离心机毕业论文计算过程与理论分析

1、计算过程与理论分析第二章 卧螺沉降式离心机工艺计算2.1 分离因数的计算分离因数是表示离心机分离能力的主要指标，是代表离心机性能的重要标志之一。值愈大，物料受的离心力愈大，分离效果也就愈好。分离因数为被分离的物料在离心力场中所受的离心力和它所受的重力的比值，即式中 离心力场中物料的质量（kg）转鼓的角速度：=2n/60=204.1rad/s转鼓内半径：R=400mm将上述数据代入可得分离因数：分析上述各式可以找到提高分离因数的途径。由于分离因数Fr与转鼓半径R成正比，因此增大转鼓尺寸时Fr值增长较平缓，但在增大转鼓半径后，转鼓的应力状态就受到较大影响，而分离因数Fr与转鼓转速n成平方关系，提高

2、转速时，Fr增长很快。所以高速离心机的结构特点是转速高、直径小、分离因数大。分离因数的提高并不是任意限制的，其极限值取决于转鼓的机械强度。2.2 生产能力计算按理论计算生产能力： =7308.06 修正系数：临界颗粒直径， 沉降区长度 2.3功率计算2.3.1 启动转动件所需的功率N1 转动件加速到角速度所需的功为： 式中Jp 转动部件的转动惯量， 。则启动转动体的平均功率为：（W）式中，为启动时间。对于高速或高转动惯量的离心机，启动时间较长。启动时，电机的电能转变为机械能的效率是很低的，很大部分的能量在马达内转变为热能。由于启动时间受电动机尺寸及设计影响，因此，大功率离心机尽量避免频繁的启动

3、，一般最多一到两次/小时。启动转鼓转动所需功率计算如下:欲使离心机转鼓等转动件，由静止状态达到工作转速具有一定的动能，必须由外界作功，该功为:式中 转动件线速度，m/s；为转动件绕轴旋转的转动惯量，。启动转动件的平均功率为：式中 启动时间，s；离心机的角速度，rad/s。转动件的转动惯量，主要考虑转鼓、皮带轮、制动轮等质量较大、半径较大的转动件的转动惯量。此外还有一些较小的转动件，启动时也需要功率，可不逐一计算，只要将上述计算的功率增加5-8%即可。以下是本机主要部件转动惯量的计算：4密度:7900kg/m，转鼓的总长度:L=2500mm直段转鼓长度:H2=870mm。1） 直端转鼓 2）锥段

4、转鼓 根据资料：(3) 前半轴取转动惯量为13.8kg/m24）后半轴取转动惯量为13.8kg/m25）差速器差速器近似等于前半轴转动惯量，取转动惯量为13.8kg/m26）皮带轮取转动惯量为7kg/m2(7) 推进器叶片取转动惯量为9 kg/m2则总的转动惯量为考虑到其他转动部件，扩大1.08倍： 式中：为启动时间，取时2.3.2 加速物料所需的功率N2加速物料到转速并在半径r处排放所需的功率为物料密度， 2.3.3 轴承摩擦损耗的功率N3计算轴承摩擦损耗时，要考虑到轴承所受的静载荷和动载荷。所谓动载荷就是由于转鼓内物料分布不均引起的偏心动载荷。轴承摩擦损耗的功率为 （W）式中 、两个支承处

5、轴颈的直径，取m；摩擦因数，与轴承类型有关，滑动轴承，滚动轴承，取； 受静载与动载作用的离心机主轴承上的载荷，N设转鼓加料后总的质心对转鼓回转轴线的偏移为，相应产生的离心力为：则主轴承受的总载荷为式中 转鼓装料后的总质量， 重力加速度，m/s2；质心偏心距转鼓半径，将以上各值带入公式，则 主轴承受总载荷为轴承摩擦损耗的功率为2.3.4空气摩擦消耗的功率N4空气摩擦消耗是由转鼓周围空气对高速旋转的转鼓的黏性阻力。因此，空气摩擦消耗与旋转件内外跟空气的接触面积、转速和空气黏度或密度有关，可表示为式中 转鼓周围气体介质密度，常压下空气可取1.3kg/m3；转鼓长度， m；转鼓外半径， m；转鼓内液体

6、自由表面半径， m2.3.5 卸料所需的功率N5一些离心机的卸料装置在进行卸料时的阻力增加了主轴的负荷，也将消耗一部分主轴功率。螺旋卸料离心机是利用螺旋叶片将沉渣推送到卸料口而实现卸料，所以螺旋卸料离心机的卸料功率应包括以下几个方面：（1）克服沉渣的离心惯性力沿转鼓母线的分力所消耗功率；（2）克服沉渣与转鼓摩擦所消耗功率；（3）克服沉渣与螺旋叶片所消耗功率。计算时将卸料功率分为锥段和柱段两部分，分别计算圆锥段消耗功率和圆柱段消耗功率，则总的功率可以表达为：2.3.5.1 圆锥段转鼓推料消耗的功率计算对于双螺旋叶片的螺旋卸料离心机，由圆锥段的推料公式可计算出圆锥段转鼓的推料功率，其计算公式如下：

7、式中 单位时间内离心机获得的沉渣质量；沉渣与转鼓壁间的摩擦系数，对圆锥段；沉渣与螺旋叶片间的摩擦系数，对圆锥段；圆锥段转鼓长度，； 转鼓圆锥段大端半径，；转鼓圆锥段小端半径，；螺旋导程，；重力加速度。2.3.5.2 圆柱段转鼓推料消耗的功率计算对于双螺旋叶片的螺旋卸料离心机，由圆柱段的推料公式可计算出圆柱段转鼓的推料功率，其计算公式如下： 式中 沉渣与转鼓壁间的摩擦系数，对圆柱段；沉渣与螺旋叶片间的摩擦系数，对圆柱段；圆柱段转鼓长度，；圆柱转鼓半径， =3.89kW2.3.6 总功率计算启动功率：运转功率：2.3.7 电动机的选择根据查阅机械设计课程设计手册 Y系列三相异步电动机技术数据最终选

8、择Y90L-4型电动机。2.4 螺旋输送器相关参数的确定2.4.1螺旋推料器的基本参数螺旋推料器的基本参数包括:螺旋头数、螺距S、叶片的高度、推料器与转鼓的间隙、叶片与转鼓内壁母线的关系等。2.4.2螺旋的头数ns螺旋叶片可以是单头，双头，也可以是多头。当螺旋的头数增加一倍时，螺旋的输渣效率也相应的增加一倍，但随着螺旋头数的增加，螺旋叶片在机内对沉降区的扰动也会增加，从而使分离液中的含固量增加，降低沉降效果29。因此综合考虑，本设计取双头，即。2.4.3螺距S。本设计在圆柱段螺旋采用0.29m的等螺旋形式，在锥段采用0.448m到0.168m的线性变化。 螺旋推料器在锥段采用变螺距的结构形式，

9、主要的目的是增加沉降时间，提高分离效果；另外逐渐减小螺距使物料在锥段受到渐变的挤压作用，可以减小泥饼的含水量。2.4.4推料器与转鼓的间隙h一般地，螺旋推料器的外圆面与转鼓的内圆面必须同心，两者之间应有0.5mm2.5mm的间隙，间隙越小推料情况就越好。但在间隙太小时，由于加工、装配等原因，可能形成转鼓与螺旋推料器的旋转偏心而造成二者直接摩擦，出现事故31。综合考虑取值mm。2.4.5叶片与转鼓内壁母线的关系据资料介绍，工业用离心机的螺旋叶片一般选择垂直于转鼓壁内表面设计，它比选择叶片垂直于转鼓轴线要节省20%的功率。本设计中选用叶片垂直于转鼓内壁母线的结构形式。2.4.6螺旋输送器叶片的选择

10、叶片选用连续整体螺旋叶片，叶片厚度8mm，双头螺旋，螺旋升角。材料与转鼓材料相同：1Cr18Ni9Ti不锈钢。为了增加叶片的耐磨性，对叶片的推料面进行硬化处理，采用在叶片表面喷涂30%镍基碳化钨硬质合金。2.5进料口直径的确定由计算可知，本项目的离心机生产能力为：，水的流速，取物料流速：u=1.4m/s2.6 差速器的选择 由于2K-H渐开线行差速器的承载能力大、体积小、重量轻、传动比大、噪声小、便于维修等优点，所以本设计选用2K-H型渐开线行星齿轮差速器。2.7螺旋脱水区的沉渣动力学设-转鼓角速度，r-微块处回转半径，-垂直于螺旋叶面的法向力，-分别为沉渣与鼓壁和螺旋叶面之间的摩擦系数，-转

11、鼓锥筒段的半锥角，-螺旋叶片的升角，-螺旋叶片的母线与垂直于转鼓轴线的径向平面间的夹角，-沉渣沿鼓壁滑动方向与垂直于转鼓轴线的径向平面间的夹角，-沉渣在叶面上的滑动方向与切线方向间的夹角取螺旋升角 由=2.7.1沉渣在脱水区停留时间 设 2.7.2 螺旋的输渣效率2.7.3 螺旋的转矩及输渣功率 利用积分 = =16022.2N·m 输渣功率N=74kw2.7.4 螺旋所受的轴向力 2.7.5 转鼓内表面与螺旋推渣表面磨损性 =241847.57 以上 , 为转鼓内壁面的磨损性, 其随头数增加而成倍多地增加, 磨损严重。为螺旋叶片面的磨损性, 当头数增加, 而螺距不增加时, 其磨损性

12、变化不大, 因为升角p的囚索: 升角日大, 其磨损减轻, 但其生产能力在头数增加时亦增加, 这就加剧了磨损, 这样一增一减, 使其最终磨损情况单头与多头螺旋在螺距相等时几乎相差不多。但若单头螺旋螺距增大, 则升角日增大, 磨损将减轻。螺旋叶片的磨损主要为轴向推料面磨损和径向圆周面的磨损。为了增加其耐磨性,通常在叶片土喷镀硬质合金或其它耐磨材料。但螺旋叶片径向圆周面难以喷镀, 为了解决这个问题, 将螺旋叶片加工成复合倾面, 即在原叶片端部倒3 0度角 ，然后在复合倾面上喷镀耐磨材料。第三章 强度校核3.1 转鼓的强度校核3.1.1离心力场中物料的液体压力离心机工作时，处于转鼓中的液体和固体物料层

13、，在离心力场的作用下，将给转鼓内壁以相当大的压力，称为离心液32压。离心液体压力沿半径上的变化是从液环内表面的零值到转鼓壁达最大值，根据化学工程手册可得物料对筒壁的压力计算公式如下：式中 离心液压，；转鼓内被分离物料的重度 ，；转鼓的回转角速度，；转鼓内表面半径，；转鼓内物料环的半径 ，；重力加速度 ，。当转鼓转速很大时，液面近似与转鼓平行的同心圆柱面，此时近似于常数，如下图：图5-1转鼓内液面示意图在本离心机项目中：转鼓内被分离物料的重度， ；转鼓的回转角速度 ，；转鼓内表面半径，； 转鼓内物料环的内径，；转鼓内物料环的半径 。将上述数据代入可得物料对筒壁的离心液压=255705.92.55

14、6MPa3.1.2转鼓壁厚计算圆筒形转鼓壁厚为: 圆锥形转鼓壁厚为:本设计中，转鼓的圆锥形大口处周向应力最大，故壁厚按大口处计算.因此，按圆锥形转鼓壁厚计算得:式中 转鼓的内半径，m；转鼓中物料的填充系数；焊缝的强度系数；转鼓壁材料的许用应力，Pa；转鼓半锥角。许用应力选取下列两值中的较小者: 式中 设计温度下材料的屈服极限；计温度下材料的强度极限；屈服极限的安全系数，一般为；强度极限的安全系数，一般为。本设计中，焊缝的强度系数， =0.95； 钻井液密度，=1000kg/m3； 转鼓的内半径，R=0.4m； 角速度，=204.1rad/s； 转鼓半锥角，=8°根据圆锥形转鼓壁厚计算

15、公式: 式中 转鼓的许用应力计算如下：由机械手册查得: ， 取 则， 取最小值将上述各值代入壁厚计算式，则得：根据钢板的标准厚度，考虑到圆筒及圆锥部分的加工制造方便和腐蚀裕量等因素，取=15mm。3.1.3转鼓强度计算3.1.3.1材料的许用应力取其小者，许用应力为3.1.3.2转鼓应力1) 转鼓圆筒部分33空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力：式中 对不开孔转鼓的开孔系数，q=1； 转鼓材质密度，=7.9g/cm3；转鼓平均半径，R2=405mm。带入各值，得物料载荷离心力产生的鼓壁环向应力：式中 物料的密度，=0.95g/cm3； 转鼓内半径，R1=400mm； 物料环内半径，R3=225mm；

16、转鼓壁厚，=15mm；加强箍系数，Z=1。代入数据，得：则圆筒部分应力： 对于按GB 11345规定进行100射线探伤检查或其他等效的探伤方法进行检查的焊缝，其焊缝系数K=0.95。2) 转鼓锥体部分空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力：物料载荷离心力产生的鼓壁环向应力：锥段应力：取其大者t=91.16MPa<=105MPa，转鼓强度满足要求。3.1.4转鼓的疲劳强度校核对承受循环载荷次数较高的离心机转鼓，如卧螺离心机、间歇操作的三足式离心机及部分碟式分离机应考虑疲劳强度校核。按我国GB 3705标准规定，建议按转鼓材料测定其承受次以上循环载荷作用下的疲劳强度，并进行疲劳强度校核，即式中 转鼓的

17、环向总应力； 安全系数； 转鼓材料的抗疲劳强度极限。本离心机转鼓的环向应力t=91.6MPa，转鼓的抗疲劳强度极限，故可知其安全。3.2 主轴的强度校核通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。一般的轴用这种方法计算即可。计算步骤如下：（1）作出轴的计算简图轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮宽度的中点算起。通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置有关，可按下图来确定。图b中的a值可查滚动轴承样本或手册，图d中的e值与滑动轴承的宽径比B/d有关。由图（c），画出本设计的计算简图：M=1700kg ，a=0.12，b=0.098得出 （1）做出剪力图（2）作出弯矩图： （3）作出扭矩图： （4）校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对危险截面做弯扭合成强度校核计算36