上悬式制糖离心机转鼓壁厚优化

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广西是我国最大的产糖释世界食糖主产区之-，食糖产量约占全国总产量的60%。广西制糖工业要做大做强，提高产业竞争力，发展循环经济，走可持续性发展道路，就必须拥有自己的核心技术和产品，形成自主知识产权。因此，开展广西制糖工业设备的技术研究和开发，具有十分重要的现实意义。

制糖设备先进性程度反映了制糖工业现代化的程度，在制糖过程中，从结晶罐出来的糖膏经过离心机进行分离、水洗、汽洗，才完成分离过程。所以离心机是制糖业中重要的-环。糖用离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械设备。目前国内相关企业生产的糖用离心机，在借鉴了西方技术后，其产品相比以前国内相关产品有很大的提高，但仍然存在离心机的结构不甚合理，质量大、能耗高、振动严重，故障率高，不利于提高转速等不足之处。如何改善国内企业生产的糖用离心机性能，提高市澈争力，将有助于整个制糖工业的发展。

2问题分析随着工厂生产效率的不断提高，离心机大型化、高速化成为必然趋势。但在离心机大型化、高速化提高分离能力和效率的同时也给整体设备带来不利的影响，主要表现在机器设备的质量大，能耗高，且极易造成剧烈振动。如转鼓强度不足，就容易出现转鼓破裂造成安全事故；但在提倡节能减排，绿色环保的今天，要求提高每单位能量的产品产出量，这就要求在满足强度要求的前提下，进行糖用离心机轻量化设计。在保证安全稳定性的前提下，可以降低能耗，减少噪声污染，提高离心机设备的市澈争力。

， 、 生 - rT rr1.轮毂 2-布料盘 3.主轴 4.转鼓图 1转鼓结构示意图Fig.1 Schematic Structure of Drum来稿日期：2012-11-05基金项目：南宁市科学研究与技术开发计划201102091G；南宁市科学研究与技术开发计201107025G；广西大学实验室建设与实验教学改革项目20120107；广西大学大学生创新创业训练计划1301020作者简介：李岩舟，1979-，男，河北易县人，讲师，硕士，主要研究方向：机械动力学 、精确农业第9期 李岩舟等：上悬式制糖离心机转鼓壁厚优化 179转鼓是上悬式离心机的主要部件，它的结构、形状和参数在很大程度上决定了离心机的特点和工艺效果。本课题所研究的转鼓，如图 1所示。

LT-1550上悬式离心机转鼓的规格尺寸，如表 1所示。

表 1转鼓相关尺寸Tab.1 Drum Size疆 r 疆 大料层厚 转鼓容 每周期处理最高转数最大分径 rmm度hmm度emm 积 vm3物料量ksnr/min离因数1500 1o68 20o 1.13 1300 1060 20073强度的判据参照我国JB/TS05 l《离心机转鼓强度计算规范》，以及文献 ，边缘效应区安全系数取 ：ts1.3；薄膜区许用应力系数 rib2.3。

转鼓材料 1Crl8Ni9，弹性模量 E206GPa，t自松L/x0.25-0.3，屈服极限Oro.2 210MPa，抗拉强度 6 540MPa。

：min吨，O"b l1in ， 1：162MPa 1转鼓上面有加强箍和开有凶，根据文献圄得出各系数为：1对焊缝进行 OO%声波探伤检查，雀缝系数K。o.95。

2由于车 侑 2278俐 吼，如图2所示。 摔 0.0138：1.38%，开孔削弱系数为： ： ： ：0.83图2开孔布置Fig.2 Hole Arrangement由此可得：KminKl、K20.83 2转鼓的实际许用应力：S 0.83×162134.46MPa 3那么相对的强度判定条件为H：1远离结构不连续部位由内压引起的薄膜应力强度以及周向应力沿厚度的平均值为-次薄膜应力强度：s 1.33 1.33×134.46178.8MPa 42在结构不连续区由内压或惯性载荷产生的薄膜应力强度和结构不连续效应产生的薄膜应力强度是-次局部薄膜应力强度： 2 2 x 134.46268.92MPa 53在转鼓外壁结构不连续产生的薄膜应力强度为-次薄膜应力强度 总体或局部，沿厚度随外载荷线性分布的-次弯曲应力强度 ，满足： <-2S
m
268.92MPa 64-次局部薄膜应力尺、-次弯曲应力尺与二次应力Q的和的应力强度应不超过设计许用应力强度 的3倍，即：P，PQ 3S 537.84MPa 7对于沿壁厚方向的平均应力强度，应用-次薄膜应力Pm校核。沿壁厚方向的最大应力强度，由于包含有危害较小的弯曲应因此用-次局部薄膜应力校核。塑性材料总以屈服形式失效，应采用第三第四强度理论校核。而出于安全考虑，转鼓应力应使用第三强度理论校核四。故转鼓的设计许用应力为：r178.8MPa。

4转鼓模型在采用Ansys直接建模刚。其相关尺寸，如表2所示。单元输入参数，如表 3所示。

表2转鼓尺寸Tab.2 Drum Size表 3 Solid 20node 1 86单元输入参数Tab.3 Solid 20node 1 86 Unit nput Parameters因为转鼓的底板是用螺栓固定在轮毅上面，轮毅与主轴连接。此处对转鼓的约束条件做了简化，设定底板外表面为固定约束面，限制所有方向的位移。

5满负荷工况下的静力分析满负荷是离心机加速到 1060nin的工作状态下，其转速∞为： 110rad/s 8物料的离心压力 Pc：经过水洗和加速，离心机转速达到1050rpm，经生产实际检测 ，此时转鼓中的物料，约为 1000kg。得 ：p
c
R2-r02 1×2045×110 ×O.7502-0.650 j1.7321 15MPa 9式中：p-转鼓内被分离物料的密度 2045kg/m，； 鼓的回转角速度 ，110rad/s； 鼓回转时物料环的内表面半径，0.650m；R-转鼓内半径，0.750m。

滤网的离心压力Pd：P，： ： ： ：0.108MPa 10s 2百rh 1.025×21r 。 - 、-作用在转篮内壁的压力由物料压力和滤网压力合成，其合力为 P：P-EPo.1081.731.84MPa 11经分析所得转鼓应力和应变，如图3所示。

转鼓壁厚是离心机转鼓结构尺寸中很重要的因素，在能满足设计许用应力的前提下，应该尽量减小壁厚，从而达到降低转鼓质量而降低生产成本的目的 ，故使用有限元法对转鼓进行优化。目前工厂投产和使用的离心机转鼓壁厚是 14mm，已经能满