--PAGE_BREAK--Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от всех вращающихся частей барабана. Изготавливаются они из материала менее прочного, чем бандаж, т.к. смена изношенных роликов более проста, да и сами ролики дешевле бандажей.
Проверочный расчет бандажей.
Зная диаметр барабана и нагрузку, можно выбрать конструкцию и размеры бандажа (например, по заводским нормалям завода «Прогресс»). Выбранный бандаж следует проверить на контактную прочность и изгиб.
В заводских нормалях завода «Прогресс» необходимых для барабана диаметром 2,5 м бандажей нет. Поэтому рассчитываемая сушка представляет собой 2 барабана меньшего диаметра, с рабочей площадью и объёмом такими же как и у одного барабана диаметра 2,5 м, при этом остальные рассчитываемые характеристики процесса сушки не изменятся, произведём расчёт необходимого диаметра барабанов:
Тогда диаметр маленьких барабанов будет равен:
По каталогу [1] выбираем диаметр барабанов DБМ=2000м.
Так же для равенства остальных параметров сушки объёмы маленьких барабанов должны составлять в сумме объём одного барабана. Тогда:
Окончательно по каталогу [1] выбираем:LБМ=12000мм, и имеем DБМ=2000мм и LБМ=12000мм (такой же результат может быть получен, используя выражение для минимально-необходимого объёма аппарата п.2.2).
Определим массу материала в малом барабане и массу снаряжённого барабана с высушиваемым материалом соответственно:
Расчёт мощности электродвигателя на вращение малого барабана:
Потребная мощность барабана:
Мощность электродвигателя:
Мощность электродвигателя по каталогу (из [1], стр. 15) 25кВт.
Рассчитаем угол наклона малого барабана:
=3,70
Теперь произведём необходимый расчёт бандажей:
где Р обозначает нагрузку, приходящуюся на единицу длины контакта, Н/см, R и r — наружные радиусы соответственно бандажа и опорного ролика, см.
Величина нагрузки Р может быть рассчитана по формуле:
где G — масса снаряжённого и нагруженного барабана, кг, b — ширина бандажа, см., — половина центрального угла между опорными роликами, g=9,81 м/с2, 2 — число бандажей.
Известно [18], что расчетное напряжение в опасной точке, которая лежит на некоторой глубине контактирующих тел, по энергетической теории прочности составляет примерно 60% от максимального напряжения, т.е. у'?0,6уmax. На поверхности соприкосновения расчетное напряжение по той же теории прочности равно 40% от того же максимального напряжения, т.е. у''?0,4уmax.
Найденные таким образом расчетные напряжения следует сравнить с пределом текучести материала бандажа, чтобы судить о возможности (невозможности) остаточных деформаций бандажа.
G=36035кг; число бандажей — 2; ширина бандажей b=170мм; радиус бандажа R=1235мм; радиус опорного ролика r=300мм; центральный угол между опорными роликами 2=600; модуль упругости материала бандажа и ролика одинаков и равен E=2*105 МПа; предел текучести материала бандажа у0,2=330 МПа.
Нагрузка, приходящаяся на единицу длины контакта «бандаж-ролик»:
Максимальное контактное напряжение
Расчётное напряжение в опасной точке: у'?0,6уmax=0,6*417МПа=250,2Мпа
Расчётное напряжение на поверхности бандажа и ролика: у''?0,4уmax=0,4*417МПа=166,8МПа.
Сопоставление расчётных напряжений с пределом текучести материала бандажа: у'
Вывод: остаточные деформации отсутствуют.
После проверки бандажа на контактное напряжение, следует его проверка на изгиб. Максимальный изгибающий момент возникает в бандаже в сечениях, находящихся против опор. Величина изгибающего момента зависит от действующих сил, вида насадки, радиуса бандажа и угла между роликами 2ф. Если угол между роликами равен 60, то можно принять, что:
где Q — нагрузка, действующая на бандаж, в Н; R — внутренний радиус бандажа в мм.; А — коэффициент, зависящий от характера нагрузки и вида соединения бандажа с барабаном: для жесткого соединения бандажа с барабаном А = 0,07;
Далее находят максимальное изгибающее напряжение по формуле (3.50).
где W — момент сопротивления, равный для прямоугольного сечения
Полученное значение уmax сравнивают с пределом текучести у0,2 материала бандажа.
Внутренний радиус бандажа R=1100мм; ширина бандажа b=170мм; высота поперечного сечения бандажа H=135мм; нагрузка, действующая на бандаж
Известно, что бандаж жёстко соединён с барабаном.
Максимальный изгибающий момент:
Максимальное изгибающее напряжение:
Сопоставление максимального изгибающего напряжения с пределом текучести: уmax=330МПа, следовательно уmax
Расчет опорной станции
По нормали Н440-58 завода «Прогресс» определили расстояние между опорной и опорно-упорной станциями: l=5,1 м.
Принятая рабочая температура стенки барабана tвн = 40°С.
Взяли коэффициент линейного удлинения для материала барабана (сталь) (из [10], стр.33) при данной температуре:
бt = 1,1?10-5+0,8?10-8?tВН =1,1?10-5+0,8?10-8?400С = 1,132?10-5м/м?0С
Найдем величину термического удлинения барабана (из [10], стр.33):
Дl = 1,132?10-5?(40-18)?5,1м = 0,001270 м = 1,270 мм.
Вычислили ширину ролика с запасом для удобства монтажа:
B = b +Дl + (30...40 мм) = 20+1,270+35 = 56,3 мм.
Принимаем ширину ролика В =60 мм.
4.4 Выбор и расчет зубчатого венца и привода барабана
Вращение барабана осуществляется за счет передачи ему вращательного момента. Он передается от электродвигателя через редуктор с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Зубчатая пара состоит из малой шестерни, установленной на выходном валу редуктора, и зубчатого венца, крепящегося на барабане. Для снижения радиального биения венец устанавливают как можно ближе к опорно-упорной станции.
На основании принятой скорости вращения барабана и рассчитанной ранее мощности на вращение барабана выбираем моторно-редукторную группу 728040 мощность электродвигателя 28 кВт.
Во избежание попадания посторонних предметов в зубчатую передачу венцовая пара закрыта кожухом (обозначение Б2071 по Н443-62).
Венцовую зубчатую пару выбираем по нормали Н442-62. Обозначение Б2071.
3.5 Выбор уплотнения сушильного барабана
Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под небольшим разряжением, что позволяет избежать попадания в производственное помещение через неплотности барабана горячего сушильного агента, содержащего пыль (частицы высушиваемого материала). При работе барабана под разряжением, напротив, обеспечивается небольшой подсос воздуха в установку. Для того, чтобы этот воздух не изменял заметно параметров сушильного агента, устраивают уплотнения в местах соединения движущихся (барабан) и неподвижных (загрузочная и разгрузочная камеры) частей установки.
Наиболее распространенными видами уплотнений являются торцевое и лабиринтное. Торцевое уплотнение является аналогом сальникового уплотнения вращающихся валов. Его недостатком является то, что часть энергии привода расходуется на преодоление трения в этом виде уплотнения.
Другим видом уплотнения является лабиринтное, в котором протекающий газ постоянно переходит из узких каналов в широкие камеры, причем направление потока резко изменяется. Это приводит к снижению кинетической энергии потока и, следовательно, высокому гидравлическому сопротивлению соединения. Этот вид уплотнения наиболее надежен, хотя обеспечивает меньшую герметичность барабана.
В качестве уплотнения выбираем лабиринтное аксиальное уплотнение по нормали Н422-56, обозначенное Б2032.
3.6 Выбор насадки
На первых 1...1,5 м сушильного барабана устанавливают приемно-винтовую насадку с целью равномерной подачи материала в основную часть барабана, где устанавливают основную насадку. Между основной и приемной насадкой предусматривают зазор равный 5% от диаметра барабана.
По нормалям завода «Прогресс» выбрали приемно-винтовую насадку Б1652 длиной 1100 мм. В качестве основной насадки выбрали распределительно-крестовую насадку Б2059(по Н438-56). Между основной и приемной насадкой оставить зазор 100 мм.
3.7 Выбор загрузочной камеры
Загрузочная камера служит для подачи высушиваемого материала а сушильный барабан и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием (циклон и т.п.). На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, питающая течка, штуцер ввода материала и штуцер вывода отработанного сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри и люк для выгрузки остатков материала.
По нормали Н425-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует поточная загрузочная камера Б2042.
3.8 Выбор разгрузочной камеры
Разгрузочная камера служит для подачи высушенного материала на ленточный транспортер и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием. На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, штуцер вывода материала и штуцер сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри.
По нормали Н426-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует поточная разгрузочная камера Б2044.
4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
4.1 Расчет калориферной установки
В сушильных установках для нагрева воздуха применяются нагревательные устройства — паровые калориферы, в которых сушильному агенту передается теплота конденсации теплоносителя — водяного пара. Для нагрева воздуха паром изготавливаются стандартные калориферы из стали в соответствии с ГОСТ 7201-62. В частности наиболее подходящими для проектируемой установки являются биметаллические калориферы со спирально-накатным оребрением типа КПЗ-СК-01АУЗ и КП4-СК-01АУЗ, поскольку эти калориферы характеризуются наиболее высокими теплотехническими показателями по сравнению с калориферами более ранних типов.
Теплообменный элемент калориферов выбранного типа состоит из внутренней стальной трубки 16x1,2 мм и насаженной на нее наружной алюминиевой трубки с накатанным оребрением. В процессе накатки между стальной и алюминиевой трубками образуется надежный механический и термический контакт.
Калориферы биметаллические выпускаются двух моделей: КП3 — средняя модель, имеющая 3 ряда теплопередающих трубок по направлению движения воздуха; КП4 — большая модель, имеющая 4 ряда трубок. Площади фронтальных сечений калориферов с одинаковыми номерами у двух разных моделей совпадают.
Калориферы представляют собой одноходовые теплообменники по трубному и межтрубному пространству и устанавливаются с вертикальным расположением теплопередающих трубок.
Воздухонагреватели с номерами с 6 по 10 снабжены одним патрубком для подвода пара и одним патрубком для отвода конденсата, а калориферы с номерами 10 и 11 — двумя патрубками для подвода пара и одним для отвода конденсата.
При групповой установке боковые щитки воздухонагревателей могут не устанавливаться, что позволяет получить сплошную поверхность нагрева.
Данные для расчета калориферной установки
Ранее рассчитанный массовый расход воздуха через установку:
Влагосодержание воздуха на входе в калориферную установку:
Начальная температура воздуха: t0 =18 °C.
Примем, что калориферная установка размещена в непосредственной близости от сушильного барабана и потери тепла на пути воздуха от калориферов к барабану отсутствуют. Тогда температура воздуха на выходе из калориферной установки будет соответствовать требуемой температуре на входе в барабан: t1 = 128 °C.
Давление греющего пара задано условием расчета:
Выбор схем калориферной установки
В ходе расчета рассматривали параллельно 2 схемы калориферной установки. По первой схеме в ряду предусматривалась установка одного калорифера, по второй — двух. Требуемое число рядов, модель калорифера и его типоразмер определим в ходе расчета.
Выбор калориферов по массовой скорости воздуха
Одной из важных характеристик работы калориферной установки является массовый расход воздуха через фронтальное сечение калорифера. Массовая скорость должна составлять. При меньших скоростях размеры калориферной установки и приточной камеры оказываются слишком громоздкими. При превышении рекомендуемого значения массовой скорости оказывается слишком высоким гидравлическое сопротивление установки, что повышает стоимость вентилятора и увеличивает эксплуатационные расходы (из-за большей мощности электродвигателя вентилятора).
Реальный массовый расход воздуха через калориферную установку нашли из [1], стр.11, ф.(3.12):
Рассчитали из [1], стр.46, ф.(4.1) массовые скорости для соответствующих схем калориферных установок для данных калориферов:
,
где f — площадь фронтального сечения калорифера из [1], стр.43, табл.4.1, m — количество калориферов в ряду (для первой схемы m = 1, для второй m = 2).
Результаты расчетов свели в таблицу:
Из расчетной таблицы видно, что подходящими по массовой скорости являются калорифер №11 и №12 для первой схемы установки и №11 для второй. Их параметры и рассчитывались в дальнейшем.
Расчет требуемых площадей теплообмена
Рассчитали требуемую тепловую мощность калориферной установки из [1], стр.46:
, где .
Из [7], стр.28, табл. 21 нашли температуру конденсации греющего пара заданного давления: tп=161,8 °C.
Рассчитали температурный напор установки:
Оценили величины коэффициентов теплоотдачи при вычисленных значениях массовых скоростей во фронтальном сечении из [1], стр.44, табл.4.2, стр.45, табл.4.4 интерполяцией и определили соответствующие им поверхности теплообмена из [1], стр.47, ф.(4.2):
Результаты расчета свели в расчетную таблицу:
№
m=1
m=2
K, Вт/м2 К
Fp, м2
K, Вт/м2 К
Fp, м2
Для калориферов типа КП3-СК-01АУЗ
11
51,3
256,2
38,9
337,8
12
43,8
300
-
-
Для калориферов типа КП4-СК-01АУЗ
11
50,8
258,7
36,5
360,1
12
42,0
312,9
-
-
Расчет параметров калориферных установок
Для каждой из рассматриваемых схем калориферных установок определили требуемое количество рядов из [1], стр.48, ф.(4.3):
Аэродинамическое сопротивление установки нашли по [1], стр.48, ф. (4.4):
.
Действительную поверхность теплообмена вычислили по [1], стр.48, ф. (4.4):
.
Рассчитали запас по поверхности по [1], стр.48, ф. (4.6]:
.
Результаты расчетов свели в расчетную таблицу:
№
F, м2
Др
m=1
Др
m=2
n
ДP, Па
FД, м2
Д F, %
n
ДP, Па
FД, м2
Д F, %
КП3-СК-01 АУ3
11
83,12
128
3
384
249,36
-
35
2
70
332,48
-
12
125,27
60
2
120
250,54
-
-
-
-
-
-
КП4-СК-01 АУ3
11
110,05
149
2
298
220,1
-
45
2
90
440,2
22,2
12
166,25
76
2
152
332,5
6,26
-
-
-
-
-
Выбор схемы установки и калориферов
Анализ результатов расчета, представленных в таблице показывает, что нам подходит только 2х-рядная калориферная установка, общей поверхностью 440,2 м2, с общим сопротивлением? руст=90Па; запас по поверхности составляет 22,2%.
4.2 Расчет и подбор конденсатоотводчиков
Для экономичной работы теплообменников поверхностного типа, в которых происходит нагрев теплоносителей за счет конденсации греющего пара, необходимо добиваться полной его конденсации. Недопустима работа теплообменника с неполной конденсацией пара, когда из аппарата отводится смесь конденсата с паром. При такой работе увеличивается расход греющего пара при неизменной теплопроизводительности установки. Пролетный пар из теплообменников увеличивает сопротивление и тем самым усложняет работу конденсатопроводов, повышает потери тепла. Для удаления из теплообменных аппаратов конденсата без пропуска пара применяют специальные устройства — кондесатоотводчики.
Расчет количества конденсата после калориферов
Из [2], стр.548, табл. LVII найдем удельную теплоту парообразования греющего пара заданного давления
Расход пара найдем исходя из тепловой мощности калориферной установки:
Рассчитаем количество образующегося конденсата с необходимым запасом:
Расчет параметров конденсатоотводчиков
Найдем давление пара перед конденсатоотводчиком, установленным в непосредственной близости от калорифера:
Примем давление в отводящем трубопроводе:
Определим перепад давления на конденсатоотводчике:
Из [8], стр.6, рис.2 определили коэффициент A, учитывающий температуру конденсата и перепад давления: А = 0,48
Вычислим условную пропускную способность:
Выбраем 4 термодинамических конденсатоотводчиков 45ч12нж из [8], стр.7, табл.2 с условным диаметром присоединительных штуцеров Dу=40мм, условным рабочим давлением Pу=1,6МПа, пробным давлением Pпр=2,4МПа, массой m =4,5кг, условной производительностью .
4.3 Расчет и выбор транспортирующего устройства
В качестве транспортирующих устройств для подачи исходного материала отвода высушенного наиболее широко используются ленточные транспортеры (конвейеры). Они характеризуются широким диапазоном производительности, надежностью и простотой конструкции. Их использование позволяет осуществлять сбор высушенного материала сразу с нескольких выходов установки (из разгрузочной камеры, циклона и электрофильтра).
Применяют главным образом прорезиненные ленты, а также ленты из цельнокатаной стальной полосы.
Расчетными параметрами конвейера являются скорость движения и ширина ленты.
Требуемая производительность по влажному материалу составляет: Gн =13800 кг/ч.
Определим величину насыпного веса (кажущейся плотности) высушиваемого материала:
Выбрали из [9], стр.102, по ГОСТ 22644-77 транспортер с шириной ленты B = 400 мм = 0,4 м и скоростью движения .
Приняли угол откоса материала 20°, которому из [9], стр.67, табл. 130 соответствует коэффициент с = 470
Приняли угол наклона транспортера 16°. Данному углу из [9], стр.129, соответствует коэффициент K = 0,90.
Из [9], стр. 130, определили необходимую ширину ленты транспортера:
Выбранная ширина ленты превосходит необходимую величину, значит выбранный транспортер способен обеспечить заданную производительность по влажному материалу.
Второй транспортер, установленный после сушильной установки, приняли таким же, поскольку производительность по сухому материалу несколько ниже, чем по влажному, и она точно будет обеспечена рассчитанным транспортером.
4.4 Расчет циклона
Унос частиц материала сушильным агентом может достигать значительной величины из-за высокой скорости движения воздуха в барабане и полидисперсности высушиваемого материала (наличие значительной фракции частиц, размер которых значительно меньше среднего диаметра частиц). Для улавливания пыли применяются различные способы сепарации частиц материала из газового потока. Одним из наиболее распространенных в химической промышленности для этих целей устройств являются циклоны. Действие этого аппарата основано на использовании центробежной силы: частицы материала, содержащиеся в газе, под действием этой силы отбрасываются к стенкам аппарата и под действием силы тяжести осыпаются в нижнюю часть циклона.
Расчет циклона основывается на данных о содержании пыли на выходе из барабана и распределении частиц высушиваемого материала по размеру. Эти данные получают непосредственно из испытаний установки. Поскольку такие данные отсутствуют, расчет циклона провели для запыленности «в разумных пределах» ~ 80 г/см3.
В связи с тем, что производительность установки по воздуху весьма значительна (соответствует ранее найденному значению объемного расхода отработанного сушильного агента на выходе из сушильного барабана ), приняли в качестве предполагаемой схемы пылеосадительного устройства сборку из восьми циклонов типа ЦН-15 из, [10], стр.43.
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона при чистом газе из [10], стр.42; поправочный коэффициент на принятую запыленность газа из [10], стр.38, табл.1 К2=0,90.
продолжение
--PAGE_BREAK--