Курсовая работа (т): Процесс центрифугирования и проектирование центрифуги периодического действия

а - общий вид; б - кинематическая схема. 1 - фундаментная рама; 2 - электродвигатель постоянного тока; 3 - тахогенератор; 4 - щитки; 5 - ролики; 6 - стойка; 7 - ведущие ролики; 8 - гидроподъемник; 9 - ведомые ролики; 10 - колодочные гидравлические тормоза; 11 - дифференциальный механизм; 12 - цепная передача; 13 - зубчатая передача; 14 - ручной гидравлический насос.

Рисунок 1.4.1.1 - Свободнороликовая центрифуга для изготовления безнапорных раструбных труб

Кран устанавливает форму на лотки гидроподъемника. Далее при опускании лотков форма укладывается на ролики 7,9. Затем кронштейн поворачивается вокруг стойки 6 на 90° и ролики 5 подводятся к бандажам формы. Для образования раструба внутрь формы вставляется втулка, после этого включается привод формы и ложковый питатель заполняет ее смесью. Затем закрывают щитки 4 и далее при увеличении частоты вращения формы труба формируется. По окончании процесса щитки и стойка отводятся, гидроподъемник наклоняет форму с изделием и из трубы выливается шлам. Кран снимает форму с изделием и рабочий цикл повторяется.

Свободнороликовая центрифуга (рисунок 1.4.1.2) предназначена для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций длиной до 17 м (опоры линий электропередач, свай-оболочек и т.д.).

Центрифуга состоит из роликоопора 1,приводов 2,6, смонтированных на фундаментной раме 7.На каждой роликоопоре установлены один приводной 10 и два поддерживающих 11 ролика. Ролики 10 приводятся во вращение от одного из приводов 2,6 через передачи 12 и приводной вал 4. Отдельные участки приводного вала соединяются с валами роликов с помощью зубчатых муфт 3.

Поддерживающие ролики установлены на рычагах, которые дают им возможность перемещаться в поперечном направлении. Перемещаются ролики от гидроцилиндров 9 через систему тяг и рычагов. Тормоза 5 предназначены для фиксации поддерживающих роликов, щиток 8 - для предупреждения разбрызгивания шлама из формы во время центрифугирования. Конструкция приводов одинаковая: один привод для разгона формы имеет электродвигатель меньшей мощности, а привод, предназначенный для формования трубы, - большей. Общая установленная мощность электродвигателей 106,4 кВт; габаритный размер центрифуги 25×4,25×2,64 м.

- роликоопоры; 2 - привод; 3 - зубчатые муфты; 4 - приводной вал; 5 - тормоза; 6 - привод; 7 - фундаментная рама; 8 - щиток; 9 - гидроцилиндры; 10 - приводной ролик; 11 - поддерживающие ролики; 12 - передача.

Рисунок 1.4.1.2 - Свободнороликовая центрифуга для изготовления длинномерных конструкций

1.4.2 Барабанная центрифуга

- форма, 2 - опорный ролик, 3 - приводной ролик, 4 - привод, 5 - барабан, 6 - планшайба, 7 - опорный подшипник

Рисунок 1.4.2 - Схема барабанной центрифуги

Принцип действия барабанной центрифуги схож с действием роликовой. Отличия заключаются в том, что у роликовой центрифуги присутствуют два ролика - ведомый и ведущий, один обеспечивает вращение барабана, другой служит опорой для него, в барабанной центрифуге два опорных, ведомых ролика, а вращение барабана обеспечивается непосредственно работой привода.

.4.3 Ременная центрифуга

Ременная центрифуга (рисунок 1.4.3) предназначена для изготовления безнапорных железобетонных труб диаметром 0,5-1 м, длиной 4,2м. Она состоит из сварной станины 2, на которой смонтированы ведущий 3 и ведомые 1 валы, установленные на сферических подшипниках. Вращение ведущему валу сообщается электродвигателем 5 постоянного тока через клиноремную передачу 6. Электродвигатель установлен на салазки 4. Для питания его постоянным током есть специальный агрегат, состоящий из возбудителя, генератора постоянного тока и электродвигателя переменного тока, смонтированных на общей раме. Центрифуга имеет ручное и автоматическое управление.

При работе на центрифуге форму 7с уложенным в ней арматурным каркасом тельфером 8 устанавливают на двадцать восемь перекрещивающихся ремней (длина ремней 6,3м) центрифуги. Затем включается электродвигатель и форма приводится во вращение. Частота вращения формы постепенно увеличивается до 1/3 от номинальной. В это время ложковый питатель загружает в форму бетонную смесь, распределяющуюся во внутренней поверхности формы в течение двух минут. Затем частота вращения формы плавно увеличивается до номинальной; при этом уплотняется вся масса бетонной смеси, после чего скорость вращения формы плавно снижается (до полной установки).

Время центрифугирования зависит от диаметра формуемой трубы: с увеличением диаметра время формования удлиняется, и наоборот. Оставшиеся в трубе шлам и вода сливаются в прямоток.

- ведомые валы; 2 - сварная станина; 3 - ведущий вал; 4 - салазки; 5 - электродвигатель постоянного тока; 6 - клиноремная передача; 7 - форма; 8 - тельфер.

Рисунок 1.4.3 - Ременная центрифуга

1.4.4 Осевая центрифуга

Осевая центрифуга (рисунок 1.4.4) состоит из станины 1, передней 3 и задней 6 бабок, защитных кожухов 4, механизмов 5 и их передвижения, главного 2 и разгонного 7 электродвигателей. Станина представляет собой жесткую конструкцию коробчатой формы с поперечными ребрами жесткости и двумя продольными направляющими, по которым возможно перемещение задней бабки. На концах станины установлены электродвигатели главного и разгонного приводов.

Передняя бабка болтами жестко прикреплена к станине. Бабка состоит из стального литого корпуса и шпинделя, смонтированного на подшипниках качения. Внутренняя часть корпуса является резервуаром для масла. На одном конце шпинделя крепится планшайба с зажимными приспособлениями. Другой конец шпинделя муфтой соединяется с валом главного электродвигателя постоянного тока мощностью 60 кВт. Задняя бабка состоит из стального литого корпуса и шпинделя.

При работе на центрифуге форма с напряженной арматурой и бетонной смесью закрепляется торцами в планшайбах передней и задней бабок и закрывается защитными кожухами. Далее включается электродвигатель переменного тока, и скорость вращения формы постепенно увеличивается. Когда необходимая частота вращения будет достигнута, разгонный электродвигатель отключается и включается главный электродвигатель и под действием возникающих центробежных сил бетонная смесь равномерно распределяется и уплотняется. Частота вращения формы плавно регулируется в пределах от 1 до 20 об/с. Включение главного электродвигателя при открытых кожухах невозможно. На центрифуге изготавливают трубы длиной 5 м с внутренним диаметром 0,3-1м.

1 - станина; 2 - главный электродвигатель; 3 - передняя бабка; 4 - защитные кожухи; 5 - механизм; 6 - задняя бабка; 7 - разгонный электродвигатель

Рисунок 1.4.4 - Осевая центрифуга

.5 Изготовление труб радиальным прессованием

Метод прессования получил широкое применение при изготовлении безнапорных бетонных и железобетонных труб диаметром от 300 до 2400 мм. В основе метода прессования труб лежит принцип безвибрационного уплотнения жесткой бетонной смеси роликовой головкой (рисунок 1.5.1). Радиальным прессованием можно изготавливать как армированные, так и неармированные безнапорные трубы и кольца. Раструб труб образуется с помощью раструбообразователя, схема которого показана на рисунке 1.5.2.

-бетонная труба; 2 - внешняя форма; 3 - вращающаяся прессующая головка;4 - прессующие лопасти; 5 - поддон; 6 - питатель.

Рисунок 1.5.1 - Схема радиального прессования

- заглаживающий цилиндр; 2 - лопастьрадиального уплотнения раструба; 3 - лопастьосевого уплотнения раструба; 4 - питатель; 5 - форма.

Рисунок 1.5.2 - Схема раструбообразователя

Необходимо отметить, что способ формования труб радиальным прессованием весьма чувствителен к изменению состава бетонной смеси. Поэтому рекомендуется не реже одного раза в смену определять фактический состав бетонной смеси, влажность заполнителей и производить корректировку состава смесей.

Порядок формования способом радиального прессования на трубоформовочных станках обычно следующее (рисунок 1.5.3):

форму 1 с поддоном 2 размещают на поворотном столе 3, затем устанавливают верхнее кольцо 4, приводной вал 5 с роликовой головкой 6 опускают в нижнее положение и снизу присоединяют вибровозбудитель 7; включают привод вращения вала с роликовой головкой, подают бетонную смесь и включают вибровозбудитель, обеспечивая формование раструба 8;

продолжают подачу бетонной смеси, включают вибровозбудитель и поднимают роликовую головку вверх, одновременно формуя цилиндрическую часть трубы 9; после того, как вся стенка трубы отформована, отсоединяют вибровозбудитель, роликовую головку выводят из формы и поднимают верхнее кольцо.

Отформованные трубы переносятся грузоподъемными механизмами в формах и устанавливаются на грузовые тележки, где форма снимается вверх и труба поступает на тепловую обработку.[6]

а - подготовка и сборка формы, б - формовка раструба, в - то же, цилиндрической части, г -заключительный этап; 1 - форма; 2 - поддон; 3 - поворотный стол; 4 - верхнее кольцо; 5 - приводной вал; 6 - роликовая головка; 7 - вибровозбудитель; 8 - раструб; 9 - цилиндрическая часть трубы.

Рисунок 1.5.3 - Порядок формования радиальным прессованием

2. Блок - схема центрифугирования

Рисунок 2.1 - Блок-схема центрифугирования

Контролируемые нерегулируемые факторы  :

1 - температура окружающей среды;

2 - атмосферное давление;

3 - распределение бетонной смеси;

4 -удельное сопротивление осадка при фильтровании;

5 -разность плотностей фаз;

6 -плотность суспензии.

Контролируемые регулируемые факторы  :

1 -мощность центрифуги;

2-уровень суспензии;

3-скорость подачи суспензии;

4-скорость вращения барабана;

5-высота слоя осадка;

6-время выгрузки;

7-диаметр изготавливаемых труб;

8-длина изготавливаемых труб;

9 -состав твердой фазы;

10- вязкость жидкой фазы;

11- влажность заполнителей.

Не контролируемые нерегулируемые факторы  :

1 -эксплуатационные воздействия;

2 -человеческий фактор.

Выход (отклик)  :

1 - количество осадка;

1 - влажность осадка;

1 - влажность фугата;

1 - количество фугата;

1 -унос - содержание твердой фазы в фугате (фильтрат);

1 - насыщенность осадка жидкой фазой;

1 - крупность разделения - (минимальный размер частиц, улавливаемых при центробежном осаждении).

3. Расчёт аппарата

.1 Вычисление длины барабана промышленной центрифуги

Изучить процесс центрифугирования и спроектировать центрифугу периодического действия. Рассчитать геометрические размеры исходя из максимального отношения V/N. Разработать блок-схему алгоритма и программу расчета на ЭВМ оптимально отношения V/N. Центрифугирование данной смеси проводилось сначала на лабораторной центрифуге со следующими характеристиками: Ωл = 0,0106 м3; Σл = 75 м2; τпит. =1 мин; Rл = 215 мм; Lл = 190 мм. Было получено Vл = 0,0325 м3фугата.[7]

Предварительные данные проектируемой центрифуги приведены в таблице 3.1.