- •Лекции по дисциплине «Машины химических производств» для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств».
- •Часть 1 (32 лекционных часа)
- •Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации…………………………
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства
- •Машины для дробления сыпучих материалов……….
- •Машины для помола материалов……………
- •Машины для классификации сыпучих материалов………..
- •Список литературы……………………..
- •Для заметок……..
- •Список литературы………………
- •Дозаторы…………………
- •Контрольные вопросы по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов …………………………………..
- •Список литературы……………………………. Аннотация
- •Контрольные вопросы по теме «Химическое оборудование, его классификация, особенности его эксплуатации»
- •Сыпучие материалы, их физико-механические свойства.
- •Свойства сыпучих материалов.
- •Гранулометрический состав.
- •Основные физические характеристики сыпучих материалов.
- •Силы взаимодействия между частицами сыпучего материала – силы аутогезии.
- •Механические свойства сыпучих материалов и характеризующие их параметры.
- •Физические и теоретические основы процессов измельчения твердых тел.
- •Основные способы измельчения твердых тел (рис. 4):
- •Основные стадии дробления и измельчения.
- •Стадии измельчения
- •Теории измельчения.
- •Контрольные вопросы по теме «Сыпучие материалы, их физико-механические свойства».
- •Машины для дробления сыпучих материалов Общая классификация дробилок.
- •Щековые дробилки.
- •Область применения.
- •Усреднённый гранулометрический состав дроблённого продукта дробилок крупного дробления
- •Принцип действия и классификация:
- •Особенности конструкции дробилок со сложным движением щеки – щдс.
- •Конструкционные материалы деталей и сборочных единиц щековых дробилок.
- •Основные расчеты щековых дробилок.
- •Конусные дробилки. Область применения, принцип действия и классификация.
- •Конструкции дробилок.
- •Конструкционные материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц конусных дробилок.
- •Основные расчеты конусных дробилок.
- •4. Определение n – числа оборотов для дробилок ксд и ксм с пологими конусами.
- •Валковые дробилки.
- •Конструкция.
- •Материалы, используемые для изготовления деталей и сборочных единиц валковых дробилок.
- •Основные расчеты валковых дробилок.
- •Дробилки ударного действия.
- •Основные расчеты дробилок ударного действия.
- •Классификация барабанных измельчителей по различным критериям.
- •Однокамерная барабанная шаровая мельница мокрого помола.
- •Расчет барабанных измельчителей.
- •Измельчители раздавливающего и истирающего действия.
- •Шаро-кольцевые измельчители.
- •Роликомаятниковые измельчители.
- •Ударные, вибрационные и струйные измельчители.
- •Новые и перспективные методы измельчения материалов.
- •Контрольные вопросы по теме «Машины для измельчения материалов».
- •Машины для классификации сыпучих материалов.
- •Механические способы классификации.
- •Основные показатели процесса грохочения.
- •Основные типы грохотов.
- •Выбор схемы дробления с использованием грохочения.
- •Конструкции просеивающих элементов.
- •Закономерности процесса грохочения.
- •Последовательность выделения классов при грохочении.
- •Конструкции плоских качающихся и инерционных (вибрационных) грохотов.
- •Технологический и динамический расчеты инерционных грохотов.
- •Воздушная сепарация (классификация) сыпучих зернистых материалов.
- •Принципиальные схемы воздушных сепараторов.
- •Конструкции воздушных сепараторов.
- •Контрольные вопросы по теме «Классификация».
- •Смесители сыпучих материалов. Процессы смешивания. Классификация смесителей.
- •Контрольные вопросы по теме «Смесители зернистых сыпучих материалов».
- •Фактор разделения.
- •Классификация центрифуг.
- •Производительность осадительных центрифуг.
- •Производительность фильтрующих центрифуг.
- •Силовые факторы в элементах вращающегося ротора.
- •Механические колебания в центрифугах.
- •Уравновешивание вращающихся масс.
- •Энергетический расчет.
- •Область применения.
- •Рабочий цикл центрифуг периодического действия.
- •Производительность центрифуг периодического действия.
- •Конструкции центрифуг периодического действия. Вертикальные малолитражные центрифуги с нижним приводом.
- •Маятниковые центрифуги.
- •Подвесные центрифуги.
- •Подвесная саморазгружающаяся фильтрующая центрифуга фпс с гравитационной выгрузкой осадка.
- •Подвесная фильтрующая полуавтоматическая центрифуга периодического действия фпн с механической выгрузкой осадка с помощью специального ножа.
- •Горизонтальные автоматизированные центрифуги фгн и огн с ножевой выгрузкой осадка.
- •Центрифуги непрерывного действия.
- •Фильтрующие центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка типа фвш и фгш.
- •Горизонтальные осадительные центрифуги непрерывного действия со шнековой выгрузкой осадка, тип огш.
- •Горизонтальные фильтрующие центрифуги непрерывного действия с пульсирующей выгрузкой осадка (фгп).
- •Непрерывнодействующие фильтрующие вибрационные центрифуги с вертикальным (фвв) и горизонтальным (фвг) расположением ротора.
- •Фильтрующие лопастные центрифуги с центробежной выгрузкой осадка.
- •Прецессионные центрифуги.
- •Жидкостные центробежные сепараторы, трубчатые центрифуги. Область применения сепараторов и трубчатых центрифуг.
- •Классификация жидкостных центробежных сепараторов по технологическому назначению.
- •Условные обозначения жидкостных центробежных сепараторов.
- •Конструктивные схемы жидкостных центробежных сепараторов различных типов и их приводов.
- •Конструкции сепараторов различных типов. Однокамерные сепараторы периодического действия.
- •Многокамерные сепараторы периодического действия.
- •Саморазгружающиеся тарельчатые сепараторы непрерывного действия.
- •Осветляющий тарельчатый саморазгружающийся сепаратор с непрерывной сопловой выгрузкой шлама.
- •Трубчатые центрифуги (сверхцентрифуги).
- •Приложение 2 Расчёт роторов центрифуг на прочность.
- •1. Предварительные сведения о комплексном (безмоментном и моментном) расчете тонкостенных осесимметричных оболочек вращения.
- •2. Прочностной расчет роторов центрифуг и жидкостных сепараторов с учетом краевых напряжений.
- •Числовые примеры расчета на прочность роторов центрифуг.
- •Фильтры для жидкостей. Общие положения, классификация фильтров.
- •Оценка скорости процессов фильтрования.
- •Основные режимы работы фильтров.
- •Работа фильтров при постоянном давлении.
- •Работа фильтров в режиме постоянной скорости.
- •Режим промывки осадка.
- •Определение общей продолжительности рабочего цикла фильтров периодического действия.
- •Классификация фильтров.
- •Конструкции фильтров. Фильтр-прессы рамные и камерные.
- •Камерный фильтр-пресс (конструкция).
- •Фильтр-прессы, оборудованные диафрагмами.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фпакм.
- •Фильтр-пресс автоматизированный камерный типа фамо.
- •Фильтр-пресс с бумажной лентой типа мб.
- •Листовые фильтры, работающие под давлением.
- •Ячейковые барабанные вакуум-фильтры.
- •Конструкция барабанного вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью.
- •Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью.
- •Конструкция дискового вакуум-фильтра.
- •Ленточные вакуум-фильтры.
- •Вакуум-фильтры карусельные. Принцип действия. Область применения.
- •Конструкция ковша.
- •Ленточные фильтрпрессы.
- •Механические расчеты фильтров. Фильтр-прессы.
- •Листовые фильтры под давлением.
- •Вакуум-фильтры барабанные.
- •Мощность привода вращающихся вакуум-фильтров.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Фильтры».
- •Общие сведения.
- •Классификация и конструкции основных типов питателей.
- •Питатели без движущегося рабочего органа. Гравитационные питатели.
- •Устройство для разгрузки мелкодисперсных сыпучих материалов с низкой газопроницаемостью слоя частиц.
- •Аэрационные питатели.
- •Камерные питатели.
- •Объемные питатели с вращающимся рабочим органом.
- •Модификации винтовых питателей.
- •Шлюзовые (секторные) объемные питатели типа ш1.
- •Тарельчатые объемные питатели типа т1.
- •Трубчатые питатели.
- •Питатели с вибрационным побуждением транспортирования сыпучего материала.
- •Ленточные питатели.
- •Лотковые питатели.
- •Качающиеся (маятниковые) питатели.
- •Дозаторы.
- •Классификация дозаторов.
- •Вопросы для самопроверки по теме «Питатели и дозаторы для сыпучих материалов».
Приложение 2 Расчёт роторов центрифуг на прочность.
1. Предварительные сведения о комплексном (безмоментном и моментном) расчете тонкостенных осесимметричных оболочек вращения.
Из упомянутого раздела курса МХП известно, что ротор центрифуги или сепаратора представляет собой сборочную единицу, сочетающую в себе комбинацию цилиндрической оболочки с конической оболочкой, а также с днищами и крышками плоской, конической или фасонной геометрии. Соединения между этими составными элементами, как правило, являются неразъемными, но в ряде случаев могут быть спроектированы в виде плотно – прочных разъемных соединений. Особенностью расчета роторов является то, что каждый отдельный элемент этой сборочной единицы необходимо рассчитать во взаимосвязи с другими элементами ротора.
Напомним вкратце методику и последовательность расчета статических тонкостенных осесимметричных оболочек вращения, применяемых в оболочечных конструкциях химического оборудования (корпуса технологической аппаратуры, емкости под избыточным давлением).
Это позволит убедиться в аналогии методов прочностного расчета роторов центрифуг и статически установленных осесимметричных тонкостенных оболочек вращения.
Общим свойством оболочек вращения, образующих рабочее пространство ротора, является их осесимметричная форма, геометрия которой рассматривалась в курсе Сопромата и в курсе КРЭОО.
Из этих курсов известно (для случая тонкостенных осесимметричных оболочек), что эти оболочки имеют две группы характерных зон (см. курс КРЭОО.)
Первая группа зон – гладкие участки тонкостенных оболочек без резкого изменения геометрии, жесткости, нагрузки, температурного поля, резкого изменения других существенных физико-механических параметров конструктивного материала оболочек.
Вторая группа зон – так называемые краевые зоны, в которых имеет место резкое изменение отдельных или нескольких вышеперечисленных характеристик и которые распложены в непосредственной близости к местам соединения стыка цилиндрических, конических плоских и фасонных осесимметричных элементов роторов.
В предшествующих курсах рассматривался вопрос расчета статически установленных осесимметричных изотропных оболочек вращения. При этом рассматривалось равновесие бесконечно малого элемента, выделенного из оболочки двумя смежными меридиональными и двумя смежными вторыми главными сечениями. Внешним силовым фактором было внутреннее газовое давление . Внутренними силовыми факторами, определявшими моментное напряженное состояние выделенного элемента были следующие параметры, отнесенные к единице длины дуги срединной поверхности в той грани, где действовал соответствующий внутренний силовой фактор:
- меридиональное нормальное усилие ;
- кольцевое нормальное усилие ;
- меридиональный изгибающий момент ;
- кольцевой изгибающий момент ;
- поперечная сила ;
- краевая сила ;
- краевой изгибающий момент ;
- распорная сила .
В частности и
где и - соответственно меридиональные и кольцевые (тангенциальные) напряжения; - номинальная расчетная толщина стенки оболочки.
Все вышеперечисленные внутренние силовые факторы в приведенной совокупности определяют моментное напряженное состояние. Известно так- же, что вне краевых зон в гладких участках оболочек имеет место лишь безразмерное напряженное состояние, для которого решающими внутренними силовыми факторами являются лишь нормальные силы и . Для безмоментного напряженного состояния основными расчетными соотношениями являются соответственно уравнение Лапласа и уравнение равновесия отсеченной конечной зоны оболочки, т.е.
А) ; Б) .
В реальных инженерных оболочечных конструкциях химического оборудования в узлах сопряжения с другими оболочками, а также с фланцами, трубными решетками и т.п., возникают дополнительные осесимметричные краевые нагрузки, вызывающие локальные нагружения изгиба в кромках сопрягаемых оболочек и деталей. При этом надо отметить то действие краевых и практически полностью затухает на расстоянии от края стыкуемых оболочек ( - коэффициент затухания краевых деформаций вдоль образующей оболочки, определяется по формулам моментной теории оболочек).
Определение краевой силы , действующей в радиальном направлении, и краевого момента , действующего в меридиональном сечении, основано на предположении, что в нормальном работающем узле спряжения оболочек не должно быть каких бы то ни было взаимных перемещений сопрягаемых элементов. Это означает, что алгебраические суммы радиальных и угловых деформаций края одной детали от действующих на него внутренних нагрузок ( и ) и краевых нагрузок ( и ) равны алгебраическим суммам радиальных и угловых деформаций края другой детали от действующих на него соответствующих внутренних и краевых нагрузок (принцип совместности деформаций).
Для иллюстрации приведенного принципа расчета краевых нагрузок рассмотрим простейший пример – узел сопряжения цилиндрической и сферической оболочек (рис.1 ) нагруженных внутренним газовым давлением . На рис.1 а) показана заданная система оболочек, которая с точки зрения
Схема к определению краевых сил и моментов :
а - узел соединения сферической и цилиндрической оболочек;
б – расчетная схема; и - краевые нагрузки; и - меридиональные усилия соответственно цилиндрической и сферической оболочек;
- распорная сила.
Рис 1.
отыскания и является статически неопределимой. Мысленно стык между оболочками рассечен плоскостью, перпендикулярной оси вращения zz. В результате (рис.1 б) получена основная система (статически определимая), которая является гипотетической и состоит из двух оболочек, стыкуемые кромки которых имели бы возможность деформироваться свободно независимо друг от друга под влиянием приложенных внешних нагрузок (внутреннего газового давления , распорной силы , действующей на край сферической оболочки) и определяемых неизвестных краевых нагрузок и . Для определения и составляются недостающие уравнения совместности радиальных и угловых деформаций. Предварительно принимается правило знаков: радиальные перемещения края оболочки в направлении от ее оси положительны; угловые перемещения в направлении по часовой стрелке положительны.
С учетом правила знаков для правой части оболочек запишем уравнения совместности радиальных и угловых деформаций:
где - соответственно радиальные и угловые деформации края цилиндрической обечайки под действием нагрузок ;
- соответственно радиальные и угловые деформации сферической оболочки под действием нагрузок и .
Необходимо отметить, что записанная система уравнений совместности деформаций (В) применима для так называемых «длинных» оболочек (с позиций оценки протяженности краевой зоны). «Длинными» оболочками считают оболочки, у которых один край удален от противоположного края на расстояние, превышающее протяженность прилегающих краевых зон. При «короткой» оболочке зона действия и распространяется на другой ее край. В этом случае необходимо решать совместно четыре уравнения и определять все неизвестные и .
В дальнейшем, при рассмотрении вопросов прочностного расчета роторов в основном будут рассматриваться «длинные» оболочки.
В расчетной практике в случае роторов центрифуг «длинной» считают такую оболочку, которая удовлетворяет следующим условиям - для цилиндрической - и конической - оболочек соответственно:
,
где - длина ротора, -расстояние от края оболочки до рассматриваемой точки вдоль образующей, - внутренний радиус цилиндрической или максимальный конической оболочки на ее краю, - толщина стенки оболочки, - комплексная величина, зависящая от длины, - коэффициент Пуассона, - угол наклона образующей конуса к его оси.
Следует также отметить, что в случае стыковки в конструкции ротора цилиндрической обечайки с конической или сферической оболочкой в месте стыка (т.е. в краевой зоне) возникает распорная сила , которая, как и другие краевые нагрузки, вызывает соответствующие краевые напряжения. Величина распорной силы, равна проекции меридиональных сил на плоскость, проходящую через стыковое сечение между упомянутыми оболочками и перпендикулярную оси .
При решении краевой задачи в практике проектирования статических оболочек выражения для радиальных и угловых деформаций края стыкуемых оболочек, а так же усилий и , моментов и берут из справочных таблиц, содержащих расчетные формулы моментной и безмоментной теории тонкостенных оболочек.
Таким образом, решив систему уравнений совместности деформации (В) и определив краевые нагрузки и , можно определить суммарные напряжения на наружной и внутренней поверхностях края оболочки:
меридиональные
или ;
кольцевые
или .
Максимальное ,
где , - соответственно сумма меридиональных и сумма тангенциальных (кольцевых) нормальных сил, возникающих на краю обечайки от действия газового давления , краевой и распорной сил, краевых моментов ; , - соответственно сумма меридиональных и сумма тангенциальных (кольцевых) моментов, возникающих на краю обечайки от действия нагрузок и ; - меридиональные напряжения, возникающие на краю обечайки от действия соответственно нагрузок и , - тангенциальные (кольцевые) напряжения, возникающие на краях обечайки от действия соответственно нагрузок и .
На завершающем этапе расчета формируется условие прочности, при этом оценивается величина допускаемого напряжения для краевой зоны .
На основании экспериментальных и теоретических исследований установлено, что при использовании для изготовления пластичных конструкционных материалов при наличии статической нагрузки в рассматриваемых оболочках и в случае преобладания напряжений изгиба допускается увеличение допускаемого напряжения для краевых зон на 30% по сравнению с обычным допускаемым напряжением, т.е. .
Это обстоятельство обосновывается сугубо местным характером зоны влияния краевых напряжений, в которой образуется пластический шарнир, препятствующий разрушению узла стыковки оболочек различной геометрии.
Тогда условие прочности: .
В случае применения для оболочек хрупких конструкционных материалов или конструкционных материалов, покрытых хрупкими покрытиями, а также в случае возникновения в узле сопряжения стыкуемых оболочек циклических нагружений, вышеописанное увеличение допускаемого напряжения для краевых зон не рекомендуется, т.е. для этих случаев должно соблюдаться условие .
Таким образом, освежив в памяти основные этапы и методы расчета статических тонкостенных осесимметричных оболочек вращения, с учетом изученных в настоящем разделе курса МХП мембранных нагрузок во вращающихся роторах центрифуг, можно перейти к алгоритму прочностного расчета таких роторов и к иллюстрации этого алгоритма числовыми примерами.