Горизонтальная центрифуга расчет чертежи

Kryshka_podshipnikogo_uzla__RiKMiA_00_000_000_01.cdw

Tsentrifuga_Sborochny.dwg

Технические требования
испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования ГОСТ 12.2.003-74
оборудование производственное. Общие требования безопасности".
Технические требования".
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении
* Размеры для справок
Техническая характеристика
Время пуска двигателя 18с.
Частота вращения 1100 обмин.
Срок службы аппарата 10 лет

Korpus_podshipnikogo_uzla__RiKMiA_00_000_000_02.cdw

Спецификация _ Центрифуга _ КР 000000.000 СБ.dwg

Левая крышка корпуса
Правая крышка корпуса
Болт М20-4 х 80.36.016

Tsentrifuga_Sborochny.cdw

Технические требования
испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования ГОСТ 12.2.003-74
оборудование производственное. Общие требования безопасности".
Технические требования".
Сварные соединения должны соответствовать требованиям
ОСТ 26-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении
* Размеры для справок
Техническая характеристика
Время пуска двигателя 18с.
Частота вращения 1100 обмин.
Срок службы аппарата 10 лет

Vtulka_rotora__RiKMiA_00_000_000_03.cdw

Вал.dwg

* Размеры для справок
Не указаны литейные радиусы 3 5 мм.
Сталь 45 ГОСТ 7350-77

Пояснительная записка.docx

Проект на тему “Расчет и проектирование горизонтальной центрифуги” состоит из 33 листа пояснительной записки с и 6 рисунками.
БАРАБАН РОЛИК ОПОРНЫЙ РЕАКЦИЯ ОПОРЫ ДВИГАТЕЛЬ БАНДАЖ БАШМАК НАПРЯЖЕНИЕ БОЛТ РЕДУКТОР
Целью данной курсовой работы является разработка проектирование и расчёт маятниковой центрифуги. Курсовая работа состоит из графической теоретической и расчётно-конструкторской частей.
В курсовом проекте произведен выбор конструкционного материала расчет перфорированного ротора центрифуги на прочность бандажей и конструкционных элементов на выносливость.
Графическая часть включает:
-чертеж общего вида маятниковой центрифуги – лист А1;
-сборочный чертеж упорного ролика печи и его деталировка – 1 лист А1.
Конструкция и принцип действия машины (аппарата) .6
Выбор конструкционных материалов . 8
Основные и проверочные расчёты . 9
1 Расчёт на прочность перфорированного ротора центрифуги 9
2 Расчёт сопряжения ротора центрифуги . 11
3 Расчёт вала центрифуги на виброустойчивость . ..15
4 Конструирование опорного узла вертикальной центрифуги . ..21
5 Расчёт пружинных амортизаторов .. 22
Степень унификации и стандартизации 30
Перечень используемых ГОСТов.. .31
Список использованных источников 33
Центрифугирование применяется в самых различных отраслях промышленности: химической металлургической угольной нефтяной медицинской пищевой и др.
Современные промышленные центрифуги – это сложнейшее технологическое оборудование состоящее из многих механизмов высокой точности обладающее высокими скоростями и управляемое с помощью сложных электрогидравлических электропневматических или электрических систем. Надежная работа центрифуг зависит от соблюдения технологической дисциплины знания их конструкции а также правил наладки пуска эксплуатации и ремонта.
Для разделения неоднородных систем метод центрифугирования. Он основан на воздействии центробежного силового поля на неоднородную систему состоящую из двух или более фаз-суспензию (жидкость-твердое вещество) эмульсию (жидкость-жидкость) аэрозоли (газ-твердое вещество или газ-жидкость). В последнее время центрифугирование начали применять для растворов и газовых смесей.
В практике центрифугирования применяются два способа разделения жидких неоднородных систем: центробежное фильтрование и центробежное осаждение. В первом случае центрифуги изготавливаются с перфорированным ротором на внутренней стенке которого уложена фильтровальная перегородка – фильтрующие центрифуги во втором – с отстойным ротором имеющим сплошную обечайку – отстойные центрифуги. Изготавливаются также комбинированные отстойнофильтрующие центрифуги в которых совмещаются оба принципа разделения.
При разделении исходный продукт подается в барабан вращающийся с определенной скоростью и на требующее разделения вещество действует центростремительная сила и поскольку его компоненты имеют разную плотность твердая фракция оседает на стенки а фугат стремится к оси а затем стекает в специальные отверстия.
Конструкция и принцип действия машины (аппарата)
На рисунке 1.1 изображена центрифуга АГ-600-4.
Рисунок 1.1 – Центрифуга АГ-600-4
Основной рабочий орган центрифуги АГ-600-4 (рис. 1) - перфорированный ротор 1 - консольно расположен на горизонтальном валу вращающемся в подшипника качения. На внутренней поверхности ротора закреплена фильтрующая перегородка. На поворотной крышке старины центрифуги установлены механизм среза осадка 2 разгрузочный бункер 3 питающая труба 4 труба промывки и регенерации 5 сигнализатор уровня слоя осадка 6 и переключатель хода ножа.
В корпусе центрифуги имеется вентиляционный воздушник и люк для доступа к наружной поверхности ротора при осмотре.
Центрифуга снабжена клапанами: загрузочный 7промывным 8 регенерации сит 9 и разделительным 10 (для фугата и промывной жидкости).
Загрузочный клапан устанавливается непосредственно под ёмкостью с мешалкой для суспензии или на циркуляционной трубе. Привод ротора центрифуги осуществляется от электродвигателя 11 через центробежную муфту
и клиноременную передачу.
Суспензия подается в центрифугу через регулируемый загрузочный клапан и питающую трубу.
Фильтрат промывная жидкость и жидкость для регенерации сита отводятся раздельно через разделительный клапан.
Толщина накапливающегося в роторе слоя осадка определяется заранее установкой регулятора уровня слоя. После накопления и отжима осадок промывается ( если это требуется) снова отжимается затем срезается поступательно движущимся ножом и через бункер выгружается из центрифуги.
В осадительной центрифуге АОГ-600-4 в отличие от центрифуги фильтрующего типа ротор сплошной имеется механизм отсоса (отсосная трубка с автоматическим управлением). Клапаны промывки регенерации и разделительный отсутствуют.
Остальные узлы центрифуги не имеют принципиальных конструктивных отличий от соответствующих узлов центрифуги АГ-600-4.
Суспензию в осадительной центрифуге можно обрабатывать двумя способами:
)суспензию подают до заполнения ротора затем подачу прекращают и выводят жидкую фазу из ротора отсосной трубкой;
)суспензия продолжает поступать в ротор после его заполнения. Осветленная жидкая фаза переливается через борт ротора. После прекращения питания оставшуюся жидкую фазу выводят из ротора отсосной трубкой.
Выбор конструкционного материала
При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал абсолютно или достаточно стойки 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.
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).
Проектируемая горизонтальная центрифуга имеет барабан насаженный на вал кожух штуцер для подачи воды и штуцер для вывода фильтрата.
Для дальнейшего расчета принимаем нержавеющую сталь Х18Н9Т по ГОСТ 7350-77.
Данная сталь применяется для несущих и не несущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей работающих при положительных температурах
Химический состав в % стали Х18Н9Т: С – до 012; S Mn – до 2; N S – до 002; P – до 0035; Cr – 17-19; Cu – до 03; Fe – 67.
Прокат от 4 до 50 мм — для несущих элементов сварных конструкций работающих при температуре от -196 до +600°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.
Основные механические свойства стали:
В=530 МПа - предел выносливости; Т=216 МПа – предел текучести; =38%.
Для сварки аппарата к которому предъявляются требования стойкости швов против межкристаллической коррозии выбираем (по ОН 26-01-71-68) автоматиче-скую или полуавтоматическую сварку сварочной проволокой марки Св-07Х18Н9ТЮ (ГОСТ 2246-60) под слоем флюса АН-26. Нормалью ОН 26-01-71-68 рекомендуется следующие виды сварных швов выполняемые автоматической сваркой под слоем флюса: V-образные со скосом двух кромок двусторонние при ручной подварки про-тивоположной стороны и после ручной подварки корня шва.
Основные и проверочные расчёты
Целью технологического расчёта является определение параметров процесса протекающего в центрифуге при разделении жидкой неоднородной системы. К ним относится движущая сила процесса: для отстойных центрифуг – разность масс взвешенных частиц и жидкости для фильтрующих – разность давлений создаваемая центробежной силой.
Расчёт производственных параметров проводится с целью определения производительности центрифуг и определения оптимальных условий протекания процесса центрифугирования. Расчёт сводится к определению времени цикла обработки системы загружаемой в центрифугу количества загрузок и числа центрифуг необходимого для разделения заданного количества исходной системы.
1 Расчёт на прочность перфорированного ротора центрифуги
Рассчитываем толщину стенки цилиндрического ротора центрифуги (рисунок 3.1) в её средней части s и в месте соединения с плоским бортом sп если заданы: диаметр обечайки D = 2R = 12 м; диаметр загрузочного отверстия Do = 2Ro = 08 м; рабочая угловая скорость ротора = 11513 с-1; плотность обрабатываемой среды pc = 1000 кгм3; плотность материала ротора – сталь прибавка к расчётной толщине стенки С = 2 мм; коэффициент Пуассона = 03.
Рисунок 3.1 – Схема к расчёту сопряжений цилиндрической обечайки
Допускаемое напряжение материала ротора центрифуги при рабочей температуре МПа:
где p* = 260 МПа нормативное допускаемое напряжение при расчётной температуре МПа.
[]p = 1 260 = 260 МПа.
Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта
[]p.кр = 13 260 = 338 МПа.
Расчётные значения модуля продольной упругости E для углеродистых легированных сталей в зависимости от температуры должен соответствовать данным приведённым в ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность»: E = 195 105 МПа.
Коэффициенты ослабления цилиндрических оболочек от характера расположения отверстий φ0 в зависимости от конструкции и способа соединения даны в приложении: φ0 = 09.
Условный коэффициент заполнения ротора
Исполнительная толщина стенки обечайки s0 м
Толщина плоского борта в первом приближении
sп 15 001 = 0015 м 16 мм.
Допускаемая угловая частота вращения цилиндрической обечайки
2 Расчет сопряжения центрифуги
Рисунок 3.2 – Расчетная схема перфорированной цилиндрической обечайки
Уравнение совместности деформаций для узла соединения обечайки и борта с учётом направления действий нагрузок
где радиальные и угловые деформации края цилиндрической обечайки от действия Рл Р Qlh M определяются по следующим формулам:
Радиальные и угловые деформации наружного края плоскости борта от действия Рм РO1 Qni M при λ = R0 R = 07 определяются по следующим формулам:
Подставляя найденные по формулам значения величин деформаций в систему уравнений и группируя однородные члены получим систему двух уравнений с двумя неизвестными Q0 и M0.
Решая эту систему уравнений находим значения краевых нагрузок Q0 и M0
Отсюда краевые нагрузки Q0 = 643067 Нм M0 = 17306 Нм. Меридиональные напряжения от действия сил инерции обрабатываемой среды
Толщина стенки обечайки в краевой зоне в первом приближении
Так как продолжаем расчет с ранее рассчитанными значениями.
Напряжение в обечайке на внутренней поверхности края:
Проверим условие прочности края цилиндрической обечайки
49 МПа 09 338 = 3042 МПа – условие прочности выполняется.
3 Расчёт вала на виброустойчивость
Выполним расчет центрифуги на виброустойчивость и оценим влияние гироскопического момента барабана и вылета его центра массы на величину критической угловой частоты если заданы: диаметр вала d = 0045 м ; расстояние от опоры Б до днища L1 = 014 м; расстояние между опорами L = 028 м; наружный диаметр ротора Dн = 12 м; остальные размеры барабана и ротора указаны на рисунке.
Коэффициент заполнения барабана = 1; плотность обрабатываемой среды pc = 1000 кгм3; плотность материала вала и барабана p = 7800 кгм3; E = 2
Рисунок 3.3 – Ротор центрифуги и расчетная схема его консольного вала
Определим массы следующий элементов:
- кольцевого плоского диска:
- цилиндрической обечайки:
- диска (днища) барабана:
Найдем силы тяжести:
Вычисляем расстояние от точки В до центра массы:
- цилиндрической обечайки
- диска (днища) барабана
Найдем расстояние от центра массы барабана до края днища из условия равенства нулю суммы моментов относительно точки В
Вычисляем расстояние от центра массы барабана до центров масс деталей (кольца обечайки днища):
Вылет центра массы барабана
Моменты инерции вращающихся масс осевые:
Тогда осевой и экваториальный моменты инерции барабана:
Для нахождения критической частоты вращения вала надо найти диаметр вала. Его находим из формулы осевого момента сопротивления:
Изгибающий момент находим путем построения эпюр.
Рисунок 3.4 – Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил
Подставим изгибающий и крутящие моменты в формулу получим:
Подставим в формулу осевого момента сопротивления:
Из осевого момента сопротивления найдем диаметр:
Принимаем ближайший стандартный размер
Критическая частота вращения вала при условии что вся масса барабана сосредоточена в точке В его крепления к валу:
Критическая частота вращения при учете вылета центра массы барабана от точке В крепления его на валу и у с учетом массы барабана равна:
Коэффициенты влияния находим по формулам:
Для проверки условия виброустойчивости вычисляем отношение
Сравниваем его со значением 07 или 13 и делаем вывод об условиях работы вала.
Условие виброустойчивости не выполняется следовательно у нас гибкий вал.
4 Конструирование опорного узла горизонтальной центрифуги
Ротор горизонтальной центрифуги представляет собой горизонтальный вал с насаженным на него перфорированным ротором с ножевой выгрузкой осадка. Так как вал горизонтальный то он устанавливается на два двухрядных самоустанавливающихся подшипника. Согласно этому компонуем схему подшипникового узла (рисунок 3.5).
– прокладка крышки подшипникого узла; 2 5 6 – уплотнительное кольцо; 3 – вал; 47 – двухрядный самоустанавливающийся подшипник
Рисунок 3.5 – Схема подшипникового узла
Два подшипники 47 устанавливаются свободно на вал 3 с одной стороны фиксируется прокладкой крышки подшипникового узла 1 и уплотнительным кольцом 2 с другой стороны двумя уплотнительными кольцами 5 6 где одно из них устанавливается до упора перехода вала 3.
Вал с подшипниками устанавливается в цельный корпус. Для герметизации вала устанавливают крышки с уплотнительными кольцами. С целью избегания утечки смазки предусмотрены манжетные уплотнители.
5 Расчёт пружинных амортизаторов
Необходимо рассчитать виброизоляцию под центрифугу типа АГ-2000.
Нам известно: масса центрифуги масса привода масса циклона 118 кг частота вращения ротора 1100 обмин масса вращающихся частей 3000 кг диаметр ротора 12 м динамическая нагрузка возникающая при вращении ротора 8000 Н.
Задаемся отношением массы системы к массе вращающихся частей:
Тогда масса системы:
Задаемся отношением частоты вынужденных к частоте тогда:
Жесткость виброизоляторов:
Принимаем что основание опирается на четыре пружинных подставки каждая из которых имеет четыре пружины.
На каждую пружину действует статическая нагрузка:
где n – количество пружин 48.
Пружины выполнены из стали 60С2А для которой допускаемое напряжение при сдвиге Па.
Принимая средний диаметр пружины определяем диаметр прутка пружины:
Жесткость одной пружины в вертикальном направлении:
Число рабочих витков в пружине:
Принимаем ближайшее число витков 5.
Высота ненагруженной пружины:
Осадка пружины под действием статической нагрузки:
Жесткость пружины в горизонтальном направлении:
Координаты центра масс системы:
Пружинные подставки располагаемые симметрично относительно осей основания.
Пренебрегая за малостью моментами инерции привода и циклона найдем моменты инерции всей системы:
Находим частоты собственных колебаний:
Для определения частоты связанных колебаний находим коэффициенты связи:
Две частоты связанных колебаний вдоль оси и вокруг оси :
Определим коэффициенты связи и :
Найденные частоты собственных колебаний значительно меньше частоты вынужденных колебаний:
Определим амплитуду поступательных колебаний центра масс системы по формулам с учетом динамической нагрузки равной 8000 Н:
Далее найдем возмущающие моменты.
При направлении силы вдоль оси
При направлении силы вдоль оси :
Если определить амплитуду колебаний точки с координатами то наибольшее смещение в этом случае равно 232 мкм.
Динамическая нагрузка на несущую конструкцию.
- вертикальная составляющая:
- горизонтальная составляющая:
Степень унификации и стандартизации
Количество унифицированных деталей и узлов: опоры - 2 шт.
Количество стандартизированных деталей и узлов: болты - 62 шт.; гайки - 62 шт.; шайбы - 62 шт.; прокладки - 2 шт.; обечайка -1 шт.; крышка - 2 шт.; кожух - 1 шт.; шкив - 1 шт.; ротор - 1 шт.; втулка ротора - 1 шт.
Остальные: виброизолированный фундамент - 1 шт.; станина - 1 шт.; опорный узел - 1
Степень унификации и стандартизации определяем по формуле:
где – количество унифицированных и стандартизированных деталей и узлов шт;
– общее количество деталей и узлов шт.
т.е. изделие соответствует требованиям унификации.
Список использованных ГОСТов
Крышка ГОСТ 12836-78
В процессе выполнения курсовой работы ознакомились с принципом и основными этапами расчета горизонтальной центрифуги. Научились рассчитывать вал горизонтальной центрифуги на прочность жесткость и виброустойчивость.
В результате выполнения курсового проекта было сделано описание конструкции и принцип действия горизонтальной центрифуги. Произведели расчет перфорированного ротора центрифуги и сопряжения ротора центрифуги. В этом разделе мы нашли исполнительную толщину стенки . допускаемую угловую частоту вращения цилиндрической обечайки проверили прочностное условие цилиндрической обечайки которое получилось 2349 МПа 3042 МПа следовательно условие выполняется и значения были подобраны правильно. Так же выполнили расчет вала на виброустойчивость получилось что условие виброустойчивости не выполняется т.к рабочая частота вращения сделали вывод что у нас гибкий вал. С помощью раздела расчета пружинных амортизаторов мы рассчитали что у нас 48 пружин и динамическая нагрузка на по вертикали составила 1013 Н а по горизонтали составило 678 Н. И в конце всех расчетов мы нашли процент унификации он составил 968 %.
Список использованных источников
ТимонинА.С. Основы конструирования и расчета химикотехнологического и природоохранного оборудования. Справочник.
В 2-х т. Т. 2 А.С. Тимонин. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой
МихалевМ.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств (примеры и задачи): учеб. пособие
М. Ф. Михалев [и др.] – Л.: Машиностроение 1984. – 304 с.
ЛукьяненкоВ.М. Промышленные центрифуги
В.М.Лукьяненко А.В.Таранец – М.: Химия 1974. – 376 с.
АлексеевГ.В. Технологические машины и оборудование биотехнологий: учеб. для вузов Г. В. Алексеев Ю. И. Корниенко. – С.Пб.: ГИОРД 2015. – 607 с.
СоколовВ.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств В. И. Соколов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Колос 1992. – 399 с.
ОстриковА.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств: учеб. для вузов А.Н. Остриков О.В.Абрамов. – СПб.: ГИОРД 2003. – 352 с.
ДемьянушкоИ.В. Расчет на прочность вращающихся дисков И. В. Демьянушко. – М.: Машиностроение 1978. – 247 с.
СапожниковМ.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов. Атлас конструкций : учеб. пособие М. Я. Сапожников
З. Г. Гиберов С. Г. Силенок. – М.: Машиностроение 1978. – 112 с.
Кольман-ИвановЭ.Э. Машины химических производств: Атлас конструкций: Учеб. пособие для хим.-мех. спец. вузов
Э. Э. Кольман-Иванов Ю. И. Гусев И. Н. Карасев. – М. : Машиностроение 1981. – 118 с.

Спецификация _ Центрифуга _ КР 000000.000 СБ.spw

Левая крышка корпуса
Правая крышка корпуса
Болт М20-4 х 80.36.016

Вал.cdw

* Размеры для справок
Не указаны литейные радиусы 3 5 мм.
Сталь 45 ГОСТ 7350-77