Технологический расчет аппарата и вспомогательного оборудования

  Основные  детали сепаратора (корпус, крышка, основание, затяжные кольца-гайки) изготовляют из поковок или штамповок из нержавеющей стали. Затяжные кольца имеют левую резьбу, что исключает возможность их самоотвинчивания при вращении барабана по часовой стрелке. Листы для изготовления тарелок барабана должны иметь маркировку завода — поставщика металла. Торцевые уплотнительные кольца барабана должны быть изготовлены из упругих полимерных материалов, резиновые уплотнения барабана—из пищевой резины только формованием. Все уплотнения барабана (полимерные и резиновые) должны быть стойкими к дезинфицирующим и моющим растворам и обладать следующими свойствами: теплостойкостью не менее 80 °С; нетоксичностью и отсутствием постороннего запаха; стойкостью в 20%-ных растворах азотной кислоты и едкого натра; работоспособностью в условиях давления 20—30 МПа.

4. Прочностные  расчеты

4.1 Расчет  на прочность быстровращающейся обечайки барабана сепаратора

Одним из основных элементов конструкций сепараторов, центрифуг и другого оборудования являются цилиндрические или конические обечайки. В общем случае они находятся под совместным действием распределенных по поверхности инерционных нагрузок от собственной массы обечайки qс и массы обрабатываемой среды Рс, краевых сил Qс и момента М0.

Нормальные напряжения, возникающие в быстровращающихся обечайках от действия указанных нагрузок с другими в узлах их сопряжения с другими деталями ротора по формулам:

                                                                               ( 1  )

                                                                                 (  2 )  

а на участках обечайки, отстоящих от края – по формулам:

     и т.д. 

1. Вычислить  ωкр и  проверить условие виброустойчивости ротора сепаратора.

Исходные данные: Вал закреплен на одной шарнирной  и второй податливой опорах с коэффициентом  жесткости  н/м.

Моменты инерции  барабана относительно осей Z и X соответственно:

Yz =40,1 кг/м²; Yx = 22 кг/м²; m = 240 кг; ω =108с‾¹.

Решение:

В связи со значительной податливостью опоры можно пренебречь податливостью вала и считать  его абсолютно жестким. Тогда  критическую скорость ротора можно  определить по формуле:

раз/с;                     ( 3 )

Таким образом  , что обеспечивает хорошее самоцентрирование ротора в послерезонансной области.

2. Определить  скорости цилиндра – конического  ротора сепаратора и проверить  прочность соединения обечаек  ротора (барабана).

Исходные данные:

Внутренний диаметр  барабана D = 2R = 640 мм, длина цилиндрической обечайки l = 385. Угол при вершине конической обечайки 2α = 90° С, диаметр загрузочного отверстия D0 = 0. Исполнительная толщина стенок цилиндрической и конической частей барабана S = Sк = 10 мм (принимаем). Рабочая угловая скорость барабана ω = 108 с‾¹. Плотность и температура обрабатываемой среды ρс = 1029 кг/м³, t = 60 °C. Материал барабана Х18Н10Т, p = 7850 кг/м³. Коэффициент Пуассона μ = 0,3. Прибавка к расчетной толщине стенки С = 1 мм. Коэффициент прочности сварных швов φ= 0,9.

Решение:

Допускаемое  напряжение материала ротора при  рабочей температуре  МПа, где η = 1, МПа.

Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта

МПа.

Допускаемое напряжение в зоне краевого эффекта

[σ]р.кр = 1,3[σ]р = 1,3·152 = 197,6 МПа. 

Расчет  толщины стенок обечаек 

1. Расчет толщины  стенки цилиндрической обечайки  сепаратора.

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора определяют по формуле:

Примем Sц = 12 мм. 

Расчет  толщины стенки конической обечайки 

Толщина стенки конической обечайки равна:

Примем Sк = 12 мм.

 Допускаемая  угловая скорость цилиндрической  обечайки, находим по формуле:

где ψ = 1-(R0/R)² = 1 (R0 = 0). 
 
 

Допускаемая угловая  скорость конической оболочки, находим  по формуле: 

Ротора цилиндро-конического:

[ω]k = min {[ω]ц ; [ω]к} = min {138,6 ; 101,34} = 101,34 раз/с;

Уравнения совместимости деформаций для узла соединения цилиндрической  и конической обечаек барабана (рис) с учетом направления:

где для края цилиндрической оболочки при S = 12мм.

м; 
 
 
 
 

;

;

м;

м;

;

раз;

раз,

для широкого края конической обечайки при Sк = S = 12 мм, α = 45°

;

;

;

 н/м;

;

;

;

;

;

;

Подставив найденные значения раздельных и угловых деформаций в систему уравнений и упростив, получим:

Отсюда: краевая  сила Q0 = 11301 н/м; краевой момент М0 = 518 Н.

    Нормальные  напряжения на внутренней поверхности края цилиндрической обечайки с учетом формул и направления действия нагрузок:

- Меридианалиное

 

- Кольцевое

 
 

-Эквивалентное

σэкв.ц = max {σmц;σtц} = max {30,155;26,66} = 30, 155 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6) = 177,84 МПа, то

Условие прочности  края цилиндрической обечайки выполняется.

   Нормальные  напряжения на внутренней поверхности  края конической обечайки с  учетом формул и направления  действия нагрузок:

- Меридиальное

- Кольцевое

- Эквивалентное

σэкв.к = max {σmк;σtк} = max {25,06;61,98} = 61, 98 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6<177,84)

σэкв.к < φ[σ]р.кр(61,98МПа<0,9·197,6<177,84), то условие прочности узла соединения цилиндрической и конической обечаек ротора выполняется.

5.1 Ремонт  сепаратора

      При текущем ремонте сепаратора чистят барабан, тарелки, регулируют зазор между тарелками, проверяют набивку сальников, смазочный материал подшипников, заменяют смазку в подшипниках, проверяют зубчатые колеса, их износ, проверяют отклонение валов электродвигателя и редуктора (пары), осматривают муфту и полумуфту, пальцы и их износ, биение. При капитальном ремонте заменяют пальцы муфты, смазки, набивки, манжеты, подшипника барабана, контролируют тормоз барабана сепаратора. Другие работы определяются после деффектации и составления дефектной ведомости.

      Значительный  износ корпуса барабана и других деталей ротора сепаратора, а также наличие трещин на них привод к нарушению балансировки и появлению заметной вибрации. Вибрирующий сепаратор останавливают и не запускают в работу до тех пор, пока не будет обнаружена и установлена причина вибрации.

      Часто изнашивается тормозной обод на барабане и тормозная лента. Тормозной  обод обтачивают на станке, причем после каждого ремонта ротор подвергают статистической и динамической балансировкам. Изношенную тормозную ленту (накладки) заменяют. Надежные крепления тормоза на станине и кожухе, а также тормозных пружин регулярно проверяют; дефекты ликвидируют.

      Отремонтированный сепаратор сдают в эксплуатацию после пробного пуска, при котором контролируют устойчивость вращения ротора, уровень шума, температуру подшипников, работу системы блокировки электродвигателя, тормоза и механизма запирания крышки.