| Курсовая работа "Подобрать и рассчитать сушилку по следующим исходным данным" | |
| Автор: student | Категория: Технические науки / Проектирование | Просмотров: 2062 | Комментирии: 0 | 01-01-2014 23:36 |
СКАЧАТЬ:
Подобрать и рассчитать сушилку по следующим исходным данным:
Производительность сушилки по готовому продукту, G, кг/ч 800
Начальная влажность материала, н , кг/кг 0,18
Конечная влажность материала, к , кг/кг 0,01
Насыпная плотность материала, н , кг/м3 950
Удельная теплоёмкость материала, ср , Дж/(кг К) 1000
Температура воздуха на входе в сушилку, tв.н , 0С 150
Температура воздуха на выходе из сушилки, tв . к , 0С 70
Размер частиц материала, , мм 3-5
Температура материала на входе в сушилку, н , 0С 10
Температура материала на выходе из сушилки, к , 0С 50
Материал является сыпуче-кристаллическим, нетоксичным, пожаровзрывобезопасным.
Температуру окружающего воздуха и его относительную влажность при-нять исходя из географических условий. Температуру материала на выходе из сушилки к , 0С принять на 200С ниже температуры tв . к .
1 Выбор типа сушилки
Для высушивания данного материала подходят два типа сушилок:
- барабанная сушилка;
- пневмотранспортная сушилка.
Но учитывая необходимость проведения непрерывного процесса, значительную производительность и свойства материала, выбираем сушилку барабанного типа с прямоточной схемой движения материала и теплоносителя.
1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – барабанная сушилка; 4 – система пылеочистки; 5 – выгрузное устройство.
Рисунок 1 – Технологическая схема процесса сушки
2 Технологический расчёт
Исходя из географических условий нашей республики, температуру окру-жающего воздуха t в . о , 0С приняли
tв . о = 20 0С.
Относительную влажность окружающего воздуха в , % приняли исходя из географических условий нашей республики
в = 67 %.
Коэффициент заполнения барабана приняли согласно [3, с. 298]
= 0,15.
По диаграмме Рамзина [3, с. 297] определяем по принятым значениям tв.о и в параметры состояния воздуха перед калорифером
x0 = 0,0125 кг / кг.
Iв.о = 50 кДж / кг.
Для точки В ( см. рисунок 2)
Iв.н = 190 кДж / кг.
В теоретической сушилке
Iв.н = Iв . к
xc’ = 0,044 кг / кг.
tв.н=150 оС
tв.к=70 оС
tв..о=19,4 оС
0,0125 0,03 0,038 0,044
Рисунок 2 – Схема процесса сушки
Удельную теплоту qт , Дж / кг определяли согласно [3, с. 299] по формуле
(1)
Конечное влагосодержание воздуха xк будет меньше хс . Его значение находим следующим путём.
Энтальпию для реального процесса сушки I, кДж / кг определяли согласно [3, с. 299]
I = Iв . н - q (x – хв . о), (2)
где q – поправка для реального процесса сушки;
х – влагосодержание, кг / кг.
хв . о < x < xc ,
Расход испаряемой влаги W, кг/с определяли согласно [3, с. 296] по форму-ле
W = G (н - к ), (3)
где G – производительность сушилки по готовому продукту, кг/с;
W = 0,22 (0,18 – 0,01) = 0,038 кг /с.
Поправку q, Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
q = qмат + qтр + qпот - Сн , (4)
где qмат – удельная теплота на нагрев материала, Дж/кг;
qтр – удельная теплота на нагрев транспортных устройств, Дж/кг;
qпот – удельные потери тепла, Дж/кг;
C - теплоёмкость воды, Дж/(кг К).
Удельную теплоту, затрачиваемую на нагрев материала qмат , Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
(5)
Удельную теплоту затрачиваемую на нагрев транспортных устройств qтр , Дж/кг приняли –согласно [3, с. 299]
qтр = 0 Дж/кг.
Удельные потери теплоты qпот , Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
qпот = 0,06qт , (6)
qпот = 0,06 4,4 10 6 = 2,6 10 5 Дж/кг.
q = 2,3 10 5 + 0 + 2,6 10 5 – 4190 10 = 4,5 10 5 Дж/кг.
Задавшись произвольным значением х = 0,03 кг/кг найдём энтальпию реального процесса сушки
I = 1,9 10 5 – 4,5 10 5 (0,03 – 0,0125) = 1,82 10 5 Дж/кг.
Проведя через точки В и D (хD = 0,03; ID = 1,82∙105 Дж/кг) прямую линию до пересечения с изотермой tв . к = 70 0С получим точку С (см. рисунок 2) для которой находим влагосодержание и энтальпию воздуха выходящего из сушки
xк = 0,038 кг/кг.
Расход сухого воздуха в сушилке Gс , кг/с определяли согласно [3, с. 297] по формуле
Gc = W / (xк – х0), (7)
Gс = 0,038 / (0,038 – 0,0125) = 1,49 кг/с.
Расход влажного воздуха на выходе из сушилки Vв , м3/с определяли согласно [3, с. 300] по формуле
Vв = уд Gc , (8)
где уд – удельный объём влажного воздуха, м3 / кг.
Удельный объём влажного воздуха уд , м3 / кг определяли согласно [3, с. 297] по формуле
(9)
где Rв – газовая постоянная для воздуха, Rв = 287 Дж/(кг К);
Т – температура воздуха, Т = 343 К;
П – общее давление паро-воздушной среды, П = 10 5 Па;
в – относительная влажность воздуха, в долях, в = 0,67;
Рнас – давление насыщенного водяного пара, Рнас = 3,2 10 4 Па.
Vв = 1,25 1,49 = 1,87 м3 /с.
Скорость газов на выходе из сушилки г , м/с приняли согласно [3, с. 297] по таблице 10.2
г = 1 м /с.
Внутренний диаметр сушильного барабана D, м определяли согласно [3, с. 295] по формуле
(10)
где - коэффициент заполнения барабана.
Коэффициент заполнения барабана приняли согласно [3, с. 298]
= 0,15.
Толщину обечайки , м приняли согласно [2, с. 260]
= 0,01 м.
Наружный диаметр барабана Dн , м определяли согласно [3, с. 295] по фор-муле
Dн = D + 2 , (11)
Dн = 1,67 + 2 0,01 = 1,69 м.
Согласно [3, с. 296] принимаем
Dн = 2 м.
Объём барабана Vб , м3 определяли согласно [3, с. 295] по формуле
Vб = W / A , (12)
где A - напряжённость барабана по влаге, Аυ = 3,3310 – 3 кг/(м3 С)
приняли согласно [2, с. 300];
W – количество удаляемой влаги, кг/с.
Vб = 0,038 / (3,33 10 – 3 ) = 11,52 м3.
Длину барабана L, м определяли согласно [3, с. 294] по формуле
(13)
Согласно [3, с. 294] приняли длину барабана L = 8 м.
Окончательно принимаем сушилку согласно [3, с. 296]
СБ 2 – 8.
Таблица 1 – Основные параметры барабанной сушилки СБ 2 – 8
Обозначение Наружный диаметр и дли-на барабана,
мм Частота вращения барабана,
мин – 1 Мощность электро-двигателя,
кВт
Dн L
СБ 2 - 8 2000 8000 3,2 17,9
3 Механический расчёт
3.1 Выбор конструкционного материала
Для изготовления барабана сушилки приняли сталь Ст3. Для изготовления бандажа приняли сталь 40. Для изготовления опорных роликов приняли сталь 40.
Химический состав конструкционных материалов
Таблица 2 – Химический состав стали
Сталь ГОСТ С, % Mn, % Si, % S, % P, % Cu, % Cr, %
ВСт3сп 380-71 0,14-0,22 0,4-0,65 0,12-0,3 0,05 0,04 0,3 0,3
Сталь 40 1050-74 0,37-0,45 0,5-0,8 0,17-0,37 0,04 0,035 0,25 0,25
Механические свойства стали
Таблица 3 – Механические свойства стали
Сталь ГОСТ Механические свойства стали
В, МПа Т, МПа 5, % ан, МДж/м2
ВСт3сп 380-71 380 210 26 – 23 0,8-0,5
Сталь 40 1050-74 500 275 20 0,6
3.2 Расчёт барабана на прочность
Толщину стенки барабана Sб , мм определяли согласно [2, с. 245] по форму-ле
Sб = (0,007 – 0,01) Dн , (14)
Sб = (0,007 – 0,01) 2000 = 14 – 20 мм.
Окончательно приняли Sб = 15 мм.
Массу обрабатываемого материала находящегося в аппарате mм , кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(15)
где м – насыпная плотность материала, кг / м3;
L – длина барабана сушилки, м;
- коэффициент заполнения барабана;
Dв – внутренний диаметр сушилки, м.
Внутренний диаметр барабана сушилки Dв , м определяли по формуле
Dв = Dн – 2Sб , (16)
Dв = 2 – 2 0,015 = 1,97 м.
Массу корпуса аппарата приняли согласно [2,с.260]
т¬к = 7695 кг.
Суммарную массу барабана т, кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
т = тк + тм + тф, (17)
где тк – масса корпуса барабана сушилки, кг;
тм – масса материала в сушилке, кг;
тф – масса футеровки, кг.
т = 7695 + 3473 + 0 = 11168 кг.
Линейную нагрузку q, Н/м, определяли согласно [2,с.246] по формуле
q = mg / L, (18)
где L – длина барабана, м.
q = 11168 ∙9,81/8 = 13695 Н/м.
Поперечную силу, действующую на барабан в месте крепления венцовой шестерни Qв , Н (см. рисунок 3) приняли согласно [2, с. 260] по таблице 3.29
Qв = 18600 Н.
RA
QB
RБ
l1
l2
l
L
Рисунок 3 – Распределение нагрузок на барабан
Реакции опор от действия линейной нагрузки q и поперечной силы Qв RA , Н и RB , Н определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(19)
Расстояния l, l1 , м и l2 , м (см. рисунок 3) приняли согласно [2, с. 260]
l = 1650 мм, l1 = 1200 мм , l 2 = 4700 мм.
Максимальный изгибающий момент, действующий на барабан Мmах , Н м определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(20)
Момент сопротивления сечения барабана W, м 3 определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(21)
где Dср – средний диаметр барабана, Dср = 1,985 м .
Напряжение в корпусе барабана , Па определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(22)
где [] – допускаемые напряжения для стали Ст3, Па.
Допускаемые напряжения для стали Ст3 [], Па приняли согласно [2, с. 246]
[] = 20 10 6 Па.
Условие прочности выполняется: < [].
3.3 Расчёт барабана сушилки на жёсткость
Суммарный максимальный прогиб от действия нагрузок ymах , м определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(23)
где q1 – линейная нагрузка от массы обрабатываемого материала, Н/м;
q2 – линейная нагрузка от массы барабана, футеровки и насадки, Н/м;
Е – модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре, Па;
Ix – момент инерции единичного кольцевого участка барабана, м 3.
Линейную нагрузку от массы обрабатываемого материала q1 , Н/м опреде-ляли по формуле
(26)
где тм – масса материала в сушилке, кг;
L – длина барабана, м.
Линейную нагрузку от массы барабана q2 , Н/м определяли согласно [2,с.255] по формуле
(27)
где тк – масса корпуса сушилки, кг;
тф – масса футеровки, кг.
Модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре Е, Па при-няли согласно [2, с. 285]
Е = 1,86 10 11 Па.
Момент инерции единичного кольцевого участка барабана Ix , м 3 определя-ли согласно [2, с. 247] по формуле
(28)
Относительный прогиб определяли согласно [2, с. 247] по формуле
= уmах / Dср [], (29)
где [] – допускаемый относительный прогиб.
Допускаемый относительный прогиб [] приняли согласно [2, с. 247]
[] 1/200.
Условие жёсткости выполняется: < [].
3.4 Расчёт бандажа
Так как жесткое крепление бандажа на корпус ухудшает его взаимодеиствие с опорными роликами и требует большой точности при изготовлении и монтаже конструкции, то принимаем свободно одетый бандаж, опирающийся на башмаки (см. рисунок 4).
1 – бандаж; 2 – башмак; 3 – стальная подкладка
Рисунок 4 – Крепление бандажа барабанной сушилки при помощи башма-ков
Количество башмаков пб приняли согласно [2, с. 261] по таблице 3.30
пб = 16.
Реакцию опорного ролика Rp , Н (см. рисунок 5) определяли согласно [2, с. 247] по формуле
Rp = Rоп / (2 сos j), (30)
где Rоп – реакция опоры, Н;
j – половина угла между роликами, град.
Рисунок 5 – Схема действия опорных реакций
Реакцию опоры Rоп , Н определяли согласно [2, с. 247] по формуле
(31)
Половину угла между роликами j, град приняли согласно [2, с. 261] по таб-лице 3.30
j = 41 0.
Угол между башмаками j1 , рад определяли согласно [2, с. 247] по формуле
j1 = 2 / nб , (32)
j1 = 2 180 0 / 16 = 22,5 0 = 0,3925 рад.
Силу действующую на башмак Q0 , Н определяли согласно [2, с. 247] по формуле
(33)
Рисунок 6 – Нагрузки, действующие на бандаж
Число башмаков в одном квадранте пб 1, шт, определяли согласно [2,с.256] по формуле
пб1 = (пб - 2)/4, (34)
п б1 = (16 - 2) /4 = 3,5.
Приняли п б1 = 4.
Силы, действующие на башмаки, расположенные в одной четверти, Qi, Н определяли согласно [2,с.256] по формуле
Qi = Q0 Cos( i j1), (35)
где i – порядковый номер башмака, i = 0, 1, 2, 3, 4;
j1 – угол между башмаками, град.
Q0 = 17,25 кН.
Q1 = 17,25 Cos (1 22,50) = 15,9 кН.
Q2 = 17,25 Cos (2 22,50) = 12,2 кН.
Q3 = 17,25 Cos (3 22,50) = 6,6 кН.
Q4 = 17,25 Cos (4 22,50) = 0 кН.
Определив силы, действующие на каждый башмак, находим расчётные углы для отдельных пар сил (см. рисунок 6) согласно [2, с. 248]
Чтобы система стала статически определимой, необходимо мысленно рас-сечь бандаж в ключевом сечении и нарушенную связь заменить моментом М0 и нормальной силой N0 , значения которых легко определить с помощью метода Кастельяно
Изгибающие моменты М0 0 , М0 1 , М0 2, М0 3, М0 4 от действующих на бандаж сил Q0 , Q1 , Q2, Q3, Q4 определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(36)
где Rср – средний радиус бандажа, м.
Средний радиус бандажа Rср , определяли согласно [2, с. 248] по формуле
Rср = Dср . б / 2, (37)
где Dср . б – средний диаметр барабана, м.
Средний диаметр барабана Dср . б , м определяли согласно [2, с. 248] по формуле
Dср . б = (1,14 – 1,22)Dн , (38)
Dср . б = 1,18 2,0 = 2,36 м.
Rср = 2,36 / 2 = 1,18 м.
Угол β определяли по формуле
β = 180° - j = 180° - 41 = 139° = 2,42 рад.
Результирующий изгибающий момент М0 , Н м определяли согласно [2, с. 248] по формуле
М0 = М0 1+М0 2+М0 3+М0 4+М0 5+М06+М0 7+М08 , (39)
Нормальные внутренние силы N0 0 , N0 1 , N0 2 … N0 8 , Н определяли соглас-но [2, с. 249] по формуле
(40)
Результирующую нормальных внутренних сил N0 , Н определяли согласно [2, с. 249] по формуле
N0 = N0 1+N0 2+N0 3+N0 4+N0 5+N0 6+N0 7+N0 8 , (41)
Вычисляя по формулам (36), (39), (40) и (41) все необходимые значения ре-зультаты расчётов сводим в таблицу 4
Таблица 4 – Результаты расчётов
Изгибающие моменты, кН м
М0 0 М0 1 М0 2 М0 3 М0 4
- 0,975 - 1,224 0,226 0,88 0
Нормальные внутренние силы, кН
N0 0 N0 1 N0 2 N0 3 N0 4
4,39 11,8 -34,56 -2,48 0
Результирующий изгибающий момент, кН м -1,093
Результирующая нормальная внутренняя сила, кН -20,85
Изгибающий момент в любом сечении бандажа (см. рисунок 6) определяли согласно [2, с. 249] по формулам
, (41)
, (42)
Вычисляя по формулам (41) и (42) изгибающие моменты в бандаже результаты расчётов сводим в таблицу 5
Таблица 5 – Значения изгибающих моментов в бандаже
j2 … 0 M j 2 , кН м j2 … 0 M j 2 , кН м
0
20
40
60
80 -1,09
-2,57
-1,21
- 9,66
-19,74 100
120
140
160
180 - 30,0
- 39,0
- 41,3
- 67,23
- 85,68
По данным из таблицы 5 строим эпюру изгибающих моментов в бандаже (см. рисунок 7)
Рисунок 7 – Эпюра изгибающих моментов в бандаже
3.3 Определение геометрических размеров бандажа и опорного ролика
Ширину бандажа b, м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(43)
где Е1 – модуль упругости материала бандажа, Па;
Е2 – модуль упругости материала ролика, Па;
[к] – допускаемое контактное напряжение, Па;
Dн . б – наружный диаметр бандажа, м;
dр – диаметр опорного ролика, м;
Rр – реакция опорного ролика, Н.
Модуль упругости материала бандажа и ролика Е1 , Па и Е2 , Па приняли согласно [2, с. 285] по таблице 7
Е1 = Е2 = 1,86 10 11 Па.
Допускаемые контактные напряжения [к], Па приняли согласно [2, с. 256]
[к] = 400 10 6 Па.
Диаметр опорного ролика dр , м приняли согласно [2, с. 261] по таблице 3.30
dр = 0,6 м.
Наружный диаметр бандажа Dн . б , м определили согласно [2, с. 250] из соотношения
(44)
Dн . б = 2,1 м.
Высоту сечения бандажа hб , м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(45)
где []из – допускаемые напряжения на изгиб, Па.
Допускаемые напряжения на изгиб []из , Па определяли согласно [2, с. 250]
[]из = 50 10 6 Па.
Площадь сечения бандажа F, м2, определяли по формуле
F = hб ∙ b, (46)
F = 0,507 ∙ 0,04 = 0,0203 м2.
Приняли высоту сечения бандажа hб = 0,14 м.
Точное значение ширины бандажа определяли по формуле
b = F / hб, (47)
b = 0,0203/ 0,14 = 0,145 м.
Наружный диаметр бандажа Dн . б , м определяли согласно [2, с. 250] по фор-муле
Dн . б = Dср. б + hб , (48)
Dн . б = 2,36 + 0,14 = 2,5 м.
Внутренний диаметр бандажа Dв . б , м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
Dв .б = Dср . б – hб , (49)
Dв . б = 2, 36 – 0, 14 = 2,22м.
Диаметр внешней опорной поверхности башмаков Dоп , м определяли со-гласно [2, с. 250] по формуле
(50)
где t – коэффициент линейного расширения материала барабана, 1/ 0С;
t – разность между температурами барабана при монтаже и в рабочем состоянии, 0С;
u б – максимальный монтажный зазор между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром башмаков, м.
Коэффициент линейного расширения материала барабана t , 1/ 0С приняли согласно [2, с. 286] по таблице 11
t = 12,5 10 – 6 1/ 0С.
Разность между температурами барабана при монтаже и в рабочем состоя-нии t, 0С определяли по формуле
(51)
Максимальный монтажный зазор между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром башмаков иб , м приняли согласно [2, с. 250]
uб = 2 мм.
Ширину опорного ролика bр , м определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(52)
где ир – конструктивная добавка, компенсирующая отклонения, возникаю-щие при монтаже, м;
l2 – расстояние между бандажами (опорами), м.
Конструктивную добавку, компенсирующую отклонения, возникающие при монтаже uр , м приняли согласно [2, с. 251]
uр = 0,035 м.
Контактные напряжения возникающие в материале бандажа и ролика к , Па определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(52)
где qк – усилие, приходящееся на единицу длины контакта, Па.
Усилие приходящееся на единицу длины контакта qк , Н/м, определяли со-гласно [2, с. 251] по формуле
qк = Rp / b, (54)
qк = 45700 / 0,145 = 0,315 МН/м.
Ширину упорного ролика bу . р , м определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(55)
где Е3 – модуль упругости материала упорного ролика, Па;
тш – масса венцовой шестерни, кг;
ткр – масса элементов крепления венцовой шестерни, кг;
тб – масса бандажа, кг;
б – угол наклона барабана, град;
- угол конусности упорного ролика, град.
Модуль упругости материала упорного ролика Е3 , Па приняли согласно [2, с. 285]
Е3 = 1,86 10 11 Па.
Суммарную массу венцовой шестерни и элементов крепления венцовой шестерни (тш + ткр), кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(тш + ткр) = Qв / g, (56)
(тш + ткр) = 18600 / 9,81 = 1896 кг.
Массу бандажа тб , кг приняли согласно [2, с. 261]
тб = 1930 кг.
Угол наклона барабана б , град приняли согласно [2, с. 251]
б = 5 0.
Угол конусности упорного ролика , град приняли согласно [2, с. 251]
= 17 0.
Конструктивно принимаем ширину упорного ролика bу . р = 0,3 м.
Диаметр упорного ролика Dу . р , м определяли согласно [2, с. 251] по фор-муле
(57)
Список использованной литературы
1 Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1991. – 496 с.
2 Михалёв М.Ф. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств. – Л.: Машиностроение, 1984. – 301., ил.
3 Соколов В.М. Машины и аппараты химических производств.– Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с., ил.
Содержание с
1. Выбор типа сушилки 2
2. Технологический расчет 3
3. Механический расчет 8
3.1 Выбор конструкционного материала 8
3.2 Расчет барабана на прочность 8
3.3 Расчет барабана сушилки на жесткость 11
3.4 Расчет бандажа 13
3.5 Определение геометрических размеров бандажа и
опорного ролика 19
Список используемой литературы 23
Подобрать и рассчитать сушилку по следующим исходным данным:
Производительность сушилки по готовому продукту, G, кг/ч 800
Начальная влажность материала, н , кг/кг 0,18
Конечная влажность материала, к , кг/кг 0,01
Насыпная плотность материала, н , кг/м3 950
Удельная теплоёмкость материала, ср , Дж/(кг К) 1000
Температура воздуха на входе в сушилку, tв.н , 0С 150
Температура воздуха на выходе из сушилки, tв . к , 0С 70
Размер частиц материала, , мм 3-5
Температура материала на входе в сушилку, н , 0С 10
Температура материала на выходе из сушилки, к , 0С 50
Материал является сыпуче-кристаллическим, нетоксичным, пожаровзрывобезопасным.
Температуру окружающего воздуха и его относительную влажность при-нять исходя из географических условий. Температуру материала на выходе из сушилки к , 0С принять на 200С ниже температуры tв . к .
1 Выбор типа сушилки
Для высушивания данного материала подходят два типа сушилок:
- барабанная сушилка;
- пневмотранспортная сушилка.
Но учитывая необходимость проведения непрерывного процесса, значительную производительность и свойства материала, выбираем сушилку барабанного типа с прямоточной схемой движения материала и теплоносителя.
1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – барабанная сушилка; 4 – система пылеочистки; 5 – выгрузное устройство.
Рисунок 1 – Технологическая схема процесса сушки
2 Технологический расчёт
Исходя из географических условий нашей республики, температуру окру-жающего воздуха t в . о , 0С приняли
tв . о = 20 0С.
Относительную влажность окружающего воздуха в , % приняли исходя из географических условий нашей республики
в = 67 %.
Коэффициент заполнения барабана приняли согласно [3, с. 298]
= 0,15.
По диаграмме Рамзина [3, с. 297] определяем по принятым значениям tв.о и в параметры состояния воздуха перед калорифером
x0 = 0,0125 кг / кг.
Iв.о = 50 кДж / кг.
Для точки В ( см. рисунок 2)
Iв.н = 190 кДж / кг.
В теоретической сушилке
Iв.н = Iв . к
xc’ = 0,044 кг / кг.
tв.н=150 оС
tв.к=70 оС
tв..о=19,4 оС
0,0125 0,03 0,038 0,044
Рисунок 2 – Схема процесса сушки
Удельную теплоту qт , Дж / кг определяли согласно [3, с. 299] по формуле
(1)
Конечное влагосодержание воздуха xк будет меньше хс . Его значение находим следующим путём.
Энтальпию для реального процесса сушки I, кДж / кг определяли согласно [3, с. 299]
I = Iв . н - q (x – хв . о), (2)
где q – поправка для реального процесса сушки;
х – влагосодержание, кг / кг.
хв . о < x < xc ,
Расход испаряемой влаги W, кг/с определяли согласно [3, с. 296] по форму-ле
W = G (н - к ), (3)
где G – производительность сушилки по готовому продукту, кг/с;
W = 0,22 (0,18 – 0,01) = 0,038 кг /с.
Поправку q, Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
q = qмат + qтр + qпот - Сн , (4)
где qмат – удельная теплота на нагрев материала, Дж/кг;
qтр – удельная теплота на нагрев транспортных устройств, Дж/кг;
qпот – удельные потери тепла, Дж/кг;
C - теплоёмкость воды, Дж/(кг К).
Удельную теплоту, затрачиваемую на нагрев материала qмат , Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
(5)
Удельную теплоту затрачиваемую на нагрев транспортных устройств qтр , Дж/кг приняли –согласно [3, с. 299]
qтр = 0 Дж/кг.
Удельные потери теплоты qпот , Дж/кг определяли согласно [3, с. 298] по формуле
qпот = 0,06qт , (6)
qпот = 0,06 4,4 10 6 = 2,6 10 5 Дж/кг.
q = 2,3 10 5 + 0 + 2,6 10 5 – 4190 10 = 4,5 10 5 Дж/кг.
Задавшись произвольным значением х = 0,03 кг/кг найдём энтальпию реального процесса сушки
I = 1,9 10 5 – 4,5 10 5 (0,03 – 0,0125) = 1,82 10 5 Дж/кг.
Проведя через точки В и D (хD = 0,03; ID = 1,82∙105 Дж/кг) прямую линию до пересечения с изотермой tв . к = 70 0С получим точку С (см. рисунок 2) для которой находим влагосодержание и энтальпию воздуха выходящего из сушки
xк = 0,038 кг/кг.
Расход сухого воздуха в сушилке Gс , кг/с определяли согласно [3, с. 297] по формуле
Gc = W / (xк – х0), (7)
Gс = 0,038 / (0,038 – 0,0125) = 1,49 кг/с.
Расход влажного воздуха на выходе из сушилки Vв , м3/с определяли согласно [3, с. 300] по формуле
Vв = уд Gc , (8)
где уд – удельный объём влажного воздуха, м3 / кг.
Удельный объём влажного воздуха уд , м3 / кг определяли согласно [3, с. 297] по формуле
(9)
где Rв – газовая постоянная для воздуха, Rв = 287 Дж/(кг К);
Т – температура воздуха, Т = 343 К;
П – общее давление паро-воздушной среды, П = 10 5 Па;
в – относительная влажность воздуха, в долях, в = 0,67;
Рнас – давление насыщенного водяного пара, Рнас = 3,2 10 4 Па.
Vв = 1,25 1,49 = 1,87 м3 /с.
Скорость газов на выходе из сушилки г , м/с приняли согласно [3, с. 297] по таблице 10.2
г = 1 м /с.
Внутренний диаметр сушильного барабана D, м определяли согласно [3, с. 295] по формуле
(10)
где - коэффициент заполнения барабана.
Коэффициент заполнения барабана приняли согласно [3, с. 298]
= 0,15.
Толщину обечайки , м приняли согласно [2, с. 260]
= 0,01 м.
Наружный диаметр барабана Dн , м определяли согласно [3, с. 295] по фор-муле
Dн = D + 2 , (11)
Dн = 1,67 + 2 0,01 = 1,69 м.
Согласно [3, с. 296] принимаем
Dн = 2 м.
Объём барабана Vб , м3 определяли согласно [3, с. 295] по формуле
Vб = W / A , (12)
где A - напряжённость барабана по влаге, Аυ = 3,3310 – 3 кг/(м3 С)
приняли согласно [2, с. 300];
W – количество удаляемой влаги, кг/с.
Vб = 0,038 / (3,33 10 – 3 ) = 11,52 м3.
Длину барабана L, м определяли согласно [3, с. 294] по формуле
(13)
Согласно [3, с. 294] приняли длину барабана L = 8 м.
Окончательно принимаем сушилку согласно [3, с. 296]
СБ 2 – 8.
Таблица 1 – Основные параметры барабанной сушилки СБ 2 – 8
Обозначение Наружный диаметр и дли-на барабана,
мм Частота вращения барабана,
мин – 1 Мощность электро-двигателя,
кВт
Dн L
СБ 2 - 8 2000 8000 3,2 17,9
3 Механический расчёт
3.1 Выбор конструкционного материала
Для изготовления барабана сушилки приняли сталь Ст3. Для изготовления бандажа приняли сталь 40. Для изготовления опорных роликов приняли сталь 40.
Химический состав конструкционных материалов
Таблица 2 – Химический состав стали
Сталь ГОСТ С, % Mn, % Si, % S, % P, % Cu, % Cr, %
ВСт3сп 380-71 0,14-0,22 0,4-0,65 0,12-0,3 0,05 0,04 0,3 0,3
Сталь 40 1050-74 0,37-0,45 0,5-0,8 0,17-0,37 0,04 0,035 0,25 0,25
Механические свойства стали
Таблица 3 – Механические свойства стали
Сталь ГОСТ Механические свойства стали
В, МПа Т, МПа 5, % ан, МДж/м2
ВСт3сп 380-71 380 210 26 – 23 0,8-0,5
Сталь 40 1050-74 500 275 20 0,6
3.2 Расчёт барабана на прочность
Толщину стенки барабана Sб , мм определяли согласно [2, с. 245] по форму-ле
Sб = (0,007 – 0,01) Dн , (14)
Sб = (0,007 – 0,01) 2000 = 14 – 20 мм.
Окончательно приняли Sб = 15 мм.
Массу обрабатываемого материала находящегося в аппарате mм , кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(15)
где м – насыпная плотность материала, кг / м3;
L – длина барабана сушилки, м;
- коэффициент заполнения барабана;
Dв – внутренний диаметр сушилки, м.
Внутренний диаметр барабана сушилки Dв , м определяли по формуле
Dв = Dн – 2Sб , (16)
Dв = 2 – 2 0,015 = 1,97 м.
Массу корпуса аппарата приняли согласно [2,с.260]
т¬к = 7695 кг.
Суммарную массу барабана т, кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
т = тк + тм + тф, (17)
где тк – масса корпуса барабана сушилки, кг;
тм – масса материала в сушилке, кг;
тф – масса футеровки, кг.
т = 7695 + 3473 + 0 = 11168 кг.
Линейную нагрузку q, Н/м, определяли согласно [2,с.246] по формуле
q = mg / L, (18)
где L – длина барабана, м.
q = 11168 ∙9,81/8 = 13695 Н/м.
Поперечную силу, действующую на барабан в месте крепления венцовой шестерни Qв , Н (см. рисунок 3) приняли согласно [2, с. 260] по таблице 3.29
Qв = 18600 Н.
RA
QB
RБ
l1
l2
l
L
Рисунок 3 – Распределение нагрузок на барабан
Реакции опор от действия линейной нагрузки q и поперечной силы Qв RA , Н и RB , Н определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(19)
Расстояния l, l1 , м и l2 , м (см. рисунок 3) приняли согласно [2, с. 260]
l = 1650 мм, l1 = 1200 мм , l 2 = 4700 мм.
Максимальный изгибающий момент, действующий на барабан Мmах , Н м определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(20)
Момент сопротивления сечения барабана W, м 3 определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(21)
где Dср – средний диаметр барабана, Dср = 1,985 м .
Напряжение в корпусе барабана , Па определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(22)
где [] – допускаемые напряжения для стали Ст3, Па.
Допускаемые напряжения для стали Ст3 [], Па приняли согласно [2, с. 246]
[] = 20 10 6 Па.
Условие прочности выполняется: < [].
3.3 Расчёт барабана сушилки на жёсткость
Суммарный максимальный прогиб от действия нагрузок ymах , м определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(23)
где q1 – линейная нагрузка от массы обрабатываемого материала, Н/м;
q2 – линейная нагрузка от массы барабана, футеровки и насадки, Н/м;
Е – модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре, Па;
Ix – момент инерции единичного кольцевого участка барабана, м 3.
Линейную нагрузку от массы обрабатываемого материала q1 , Н/м опреде-ляли по формуле
(26)
где тм – масса материала в сушилке, кг;
L – длина барабана, м.
Линейную нагрузку от массы барабана q2 , Н/м определяли согласно [2,с.255] по формуле
(27)
где тк – масса корпуса сушилки, кг;
тф – масса футеровки, кг.
Модуль упругости материала корпуса при рабочей температуре Е, Па при-няли согласно [2, с. 285]
Е = 1,86 10 11 Па.
Момент инерции единичного кольцевого участка барабана Ix , м 3 определя-ли согласно [2, с. 247] по формуле
(28)
Относительный прогиб определяли согласно [2, с. 247] по формуле
= уmах / Dср [], (29)
где [] – допускаемый относительный прогиб.
Допускаемый относительный прогиб [] приняли согласно [2, с. 247]
[] 1/200.
Условие жёсткости выполняется: < [].
3.4 Расчёт бандажа
Так как жесткое крепление бандажа на корпус ухудшает его взаимодеиствие с опорными роликами и требует большой точности при изготовлении и монтаже конструкции, то принимаем свободно одетый бандаж, опирающийся на башмаки (см. рисунок 4).
1 – бандаж; 2 – башмак; 3 – стальная подкладка
Рисунок 4 – Крепление бандажа барабанной сушилки при помощи башма-ков
Количество башмаков пб приняли согласно [2, с. 261] по таблице 3.30
пб = 16.
Реакцию опорного ролика Rp , Н (см. рисунок 5) определяли согласно [2, с. 247] по формуле
Rp = Rоп / (2 сos j), (30)
где Rоп – реакция опоры, Н;
j – половина угла между роликами, град.
Рисунок 5 – Схема действия опорных реакций
Реакцию опоры Rоп , Н определяли согласно [2, с. 247] по формуле
(31)
Половину угла между роликами j, град приняли согласно [2, с. 261] по таб-лице 3.30
j = 41 0.
Угол между башмаками j1 , рад определяли согласно [2, с. 247] по формуле
j1 = 2 / nб , (32)
j1 = 2 180 0 / 16 = 22,5 0 = 0,3925 рад.
Силу действующую на башмак Q0 , Н определяли согласно [2, с. 247] по формуле
(33)
Рисунок 6 – Нагрузки, действующие на бандаж
Число башмаков в одном квадранте пб 1, шт, определяли согласно [2,с.256] по формуле
пб1 = (пб - 2)/4, (34)
п б1 = (16 - 2) /4 = 3,5.
Приняли п б1 = 4.
Силы, действующие на башмаки, расположенные в одной четверти, Qi, Н определяли согласно [2,с.256] по формуле
Qi = Q0 Cos( i j1), (35)
где i – порядковый номер башмака, i = 0, 1, 2, 3, 4;
j1 – угол между башмаками, град.
Q0 = 17,25 кН.
Q1 = 17,25 Cos (1 22,50) = 15,9 кН.
Q2 = 17,25 Cos (2 22,50) = 12,2 кН.
Q3 = 17,25 Cos (3 22,50) = 6,6 кН.
Q4 = 17,25 Cos (4 22,50) = 0 кН.
Определив силы, действующие на каждый башмак, находим расчётные углы для отдельных пар сил (см. рисунок 6) согласно [2, с. 248]
Чтобы система стала статически определимой, необходимо мысленно рас-сечь бандаж в ключевом сечении и нарушенную связь заменить моментом М0 и нормальной силой N0 , значения которых легко определить с помощью метода Кастельяно
Изгибающие моменты М0 0 , М0 1 , М0 2, М0 3, М0 4 от действующих на бандаж сил Q0 , Q1 , Q2, Q3, Q4 определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(36)
где Rср – средний радиус бандажа, м.
Средний радиус бандажа Rср , определяли согласно [2, с. 248] по формуле
Rср = Dср . б / 2, (37)
где Dср . б – средний диаметр барабана, м.
Средний диаметр барабана Dср . б , м определяли согласно [2, с. 248] по формуле
Dср . б = (1,14 – 1,22)Dн , (38)
Dср . б = 1,18 2,0 = 2,36 м.
Rср = 2,36 / 2 = 1,18 м.
Угол β определяли по формуле
β = 180° - j = 180° - 41 = 139° = 2,42 рад.
Результирующий изгибающий момент М0 , Н м определяли согласно [2, с. 248] по формуле
М0 = М0 1+М0 2+М0 3+М0 4+М0 5+М06+М0 7+М08 , (39)
Нормальные внутренние силы N0 0 , N0 1 , N0 2 … N0 8 , Н определяли соглас-но [2, с. 249] по формуле
(40)
Результирующую нормальных внутренних сил N0 , Н определяли согласно [2, с. 249] по формуле
N0 = N0 1+N0 2+N0 3+N0 4+N0 5+N0 6+N0 7+N0 8 , (41)
Вычисляя по формулам (36), (39), (40) и (41) все необходимые значения ре-зультаты расчётов сводим в таблицу 4
Таблица 4 – Результаты расчётов
Изгибающие моменты, кН м
М0 0 М0 1 М0 2 М0 3 М0 4
- 0,975 - 1,224 0,226 0,88 0
Нормальные внутренние силы, кН
N0 0 N0 1 N0 2 N0 3 N0 4
4,39 11,8 -34,56 -2,48 0
Результирующий изгибающий момент, кН м -1,093
Результирующая нормальная внутренняя сила, кН -20,85
Изгибающий момент в любом сечении бандажа (см. рисунок 6) определяли согласно [2, с. 249] по формулам
, (41)
, (42)
Вычисляя по формулам (41) и (42) изгибающие моменты в бандаже результаты расчётов сводим в таблицу 5
Таблица 5 – Значения изгибающих моментов в бандаже
j2 … 0 M j 2 , кН м j2 … 0 M j 2 , кН м
0
20
40
60
80 -1,09
-2,57
-1,21
- 9,66
-19,74 100
120
140
160
180 - 30,0
- 39,0
- 41,3
- 67,23
- 85,68
По данным из таблицы 5 строим эпюру изгибающих моментов в бандаже (см. рисунок 7)
Рисунок 7 – Эпюра изгибающих моментов в бандаже
3.3 Определение геометрических размеров бандажа и опорного ролика
Ширину бандажа b, м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(43)
где Е1 – модуль упругости материала бандажа, Па;
Е2 – модуль упругости материала ролика, Па;
[к] – допускаемое контактное напряжение, Па;
Dн . б – наружный диаметр бандажа, м;
dр – диаметр опорного ролика, м;
Rр – реакция опорного ролика, Н.
Модуль упругости материала бандажа и ролика Е1 , Па и Е2 , Па приняли согласно [2, с. 285] по таблице 7
Е1 = Е2 = 1,86 10 11 Па.
Допускаемые контактные напряжения [к], Па приняли согласно [2, с. 256]
[к] = 400 10 6 Па.
Диаметр опорного ролика dр , м приняли согласно [2, с. 261] по таблице 3.30
dр = 0,6 м.
Наружный диаметр бандажа Dн . б , м определили согласно [2, с. 250] из соотношения
(44)
Dн . б = 2,1 м.
Высоту сечения бандажа hб , м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
(45)
где []из – допускаемые напряжения на изгиб, Па.
Допускаемые напряжения на изгиб []из , Па определяли согласно [2, с. 250]
[]из = 50 10 6 Па.
Площадь сечения бандажа F, м2, определяли по формуле
F = hб ∙ b, (46)
F = 0,507 ∙ 0,04 = 0,0203 м2.
Приняли высоту сечения бандажа hб = 0,14 м.
Точное значение ширины бандажа определяли по формуле
b = F / hб, (47)
b = 0,0203/ 0,14 = 0,145 м.
Наружный диаметр бандажа Dн . б , м определяли согласно [2, с. 250] по фор-муле
Dн . б = Dср. б + hб , (48)
Dн . б = 2,36 + 0,14 = 2,5 м.
Внутренний диаметр бандажа Dв . б , м определяли согласно [2, с. 250] по формуле
Dв .б = Dср . б – hб , (49)
Dв . б = 2, 36 – 0, 14 = 2,22м.
Диаметр внешней опорной поверхности башмаков Dоп , м определяли со-гласно [2, с. 250] по формуле
(50)
где t – коэффициент линейного расширения материала барабана, 1/ 0С;
t – разность между температурами барабана при монтаже и в рабочем состоянии, 0С;
u б – максимальный монтажный зазор между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром башмаков, м.
Коэффициент линейного расширения материала барабана t , 1/ 0С приняли согласно [2, с. 286] по таблице 11
t = 12,5 10 – 6 1/ 0С.
Разность между температурами барабана при монтаже и в рабочем состоя-нии t, 0С определяли по формуле
(51)
Максимальный монтажный зазор между внутренним диаметром бандажа и наружным диаметром башмаков иб , м приняли согласно [2, с. 250]
uб = 2 мм.
Ширину опорного ролика bр , м определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(52)
где ир – конструктивная добавка, компенсирующая отклонения, возникаю-щие при монтаже, м;
l2 – расстояние между бандажами (опорами), м.
Конструктивную добавку, компенсирующую отклонения, возникающие при монтаже uр , м приняли согласно [2, с. 251]
uр = 0,035 м.
Контактные напряжения возникающие в материале бандажа и ролика к , Па определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(52)
где qк – усилие, приходящееся на единицу длины контакта, Па.
Усилие приходящееся на единицу длины контакта qк , Н/м, определяли со-гласно [2, с. 251] по формуле
qк = Rp / b, (54)
qк = 45700 / 0,145 = 0,315 МН/м.
Ширину упорного ролика bу . р , м определяли согласно [2, с. 251] по формуле
(55)
где Е3 – модуль упругости материала упорного ролика, Па;
тш – масса венцовой шестерни, кг;
ткр – масса элементов крепления венцовой шестерни, кг;
тб – масса бандажа, кг;
б – угол наклона барабана, град;
- угол конусности упорного ролика, град.
Модуль упругости материала упорного ролика Е3 , Па приняли согласно [2, с. 285]
Е3 = 1,86 10 11 Па.
Суммарную массу венцовой шестерни и элементов крепления венцовой шестерни (тш + ткр), кг определяли согласно [2, с. 246] по формуле
(тш + ткр) = Qв / g, (56)
(тш + ткр) = 18600 / 9,81 = 1896 кг.
Массу бандажа тб , кг приняли согласно [2, с. 261]
тб = 1930 кг.
Угол наклона барабана б , град приняли согласно [2, с. 251]
б = 5 0.
Угол конусности упорного ролика , град приняли согласно [2, с. 251]
= 17 0.
Конструктивно принимаем ширину упорного ролика bу . р = 0,3 м.
Диаметр упорного ролика Dу . р , м определяли согласно [2, с. 251] по фор-муле
(57)
Список использованной литературы
1 Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1991. – 496 с.
2 Михалёв М.Ф. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств. – Л.: Машиностроение, 1984. – 301., ил.
3 Соколов В.М. Машины и аппараты химических производств.– Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с., ил.
Содержание с
1. Выбор типа сушилки 2
2. Технологический расчет 3
3. Механический расчет 8
3.1 Выбор конструкционного материала 8
3.2 Расчет барабана на прочность 8
3.3 Расчет барабана сушилки на жесткость 11
3.4 Расчет бандажа 13
3.5 Определение геометрических размеров бандажа и
опорного ролика 19
Список используемой литературы 23
Не Пропустите: