Курсовой проект по расчету и конструированию барабанной печи

2.docx

2 Расчет барабана на прочность
Спроектировать корпус барабана длиной 6 м внутренним диметром 36 м температура внутри барабана 80°C.
1 Нахождение распределённой нагрузки
Ориентировочная толщина листа (стенки барабана)
где Dвн = 36 м внутренний диаметр барабана.
где средний диаметр барабана.
где =7850 кгм3 плотность металла;
объём металла 314363660036 = 247 м3;
g = 9807 мс2 ускорение свободного падения;
Футеровка барабана кирпич кислотоупорный. Основные параметры по ГОСТ 474-67 ( в соответствии с рисунком 2.1):
плотность ρ = 2147 кгм3;
Рисунок 1.1 Основные параметры кирпича
Площадь занимаемая одним кирпичом
650230 = 149510-2 м2.
Количество кирпича необходимое для футеровки барабана
где DФ внутренний диаметр футеровки 3620113=3374 м
Объём одного кирпича
Объём футеровки барабана
Схема футеровки показана на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 Способ футеровки барабана печи
где ρф плотность футеровки (кирпича) кгм3.
где Vвн внутренний объём печи м3
ρнап насыпная плотность материала (принимаем ρнап = 2400 кгм3);
φ = 045 коэффициент заполнения барабана.
8924009807045 =16835 кН.
Вес бандажей (2 бандажа 200 кг)
Вес входящий в распределённую нагрузку:
(19021+15123+16835)11+1177=57254 кН.
Распределённая нагрузка:
Вес венцовой шестерни (500 кг)
2 Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов
Принимаем что барабан опирается на 2 опоры. Расстояние между опорами 3 м вылет 15 м.
Имеем статическую определимую систему. Расчёт ведём по методике разрезной балки. Рассмотрим часть балки опирающуюся на опоры A и B. Строим эпюру поперечных сил и изгибающих моментов (в соответствии с рисунком 2.3).
Реакции опоры и находим из условия равновесия записав уравнение моментов относительно каждой опоры.
Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.
3 Напряжения на барабане
Полярный момент инерции полой балки круглого сечения с радиусом и толщиной стенки равен
Эквивалентный момент инерции относительно оси z
Момент сопротивления относительно оси z
Напряжение на барабане
где максимальный изгибающий момент действующий на барабан ;
Рисунок 2.3 Расчетная схема

Введение.docx

Аппараты выполненные в виде вращающихся горизонтальных барабанов весьма распространены в химической промышленности и в производстве строительных материалов. Они применяются как для проведения процессов не сопровождающихся химическими реакциями (например сушкой). Так и для проведения реакций (например кальцинирование соды).
Основной частью барабанов является медленно вращающаяся обечайка размеры которой определяют необходимой величиной рабочего или реакционного пространства.
Процесс проектирования таких аппаратов предполагает разработку конструкции с обязательным расчетом узлов и деталей на прочность жесткость и устойчивость.
С целью компенсации местных деформаций возникающих в местах установки опорных роликов т.е. в местах действия сосредоточенных нагрузок сечение барабана усиливается с помощью установки колец жесткости – бандажей. Бандажи передают нагрузку от веса барабана на ролики опорных станций на одной из которых устанавливаются упорные ролики не допускающие осевого перемещения барабана. Количество опорных станций зависит от длины барабана.
Обечайки корпуса изготавливаются из углеродистой стали или кислотостойкой стали толщиной от 5 мм.
По обоим концам барабана устанавливаются камеры. Необходимые для загрузки и выгрузки материала подвода и отвода сушильного агента.
Расчет элементов конструкции включает: определение нагрузок; определение реакций опор и изгибающих моментов; расчет на жесткость; определение сил действующих на бандажи; определение геометрических размеров барабана и проверка его на выносливость.

3 Расчет барабана на жесткость.docx

3 Расчет барабана на жесткость
Деформацию корпуса в пролете определим как в обычной пустотелой балке по формуле:
где - модуль упругости материала корпуса ;
- изгибающие моменты над опорами слева и справа пролета соответственно.
Так как в пролете кроме распределенной нагрузки есть сосредоточенная сила то прогиб в пролете только от силы будет равен:
где - расстояние от сосредоточенной силы до левой и правой опоры соответственно.
Общий прогиб в пролете равен:
Относительный прогиб:
где - допускаемый относительный прогиб для барабана с футеровкой.
Деформация корпуса в пролете АВ

Титульник (готово).docx

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет Химической технологии и техники
Кафедра Машины и аппараты химических и силикатных производств
Специальность Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине Расчет и конструирование машин и агрегатов
Тема Расчет и конструирование барабана вращающейся печи
студент 4 курса группы 2 Верховодко А. А.
подпись дата инициалы и фамилия
ассистент Козловский В.И.
должность ученая степень ученое звание подпись дата инициалы и фамилия
подпись инициалы и фамилия

Реферат.docx

Проект на тему “Расчет и проектирование барабана вращающейся печи” состоит из 30 листов пояснительной записки с 4 таблицами и 7 рисунками.
БАРАБАН РОЛИК ОПОРНЫЙ РЕАКЦИЯ ОПОРЫ ДВИГАТЕЛЬ БАНДАЖ БАШМАК НАПРЯЖЕНИЕ БОЛТ РЕДУКТОР
Цель проекта – расчет и проектирование барабана вращающейся печи.
В курсовом проекте произведен выбор конструкционного материала расчет барабана на прочность и жесткость бандажей и конструкционных элементов на выносливость.
Графическая часть включает:
-чертеж общего вида вращающейся печи – лист А1;
-сборочный чертеж упорного ролика печи и его деталировка – 1лист А1.
Выбор конструкционного материала 6
Расчет барабана на прочность 8
1 Нахождение распределенной нагрузки 8
2 Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов 11
Расчет барабана на жесткость 14
Расчет бандажей на выносливость .15
1 Определение нагрузок действующих на свободно надетый бандаж опирающийся на башмак 15
2 Расчет геометрических размеров бандажа и опорного ролика ..23
3 Расчет бандажей на выносливость 25
Список использованных источников 29
Приложение А. Спецификация .30

1 Выбор конструкционного материала.docx

1 Выбор конструкционного материала
При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал абсолютно или достаточно стойкий в среде при ее рабочих параметрах и к расчетным толщинам добавляют на коррозию соответствующие прибавки в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем следует учитывать и другие виды коррозии (межкристаллическую точечную коррозионное растрескивание) которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах.
Другим критерием при выборе материала является расчетная температура стенок аппарата а также если эта температура является положительной для аппаратов устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемой помещении необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температуру наружного воздуха (для географического района установки аппарата) при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом.
При этом следует иметь в виду что прочностные свойства всех металлов и сплавов как правило с возрастанием температуры понижаются а с уменьшением – повышаются. Однако у углеродистых конструкционных и легированных сталей с понижением температуры сильно снижается и ударная вязкость что делает невозможным применение при низких температурах этих сталей из-за их хрупкости. Ударная вязкость почти не снижается при низких температурах у высоколегированных сталей аустенитного класса и цветных металлов и сплавов.
Таким образом выбор материала должен производиться из его коррозионной стойкости в заданной среде и в рабочих условий (давления и температуры стенки – расчетной и минимально возможной отрицательной).
Проектируемый вращающийся корпус печи имеет цилиндр с внутренней огнеупорной футеровкой бандажи с подбандажными поясами и башмаками венцовую шестерню элементы уплотнений и др.
Для дальнейшего расчета принимаем Сталь45 по ГОСТ 1050-88.
Данная сталь применяется для несущих и не несущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С.
Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций работающих при температуре от —40 до +425°С .
Основные механические свойства стали:
В=600 МПа -предел выносливости; Т=355 МПа –предел текучести; =43%.
Сварку материала Сталь45 (ГОСТ 1050-88) производят электродами из сварочной проволоки марки Св-08ГС (ГОСТ 2246-70).
Основное назначение флюса – изолировать сварочную ванну от воздействия атмосферного воздуха и металлургически с ней взаимодействовать.
В качестве флюса принимаем АН-8 (ГОСТ 9087-69). Благодоря флюсовой защите снижаются потери тепла на угар и разбрызгивание. Высокое качество сварного соединения получается благодаря раскислению и легированию металла компонентами флюса.

4 Расчет бандажей.docx

1 Нагрузки на свободно надетый бандаж опирающийся на башмаки
Реакция опорного ролика (в соответствии с рисунком 4.1):
где максимальная реакция опоры;
j — половина угла между роликами. Принимаем по 1 .
Рисунок 4.1 – Схема действия опорных реакций
Тогда реакция опорного ролика согласно формуле (4.1):
Угол между башмаками:
где число башмаков (четное число). Принимаем .
Силы действующие на башмак
Когда один башмак расположен в самой нижней точке вертикального диаметра (в соответствии с рисунком 4.1) то:
число башмаков в одном квадранте.
Рисунок 4.2 – Схема нагрузки действующие на бандаж
Тогда силы действующие на башмак согласно формуле (4.3):
Тогда число башмаков в одном квадранте:
(т.к. число башмаков целое).
Согласно формуле (4.4):
Аналогично определяем силы действующие на каждый башмак и результат заносим в таблицу 4.1:
Таблица 4.1 – Результаты расчета сил действующих на башмак
Изгибающий момент и нормальная сила действующие в ключевом сечении бандажа показаны на в соответствии с рисунком 4.1. Бандаж является замкнутой статически неопределимой системой нагруженной внешними силами симметричными относительно вертикали. Действие каждой пары сил рассматривают отдельно и затем результат суммируют. Определив силы действующие на каждый башмак находим расчетные углы для отдельных пар сил (в соответствии с рисунком 4.1):
Чтобы система стала статически определимой необходимо мысленно рассечь бандаж в ключевом сечении и нарушенную связь заменить моментом и нормальной силой значения которых легко определить с помощью метода Кастельяно:
где средний радиус бандажа который для расчетов примем ;
(в соответствии с рисунком 4.1).
где изгибающие моменты от действующих на бандаж сил соответственно (в соответствии с рисунком 4.1):
где нормальные внутренние силы в сечениях приложения сил соответственно.
Рассчитываем значения величин по формулам (4.6) (4.7) (4.9) (4.10) и сводим их значения в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Результаты расчета сил и моментов
Согласно формулам (4.8) и (4.10):
Изгибающий момент в любом сечении бандажа (в соответствии с рисунком 4.2):
При Рассчитываем значения изгибающих моментов по (4.11) и сводим их значения в табл. 4.3.
Таблица 4.3 – Результаты расчета изгибающих моментов
Продолжение таблицы 4.3
По данным таблицы 4.3 строим эпюру изгибающих моментов в бандаже (в соответствии рисунком 4.3).
Рисунок 4.3 – Эпюра изгибающих моментов в бандаже
2 Геометрические размеры бандажа и опорного ролика
где реакция опорного ролика (см. выше);
и модули упругости материала бандажа и опорного ролика соответственно (принимаем что бандаж и ролик сделаны из одного материала);
допускаемое контактное напряжение ;
наружный диаметр бандажа м; диаметр опорного ролика для расчетов можно принять для дальнейших расчётов ориентировочно примем
Высота сечения бандажа:
где максимальный изгибающий момент в сечении бандажа (в соответствии с таблицей 4.3);
допускаемое напряжение на изгиб:
Наружный диаметр бандажа:
где средний диаметр бандажа (см. выше).
Внутренний диаметр бандажа:
Решая (4.12) – (4.15) совместно как систему уравнений получим:
Округляя значения окончательно принимаем:
Тогда действительное напряжение изгиба:
Ширина опорного ролика:
где конструктивная добавка компенсирующая отклонения возникающие при монтаже .
3 Расчёт бандажей на выносливость
Нагрузка на единицу длины цилиндра:
где реакция опорного ролика .
Максимальное давление на площади контакта:
где и радиус опорного ролика и наружный радиус бандажа соответственно.
Учитывая что максимальные контактные напряжения всегда имеют место в точках близких к поверхности напряжение изгиба берём на поверхности контакта бандажа с цилиндром.
Определение приведенных напряжений в общем виде громоздко и его удобнее вести по точкам. Давая ряд значений например 0; 01; 02 определяем значения и .
Затем для каждой точки определяем приведенное напряжение
где и берутся с учётом знака.
Проводим расчеты по (4.20) и (4.21) и результаты расчёт сводим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 – Результаты расчета приведенных напряжений
Как видно максимальное приведенное напряжение больше приведенного напряжения от контакта равного и имеет место на площадке соприкосновения. Условие выносливости выполнено.

Заключение.docx

К проекту принимается барабан диаметром длиной l = 6м опирающийся на 2 опоры. Толщина стенки 0036 м. Наружный диаметр бандажа высота ширина . Бандажи опираются на опорные ролики диаметром и шириной . Барабан бандажи и опорные ролики изготовлены из материала Сталь 45.
Из проведенных расчетов и соблюдения необходимых условий можно сделать вывод о том что все разработанные детали и узлы и принятые для их изготовления материалы обеспечат с учетом всех действующих на них нагрузок работоспособность вращающегося барабана проектируемой печи.
Список использованных источников
Лащинский А. А. Конструирование сварных химических аппаратов. - Л.: Машиностроение 1981.-382с.
Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Лащинский А. А. Толчинский А. Р.-Л.: Машиностроение 1970.-752с.
Михалев М. Ф. Третьяков Н. П. Мильченко А. И. Зобнин В. В. Расчет и конструирование машин и аппаратов.-Л.: Машиностроение 1984.-299с.
Новосельская Л. В. Гарабажиу А. А. Расчет и конструирование машин и агрегатов: Учебное пособие по одноименной дисциплине для студентов спец. 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических и силикатных производств». - Мн.: БГТУ 2004.-49с.

спец 1.docx

Кольцо уплотнительное
Болт М14 х 15 х 30.35Х.16
Болт М16 х 15 х 45.35Х.16
Болт М24 х 205 х 45.35Х.16

Крышка _ БГТУ 010000.004.cdw

Неуказанные литейные радиусы 3мм.
Неуказанные предельные отклонения размеров

Чертеж.cdw

- размеры для справок.
( ) - размеры для монтажа.
Аппарат изготовить и испытать в соответствии с ГОСТ 1050-88.
Аппарат не подлежит контролю ПРОМАТОМНАДЗОРА.
Материал корпуса Сталь45 ГОСТ 1050-88.
Материал бандажей Сталь45 ГОСТ 1050-88.
Корпус футеровать кислостойким кирпичом ГОСТ 474-67.
Корпус варить автоматической стыкавой сваркой ГОСТ 11533-75
сварочная проволка ГОСТ 2246-70 марка Св-08ГС
Техническая характеристика

корпус1.cdw

Ролик упорный.cdw