谷朊粉生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)-大強(qiáng)

1、機(jī) 械 工 程 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）題 目： 谷朊粉生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 11級(jí)2班 姓 名： 倪強(qiáng) 學(xué) 號(hào)： 1670110013 指導(dǎo)教師： 孟令啟（教授） 日 期： 2015年 1 月 4 日 目錄1.引言41.1谷朊粉生產(chǎn)的設(shè)計(jì)背景41.2本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)61.3方案的列出62.臥螺離心機(jī)的工作原理83 .臥螺離心機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)83.1 螺旋輸送器相關(guān)參數(shù)的確定83.1.1螺旋推料器的基本參數(shù)93.1.2螺旋的頭數(shù)93.1.3螺距93.1.4推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙93.1.5葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面母線的關(guān)系93.1.6螺旋輸送器葉片的選擇93.2進(jìn)料口直徑的確定1

2、03.3 差速器的選擇104.臥螺離心機(jī)工藝計(jì)算105. 臥螺離心機(jī)主要部件強(qiáng)度校核125.1 臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核125.1.1離心力場(chǎng)中物料的液體壓力125.1.2臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算135.1.3轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算155.1.4轉(zhuǎn)鼓的疲勞強(qiáng)度校核165.2 主軸的強(qiáng)度校核176.主電機(jī)的選擇196.1功率計(jì)算196.1.1啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件所需的功率N1196.1.2 加速物料所需的功率N2206.1.3 軸承摩擦損耗的功率N3206.1.4空氣摩擦消耗的功率N4206.2 電動(dòng)機(jī)的選擇217.結(jié)論218.致謝22參 考 文 獻(xiàn)22附圖 本課題完成的CAD圖23谷朊粉生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)摘 要：本文根據(jù)

3、現(xiàn)有條件對(duì)谷朊粉生產(chǎn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用的是臥式螺旋機(jī)，設(shè)計(jì)形式為臥式圓筒狀，內(nèi)部有螺旋輸送器，從進(jìn)料口將由均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)后的面漿導(dǎo)入該裝置，該裝置通過(guò)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)將面漿懸浮液進(jìn)行分離，得到淀粉和谷朊粉，之后再對(duì)谷朊粉進(jìn)行干燥處理。 本文主要對(duì)臥螺離心機(jī)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)軸和轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行了強(qiáng)度校核。 關(guān)鍵詞：谷朊粉；離心分離；臥螺離心機(jī)；設(shè)計(jì)Design of the gluten powder production deviceAbstract: In this paper, based on the device for the production of vital wheat gluten w

4、as designed using the existing conditions, is the horizontal screw machine, design for horizontal cylindrical, internal screw conveyor, from the feeding opening is composed of a surface plasma into the homogenized homogenizer in the device, the device by the driving of a motor will face pulp suspens

5、ion were separated, get the starch and gluten, the gluten powder after drying process. This paper mainly carries on the design of the decanter centrifuge drum shaft and on the whole, and the intensity of checking.Key word: Wheat gluten; centrifugal separation; decanter centrifuge; design1.引言 谷朊粉又被稱為

6、活性面筋粉，是小麥面粉加工后所得到的副產(chǎn)品。其蛋白質(zhì)含量較高，大約占80%以上，并且它的氨基酸組成比較齊全，礦物質(zhì)含量也是非常的高，是營(yíng)養(yǎng)豐富、純天然的綠色植物性蛋白源。谷朊粉吸水后會(huì)形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濕面筋，其具有良好的黏彈性、延伸性、乳化性，以及薄膜成型性。生活中的許多美食都離不開(kāi)谷朊粉，比如傳統(tǒng)產(chǎn)品中的面筋、素腸、素雞、素鴨、等等。目前谷朊粉的生產(chǎn)方法主要有傳統(tǒng)的馬丁法和隨著離心機(jī)的發(fā)展而出現(xiàn)的新工藝-離心分離法。1.1谷朊粉生產(chǎn)的設(shè)計(jì)背景 谷朊粉一開(kāi)始是小麥淀粉的副產(chǎn)物，其與纖維等一起作為動(dòng)物飼料使用的，但隨著谷朊粉的價(jià)值逐步被人們發(fā)現(xiàn)，它的商業(yè)價(jià)值甚至超過(guò)了小麥淀粉，因而大大帶動(dòng)了小

7、麥面粉商業(yè)化生產(chǎn)的開(kāi)展?，F(xiàn)在主流的谷朊粉生產(chǎn)方法，都是利用離心分離的原理來(lái)生產(chǎn)的。離心分離技術(shù)，是利用離心力對(duì)液固等非均相混合物進(jìn)行離心分離的過(guò)程。離心分離技術(shù)的裝置為離心機(jī)。離心機(jī)基本上利用離心分離原理，主要應(yīng)用于脫水、分離、等工藝過(guò)程。離心機(jī)是伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，而逐步產(chǎn)生和發(fā)展的的。1在18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命之后，隨著紡織工業(yè)的迅猛發(fā)展，1836年生產(chǎn)出了棉布脫水機(jī)。1877年為了適應(yīng)乳酪加工工業(yè)的需求，分離牛奶的分離機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。自從進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著石油綜合利用的發(fā)展，需要把水、固體雜質(zhì)、焦油狀物料等除去，以便使重油用作燃料油使用。50年代研制成功了能自動(dòng)排渣的碟式活塞排渣分離

8、機(jī)，到了60年代逐步有了系列的產(chǎn)品。伴隨著近代人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的漸漸提高，對(duì)于工業(yè)廢水和污泥處理的要求都變得很高，因此促使臥螺離心機(jī)、碟式分離機(jī)和三足式下部卸料離心機(jī)的飛速發(fā)展。特別是臥螺離心機(jī)的發(fā)展尤為迅速。隨著中國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的不斷發(fā)展，各種類型的離心機(jī)在不斷地發(fā)展，各種新型離心機(jī)也在不斷涌現(xiàn)。2離心機(jī)的使用，也逐步變得更廣泛。最開(kāi)始的臥螺離心機(jī)是由兩對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，從而獲得轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的轉(zhuǎn)速差，才能輸送沉渣，并被用在淀粉工業(yè)生產(chǎn)上。真正具有現(xiàn)代實(shí)用價(jià)值的第一臺(tái)臥螺離心機(jī)，是在1954年被制造出來(lái)的，該機(jī)第一次使用了二級(jí)行星齒輪差速器。自從臥螺離心機(jī)出現(xiàn)之后，由于它具有突出的長(zhǎng)處而得

9、到了迅猛發(fā)展，它在離心分離領(lǐng)域內(nèi)一直占有特殊的地位。3我國(guó)臥螺離心機(jī)的發(fā)展比較晚，但是近年來(lái)發(fā)展非常的快。目前我國(guó)已能自主生產(chǎn)的臥螺離心機(jī)有WL-200、350、380、450、600、1000等規(guī)格。我國(guó)離心分離行業(yè)目前正處于逐步發(fā)展中，總體水平不高。隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)于環(huán)保、能源以及裝備對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響有了新的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過(guò)與國(guó)外技術(shù)交流和合作，以及成套項(xiàng)目技術(shù)的引進(jìn)、消化與吸收，大大加速了我國(guó)離心分離技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在這幾方面：1) 我國(guó)已基本形成了一個(gè)集科研、設(shè)計(jì)和制造的體系。2) 成立了離心分離領(lǐng)域的各個(gè)學(xué)術(shù)組織。3) 在理論與應(yīng)用方面進(jìn)行了大量研究。4) 目前已能自主

10、生產(chǎn)上懸、活塞、螺旋、離心力卸料，進(jìn)動(dòng)卸料、刮刀及虹吸刮刀等各種離心機(jī)。這些自主生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅遍及全國(guó)且遠(yuǎn)銷國(guó)外，并且技術(shù)有所提高4。5) 為了滿足特殊工藝要求，如防污染、密閉、防爆等，新型離心機(jī)也先后問(wèn)世。6) 自動(dòng)控制技術(shù)與CAD技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。7) 各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。8) 與國(guó)外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作。 離心機(jī)的主要特點(diǎn)有這幾方面：一是使用范圍廣；二是產(chǎn)品的規(guī)格多、變形多；三是對(duì)物料的適用性較強(qiáng)。離心機(jī)一般用于工藝流程中的后處理設(shè)備，這直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。離心機(jī)和其它分離裝置相比，不僅能得到含濕量較低的固相和高純度的液相，而且能節(jié)省勞力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，還有連續(xù)運(yùn)

11、轉(zhuǎn)、自動(dòng)遙控、裝置操作安全可靠和占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)。因此自從1836年第一臺(tái)工業(yè)用的三足式離心機(jī)在德國(guó)問(wèn)世，到一百多年來(lái)己得到很大的發(fā)展。各種類型的離心機(jī)繁多，各有特點(diǎn)。離心機(jī)正在向提高技術(shù)參數(shù)、系列化、自動(dòng)化方向發(fā)展，并且組合轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)增多，專用品種越來(lái)越多。離心機(jī)現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于化工、淀粉生產(chǎn)、石油提煉、輕工、食品、紡織、冶金、煤炭、選礦、環(huán)保、軍工等各個(gè)部門。例如小麥淀粉的生產(chǎn)；濕法采煤的煤粉回收；石油開(kāi)采的鉆并泥漿凈化回用；污水處理的污泥濃縮和脫水；石油化工產(chǎn)品的精制；抗菌素、農(nóng)藥的提??；織品纖維脫水；潤(rùn)滑油、燃料油的提純等都需要使用離心機(jī)。離心機(jī)現(xiàn)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各方面廣泛應(yīng)用的一種通

12、用裝置。41.2本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)谷朊粉生產(chǎn)裝置的要求： 設(shè)計(jì)處理量 38/h 淀粉和谷朊粉的總得率 90% 用水量與原料的比重值 4:1 工作時(shí)間 12h/d1.3方案的列出 方案一 馬丁法在馬丁法工藝中，小麥面粉加水?dāng)嚢杷纬傻拿鎴F(tuán)是以面筋為中心的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，面筋網(wǎng)絡(luò)將淀粉、非面筋蛋白質(zhì)及其他成分如脂質(zhì)等包圍在其中。在面團(tuán)攪拌過(guò)程中，可以認(rèn)為經(jīng)過(guò)水面混合階段、面筋形成階段、面筋擴(kuò)散階段、攪拌完成階段、攪拌過(guò)度階段、面筋破壞階段等六個(gè)階段。由于面筋網(wǎng)絡(luò)的存在，面團(tuán)內(nèi)部包含的淀粉不容易被洗出來(lái)，而且越接近面團(tuán)中心部位，淀粉就越難被洗凈。在洗滌過(guò)程中有攪拌，過(guò)度的機(jī)械攪拌會(huì)軟化面筋網(wǎng)絡(luò)直至對(duì)面筋網(wǎng)

13、絡(luò)結(jié)構(gòu)造成破壞。因此面團(tuán)的洗滌一定要在“攪拌完成階段”完成，這是本工藝的缺陷之一，同時(shí)谷朊粉的蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量難以兼顧；另外，盡管控制好攪拌時(shí)間，面筋網(wǎng)絡(luò)在攪拌過(guò)程中是不斷變化的，最終弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度。 方案二 臥螺離心工藝 本工藝主要采用二相臥螺離心機(jī)，其基本原理就是通過(guò)離心力將面粉中比重不同的成分淀粉與谷朊在懸濁液中分離開(kāi)來(lái), 然后采用干燥系統(tǒng)進(jìn)行瞬時(shí)高溫干燥，從而獲得高質(zhì)量的淀粉與谷朊粉。工藝流程框圖如圖1。 圖1 臥螺離心工藝方案三 三相臥螺工藝本工藝采用三相臥螺離心機(jī)。三相臥螺工藝是由德國(guó)韋斯伐里亞公司開(kāi)發(fā)的小麥淀粉與谷朊粉分離方法，因工藝中采用了其獨(dú)特的專利技術(shù)三相臥螺分離機(jī)而得

14、名。三相臥螺工藝主要包括小麥面粉制備、加水調(diào)漿、均質(zhì)、面筋分離等工藝階段。工藝采用了三相臥螺離心機(jī)，可以將物料分為三相，在工藝前就把戊聚糖分離除去，因此節(jié)省了水的用量，提高了環(huán)境的保護(hù)，也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。本工藝多采用進(jìn)口設(shè)備，有操作比較麻煩、維護(hù)成本較高等缺點(diǎn)。工藝流程框圖如圖2。圖2三相臥螺工藝1.4方案的選定根據(jù)實(shí)際需求，我們需要采用能耗低，價(jià)格合理的生產(chǎn)方法。方案一能耗較大，不宜采用。方案三，三相臥螺離心機(jī)價(jià)格高昂，維護(hù)成本高。結(jié)合各方面的綜合考慮，我們選擇方案二。2.臥螺離心機(jī)的工作原理2.3 臥螺離心機(jī)的工作原理臥螺離心機(jī)的工作原理是這樣的：主電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓

15、最右端與差速器的外殼相連接，行星差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)，且與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)向一樣，但二者轉(zhuǎn)速不一樣。小麥面漿懸浮液從左端的加料管連續(xù)送入機(jī)內(nèi)，通過(guò)螺旋推進(jìn)器內(nèi)的進(jìn)料孔進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成分界不明顯的輕重兩相，重相固體顆粒（主要為淀粉液體）沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面，輕相粘附在重相表面。由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，重相被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端，送出液面并從排渣口甩出。輕相液（主要為谷朊粉）經(jīng)溢流口排出。而輕相液中就有我們需要的谷朊粉。如下圖3所示。 圖3 臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-加料管；2-左軸承；3-溢流口；4-進(jìn)料孔；5-右軸承；6-排渣口；7-差速器；8-皮輪輪；9-轉(zhuǎn)鼓；

16、10-螺旋推進(jìn)器3 .傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 螺旋輸送器相關(guān)參數(shù)的確定圖4 臥螺離心機(jī)二維結(jié)構(gòu)圖1-大端軸承蓋；2-密封環(huán)；3-溢流口；4-葉片；5-轉(zhuǎn)鼓；6-排渣口；7-螺栓；8-軸；9-小端軸承蓋3.1.1螺旋推料器的基本參數(shù)螺旋推料器的基本參數(shù)，包括:螺旋頭數(shù)、螺距、推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙、葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁母線的關(guān)系等。3.1.2螺旋的頭數(shù)螺旋葉片可以是單頭，雙頭，多頭。每當(dāng)螺旋的頭數(shù)增加一倍時(shí)，螺旋的輸渣效率也相應(yīng)的增加一倍，但隨著螺旋頭數(shù)的增加，大大降低了沉降的效果。5本裝置采用的是單頭。3.1.3螺距離心機(jī)在轉(zhuǎn)鼓對(duì)應(yīng)的柱段采用距形式，螺距為120mm。在轉(zhuǎn)鼓對(duì)應(yīng)的錐段采用變螺距形式，錐段螺距從1

17、20100mm。螺旋推料器在錐段采用變螺距的方式，目的是增加沉降時(shí)間，提高分離效果。3.1.4推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙本設(shè)計(jì)中，螺旋推料器的外圓面與轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)圓面同心，兩者之間應(yīng)有0.5mm2.5mm的間隙，間隙越小越利于工作效率。但如果間隙太小，可能會(huì)使螺旋推料器的葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面發(fā)生摩擦，出現(xiàn)事故。6本裝置取值為1.5mm。3.1.5葉片與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面母線的關(guān)系通過(guò)資料可以發(fā)現(xiàn)，工業(yè)用離心機(jī)的螺旋葉片一般選擇垂直于轉(zhuǎn)鼓壁內(nèi)表面設(shè)計(jì)，它比選擇葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓軸線要節(jié)省很多功率。本設(shè)計(jì)中采用葉片垂直于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面母線。3.1.6螺旋輸送器葉片的選擇螺旋葉片選用連續(xù)整體螺旋葉片，葉片厚度8mm。螺旋輸送器的圓

18、柱段半徑為175mm。材料與轉(zhuǎn)鼓的材料相同，都是采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼。為了增加葉片的耐磨性，需要對(duì)葉片的推料面進(jìn)行硬化處理，采用在葉片表面噴涂30%鎳基碳化鎢硬質(zhì)合金。3.2進(jìn)料口直徑的確定由計(jì)算可知，本項(xiàng)目的離心機(jī)生產(chǎn)能力為：Q=38m3/h. 根據(jù)水的流速為：u=1-2m/s，取物料流速為：u=1.5m/sA=Q/U=0.00556d²=4A/d=0.095m圓整后為d=65mm。螺旋輸送器結(jié)構(gòu)參數(shù)：螺旋內(nèi)筒半徑:d=175mm;螺距：s=120mm;葉片厚度：8mm；推料器與轉(zhuǎn)鼓的間隙：1.5mm。3.3 差速器的選擇 本裝置采用2K-H型漸開(kāi)線行星齒輪差速器。該差速

19、器噪音小，便于維修。4.臥螺離心機(jī)工藝計(jì)算4.1 分離因數(shù)的計(jì)算分離因數(shù)是臥螺離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，也是臥螺離心機(jī)性能的重要標(biāo)志之一。分離因數(shù)值愈大，物料受的離心力愈大，分離效果也就愈好。分離因數(shù)為是被分離的物料在離心力場(chǎng)中所受的離心力與它所受的重力的比值，即 （1）式中 離心力場(chǎng)中物料的質(zhì)量（kg）轉(zhuǎn)鼓的角速度：=2n/60=262rad/s轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑：R=300mm將上述數(shù)據(jù)代入可得分離因數(shù)：通過(guò)上述各式可以找到提高分離因數(shù)的方法?？梢钥闯觯蛛x因數(shù)Fr與轉(zhuǎn)鼓半徑R成正比，因此增大轉(zhuǎn)鼓尺寸時(shí)Fr值增長(zhǎng)比較平緩，但是在增大轉(zhuǎn)鼓半徑后，轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力將會(huì)受到較大影響，而分離因數(shù)Fr與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n

20、成平方關(guān)系，提高轉(zhuǎn)速時(shí)，分離因數(shù)增長(zhǎng)很快。高速離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以總結(jié)為轉(zhuǎn)速高、直徑小、分離因數(shù)大。分離因數(shù)的提高并不是任意限制的，其極限值取決于轉(zhuǎn)鼓的機(jī)械強(qiáng)度。4.2 生產(chǎn)能力計(jì)算懸浮液通過(guò)進(jìn)料口進(jìn)入臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓后，輕相沿轉(zhuǎn)鼓軸向流動(dòng)至溢流口處排出，其中的重相隨輕相作軸向移動(dòng)外，還在離心力作用下沿徑向沉降。較小的顆粒由于沉降速度比較慢，沉降到鼓壁所需的時(shí)間比較長(zhǎng)。所以沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力，應(yīng)理解為能將分離的最小固相顆粒沉降在鼓內(nèi)。這樣，分離因數(shù)一定的同一個(gè)臥螺離心機(jī)，對(duì)不同的物料或者同一物料在不同的分離要求下，生產(chǎn)能力也是不同的。臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力取決于輕相的軸向流速和粒子的離心沉降速度

21、。7臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力是指在滿足分離液澄清度或沉渣含濕量要求前提下的進(jìn)料流量。 用理論計(jì)算生產(chǎn)能力，它是安布勒于1952年提出用以計(jì)算離心機(jī)的生產(chǎn)能力，所跟據(jù)的是“活塞式"流動(dòng)特性，由于它的表達(dá)式簡(jiǎn)單，概念明確，所以一直被沿用至今。柱錐形轉(zhuǎn)鼓的臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力為： （2）式中 修正系數(shù)，； 固相密度，；液相密度，；固、液相密度差，；臨界顆粒直徑，； 沉降區(qū)長(zhǎng)度，L=1.264m；重力沉降速度，；黏度，；當(dāng)量沉降面積，；轉(zhuǎn)鼓速度，；=2n/60=262rad/s 柱段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，=1.05m;圓錐段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，；=0.758m;轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，；溢流層表面半徑，=0.54m；與有關(guān)的函

22、數(shù)，將上述各數(shù)據(jù)代入各式可得：修正系數(shù)：重力沉降速度： 當(dāng)量沉降面積： （3）將上述數(shù)據(jù)代入即可得離心機(jī)的生產(chǎn)能力Q：=38.282m³/h考慮到其他影響因素，則本項(xiàng)目的離心機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力為：Q=38 m³/h。5. 臥螺離心機(jī)主要部件強(qiáng)度校核5.1 臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度校核5.1.1離心力場(chǎng)中物料的液體壓力當(dāng)臥螺離心機(jī)工作時(shí)，處于轉(zhuǎn)鼓中的輕相和重相，在離心力場(chǎng)的作用下，將給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁造成相當(dāng)大的壓力，稱為離心液壓。8離心液體壓力隨著轉(zhuǎn)鼓半徑上的變化是從液環(huán)內(nèi)表面的零值到轉(zhuǎn)鼓壁達(dá)最大值，根據(jù)化學(xué)工程手冊(cè)可知物料對(duì)筒壁的壓力計(jì)算公式如下： （4）式中 離心液壓，；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被分離物

23、料的重度 ，；轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度，；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面半徑，；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的半徑 ，；重力加速度 ，。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速變得很大時(shí)，液面與轉(zhuǎn)鼓平行的同心圓柱面，此時(shí)可以近似于常數(shù).在本離心機(jī)項(xiàng)目中：轉(zhuǎn)鼓內(nèi)被分離物料的重度， ；轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)角速度 ，；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面半徑，； 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的內(nèi)徑，；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的半徑 。將上述數(shù)據(jù)代入可得物料對(duì)筒壁的離心液壓：臥螺離心機(jī)離心壓力離心液壓不僅作用在轉(zhuǎn)鼓壁上，同時(shí)也作用在頂蓋和鼓底上。在計(jì)算轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度時(shí)一定把離心液壓計(jì)算進(jìn)去。5.1.2臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算圓筒形轉(zhuǎn)鼓壁厚為: （5）圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚為: （6）在本設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)鼓的圓錐形大口處周向應(yīng)力是最大，因此壁厚按大口處計(jì)算。按

24、圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算得:式中 轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，m；轉(zhuǎn)鼓中物料的填充系數(shù)；焊縫的強(qiáng)度系數(shù)；轉(zhuǎn)鼓壁材料的許用應(yīng)力，Pa；轉(zhuǎn)鼓半錐角。許用應(yīng)力選取下列兩個(gè)值中的較小者: 式中 設(shè)計(jì)溫度下材料的屈服極限；計(jì)溫度下材料的強(qiáng)度極限；屈服極限的安全系數(shù)，一般為；強(qiáng)度極限的安全系數(shù)，一般為。本設(shè)計(jì)中： 轉(zhuǎn)鼓材料選擇為1Cr18Ni9Ti，密度=7.9×103kg/m3； 焊縫的強(qiáng)度系數(shù)， =0.95； 鉆井液密度，=1150kg/m3； 轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，R=0.3m； 角速度，=262rad/s； 轉(zhuǎn)鼓半錐角，=8°。由圓錐形轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算公式: 式中 轉(zhuǎn)鼓的許用應(yīng)力計(jì)算如下：根據(jù)機(jī)械手冊(cè)可以查得

25、: ， 取 則， 取最小值。將上述各值代入壁厚計(jì)算式，則得：由鋼板的標(biāo)準(zhǔn)厚度，綜合考慮到圓筒及圓錐部分的加工制造簡(jiǎn)便和腐蝕裕量等因素，取=10mm。5.1.3轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算5.1.3.1材料的許用應(yīng)力取其小者，許用應(yīng)力為5.1.3.2轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力1) 轉(zhuǎn)鼓圓筒部分轉(zhuǎn)鼓單獨(dú)旋轉(zhuǎn)時(shí)鼓壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力： （7）式中 轉(zhuǎn)鼓的開(kāi)孔系數(shù)，q=1； 轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)密度，=7.9g/cm3；轉(zhuǎn)鼓平均半徑，R2=305mm。代入各值，得物料載荷離心力產(chǎn)生的鼓壁環(huán)向應(yīng)力為：式中 物料的密度，=1.085g/cm3； 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)半徑，R1=300mm； 物料環(huán)內(nèi)半徑，R3=250mm； 轉(zhuǎn)鼓壁厚，=10mm；加強(qiáng)箍系數(shù)，Z=1。代入

26、數(shù)據(jù)，得： （8）則圓筒部分應(yīng)力： （9）上式中 K為焊縫系數(shù)，當(dāng)焊縫的機(jī)械性能和轉(zhuǎn)鼓材料的機(jī)械性能相當(dāng)，此時(shí)要引入焊縫系數(shù)K來(lái)考慮焊縫處強(qiáng)度的削弱。對(duì)于按GB 11345規(guī)定進(jìn)行100射線探傷檢查或其他等效的探傷方法進(jìn)行檢查的焊縫，其焊縫系數(shù)K=0.95。 2) 轉(zhuǎn)鼓錐體部分空轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)鼓壁內(nèi)的環(huán)向應(yīng)力：物料載荷離心力產(chǎn)生的鼓壁環(huán)向應(yīng)力：錐段應(yīng)力：取其大者t=28.77MPa<=105MPa，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度滿足要求。5.1.4轉(zhuǎn)鼓的疲勞強(qiáng)度校核對(duì)于承受循環(huán)載荷次數(shù)較高的離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，比如臥螺離心機(jī)、間歇操作的三足式離心機(jī)應(yīng)考慮疲勞強(qiáng)度校核。按我國(guó)GB 3705標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建議按轉(zhuǎn)鼓材料測(cè)定其承受

27、次以上循環(huán)載荷作用下的疲勞強(qiáng)度，并且進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，即 （10）式中 轉(zhuǎn)鼓的環(huán)向總應(yīng)力； 安全系數(shù)； 轉(zhuǎn)鼓材料的抗疲勞強(qiáng)度極限。本臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的環(huán)向應(yīng)力t=28.77MPa，轉(zhuǎn)鼓的抗疲勞強(qiáng)度極限，故可知其安全。5.2 主軸的強(qiáng)度校核圖5 軸 通過(guò)軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件位置的確定，以及外載荷和支反力的作用位置都已確定，軸上彎矩和扭矩可以求得，因此可按彎扭合成強(qiáng)度條件對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。一般的軸用這種方法計(jì)算即可。9 計(jì)算步驟如下：M=1600kg，得式中， （11） （12）（1） 作出軸的彎矩圖如圖6所示。 圖6 主軸所受彎矩圖 （2）軸的強(qiáng)度校核已知軸的彎矩和扭矩后，可對(duì)危險(xiǎn)截面做

28、彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。10 計(jì)算應(yīng)力： （13） 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為： （14）式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，??；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，則取，本設(shè)計(jì)取。對(duì)于直徑為d 的圓軸，彎曲應(yīng)力為，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入上式，則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為 （15）式中 軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa；軸所受的彎矩， ； 軸所受的扭矩，；軸的抗彎截面系數(shù)，；對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。 （16）式中 則，把各值代

29、入上式得：代入式：對(duì)于1Cr18Ni9Ti，即有：，故滿足強(qiáng)度條件。6.主電機(jī)的選擇6.1功率計(jì)算 6.1.1啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件所需的功率N1 轉(zhuǎn)動(dòng)件加速到角速度所需的功為： （17）式中Jp 轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 。則啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)體的平均功率為： （18）式中：為啟動(dòng)時(shí)間，取時(shí)6.1.2 加速物料所需的功率N2加速物料到轉(zhuǎn)速并在半徑r處排放所需的功率為（W） （19）式中 流量，m3/s；物料密度，kg/m36.1.3 軸承摩擦損耗的功率N3軸承摩擦損耗的功率為 （20）式中 、兩個(gè)支承處軸頸的直徑，取m；摩擦因數(shù)，與軸承類型有關(guān)，滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承，??； 受靜載與動(dòng)載作用的離心機(jī)主軸承上的載荷，N。主

30、軸承受的總載荷為：軸承摩擦損耗的功率為：W6.1.4空氣摩擦消耗的功率N4空氣摩擦消耗是由轉(zhuǎn)鼓周圍空氣對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓的黏性阻力。因此，空氣摩擦消耗與旋轉(zhuǎn)件內(nèi)外跟空氣的接觸面積、轉(zhuǎn)速和空氣黏度或密度有關(guān)，可表示為 （21）式中 轉(zhuǎn)鼓周圍氣體介質(zhì)密度，隨壓力而增大，常壓下空氣可取1.3kg/m3；轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，m；轉(zhuǎn)鼓外半徑，m；轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液體自由表面半徑，m。6.1.5 卸料所需的功率N5對(duì)于雙螺旋葉片的螺旋卸料離心機(jī)，由圓錐段的推料公式可計(jì)算出圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率，其計(jì)算公式如下： （22）式中 單位時(shí)間內(nèi)離心機(jī)獲得的沉渣質(zhì)量；沉渣與轉(zhuǎn)鼓壁間的摩擦系數(shù)，對(duì)圓錐段；沉渣與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)，對(duì)圓錐段；圓錐段轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，； 轉(zhuǎn)鼓圓錐段大端半徑，；轉(zhuǎn)鼓圓錐段小端半徑，；螺旋導(dǎo)程，；重力加速度。將上述個(gè)數(shù)值代入，可得圓錐段轉(zhuǎn)鼓的推料功率：6.1.6總功率計(jì)算啟動(dòng)功率： 運(yùn)轉(zhuǎn)功率：6.2