ПОРЯДОК РАСЧЕТА

1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Задаются параметрами окружающего воздуха: температурой t₀ (°С) и влажностью φ₀ (%). Эти параметры определяются с учетом места расположения объекта (табл. 1).

Задаются температурами воздуха на входе и выходе из сушилки (t₁ и t₂); а также температурами материала на входе и выходе из аппарата (t_м1 и t_м2 соответственно). Причем t_м1 задается в соответствии с t₀ (на 2–5°С выше), а t_м2 – в соответствии с t₂ (на 10 – 20° С ниже).

Задаются начальным и конечным влагосодержанием (ω_н и ω_к), размером частиц (δ_ч), насыпной плотностью (ρ_н) и теплоемкостью (С_м) материала.

2. Производят построение теоретического процесса сушки на диаграмме Рамзина (рис.3) в следующем порядке:

– по диаграмме находим т.А (координаты t_0, φ₀), характеризующую параметры окружающего воздуха и определяем соответствующие значения влагосодержания - х₀ (кг/кг) и теплосодержания или энтальпии - I₀ (кДж/кг);

– далее из т.А проводим вертикаль до пересечения с линией температур t₁ и получаем т.В (с координатами х₀ и t₁), характеризующую параметры воздуха на входе в сушилку; определяем теплосодержание воздуха на входе в аппарат - I₁ (кДж/кг);

– из т.В параллельно линиям теплосодержания, т.е. по I₁, проводим линию до пересечения с линией температур t₂ и получаем т.С’, характеризующую параметры воздуха на выходе из теоретической сушилки; по ней определяем значения влагосодержания воздуха на выходе - х’₂;

Соединив точки А, В и С’ получают ломанную АВС’, характеризующую процесс теоретической сушки.

3. Производят построение действительного процесса сушки на диаграмме Рамзина.

Для этого на диаграмме находят некоторую т.Д с координатами х_i и I_i, которая будет лежать на линии действительного процесса сушки.

Построение ведут в следующей последовательности:

– Задаются произвольным значением влагосодержания х_i в пределах от х₀ до х₂’.

– Определяют теплосодержание воздуха в этой точке по уравнению: Рис.3 Схема процесса сушки.

(1)

где ∆q – разность удельных расходов теплоты в действительной и

теоретической сушилках, Дж/кг.

Значения ∆q рассчитывают по формуле:

(2)

где q_мат – удельная теплота, затрачиваемая на нагрев материала от

температуры t_м1 до t_м2, Дж/кг;

q_пот – удельные потери теплоты, Дж/кг;

С_вл – удельная теплоемкость воды (4,19 кДж/кг·К);

t_м1 – температура материала на входе в сушилку, °С.

Удельная теплота q_мат рассчитывается по формуле:

(3)

где G – производительность сушилки по сухому продукту, кг/с;

С_м – удельная теплоемкость сухого материала, Дж/кг·К;

t_м2 – температура материала на выходе из сушки, °С;

W – количество влаги, удаляемой из материала в процессе сушки при

изменении влагосодержания материала от ω_н до ω_к, кг/с.

Значения W определяют по формуле:

(4)

Удельные потери q_пот находят по формуле:

(5)

где q_т – удельная теплота в теоретической сушилке, Дж/кг; равная:

(6)

где I₀ и I₁ – энтальпия воздуха на входе и выходе в теоретическом процессе

сушки, Дж/кг;

х₀ и х’₂ – влагосодержание окружающего воздуха на входе и выходе из

аппарата в теоретическом процессе сушки (кг/кг).

– Из т.В проводят через точку Д линию до пересечения с линией температуры t₂ на выходе из сушилки и получают т.С; при этом, ломанная АВС характеризует процесс действительной сушки.

– Для точки С, характеризующей параметры воздуха на выходе из действительной сушилки определяют значения тепло- и влагосодержания, при этом влагосодержание х₂ определяем графически (см.рис.3), а теплосодержание I₂ находят расчетным путем используя уравнение (1).

4. Определяют габаритные размеры сушилки - диаметр и длину барабана.

Для этого рассчитаем следующие параметры:

– Расход абсолютно сухого воздуха G_с (кг/с) на сушку:

(7)

где х₂ – влагосодержание воздуха на выходе из действительной сушилки.

– Расход влажного воздуха на сушку по формуле:

, м³/с (8)

где: υ_уд – удельный объем влажного воздуха, м³/кг; можно принять по

справочным данным или рассчитать по формуле:

(9)

где R_в – газовая постоянная для воздуха, R_в=287 Дж/кг·К;

Т – температура воздуха,°К (принимаем равной t₀);

П – общее давление паровоздушной смеси, Па;

φ_в – относительная влажность окружающего воздуха в долях;

Р_нас –давление насыщенного водяного пара, Па.

Значения φ_в· Р_нас = Р_П – парциальное давление водяного пара можно определить также по диаграмме Рамзина.

– Определяют внутренний диаметр сушильного барабана по формуле:

, м (10)

где β – коэффициент заполнения барабана в зависимости от типа

насадки; β = 0,1 – 0,25 (для лопастной насадки β = 0,12–0,14;

для распределительной β = 0,206; для секторной β = 0,276);

ω_г – скорость газа на выходе из барабана, м/с (определяют в

зависимости от размера частиц и насыпной плотности материала,

см.табл. 2).

Наружный диаметр барабана находят с учетом двойной толщины футеровки и обечайки:

, м (11)

Для ориентировочных расчетов можно принять δ=0,01-0,02 м.

– Определяют длину аппарата по формуле:

, м (12)

где V_б – объем барабана, м³; рассчитываемый по формуле:

, м³ (13)

где А_υ – напряженность барабана по влаге, кг/м³·с (приводится в

справочной литературе, см. [ 3], или определяется в задании).

–Проверяют выполнение условия L/D_в = 3,5 – 7,0; принимают значениям L и D_н (округляют до ближайших больших значений) и выбирают стандартный аппарат (по табл. 3).

Если же условие не выполняется, то повторяют расчет длины и диаметра барабана, варьируя параметрами β и ω_г.

1.2. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Механический расчет включает расчет барабана на прочность и прогиб, а также расчет бандажа на контактную прочность [3].

1. При расчете корпуса барабанной сушилки на прочность принимают, что на него действуют равномерно распределенные по длине силы тяжести корпуса с бандажом и зубчатым венцом G₁ и находящегося внутри корпуса материала G₂, а также крутящий момент М_кр, передаваемый зубчатым венцом. Кроме того, в подбандажной обечайке, если зазор между бандажом и корпусом недостаточен для свободного температурного расширения последнего, возникают напряжения из-за стесненности температурных деформаций и на бандажах начинают действовать распорные силы.

Для проведения механических расчетов определим вес барабанной сушилки по формуле:

(14)

где m – масса выбранной стандартной сушилки, кг;

Вес материала, находящегося в сушилке в данный момент времени рассчитаем по формуле:

(15)

где D_в – внутренний диаметр барабана, м;

L – длина барабана, м;

β – коэффициент заполнения барабана, (доли единицы);

ρ_н – насыпная плотность материала, кг/м³.

При работе аппарата результирующая сил зацепления в приводе частично компенсирует действие сил тяжести, поэтому с допущением в пользу запаса прочности усилиями в зацеплении венец – шестерня при расчете корпуса сушилки можно пренебречь.

Если температурные деформации корпуса не ограничены, то его рассчитывают как двухопорную балку под действием равномерно распределенной нагрузки q = (G₁ + G₂)/L.

Эпюры изгибающих моментов М, крутящих моментов М_кр, а также перерезывающих сил Q, возникающих в корпусе аппарата, приведены на рис. 4.

При проектировании барабанных сушилок задаются:

– толщиной стенки пролетной обечайки корпуса s₁ = (0,007…0,1)·D₁ (где D₁ – наружный диаметр пролетной части корпуса аппарата), м;

– толщиной стенки подбандажной обечайки корпуса

s₂ = (1,5…2,0)·s₁, м;

– расстоянием между опорами l₂ = 0,585·L, м;

– расстоянием между зубчатым венцом и правой опорой l₃, м.

Рассчитывают напряжения в опасных сечениях.

Максимальные изгибающие моменты (Н·м), действующие в середине пролетной обечайки и в левой подбандажной обечайке соответственно равны:

(16)

(17)

Изгибающий момент, Н·м, действующий в месте стыка пролетной и подбандажной обечаек равен:

– при L > 4·l₁:

(18)

– при L < 4·l₁:

(19)

где b – ширина подбандажной обечайки, м.

Рис. 4 Схема к расчету корпуса барабана.

Крутящий момент М_кр, Н·м, действующий на левую от венца (большей длины) часть корпуса аппарата:

(20)

где N – мощность электродвигателя, Вт;

η – КПД привода (для зубчатой передачи η = 0,97);

n_б – частота вращения барабана, мин^-1.

Максимальная перерезывающая сила (Н), действующая в подбандажной обечайке, равна:

(21)

Перерезывающая сила (Н), в месте стыка пролетной и подбандажной части равна:

(22)

Расчетные напряжения в соответствующих частях корпуса определим по формулам:

– в пролетной части обечайки

(23)

– в подбандажной части

(24)

– в месте стыка пролетной и подбандажной частей обечайки

(25)

где W_x1 и W_x2 – моменты сопротивлений поперечных сечений пролетной и

подбандажной обечаек, м³, соответственно равны:

(26)

(27)

I_x1 и I_x2 – моменты инерции площади поперечных сечений пролетной и

подбандажной частей обечайки, м⁴, соответственно равны:

(28)

(29)

где: D₂ – наружный диаметр подбандажной обечайки, м;

φ – коэффициент прочности сварного шва;

с – прибавка на коррозию, мм.

Условия прочности корпуса имеют вид:

σ₁ ≤ [σ]_к; σ₂ ≤ [σ]_к; σ₃ ≤ [σ]_к (30)

где [σ]_к – допускаемое напряжение для материала корпуса при расчетной

температуре, МН/м².

Допускаемое напряжение [σ]_к рекомендуется принимать (с учетом возможных температурных напряжений, неточностей монтажа) для барабанов без футеровки (сушилки, кристаллизаторы) в пределах 5–10 МН/м², для барабанов с футеровкой (печи) – до 20 МН/м² [3].

Если расчетные значения напряжений больше допускаемых, то принимают большие значения s₁ и s₂, и повторяют расчет.

2. После проверки на прочность барабан проверяют на прогиб. Для нормальной работы допускается прогиб f не более 1/3 мм на 1 метр длины, т.е. f ≤ 0,0003·l₂.

Прогиб от равномерно распределенной нагрузки определяют по формуле:

(31)

где Е₁ – модуль упругости материала барабана, Н/м²;

I – осевой момент инерции кольцевого сечения барабана (в м⁴)

рассчитывается по формуле:

(32)

3. Расчет бандажа на контактную прочность. Предварительно по нормалям выбирают ширину и диаметр бандажей и опорных роликов, а затем выполняют проверку их на прочность. Ширину бандажей можно также приближенно определить по формуле:

(33)

где: q_к = (1,0–2,4) МН/м² – допускаемая по опыту эксплуатации нагрузка,

приходящаяся на единицу длины площадки касания ролика и

бандажа;

R – реакция опорного ролика, МН.

Величину R определяют по формуле:

(34)

где α – угол наклона барабана (2–4°);

φ – угол между опорными роликами (φ=60°);

z – число бандажей.

Ширина опорного ролика b_ор должна быть больше ширины бандажа на 30 мм. Диаметр опорных роликов принимают в 3–4 раза меньше наружного диаметра бандажа. Условие контактной прочности на смятие в месте соприкосновения ролика и бандажа записывается в виде:

(35)

где D_б – наружный диаметр бандажа, м;

d – наружный диаметр опорного ролика, м;

Е₂ – модуль упругости материала бандажа (обычно изготавливается из

стали 40), МН/м²;

Е₃ – модуль упругости материала опорного ролика (обычно

изготавливается из Сч18, Сч21), МН/м²;

[σ]_{с ––} допускаемое напряжение для материала бандажа на смятие при

расчетной температуре, МН/м².

Допускаемое напряжение материала бандажа на смятие для стального литья 300–500 МН/м².

Поиск по сайту: