Курс 5 Группа 355 Учебная дисциплина Машины и Аппараты работа - реферат

Санкт-Петербургский Государственный Технологический институт

(Технический университет)

Кафедра МиАХП Факультет 3

Курс 5

Группа 355

Учебная дисциплина Машины и Аппараты

Курсовая работа

Тема Классификатор

Студент Личная подпись Расшифровка подписи

Спирина Т. Н.

Преподаватель Личная подпись Расшифровка подписи

Данильчук В. С.

Должность

Оценка за курсовую Личная подпись

работу ___________________ руководителя

Санкт-Петербург

2009

Содержание:

Введение 3

1 Патентный поиск 6

2 Расчетная часть

2.1 Расчет толщины стенки корпуса классификатора 13

2.2 Расчет вала классификатора 15

2.3 Подбор подшипников 21

2.4 Расчет расхода воздуха 22

2.5Расчет оптимальной высоты загрузочного короба 24

2.6 Расчет опор 24

Заключение 27

Список литературы 28

Введение.

Классификатор-аппарат для разделения смесей минеральных частиц на классы по крупности, форме, плотности.

В зависимости от среды, в которой происходит разделение материалов, различают классификаторы гидравлические и пневматические (воздушные); в зависимости от используемых сил — классификаторы гравитационные, классификаторы центробежные и электрические сепараторы.

Наибольшее распространение получили мокрые механические классификаторы для подготовки руд к флотационному обогащению. Здесь обычно применяются классификаторы реечные (гребковые) и спиральные (в которых осевший материал удаляется с помощью реек или спирали типа винта Архимеда).

Реечный классификаторы представляет собой наклонное корыто, в нижнюю треть которого подаётся суспензия (Пульпа). Осевшие «пески» перемещаются вверх по дну корыта при возвратно-поступательном движении гребков по эллипсоидальной траектории и дополнительно обезвоживаются. Тонкие частицы, не успевшие осесть, переходят в «слив». Тонина слива зависит от скорости качания гребков и наклона корыта. Наиболее важным способом оперативного регулирования классификаторы является плотность пульпы (массовое содержание твердой фазы в пульпе): с повышением плотности возрастает крупность частиц, переходящих в слив (поскольку скорость их падения в вязкой, плотной среде замедляется). Но и при очень большом разбавлении пульпы крупность частиц слива возрастает, т.к. при этом увеличивается скорость восходящих потоков воды, выносящих все частицы, в том числе и крупные.

Принцип действия спиральных классификаторы тот же; они отличаются лишь более простой и надежной конструкцией.

Механический классификаторы чаще всего применяется в сочетании с шаровыми и стержневыми мельницами при измельчении руды для непрерывного выделения из измельчаемого материала достаточно тонких частиц. Важным конструктивным достоинством таких классификаторы является подъем песков выше точки поступления питания, что позволяет просто осуществить так называемый замкнутый цикл измельчения. Производительность механических классификаторы зависит от ширины слива. Поэтому применяются одно-, двух- и четырёхреечные (с шириной слива от 200 до 3000 мм), а также одно-, двух -и четырёхспиральные (с шириной от 300 до 2400 мм) классификаторы.

До начала 50-х гг. широко применялись также гидравлические классификаторы без движущихся частей — конические или пирамидальные. Они пригодны в основном для точной классификации небольших количеств наиболее тонких продуктов. Механические гравитационные классификаторы работают по принципу разделения исходного продукта в горизонтальном потоке на пески и слив. Разгрузка песков осуществляется механическим способом. В связи с появлением более компактных и экономичных центробежных классификаторов – гидроциклонов – область применения механических классификаторов существенно уменьшилась.
Кроме рассмотренных гравитационных гидравлических классификаторов в литературе описан целый ряд зарубежных классификаторов подобного типа (например, Фаренволда, Стокса и др.), а также классификаторов, не нашедших применения в технике обогащения руд.

Воздушные классификаторы делятся на камерные и центробежные последние применяются чаще. Они состоят из вентилятора, распределительного диска, центробежного лопастного колеса, опрокидывающего к стенкам внутреннего конуса крупные частицы, уносимые воздушным потоком и оседающие во внутреннем конусе. Во внешнем конусе, где скорость потоков воздуха невелика, оседает тонкая фракция. Имеется много модификаций воздушных классификаторы.

2Патентный поиск

2.1Определение предмета поиска.

Это этап является одной из наиболее ответственных работ при подготовке к патентным исследованиям. При поиске по источникам патентной информации оно обычно сводится к его конкретизации и приближению формулировки предмета поиска к наименованию рубрики МКИ, НКИ. Затруднение иногда вызывает определение предмета поиска в новой области науки и техники. Для данного исследования предметом поиска являются устройства для преобразования энергии ветра в механическую, а также различные конструктивные решения этого устройства.

Из представленной выше информации, можно сделать вывод, что для своего проекта рациональнее выбрать конструирование вертикально-осевого ветрогенератора.

2.2 Определение глубины поиска информации Глубина поиска информации зависит от предмета поиска и источников информации, по которым будет проводиться поиск. Так, если предметом поиска является изобретение, глубина поиска может составлять 10-15 лет. Отраслевую периодику, используемую, в частности, для определения уровня техники в исследуемой области, достаточно просматривать на глубину до 5 лет (без учета прогноза технического уровня). В данной работе глубина поиска в учебных целях составит 15 лет.

2.3 Выбор источников информации. Научно-технический портал www.ntpo.com http://www.energo-info.ru Роспатент www.fips.ru;

2.4 Определение классификационных рубрик.

Поиск производиться по международной классификации изобретений.

Классификаторы.

2.5Патентная документация, отобранная для последующего анализа.

В качестве прототипа своей конструкции я не смогла выбрать патент. Ниже представлено описание похожего классификатора, который наиболее близок к создаваемой конструкции.

2.6 Описание изобретений .

ВОЗДУШНЫЙ КАСКАДНО-ГРАВИТАЦИОННЫЙ КЛАССИФИКАТОР

Имя изобретателя: Воробьев Владимир Васильевич (BY), Иванов Евгений Николаевич (BY), Красильников Владимир Александрович (BY), Таболич Андрей Викторович (BY), Шиманович Петр Павлович (BY)
Имя патентообладателя: Научно-производственное республиканское унитарное предприятие "НПО "Центр" (BY)
Адрес для переписки: 220018, Республика Беларусь, г.Минск, ул. Шаранговича, 19, УП "НПО "Центр", группа патентоведения
Дата начала действия патента: 2006.04.25

Изобретение относится к машиностроению, в частности к воздушным каскадно-гравитационным классификаторам, и может найти применение в строительной, горнообогатительной, химической, металлургической и других отраслях промышленности для разделения различных сыпучих материалов по крупности. Воздушный каскадно-гравитационный классификатор содержит классификационную шахту, образованную наружной и внутренней стенками, щелевидное отверстие, выполненное во внутренней стенке классификационной шахты, распределительное устройство, выполненное в виде конуса или в виде диска, установленного с возможностью вращения и снабженного приводом, и взаимодействующее с щелевидным отверстием, трубу для подачи исходного материала к распределительному устройству и патрубок для вывода воздушного потока с мелкой фракцией, расположенный в верхней части классификатора. Наружная и внутренняя стенки классификационной шахты выполнены в виде коаксиально расположенных цилиндрических поверхностей. На их поверхностях внутри классификационной шахты расположены пересыпные полки в виде боковой поверхности усеченного конуса с наклоном вниз навстречу воздушному потоку, при этом радиусы наружной и внутренней стенок классификационной шахты и радиусы кромок пересыпных полок связаны математической зависимостью. Технический результат - повышение эффективности разделения материала, а также снижение трудоемкости изготовления классификатора.

2 Расчетная часть

2.1 Расчет толщины стенки корпуса классификатора

Расчет толщины стенки корпуса классификатора проводится по ГОСТ 14249-80[3].

Исполнительную толщину стенки s рассчитываем по формуле:

,

где – исполнительная толщина стенки, м,

– расчетная толщина стенки, м,

– прибавка к расчетной толщине, м.

Необходимо определить толщину обечайки, нагруженную изгибающим моментом. Допускаемый изгибающий момент следует рассчитывать по формуле:

,

где допускаемый изгибающий момент из условия прочности рассчитывают по формуле:

,

,

где D – диаметр аппарата, который равен 500мм;

- допускаемое напряжение, МПа.

Допускаемое напряжение для рабочего состояния определяется:

,

где - значение поправочного коэффициента, которое зависит от вида заготовки (в нашем случае листовой прокат, следовательно ),

- нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.

Расчетная температура стенки t определяется на основании тепловых расчетов или результатов испытания. В случае невозможности проведения расчетов и испытаний при положительных температурах , где – наибольшая температура среды. Тогда, согласно [6, c. 12], при нормативное допускаемое напряжение для стали 35 .

Допускаемое напряжение составит .

Прибавка к расчетной толщине определяется по формуле:

,

где - прибавка для компенсации коррозии и эрозии; - прибавка для компенсации минусового допуска( ); - технологическая добавка.

Прибавка для компенсации коррозии (эрозии) рассчитывается:

,

где - проницаемость среды в материал (скорость эрозии) по [1] ;

- срок службы аппарата( ).

Тогда исполнительная толщина стенки составит:

.

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости – по формуле:

,

где п_у – коэффициент запаса прочности (для рабочих условий п_у =2.4 ).

.

Тогда допускаемый изгибающий момент для рабочих условий можно определять по формуле:

,

где - коэффициент прочности сварных соединений, который определяется в зависимости от конструкции и способа соединения швов (в нашем случае сварка автоматическая электродуговая с двухсторонним сплошным проваром, поэтому ).

.

Делаем проверку:

.

.

Получили равенство, тогда условие выполняется. Следовательно, по ГОСТу 14249-89[3] толщину стенки цилиндрической обечайки принимаем равной s=4мм .

2.2 Расчет вала.

Расчет необходимо начинать с расчета вала на виброустойчивость.

Относительные координаты центра тяжести лопаток рассчитываются по формуле:

,

,

где i – количество лопаток, i = 12,

L_i – координаты центра тяжести лопаток, L_i = 0.98 м,

L – длина вала, L = 0.545 м.

Угловая скорость вращения вала рассчитывается по формуле:

,

,

где n – частота вращения вала, n = 950 .

Безразмерный коэффициент, учитывающий приведенную массу вала рассчитывается по формуле:

,

,

где ρ – плотность материала лопаток, ρ = ,

Е – модуль упругости Юнга, Е = Па,

η – коэффициент, учитывающий условия закрепления вала, η = 0.48.

Приведенные в точку В (середина пролета вала) массы пары лопаток, расположенных на одной оси, рассчитываются по формуле:

,

где m – масса лопатки, m = 0.3 кг,

- безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести лопаток (в нашем случае = 0.1, = 0.15, = 0.2, =0.25, = 0.3, =0.35).

Суммарная приведенная масса лопаток рассчитывается по формуле:

Далее находим расчетный диаметр вала по формуле:

где А₁ и А₂ – комплексы для расчета диаметра вала, которые находим по формулам:

где q - коэффициент приведенной массы вала, q = 0.25,

Подставив все значения в формулу для нахождения расчетного диаметра вала, получим:

Принимаем диаметр вала по ГОСТ 6636-69 равный 0.05 м.

Линейная масса вала рассчитывается по формуле:

.

Относительная масса лопаток рассчитывается по формуле:

.

Момент инерции сечения вала рассчитывается по формуле:

Первая критическая скорость вала рассчитывается по формуле:

где - корень частного уравнения, = 1.1.

Теперь проверяем условие виброустойчивости:

- условие выполняется.

Далее необходимо провести расчет на прочность.

Эксцентриситет массы пары лопаток, расположенных на одной оси, рассчитываются по формуле:

,

Приведенный эксцентриситет массы пары лопаток, расположенных на одной оси, рассчитываются по формуле:

Приведенная масса вала рассчитывается по формуле:

Смещение оси вала от оси вращения за счет зазоров в опорах в месте установки пары лопаток, расположенных на одной оси, рассчитывается по формуле:

где и - радиальный зазор в А и Б подшипниковых опорах, = м, = м.

Смещение оси вала от оси вращения за счет начальной изогнутости вала (радиальное биение вала) рассчитывается по формуле:

где - начальная изогнутость вала, = м.

Смещение оси вала от оси вращения в точке приведения В за счет зазоров в опорах рассчитывается по формуле:

Приведенный эксцентриситет массы вала с лопатками рассчитывается по формуле:

где Б₁ – комплекс для расчета приведенного эксцентриситета массы вала с лопатками, который рассчитывается по формуле:

Динамический прогиб оси вала в точке приведения В рассчитывается по формуле:

Динамическое смещение центров тяжести пары лопаток, расположенных на одной оси, рассчитывается по формуле:

Динамическое смещение вала в точке приведения В за счет зазоров в опоре рассчитывается по формуле:

Сосредоточенная центробежная сила, действующая на пару лопаток, расположенных на одной оси, рассчитывается по формуле:

Приведенная центробежная сила, действующая в точке приведения В, рассчитывается по формуле:

Рассчитаем реакции опор А и В по формулам:

где В₁ – комплекс для расчета реакции опоры А, который рассчитывается по формуле:

где В₂ – комплекс для расчета реакции опоры В, который рассчитывается по формуле:

Изгибающий момент в опасных по прочности сечениях между А и В рассчитывается по формуле:

где Z₂ – координата опасных сечений по прочности, Z₂ = 0.05 м,

Крутящий момент в опасных по прочности сечениях в середине пролета вала рассчитывается по формуле:

где и - мощность, потребляемая лопатками, =1500 Вт, =1500 Вт.

Крутящий момент в опасных по прочности сечениях в месте установки последней пары лопаток рассчитывается по формуле:

Момент сопротивления вала в опасных по прочности сечениях z₂ и z₃ рассчитывается по формуле:

Эквивалентное напряжение в этих сечениях находим по формуле:

Допускаемые напряжения по прочности в этих сечениях рассчитываются по формуле:

где - допускаемое приведенное напряжение, действующее в точке приведения В, = 200 МПа.

Проверяем условие прочности:

2.457·10⁶ < 100·10⁶ ,

1.738·10⁶ < 100·10⁶ ,

Условие прочности выполняется.

Таким образом, однопролетный вал диаметром 0.05 м и длиной 0.545 м при заданной нагрузке виброустойчив и достаточно прочен в опасных сечениях.

2.3 Подбор подшипников качения

Для моего вала я подобрала шариковый радиальный подшипник особолегкой

серии диаметров 1, серии ширин 0 с d = 50 мм, D = 80 мм, B = 16 мм

Подшипник 110 ГОСТ 8338-75.

2.4 Расчет расхода воздуха

Расчет расхода воздуха, подаваемого в классификатор, следует начинать с расчета скорости витания песка.

Сначала нам необходимо вычислить площадь поверхности F и объем V частицы:

где r_ч – радиус частицы песка, r_ч = 0.125·10^{-3 м,}

Определяем эквивалентный диаметр:

Определяем F₁ – площадь поверхности эквивалентной частицы:

Найдем коэффициент формы:

Положим, что режим обтекания частицы лежит в области 0.2 < Re < 2·10^-3 . Тогда динамический коэффициент формы будет равен:

Из условия равновесия частицы получим скорость витания частицы песка:

где С – коэффициент сопротивления, выбранный по критерию Рэлея [5, c. 172], С=1.12,

- плотность газа (воздуха), = 1.25 кг/м³ ,

- плотность частицы песка, = 2650 кг/м³ ,

Проверим критерий Рейнольдса:

где μ – вязкость газа (воздуха), μ = 19·10^-6 Па·с,

Из проверки видно, что выбор уравнения для расчета динамического коэффициента формы сделан правильно.

Теперь рассчитываем расход воздуха, подаваемый в классификатор:

где S – площадь поперечного сечения загрузочного короба, которая рассчитывается по формуле:

где l – длина загрузочного короба, l = 1.5 м,

b – ширина загрузочного короба, b = 0.1 м,

2.5 Расчет оптимальной высоты загрузочного короба

По рекомендации научного руководителя, оптимальная высота должна удовлетворять условию 0.3 ≤ h ≤ 0.4. Проверим это условие.

Искомая высота рассчитывается по формуле:

,

где - скорость витания частиц песка, = 2.487 м/с,

Найденная высота удовлетворяет условию 0.3 ≤ h ≤ 0.4. Из этого можно сделать вывод, что скорость витания частиц песка была рассчитана верно.

2.6 Расчет опор

Эскиз опор для горизонтального аппарата представлен на рисунке 7

Рисунок 7 – Эскиз опор

Масса аппарата в целом составляет 70 кг.

Реакция опоры для аппарата, установленного на двух опорах, определяется из выражения :

,

где G – сила тяжести аппарата, равная:

G = g ∙ m,

G = 9.81 ∙ 70 = 0.687 H,

.

В соответствии с принятой расчетной схемой определяющими параметрами являются изгибающие моменты, определяемые из следующих соотношений:

M₁ = Q ∙ (f₁ ∙ L - a),

где f₁ – принимается в соответствии с [4, c. 296] f₁ = 0,35

M₁ = 0.343 ∙ (0,35 ∙ 1.5 – 0,3) = 0.077 Н,

,

где f₂ – принимается в соответствии с [4, c. 296] f₂ = 1,15;

f₃ – принимается в соответствии с [4, c. 296] f₃ = 0,075.

Прочность стенки от совместного действия изгиба и давления проверяется в двух сечениях:

где - допускаемое напряжение материала, из которого изготовлена опора – 12Х18Н10Т, =184 МПа,

σ₁ = 7.576 МПа ≤ 184 МПа

Условие выполняется

где k – принимается в соответствии с [4, c. 299] k = 0,11

σ₂ =75.8 МПа ≤ 184 МПа

Условие выполняется

Заключение

В ходе проведения данной курсовой работы, мною были произведены множество расчетов, а именно:

1. Расчет и проверка стенок аппарата– этим расчетом было подтверждено, что данный аппарат пригоден к эксплуатации.

2. Расчет скорости воздуха – был проведен для уточнения оптимальной высоты загрузочного короба.

3. Расчет оптимальной высоты загрузочного короба – проведя данный расчет, мы проверили, что выбранная нами конструкция удовлетворяет всем условиям.

К пояснительной записке прилагается графическая часть:

1-ый лист – сборочный чертеж аппарата главный вид.

2-ой лист – сборочный чертеж аппарата вид с боку.

3-ий лист – сборочный чертеж аппарата вид сверху.

4-ый лист – сборочный чертеж корпуса аппарата.

Все эти расчеты в совокупности дали полный расчет классификатора.

Список использованных источников

1. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машиностроение 1981. – 648 с.

2. ГОСТ 14249-89. Нормы и методы расчета на прочность.

3. ГОСТ 14249-80. Нормы и методы расчета на прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок.

4. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – М.: Химия, 1975. – 815 с.

5. Островский Г. М. Прикладная механика неоднородных сред. – СПб.: Наука, 2000. – 359 с.

6. Курмаз Л. В. Конструирование узлов и деталей машин: Справочное учебно-методическое пособие. – М.: Высшая школа, 2007. – 455 с.: ил.