Проектирование барабанной сушилки

Сушилка(курсовая).docx

(технический университет)
Факультет: Механический.
Кафедра Оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры
Учебная дисциплина «Технологические процессы в строительстве»
Тема: Разработка барабанной сушилки
Учебная дисциплина «Механическое оборудование и технологические комплексы предприятий строительных материалов»
На расчетно-графическую работу
Тема : «Разработка барабанной сушилки»
Цели и задачи проекта : Разработать технический проект барабанной сушилки производительностью 0.5 тчас.
Содержание пояснительной записки:
Технологический расчет барабанной сушилки материальный и тепловой балансы.
Прочностной расчет корпуса бандажей опорных и упорных роликов.
Графический материал (чертежи):
Технологическая схема барабанной сушилки – ф.А1
Рекомендуемая литература:
Доманский И.В. и др. Машины и аппараты химических производств. – Л.: Машиностроение 1981. – 385 с.
Романков Петр Григорьевич. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) [Текст] : учебное пособие для вузов по направлению "Химическая технология и биотехнология" и спец. "Химическая технология" П. Г. Романков В. Ф. Фролов О. М. Флисюк. - 2-е изд. испр. . - СПб. : Химиздат 2009. - 543 с.
ГОСТ 11875-88 Аппараты теплообменные с вращающимися барабанами общего назначения.
РД 26-01-158-86 Аппараты сушильные с вращающимися барабанами газовые.
Исходные данные для расчета4
Технологический расчет5
1 Расчет теплообмена5
2 Расчет массообмена8
Материальный баланс барабанной сушилки9
Расчет мощности и выбор привода10
Прочностной расчет барабанной сушилки11
2 Расчет бандажа и опорного ролика15
3 Расчет оси опорного ролика.16
Список используемой литературы19
Приложение А. Чертеж общего вида.
Исходные данные для расчета
Температура материала на входе в сушилку = 10 ºС;
Общее давление в сушилке Р = Па.
Технологический расчет
Учитывая необходимость проведения непрерывного процесса значительную производительность материала и его свойства выбираем сушилку барабанного типа с прямоточной схемой движения материала. Принимаем температуру окружающего воздуха = 15 ºС с относительной влажностью = 80 % коэффициент заполнения барабана =0.15.
1 Расчет теплообмена
По диаграмме Рамзина определяем по принятым значениям температуры воздуха и влажности параметры состояния воздуха перед калорифером:
= 0.009 – влагосодержание наружного воздуха кгкг;
= 30 – энтальпия наружного воздуха кДжкг.
В калорифере повышение теплосодержания происходит без изменения влагосодержания поэтому значения воздуха на входе в сушилку определяется по рис. 1. При =200 ºС и =0.009 кгкг и равно = 230 кДжкг.
В теоретической сушилке при =230 кДжкг процесс сушки шел бы по линии постоянной энтальпии ВС1 ( рис.2.) и удельная теплота равнялась бы:
= (230-30)(0.055-0.009) = 4.3* Джкг
где =0.059 – влагосодержание воздуха в точке С1 кгкг.
В действительной сушилке конечное влагосодержание воздуха ( в точке С) будет меньше . Определим значение :
Задаваясь произвольным значением х меньшим находим I предварительно рассчитав расход испаряемой влаги W и поправку для реального процесса сушки q.
Определим расход влаги:
W = (5003600)*(0.15-0.001) = 0.021 кгс.
Удельная теплота на нагрев материала при температуре материала на выходе = 70 ºС:
= [0.138*1150*(70-10)]0.021 = 4.53* Джкг.
Рис. 1. Диаграмма Рамзина.
Примем потери теплоты в количестве 0.07 т.е:
= 0.07*4.3* = 3.01* Джкг.
Будем считать = 0 тогда разность расходуемой удельной теплоты в действительной и теоретической сушилках будет определяться по формуле:
q = 4.53* + 3.01* + 0 – 10*1.027* = 7.24* Джкг.
Зададимся произвольным значением х=0.02 кгкг и найдем
I = 230* – 7.24**(0.02-0.011) = 2.12* = 212* Джкг.
Проведя через точки В и D (=0.02 ; =212 кДжкг) прямую линию до пересечения с изотермой =80 ºС получим точку С для которой влагосодержание =0.038 кгкг.
Рис. 2. Схема реального процесса сушки.
2 Расчет массообмена
Определим расход сухого воздуха в сушилке согласно уравнению:
= 0.021(0.038-0.009) = 0.724 кгс.
Расход влажного воздуха на выходе из сушилки
Где определяется по формуле:
= 287*353( = 1.56 с
Тогда количество влажного воздуха
= 1.56*0.724 = 1.132 с
Примем скорость газов на выходе из сушилки = 4 мс при >2 и =1200 кг.
Тогда внутренний диаметр сушильного барабана можно рассчитать по формуле:
Наружный диаметр с учетом футеровки =0.15 м:
= 0.651+2*0.15 = 0.951
где - объем барабана определяющийся по формуле:
Тогда длина барабана сушилки будет равна:
L = 4*7(3.14* = 21 м.
Сушилки с = 1000 мм и L = 21000 мм согласно ГОСТ 11875-88 нет. Примем =2.2 мс тогда:
= 0.921 + 2*0.15 = 1.17 м;
L = 4*7(3.14*) = 11.564 м.
Согласно ГОСТ 11875-88 окончательно принимаем сушилки с размерами =1200 мм
Материальный баланс барабанной сушилки
Материальный поток на воходе
Материальный поток на выходе
Расчет мощности и выбор привода
При вращении сушилки мощность ее приводного электродвигателя расходуется в основном на полезную работу: подъем материала на определенную высоту сползая с которой он перемешивается и постепенно двигается к разгрузочному концу и в меньшей степени – на преодоление вредных сопротивлений.
Зададимся углом наклона печи α = 3º и частотой вращения барабана n = 3 обмин тогда мощность привода рассчитаем по формуле:
N = 0.078**L**n* = 0.078**12*1200*3*0.049 = 285.3 кВт
где = 0.22* + 0.016 = 0.049 – коэффициент вращения барабана.
Согласно [2] примем электродвигатель 4А355М2 У3 с номинальной мощностью 355 кВт.
Прочностной расчет барабанной сушилки
1.1. Предварительно выберем исполнительные толщины стенок пролетной и подбандажной обечаек в пределах:
= (0.007 – 0.1) = 0.055*1.2 = 0.066 м
= (1.5 – 2) = 0.12 м
1.2. Определим силовые факторы действующие в опасных сечениях.
Первым определим максимальный изгибающий момент действующий в средней части пролетной обечайки по формуле:
= [()*()]8 = [(88290 + 23308.56)*(7 – 2.5)]8 = 62.7 кН*м
= *g = 9000*9.81 = 88290 H – сила тяжести от массы корпуса сушилки;
= *g = ***g=1200*0.15*13.2*9.81 = 23308.56 H – сила тяжести от массы материала в сушилке;
= 2.5 м – расстояние от края корпуса до оси бандажа;
= 7 м – расстояние между осями бандажа.
Максимальный изгибающий момент действующий в подбандажной обечайке рассчитаем по формуле:
= [()*]2*L = [(88290+23308.56)*]2*12 = 29.1 кН*м
L = 12 м – длина барабана сушилки.
Поскольку четыре расстояния от края корпуса до оси бандажа меньше длины барабана другими словами L > 4* то изгибающий момент в месте стыка пролетной и подбандажной обечаек определим по формуле:
= [()*(4* + - 4**B)]8*L
= [(88290+23308.56)*(4* + - 4*2.5*225)]8*12 = 26.1 кН*м
B = 2.5b = 2.5*[((*sinα)cos(172))2.4*] + α(-)*l+0.035 = 225 - ширина подбандажной обечайки мм.
Крутящий момент действующий в подбандажной обечайке определим как:
= [9.55**N**( + + )](*L)
= [9.55**355*0.95*(2.5+7+2.5)](3*12) = 107.4 кН*м
N = 355 – мощность привода кВт;
= 3 – число оборотов барабана сушилки за минуту;
= 0.95 – КПД привода;
= 2.5 м – расстояние от оси второго бандажа до края барабана сушилки.
Максимальные перерезывающие силы действующие в подбандажной обечайке и в месте стыка пролетной и подбандажной обечаек определяются по формулам:
= [( + )*]2*L = [(88290+23308.56)*7]2*12 = 32.5 кН
= [( + )*( - B)]2*L = [(88290+23308.56)*(7 – 0.225)]2*12 = 31.5 кН.
Рассчитаем геометрические характеристики поперечных сечений обечаек корпуса.
1.3. Геометрические характеристики пролетной обечайки определим по формулам:
= [**( - c)]8 = [3.14**(0.066 – 0)]8 = 0.044 м
= [2*] = [2*0.044]1.2 = 0.073 м
= [*( - c)]2 = [*(0.066 – 0)]2 = 0.047 м
Аналогичным образом проведем расчет для подбандажной обечайки:
= [**( - c)]8 = [3.14**(0.12 – 0)]8 = 0.081 м
= [2*] = [2*0.081]1.2 = 0.135 м
= [*( - c)]2 = [*(0.12 – 0)]2 = 0.086 м
1.4. Расчетные напряжения в средней части пролетной обечайки:
= = 627000.073 = 0.859 МПа
В подбандажной обечайке выражения расчетных напряжений будут иметь вид:
= [] = [] = 0.23 МПа
= (*)[2**( - c)] = (32500*0.086)[2*0.081*(0.12 - 0)] = 0.14 МПа
В месте стыка пролетной и подбандажной обечаек по формулам:
= [] = [] = 0.209 МПа
= (*)[2**( - c)*] = (31500*0.047)[2*0.044*(0.066 – 0)] = 0.255 МПа
Проверка прочности проводится по условиям:
где [] = 126 МПа для стали Ст3 при максимальной рабочей температуре t = 200 ºC.
Тогда с учетом ранее рассчитанных величин получаем:
Для средней части пролетной обечайки:
859 МПа 126 МПа – условие выполняется.
Для подбандажной обечайки:
23 МПа 126 МПа – условие выполняется.
14 МПа 63 МПа – условие выполняется.
Для стыка пролетной и подбандажной обечаек:
1.5 Допускаемую нагрузку на опору определим по формуле:
[Q] = [2*[]**( - c)] = [2*63**0.081*(0.12 – 0)]0.086 = 14240930 H
и [Q] – условие прочности выполняется.
1.6 Силовые температурные факторы действующие в подбандажной обечайке:
= ( - + c)2 = (1.2 – 0.12)2 = 0.54 м.
= ( + )4 = (1.4 + 1.8)4 = 0.8 м.
= [*(]12(1 - ) = [1.9**()]12(1 – ) = 30.1 Н*м
Коэффициенты уравнений канонической системы метода сил определим как:
= 12** = 12**30.1 = 1.29* Н
= 12** = 12**30.1 = 6.514* мН
= 1* = 15.05*30.1 = 6.579* 1Н.
Свободные члены системы определим по формулам:
= *( - ) = 13**0.54*(200 – 20) = 1.26* м.
= *( - ) = 12.6**0.8*(200 – 20) = 1.92* м.
Используя данные рассчитанные выше определим изгибающий момент и перерезывающую силу:
= [(2 – 1)* ][* - ] =
= [(1.92* - 1.26*)* 6.514*][ 1.29**6.514* - (] = - 9.92* Нм.
= * = - 9.92**6.579*6.514* = -0.1 Нм.
1.7 Температурные напряжения
= [6*(] – [[( - + c)**]( – c)] – [[( - + c)**]( – c)]
= [6*9.92*] – [[(1.2 – 0.12)*5.05*0.1]0.12] – [[(1.2-0.12)**9.92*]0.12] = 2.689 МПа
= + = 2.689 + 0.23 = 2.919 МПа [] – условие прочности выполняется.
2 Расчет бандажа и опорного ролика
При проектировании диаметр опорного ролика предварительно выбирается в пределах d = (0.25÷0.33) где = 1.8 м – наружный диаметр бандажа. Тогда диаметр опорного ролика составит:
d = 0.29*1.8 = 0.52 м
2.1. Расчет на контактную выносливость.
Максимальное эквивалентное контактное напряжение возникающее в бандаже и опорном ролике определим из формулы:
= 0.42*[((82290+23308.56)*1.95**1.9**(1.8+0.52)
225*3.14*(1-)*cos(30)*(1.95+1.9)**1.8*0.52) = 9.5* Па
= 198 Мп – условие прочности выполняется.
2.2 Расчет бандажа на прочность при изгибе.
Изгибающий момент действующий в бандаже при отсутствии стесненности температурных перемещений корпуса определяется по формуле:
= -(82290+23308.56)*(1.4+1.8)*[0.5*3.72 - (24(0.499) + 3*1.074*1.738
+(3.142)*0.575]2*3.14*24 = 9.465* *м
Изгибающий момент действующий в бандаже при наличии стесненности температурных перемещений корпуса определяется по формуле:
= [0.262*(13**(1.2-0.12)*(200-20)]
[((1.4+1.8)(274*19.5*1.5)+(12*5.05)0.262*1.95**0.12) =
= b*12 = 0.225*12 = 1.5* ;
= 2* = 2*3.1424 = 0.262
= 2*(180-)360 = 2*3.14*(180 – 80)360 = 1.093
2.3. Определение напряжения изгиба возникающего в бандаже.
= = 9.465*1.5* = 63 МПа
= = 0.0671.5* = 44.6 МПа
= b*6 = 0.225*6 = 1.5* м.
- условие прочности выполняется.
2.4. Расчет на усталостную прочность.
Для проверки бандажа на усталость определяется расчетный коэффициент запаса усталостной прочности который сравнивается с нормативным.
Величину расчетного коэффициента запаса прочности определим по формуле:
= [(2**) + *] = 133[(632*0.5*0.92*1.4) + 0.1*44.6] = 2.75
> n = 2.5 – условие прочности выполняется.
3 Расчет оси опорного ролика.
3.1 Расчет оси на прочность при изгибе.
Максимальное напряжение изгиба возникающее в оси определим как:
= [4*( + )*( - 0.3b)]**cos
Примем = 0.15 м = 150 мм.
= [4**( - 0.30.225)]3.14**cos80 = 119 МПа.
[ = 157 МПа - условие прочности выполняется.
3.2 Расчет на усталостную прочность.
Для проверки оси на усталость определяется расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в опасном сечении который сравнивается с нормативным.
Проверим необходимость расчета:
По Приложению 5 [РД] примем:
= 0.7 – масштабный коэффициент;
= 1.68 - коэффициент концентрации напряжений
(*)(*n) = 36.93 МПа – требуется выполнить расчет.
Расчетный коэффициент запаса усталостной прочности определим по формуле:
= ()*(*) = (133148)*(1.6*0.71.68) = 0.59
= 1.6 – коэффициент состояния поверхностей;
= [4*( + )*( - 0.5b)]**cos = 73.15 МПа.
n = 1.5 – условие прочности по выносливости не выполняется. Увеличим диаметр оси тогда:
> n = 1.5 – условие прочности по выносливости выполняется.
В ходе выполнения курсовой работы были полученные следующие данные:
Была выбрана барабанная сушилка с основными габаритами D = 1200 мм L = 12000 мм. Так же расчетным путем был определен необходимый расход воздуха G = 0.724 кгс.
Был произведен расчет мощности привода и выбран электродвигатель 4А355М2 У3 с номинальной мощностью 355 кВт.
Были выбраны материалы для основных узлов сушильной установки:
- Материал корпуса Ст3 35.
- Материал бандажа Ст3 35.
- Материал для опорных роликов Ст3 25.
Были рассчитаны размеры бандажа и опорных роликов. Они составили:
D = 1800 мм B = 225 мм.
- Для опорных роликов:
d = 520 мм В = 225 мм.
Был разработан чертеж общего вида барабанной сушилки.
Список используемой литературы
Доманский И.В. Машины и аппараты химических производств: Учеб. пособие для студентов вузов. – СПб.: Политехника 1992. – 327 с.
Кузьмин А.В. Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. – 2-е изд. перераб. и доп. – Мн.: Выш. шк. 1983. – 350 с.
РД 26-01-158-86 Аппараты сушильные с вращающимися барабанами. Нормы и методы расчета на прочность: Нормативный документ. – 1986. – 45 с.
Лисенко В.Г. Вращающиеся печи: теплотехника управление и экология: Справочное издание: В 2-х книгах. Книга 2 . – М.: Теплотехник 2004. – 688 с.
Романков П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии(примеры и задачи): Учеб. пособие для вузов. – 2-е издание. испр. – СПб.: ХИМИЗДАТ 2009. – 544 с.
Софронов В.Л. Русаков И.Ю. Расчет бандажей вращающихся аппаратов: практическое руководство. – 3-е издание. перераб. – Северск: СТИ НИЯУ МИФИ 2012. – 29 с.

Сушилка.cdw

Технические требования
Материал корпуса барабанной сушилки и бандажей -
Сталь Ст 3 35. Для опорных роликов - Ст 3 25.
Допуск радиального биения - 5мм.
Допуск полного торцевого биения поверхностей - 2мм.
Техническая характеристика
Частота вращения барабана - 3 обмин.
подводимая к аппарату 355 кВт.
Расход по готовому сырью G = 0
Расход по исходному сырью G = 0
Расход воздуха на нагрев материала G = 0
ТПС 313.001.01.00.000