8 механический Расчет центрифуги

8 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦЕНТРИФУГИ

Данные для расчета: тип центрифуги - ТВ - 1500; материал ротора 30ХГСА; плотность разделяемой среды кг/м³; температура среды t= 50˚С; внутренний радиус ротора 0,75м; диаметр отверстия в крышке 1,0м; толщина стенки обечайки ротора, 0,004м; толщина крышки ротора 0,004м; толщина стенки днища ротора 0,012м; длина обечайки ротора 0,64м; диаметр перфорационного отверстия 0,005м; количество отверстий в одном ряду, 157шт; диаметр вала 0,08м; рабочая частота вращения ротора 750об/мин.

8.1 Расчет прочности ротора центрифуги

Давление на стенку ротора центрифуги р, МПа, рассчитываем по формуле

(1)

где - частота вращения ротора, 750об/мин;

- внутренний радиус ротора, 0,75м;

- плотность материала ротора, для стали 7850кг/м³;

- плотность разделяемой среды, кг/м³;

- толщина стенки ротора, 0,004м.

Подставляем значения в формулу (1)

МПа

Напряжения разрыва, возникающие в стенке ротора, , МПа, рассчитываем по формуле

МПа (2)

где - коэффициент ослабления стенки ротора перфорационными отвер- стиями, для фильтрующих центрифуг рассчитываем по формуле

(3)

- наружный диаметр ротора, м, рассчитываем по формуле

м (4)

- сумма диаметров перфорационных отверстий по окружности ротора в наиболее ослабленном сечении, рассчитываем по формуле

м (5)

- количество отверстий в одном ряду, 157шт;

- диаметр перфорационного отверстия, 0,785м.

Прочность стенки ротора проверяют по формуле

= 212,455МПа < [ ] =360 (6)

где - напряжение разрыва, возникающее в стенке ротора, 212,455МПа;

- допускаемое напряжение на разрыв материала ротора при расченой температуре t= 60˚С, 360 МПа для стали марки 09Х15Н8Ю.

Условие выполняется, следовательно, прочность стенки ротора обеспечена.

8.2 Расчет прочности соединения крышки с обечайкой ротора центрифуги

Полное давление на крышку ротора P, Н, рассчитываем по формуле

Н (7)

где - коэффициент заполнения ротора разделяемой жидкостью, рас- считываем по формуле

(8)

- радиус отверстия в крышке ротора, 0,5м;

- внутренний радиус ротора, 0,75м;

- частота вращения ротора, 750об/мин;

- плотность материала ротора, 7850кг/м³ для стали.

Касательное напряжение среза , МПа, возникающее в сварном соединении крышки с обечайкой ротора, рассчитываем по формуле

МПа (9)

где - катет сварного шва, 0,004м;

- прибавка на коррозию, для стальных конструкций, 0,001м.

Прочность сварного соединения крышки с обечайкой ротора проверяем по формуле

(10)

где - допускаемое напряжение на срез материала шва, 252МПа.

Условие выполняется, следовательно, прочность сварного соединения крышки с обечайкой ротора обеспечена.

8.3 Расчет вала центрифуги на виброустойчивость

Массы , кг, рассчитываем по формулам:

кольцевой плоской крышки ротора ,кг, по формуле

кг (11)

цилиндрической обечайки ротора , кг, по формуле

кг (12)

днища ротора , кг, по формуле

кг (13)

жидкости в роторе , кг, по формуле

кг (14)

заполненного жидкостью ротора по формуле

кг (15)

где - наружный диаметр ротора, 1,508м;

- диаметр отверстия в крышке ротора, 1,0м;

- внутренний диаметр ротора, 1,5м;

- толщина стенки кольцевой крышки, 0,004м;

- длина обечайки ротора, 0,64м;

- толщина стенки днища ротора, 0,012м;

- плотность материала ротора, для стали 7850кг/м³;

- коэффициент заполнения ротора разделяемой жидкостью, 0,556;

- плотность разделяемой среды, 1080кг/м³.

Силы тяжести , Н, рассчитываем по формулам по формулам:

кольцевой крышки ротора , Н, по формуле

Н (16)

цилиндрической обечайки ротора , Н, по формуле

Н (17)

днища ротора , Н, по формуле

Н (18)

жидкости в роторе , Н, по формуле

Н (19)

заполненного жидкостью ротора , Н, по формуле

Н (20)

где - ускорение свободного падения, 9,8м/с².

Расстояния , м, рассчитываем по формулам:

от центра массы кольцевой плоской крышки ротора до точки В, , м, по формуле

м (21)

от центра массы цилиндрической обечайки ротора до точки В, , м, по формуле

м (22)

от центра массы днища ротора до точки В, , м, по формуле

м (23)

от центра массы ротора до края днища, , м, из условия равенства нулю суммы моментов относительно точки В по формуле

(24)

от центра массы ротора до центров масс деталей , м, по формулам:

м (25)

м (26)

м (27)

где - расстояния от центра массы ротора до центров масс

кольцевой крышки, цилиндрической обечайки, днища рото- ра, жидкости в роторе, м.

Подставляем значения в формулу (24)

м

Вылет центра массы ротора , м, рассчитываем по формуле

м (28)

Осевые моменты инерции вращающихся масс , , рассчитываем по формулам:

кольцевой крышки ротора , , по формуле

(29)

цилиндрической обечайки ротора , , по формуле

(30)

днища ротора , , по формуле

(31)

жидкости в роторе , , по формуле

(32)

где - наружный радиус ротора, 0,754м;

- радиус отверстия в крышке ротора, 0,5м;

- внутренний радиус ротора, 0,75м.

Экваториальные моменты инерции вращающихся масс , , рассчитываем по формулам:

кольцевой крышки ротора , ,по формуле

(33)

цилиндрической обечайки ротора , ,по формуле

(34)

днища ротора , , по формуле

(35)

жидкости в роторе , , по формуле

(36)

Подставляем значения в формулу (33)

Осевой и экваториальный моменты инерции заполненного жидкостью ротора , , , рассчитываем по формулам

(37)

(38)

Критическую скорость вала , рад/с, с учетом всех действующих факторов: массы ротора, вылета центра его массы, гироскопического момента ротора рассчитываем по формуле

(39)

где - параметры, с², с⁴, рассчитываем по формулам

(40)

(41)

– масса заполненного жидкостью ротора, 973,212кг;

- вылет центра массы ротора, 0,2088м;

- коэффициенты влияния, 1/Н; 1/Н·м; м/Н; 1/Н; м/Н, рассчитываем по формулам

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

- расстояние между подшипниками, 0,25м;

- расстояние от подшипника до ротора, 0,05м;

- расстояние от крайнего подшипника до ротора, рассчитывают по формуле

(47)

- модуль продольной упругости материала вала при расчетной температуре t = 60˚С, Па, для стали 45;

- диаметр вала ротора центрифуги, м.

Подставляем значения в формулы (40) и (41)

Подставляем значения в формулу (39)

Виброустойчивость вала проверяем по формуле

(48)

где - рабочая угловая скорость вала, рассчитываем по формуле

рад/с (49)

- рабочая частота вращения вала, 750об/мин;

- критическая скорость вала с учетом всех действующих факторов, 2888,435рад/с

Условие выполняется, следовательно, виброустойчивость вала обеспечена.

Дата добавления: 2015-09-30