JB/T 8051-1996 离心机转鼓强度计算规范

山B中华人民共和国机械行业标准JB/T8051-96离心机转鼓强度计算规范19960903发布1997-07-01实施中华人民共和国机械工业部发布JB/T8051-96前言本标准的附录A、附录B都是提示的附录本标准由全国分离机械标准化技术委员会提出并归口本标准起草单位:天津大学河北工学院、合肥通用机械研究所、中国通用机械分离机械行业协会本标准主要起草人:朱企新、程金风、赵扬张坚敏邹润棠,中华人民共和国机械行业标准离心机转鼓强度计算规范本标准规定了离心机转鼓旋转时鼓壁环向应力的计算、各种系数的选取、开孔转鼓的强度验算方法应用有限元法计算离心机转鼓应力分布状态的方法以及循环载荷下疲劳强度的测定与校核方法本标准适用于壁厚均匀的离心机转鼓(主轴为水平或垂直布置)该转鼓壁可开孔或不开孔,转鼓可帶衬里、薌网或不带衬里、獅网;转鼓的材料必须是韧性金属材料,井在选材时已考虑到了操作温度对材料的影啊本标准不适用于下列条件的离心机转鼓a)转鼓壁厚度与半径之比a/r>0.1;b)负荷转鼓的动能小于750Jc)用电动机驱动的家用脱水机;d)转鼓圆周速度大于300m/s;e》专用于核工业领域的高速离心机2引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性GB3075-82金属轴向疲劳试验方法GB11345-89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析符号3.1本标准采用下列符号:A:转鼓加强箍的截面积,mm2;a:转鼓加强的高度b:转鼓壁上相邻两孔的轴向中心距,mm;b2:转鼓壁上相邻两孔的斜向中心距,mm;d:开孔直径,mm;r:加强的厚度(径向),mm;G:最大允许装料量(质量),kh:转鼓有效高度,mm;H:圆锥形转鼓母线长度,mm;K:焊缝及开孔的系数K1:焊缝系数;K:,K3、K4:与开孔位置有关的转鼓壁开孔系数;m:筛网总质量kg机梳工业部19%60903批准19970701实施JB/T8051-%6N:转鼓母线上的孔数;N:加强箍个数;n1:转鼓材料的疲劳强度限安全系数q:鼓壁开孔引起的表观密度减小系数r:圆锥形转鼓小端内半径,mm;r1:转鼓内半径或圆锥形转鼓大端内半径,mma:转鼓壁平均半径或圆锥形转鼓大端平均半径,mm;3:物料环的内半径,mm;Z:加强箍系数q:鼓壁交错孔连线间的夹角(见图2),();:圆锥形转鼓的半锥角,(");8:转鼓壁厚度,mm;6,;筛网当量厚度,mm;P:转鼓材料的密度,g/cm3;P:物料或湿滤饼的密度(最大值),g/cm筛网或衬里材料的密度,g/cm2;o:空转鼓旋转时转鼓壁的环向应力,MPa;:由均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力,MPa;5:由非均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力,MPa;筛网或衬里的质量对转鼓壁产生的环向应力,MPa转鼓材料的抗拉强度,σ;转鼓材料的屈服点,MPa;σ1:转鼓材料的抗疲劳强度限,MPad:转鼓壁内总的环向应力,MPa;o:允许的角速度,rad/s4转鼓旋转时鼓壁内的环向应力转鼓旋转时鼓壁内的环向应力可分为空转鼓旋转时鼓璧内的环向应力圆柱形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力、圆锥形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓璧环向应力三种情况4.1空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力空转鼓旋转时鼓璧内的环向应力应按式(1)计算d:=10"Pr{m…式中q按5.5选取,对于不开孔转鼓,q=1离心机转鼓結构示意图见图JB/T8051-%6图1离心机转鼓结构示意图42國柱形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力柱形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力应按物料载荷质量均布和质量非均布两种情况分别进行计算4.21对质量均布的物料载荷(如液体、能流动的浓浆等)产生的蔻壁环向应力应按式(2)、式(3)计算42.1.1当物料密度P2已知时:2=10a[2(r2-r)r:/(2)]……42.1.2当物料总质量已知时a1=10‘a3(Gr1/2xhb)422对质量非均布的物料载荷(如纺织品、毛皮等)产生的鼓壁环向应力应按式(4)计算=10‘aG(r-r)/[3xha冂-r)]……………………(442.3如果转蔹带衬里或装有筛网,必须计算出衬里或筛网的质量离心压力产生的鼓壁环向应力圆柱形转鼓内筛网的当量厚度应按式(5)近似计算2xr hp,(5)423.1当筛网材料密度已知时:=10'a32(pr1b,/)(6)423.2当筛网材料的总质量已知时:o,=10‘a2[mr;/(2mhd)]43鬨锥形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力JB80y1-%3I对质量均布的物料载荷(如液体、能流动的浓浆等)产生的萤壁环向应力应按式(8)计算d1-10'w[P,(ri-)r/(28.cosp)]8)4.3.2如果转鼓带衬里或装有筛网,必须计算出衬里或筛网的质量离心压力产生的皴壁环向应力圆锥形转鼓内筛网的当量厚度应按式(9)近似计算(r,tr)Hp43.2.1当筛网材料密度已知时a,-10a(Pr13,/a)…(10)4.3.2.2当筛网材料的总质量已知时o,10 arri/x(r+r)H8]115各种系数的选取5.1加强箍系数5.1.1转鼓可以装加强箍。当装有加强擁时,其间距应对称5.1.2加强箍对转鼓壁有补增强度的作用,可用加强箍系数Z来加以修正,该系数由应力计算确定应力计算所用的方法应与该转鼓的结构形状相适应51.3当不用加强箍时,加强箍系数取为:Z=15.1.4装有加强箍时,加强箍系数按式(12)计算z=1+N1A/(h)……(12)5.2焊缝系数5.2.1焊缝的机械性能应相当于或优于转鼓壁材料的机械性能引入焊缝系数来考虑焊缝处强度的酬弱5.2.2对于按GB11345规定进行100%射线探伤检查或其他等效的探伤方法进行检查的焊缝其焊缝系数应取为:K1=0.955.3开孔系数5.3.1转鼓上开孔一方面使得鼓壁强度受到削弱另一方面使得鼓壁表观密度减小应用开孔系数和表观密度减小系数来考虑开孔对转鼓强度的影响5.3.2孔在鼓壁上均匀分布时,开孔系数K:、K,与开孔位置有关,见图2其值由式(13)式(14)确定使用时应采用下列K:、K1、K4值中的较小值K:=(b1-4)/b1…(13)K3-V(b-d)/b2………………式中:V—夹角a的函数V=(1+tg2a)/(1+3tg2a)",v可从表1中查出表1数值ⅴ与夹角a的对照表17.55303.535400.9470.9440,9430.9440.9480.9660981v10od:0n10510311319617077.5B2.2822.7103.3594.499图2开孔位置关系图53.3对单排孔和对一排靠近转鼓底部的孔和(或)一排靠近上环边的孔,其开孔系数由式(15)确定15)53.4当转鼓璧不开孔时,K2、K3、K均为15.4焊缝及开孔系数541在转蔹开孔系数中,未考虑孔边绿的应力集中,焊缝区不应开孔542焊缝区不开孔时,K值应取K1、K1、K3、K4中的较小值,5.4.3焊缝区开孔不可避免时,K值则应取K:、K1、K,中的较小值与焊缝系数K1相乘,5.5鼓壁开孔引起的表观密度减小系数鼓壁开孔引起的表观密度减小系数按式(16)计算1-rd2/(41b2·sina)(16)开孔转鼓强度验算61圆柱形开孔转鼓的环向总应力圆柱形开孔转鼓的环向总应力应按物料载荷质量均布和质量非均布两种情况分别计算6.1.1对于质量均布的物料载荷(如液体、能流动的浓浆等):a=(1+2+0,)/K≤[o]………………………17)6.1.1.1当物料密度已知时,按式(18)计算2”+m611.2当物料总质量已知时,按式(19)计算;kyo lvp r +2r 607+",6.1.2对于质量非均布的物料载荷(如纺织品、毛皮等)6.1.2.t当物料总质量已知时,按式(21)计算JB/T8051-96-k0(+z#)+数mMy小(21)对圆柱形无孔转鼓,环向总应力可按式(17)~式(21)计算式中6.2因锥形开孔转鼓的环向总应力6.2.1圆锥形转鼓的环向总应力按式(22)计算d=(1+a1+)/K≤[]…………6.2.2当物料密度已知时,按式(23)计算:."+e gd- co) +e a对圆锥形无孔转鼓,环向总应力可按式(22)式(23)计算式中的q=1,K=K163材料的许用应力由于本标准未考虑到的因素,故计算出的环向应力不得超过下列两个许用应力值中较小的一个…(24)0.330即σ≤0.500,,0≤0.330式中σ是有明显屈服现象的钢材的屈服点;对屈服点不明显的钢材,a用产生0.2%残余伸长时的应力代替;对于奥氏体钢,用产生1.0%残余伸长时的应力代替,由试样实测确定7应用有限元法对离心机转鼓应力分布状态的计算对几何形状复杂的离心机转鼓各部位的应力状态的计算最适宜的方法是采用有限元法7.1转鼓各部位的应力计算,包括鼓身、鼓身与鼓底、鼓身与拦液板等相联接处的边缘效应区的应力分布状态的计算,可以采用轴对称有限元程序或三维有限元程序7.2带加强箍的转鼓,鼓身的筒壁与加强箍相配合部位,当有过盈量时,应采用有限元法计算出在不同过盈量下的套合力和鼓身筒壁的应力,以确定合适的过盈量7.3几何形状复杂的转鼓底、拦液板等零件无需做几何形状上的简化,可直接采用有限元法进行计算7.4采用三维有限元程序,可以对开孔的转鼓筒壁的应力进行计算8循环戴荷下疲劳强度的测定与校核用于制造承受循环载荷次数较高的离心机(如制糖用的上悬式离心机和间歇操作的三足式离心机)转鼓的材料,建议测定其承受2×10°次循环应力下的疲劳强度,并且进行强度校核8.1疲劳强度的测定疲劳强度的试验及试样的制作应符合GB3705的规定。82疲劳强度的校核求出焊缝区和开孔区的环向应力后应按8.1得出的转鼓材料试样循环载荷疲劳强度限校核疲劳强度,其安全系数至少应为1.2。即1=≥1.2…(25)JB/T8051-96转鼓强度计算公式汇总表(提示的附录)A1环向总应力σ1A1.1圆柱形转鼓A1.1.1圆柱形无孔转鼓物料按密度计xxi lpr+ps22 +A. z3物料按质量计A1.1.2圆柱形开孔转鼓物料按密度计物料按质量计=K×107r+2mh2+2h62A12圆锥形转鼓A1.2.1圆锥形无孔转鼓物料按密度计a-k×1o+2,+AA】.2.2圆锥形开孔转鼓物料按密度计k×109n+A2鼓壁厚度A2.1圆柱形转鼓A2.1.1圆柱形无孔转鼓物料按密度计203,kn某2物料按质量计:Gr+mr,Z)8=22([·k如x×10-A7A2.12圆柱形开孔转鼓物料按密度计JB/T8051-96物料按质量计:2hZ(LgP,r)A22圆锥形转鼓A2.2.1圆锥形无孔转鼓物料按密度计2(oj·Ka×10°-pr)·cosA2.2.2圆锥形开孔转鼓物料按密度计JB/T8051-%6附录B离心机转鼓强度计算实例提示的附录)1■柱彩转鼓强度计算B1.1设计条件(见图B1)图B1转效内半径r=400mm转鼓平均半径r=404mm物料环内半径r=285mm转鼓有效高度h=400mm转鼓壁厚8=8mm加强箍数目N,=2加强箍截面积A=ae=20×18-360mm转鼓开孔数与开孔直径102048两相邻孔的轴向中心距b=40m两相邻孔的斜向中心距b2-32mm转鼓檗上交错孔连线的夹角a=51.32转鼓转速n-1500r/min转蔹材料0Cr19N9,密度P1-7.85g/cm3网材料的质量m=7.9kg密度P-7.85g/cm2处理物料的密度P2-1.36g/cm2(最大装料量135kgB1.2转鼓旋转时鼓毫内的环向应力B1.21空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力d:=104 pIRie2……(B1)∥T8051-%q=1-x/(4b2·sina)=1-xX8/(4×40×32Xsin51.32)=0.9497式中;角速度,c=mn/30=1500x/30=157rad/sn将有关各值代入式(B1):a1=10,×0.9497×7.85×4042×1572=29.993MPaB1.22國柱形转鼓内由物料载荷离心压力产生的鼓壁环向应力对物料质量均布,且密度已知时:n1=10·a[P(-r/(2az)]z=1+NA/(bh)=1+2×360/(8×400)=1.225将有关各值代入式(B2)2=10·×157×[1.36×(4002-285)×400/(2×8×1.225)]=53.893MPaB1.2.3转鼓内筛网引起的环向应力410·a[Pra./(z)]…………式(B3)中筛网的当量厚度B按式(BA)近似计算7900nrhp,40×40×7.80.lcm=1.0.-(B4)-10’a[ar1d,/(aZ)]-10.×157×[785×4002×1/(8×1225)]-3159MPaB】.3转鼓强度验算圆柱形转鼓的环向总应力=(1+d+)/K式中:K—焊缝及开孔系数,K为K1、K:、K,中的最小值,或K为K:、K,中的最小值与K;的乘积K焊缝系数经100%射线探伤检验的转鼓焊缝系数K:=0.95;K:转鼓壁开孔系数,K,=(b,-d)/b1=(40-8)/40=0.8;K转鼓壁开孔系数,K=v(b-d)v与a的有关系数由表1查得=51.32"时,V=1.075K;=V(b2-d)/b2-1.075×(32-8)/32=0.806最后取K-0.8。将有关各值代入式(B5)a,=(29.993+53.893+3.159)/0.8=108.806MPa对奥氏体不锈钢OCr19N9的a应取产生1%残余伸长时的应力此值由试验测取然后按6.3求出[a]要求满足以下强度条件,即a=(a1+1+o)/K≤[]B2圆锥形转鼓强度计算B2.I设计条件(见图B2)JB/T8051图B2转鼓内半径(圆锥大端)r=600m转鼓平均半径(圆锥大端)r2=612mm物料环的内半径(圆锥大端)r2=440mm转鼓壁厚度b=12mm锥部分的半锥角P=23转鼓转速n=975r/min转鼓材料20g,a=410MPa,4=245MPa转鼓材料密度P1=7.85g/cm2被处理物料的密度t82.2转鼓旋转时蔹壁内的环向应力B2.21空转妓旋转时鼓壁内的环向应力式中:q-一蔹壁开孔引起的表观密度减小系数,此处圆锥形部分不开滤孔,q-1;角速度,a=2m/60=2x×975/60=102.1rad/s将有关各值代入式(B6)即10×1×7.85×6122×102.12=30.649MPaB2.22圆锥形部分由物料载荷离心压力产生的鼓壁环向应力JB/T8051-96di=10 a/(rf-r)r/(28. cosp)10×102.12×1.5×(6002-4402)×600/(2×12Xcos23°)B2.3转鼓强度验算圆锥形部分的环向总应力式中:K—焊缝系数,100%射线检验,取K=0.95;[a]—材料的许用应力取0.3301、0.50两值中的小者0.33a1=0.33×410=135.300.50-0.50×245=122.50取[]=1250MPaa,=(30.649+70.666)/0.95-101.315MPa≤[a]本例题转鼓内无筛网。若转鼓内有筛网,则筛网的当量厚度应按式(B7)近似计算