2.10 Толщина цилиндрической стенки перфорированной обечайки ротора с учетом коэффициента уменьшения допускаемого напряжения перфорированных обечаек ротора, который выбирается из условия ,где - диаметр отверстия перфорации; - шаг отверстий .
Кроме этого учитывается ослабление обечаек путем введения в расчетную инженерную зависимость коэффициента перфорации обечаек , зависящего от расположения отверстий перфорации:
- при расположении по вершинам квадратов ;
- при расположении по вершинам равносторонних треугольников
В этом случае с учетом положений п.2.8 и п.2.10 полная исполнительная толщина цилиндрической перфорированной стенки ротора выразится зависимостью:
Соответственно полная исполнительная толщина конической перфорированной стенки ротора выразится зависимостью:
Примечание.
Приведенные в п.2.9 формулы для расчетов и применимы при ,
или .
2.11 Формулы для определения допускаемой предельной угловой скорости по условиям прочности роторов для различных конструктивных их вариантов получим:
Тогда, с учетом положений п.2.8 допускаемая предельная угловая скорость сплошной цилиндрической обечайки ротора по условиям прочности выразится инженерной формулой:
Допускаемая предельная угловая скорость сплошной конической обечайки ротора по условиям прочности (с учетом положений п.2.8) выразится инженерной формулой:
Допускаемая предельная угловая скорость перфорированной цилиндрической обечайки ротора по условию прочности (с учетом положений п. 2.8 и 2.10) выразится инженерной формулой:
Допускаемая предельная угловая скорость перфорированной конической обечайки ротора по условиям прочности (с учетом положений пп. 2.8 и 2.10) выразится инженерной формулой:
2.12 Предельное значение центробежного фактора разделения для цилиндрической обечайки ротора центрифуги по условиям прочности:
2.13 В краевых зонах вращающихся роторов нагрузки , и в ряде случаев распорная сила вызывают дополнительные краевые напряжения, которые суммируются с мембранными напряжениями.
Краевая сила и краевой момент , действующие в краевой зоне, определяются из уравнений совместности радиальных и угловых деформаций записанных для стыков оболочек, входящих в сборочную единицу – «вращающийся ротор» - в местах их соединений друг с другом. Эти уравнения, записанные в общем виде без учета правила знаков для одного из стыков имеют вид:
уравнение совместности радиальных деформаций,
уравнение совместности угловых деформаций
,
где - радиальные деформации края обечайки от действия соответственно инерционных нагрузок массы обрабатываемой среды и собственной массы оболочки , а также краевых силы и момента ;
- радиальные деформации края сопрягаемой с обечайкой детали (крышки плоского или конического днища и т.д.) от действия соответственно инерционных нагрузок и , краевой и распорной силы и и краевого момента ;
- угловые деформации края обечайки от действия соответственно нагрузок , , , , ;
- угловые деформации края сопрягаемой с обечайкой детали (крышки, плоского или конического днища и т.д.) от действия соответственно нагрузок , , , , .
Значения радиальных и угловых деформаций края оболочек ротора от действия вышеперечисленных нагрузок приводятся в таблицах 1 и 2.
2.14 Нормальные суммарные напряжения на поверхностях края обечайки:
меридиональное суммарное напряжение
(или тождественно равное значение );
кольцевое суммарное напряжение
(или тождественно равное значение
Эквивалентное напряжение , где - меридиональные краевые напряжения, возникающие на краю обечайки от действия краевых нагрузок и ;
- кольцевые напряжения, возникающие на краю обечайки от действия соответственно краевых нагрузок и ;
и - сумма меридиональных и сумма окружных (тангенциальных) усилий соответственно, действующих на краю обечайки, от действия нагрузок , , , , ; , - сумма меридиональных и сумма тангенциальных моментов соответственно , действующих на краю обечайки, от действия нагрузок , , , , .
Формулы безмоментной и моментной теории осесимметричных тонкостенных оболочек вращения для определения вышеприведенных силовых факторов: напряжений ; усилий и , моментов и приведены в таблице 1 и 2.
2.15 нормальные напряжения на верхней и нижней поверхностях края плоских элементов ротора (борта, днища)
радиальное суммарное напряжение
(или тождественно равное значение );
кольцевое суммарное напряжение
(или тождественно равное значение ).
Эквивалентное напряжение
,
где - радиальные напряжения, возникающие на краю днища (борта) от действия соответственно инерционных , и краевых и нагрузок; - кольцевые напряжения, возникающие на краю днища (борта) от действия соответственно инерционных , и краевых и нагрузок; - сумма радиальных и сумма окружных усилий соответственно действующих по контуру плоского элемента, от нагрузок , , , ; - сумма радиальных и сумма тангенциальных моментов соответственно, действующих на контур плоского элемента, от нагрузок , , , ;
2 .16 Толщина стенки обечайки в краевой зоне в месте стыковки цилиндрической обечайки с плоским элементом определяется методом последовательных приближений вплоть до достижения условия прочности:
,
,
где - допускаемые напряжения в краевой зоне .
В первом приближении .
Рис.3
Размеры краевой зоны, применяемые в прочностных расчетах роторов по длине образующей обечайки:
- цилиндрической: ;
- конической: .