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    臥螺離心機轉鼓主要參數對其模態的影響研究

    發布者:北京時代北利離心機有限公司 發布日期:2018-7-27 17:51:07

     臥螺離心機轉鼓主要參數對其模態的影響研究
    離心機是高效、低耗的離心分離設備,高速旋轉的轉鼓能產生強大的離心力,從而實現各種物料的液、固及液、液分離.作為核心部件的轉鼓必須滿足3個條件:耐腐蝕、高強度及低能耗.只有三者兼備,才能保證離心機的使用性和安全性.對改變參數后對轉鼓強度的影響研究還做的不夠,同時它的結構、形狀和參數在很大程度上決定了離心機的特點和工藝效果.若是轉鼓參數變化導致其強度低,很難提高離心機的分離因數,束縛了大直徑、高轉速離心機的發展.
      離心機轉鼓是一個每分鐘轉動數百乃至數萬轉以上的高速回轉殼體,合理設計轉鼓不僅是保證離心機能正常工作及安全運行的前提,而且將直接影響離心機的技術經濟指標.轉鼓 基 本 參數包括:轉鼓 內 徑 D=520m m;液池高度h=33-55m m;轉鼓壁厚t=18 mm;轉鼓轉速nZ=2 800 r/min;圓錐段轉鼓長H:=777 mm;圓柱段轉鼓長從=1 064 mm;圓錐段轉鼓半錐角a=80;轉鼓總長度、L =1 800 mm;轉鼓材料為IOCr22Ni5Mo3N;許用應力Sm =205/MPa;固相密度P=1470 kg/m3;液相密度P=1 085 kg/m3;處理能力Q=13-20 m3/h.
      在諸多參數中,主要對轉鼓轉速、轉鼓壁厚和液池深度3個參數對強度影響進行研究.
      1 轉鼓轉速的影響
      分離因數亦即離心加速度與重力加速度的比值.分離因數的值一般是以轉鼓的轉速表示的.分離因數是表示離心機分離能力的主要指標,是代表離心機性能的重要指標之一值愈大,物料受的離心力愈大,分離效果也就愈好.
      可以看出數據之間存在平方的關系.這說明轉鼓總應力、轉鼓自身質量的離心力產生的應力和物料離心壓力引起的應力,這些應力的最大值均與轉速的二次方成比例.這個結論完全符合傳統的計算圓筒形或者圓錐形的轉鼓筒體應力的理論公式.因為提高轉速,轉鼓的應力的最大值將隨之快速增長,所以對于一定尺寸和材料的轉鼓,轉速的提高并不是任意無限制的,其極限值取決于轉鼓的機械強度和結構參數.在本分析中,轉鼓的最高許用轉速為約為3 500 r/min.當轉速超過這個值時,最大應力大于1.5S.,轉鼓會發生危險.
       除了轉鼓強度外,選擇轉鼓轉速飛還應考慮生產能力、分離要求和功率消耗.如需高分離因數時,應采用較高強度的材料.
    各種載荷作用下轉鼓的最大徑向位移均與轉速的二次方成比例,即轉速的增大,也可能會導致轉鼓徑向變形過大.因此為了改善分離效果而提高轉速時,應保證變形在許可的范圍內,以避免與固定機殼發生碰擦.
      2 轉鼓壁厚的影響
      本設計把轉鼓最大內徑D、轉鼓總長L以及轉鼓轉速n.(或離心分離因數F,)作為設計常量,根據設計要求事先給定.當螺旋離心機轉鼓的這些主要結構參數處理為常量時,轉鼓的強度主要取決于轉鼓的幾何尺寸.如果材料、價格加工成本都一樣,則轉鼓在滿足強度、剛度等條件下的質量越輕越經濟,可見轉鼓的厚度尺寸的變化將直接影響到轉鼓的強度、剛度和質量大小,因此把優化計算的變量定為轉鼓的壁厚.影響離心機轉鼓壁厚的因素很多,離心機轉鼓的壁厚與物料的密度、轉鼓的內徑、物料的厚度、轉鼓的密度成正比;與使用應力、削弱系數成反比.
      由于現行設計的轉鼓壁厚已滿足強度要求,并有很大的安全裕量,因此從考慮節省成本的角度出發,用有限元方法對轉鼓進行優化,在保證強度、剛度的前提下,使得轉鼓的壁厚尺寸逐漸降低,并觀察壁厚尺寸參數的變化對應力SINT和徑向位移DZ產生的影響.
    正常工況(凡十只)下的應力SINT最大值隨著轉鼓壁厚的減小而增大,且增大的幅度較小.即使在轉鼓壁厚為6 mm時,應力SINT最大值仍然小于材料的基本許用應力205 MPa,符合強度要求.從圖3還可以直觀看出,物料的離心液壓所產生的應力變化曲線和正常工況下的變化曲線幾乎平行,隨著壁厚的變化,離心力所產生的應力最大值變化很小.這說明轉鼓自身質量引起的離心力在壁內產生的應力與鼓壁厚度無關,轉鼓壁主要是承受物料的離心液壓,所以改變鼓壁的厚度并不能降低自身質量離心力引起的應力.
    各種工況下徑向位移的最大值都隨著轉鼓壁厚的減小而增大,并且增長趨勢和應力的變化曲線相近似.在轉鼓壁厚減薄到一定程度時(4 mm),徑向位移的增大速度較快,所以在選擇較小的轉鼓壁厚時一定要考慮剛度(變形)條件.
      為了保證離心機轉鼓的準確加工、合理安裝及安全運行等要求,轉鼓的壁厚不僅要滿足強度和變形的要求,還應不小于某一規定值,即t-tm,這里將轉鼓壁厚設取為10m m,那么轉鼓總質量降低了約260 kg,可節省材料近34%,也降低了啟動功率消耗.
      3 液池深度的影響
      液池 深 度 h=R-Ro,因轉鼓直徑R是一定的,當液池深度小時,液池半徑R。大,那么物料在脫水區停留時間長,沉渣的含濕量就小,但是容易造成排渣困難,甚至排渣失敗.所以一般情況下,對于不同的物料首先在保證順利排渣的前提下,再考慮對含濕量的要求,從而合理選擇液池深度,應盡量選擇液池深度大些的以利排渣,對于比重較小的物料,且液池深度較淺的情況,轉鼓總應力的最大值和物料離心壓力引起的最大應力均隨著液池深度的增加而增大,但是增長緩慢;轉鼓自身質量離心力產生的最大應力不隨著液池深度的變化而變化,說明它與液池深度無關.可見,本分析中液池深度的大小對轉鼓應力的影響很小,選取液池深度時可不考慮轉鼓強度,只需保證順利排渣和獲得較低的含濕量即可.
    物料比重較小,并且液池深度較淺,轉鼓的總徑向位移最大值和物料離心壓力引起的徑向位移的最大值均隨著液池深度的增加而增大,但是增長很緩慢;轉鼓自身質量的離心力產生的徑向位移與轉鼓的液池深度無關.

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