Сушильная установка непрерывного действия

3.4.2. Данные для расчета

Для выбранного по заводской нормали бандажа имеются следующие размеры:

Ширина бандажа В = 110 мм = 0,11 м ;

Радиус бандажа мм = 0,76 м;

Радиус опорного ролика мм = 0,19 м;

Угол между роликами 2j = 60°;

Высота сечения бандажа H = 85 мм = 0,085 м;

По [5, стр.395, табл. 13.2.] приняли модуль продольной упругости для материала бандажей (углеродистая сталь): МПа;

По [1, стр.37] приняли значение предела текучести для материала бандажей {углеродистая сталь): МПа.

3.4.3. Проверочный расчет бандажа на контактное напряжение

Ранее определенная масса снаряженного барабана с материалом и изоляцией равна:

G = 8788 кг .

Определили по [1, стр.37, ф.(3.48)] реакцию опорного ролика:

Н/см;

Определили по [1, стр.37, ф.(3.47)] максимальное напряжение

МПа;

 Из теории сопротивления материалов известно, что расчетное напряжение в опасной точке, которая лежит на некоторой глубине контактирующих тел, по энергетической теории прочности составляет примерно 60% от максимального напряжения:

МПа;

На поверхности соприкосновения расчетное напряжение по той же теории прочности равно 40% максимального напряжения:

МПа;

Вычисленные напряжения не превосходят принятого значения предела текучести для выбранного материала МПа.

Остаточных деформаций при контакте ролика с бандажом происходить не должно. Выбранные стандартные бандажи и опорные ролики по прочности соответствуют требованиям установки.

3.4.4. Проверочный расчет бандажа на изгиб

После проверки бандажа на контактное напряжение, проведена его проверка на изгиб. Максимальный изгибающий момент возникает в бандаже в сечениях, находящихся против опор. Величина изгибающего момента зависит от действующих сил, вида насадки, радиуса бандажа и угла между опорными роликами.

Вычислили внутренний диаметр бандажа:

мм = 0,675 м.

Для свободно опирающегося бандажа приняли по [1, стр.38] коэффициент А = 0,08 для свободно опирающегося бандажа.

Ранее рассчитанная нагрузка на каждый бандаж составляет:

Q = 4393 кг = 4393 * 9,81 Н = 43095 Н.

Определили максимальный изгибающий момент в сечениях бандажа, находящихся против опор по [1, стр.38, ф.(3.49)]:

Н*м.

Определили момент сопротивления бандажа прямоугольного сечения по [1, стр.38]:

м3.

Нашли максимальное изгибающее напряжение в указанных сечениях по [1, стр.38, ф.(3.50)]:

  МПа.

Полученное значение максимального изгибающего напряжения не превосходит принятого значения предела текучести для выбранного материала МПа.

Остаточного изгиба бандажа происходить не должно. Выбранные стандартные бандажи по прочности на изгиб соответствуют требованиям установки.

3.4.5. Расчет опорной станции

По нормали Н413-56 завода «Прогресс» определили расстояние между опорной и опорно-упорной станциями l = 3,5 м.

Ранее принятая рабочая температура стенки барабана tвн = 95°С.

Взяли коэффициент линейного удлинения для материала барабана (сталь) по [10, стр.33] при данной температуре:

Нашли величину термического удлинения барабана по [10, стр.33,ф.(9.5)]:

мм.

Вычислили ширину ролика по [10, стр.34, ф.(10.5)] с запасом для удобства монтажа:

мм.

Принимаем ширину ролика мм.

3.6. Выбор и расчет зубчатого венца и привода барабана

Вращение барабана осуществляется за счет передачи ему вращательного момента. Он передается от электродвигателя через редуктор с помощью цилиндрической зубчатой передачи. Зубчатая пара состоит из малой шестерни, установленной на выходном валу редуктора, и зубчатого венца, крепящегося на барабане. Для снижения радиального биения венец устанавливают как можно ближе опорно-упорной станции.

 На основании принятой скорости вращения барабана и рассчитанной ранее мощности на вращение барабана выбрали моторно-редукторную группу 507050 (мощность электродвигателя 7 кВт, обороты: основные 5 об/мин, смежные 4 и 6,3 об/мин).

Во избежание попадания посторонних предметов в зубчатую передачу венцовая пара закрыта кожухом (обозначение Б1271 по Н444-58).

Венцовую зубчатую пару выбрали по нормали Н442-56. Обозначение Б1271.

3.7. Расчет сушильного барабана

Механический расчет вращающегося барабана включает проверку стандартной толщины стенки барабана на прочность и жесткость.

3.7.1. Данные для расчета

По нормали стандартная толщина стенки барабана составляет мм = 0,01 м.

Допускаемое напряжение на изгиб для материала барабана приняли по [5, стр.410] равным МПа.

Модуль упругости материала барабана по [5, стр.395, табл.13.2] составляет МПа.

3.7.2. Расчет барабана на прочность по напряжению на изгиб

Для определения величины напряжения на изгиб, возникающего в материале барабана, рассмотрели его как балку, установленную на двух опорах. Вес барабана (нагрузку балки) приняли как равномерно-распределенную нагрузку.

Определили величину распределенной нагрузки по [5, стр. 409]:

.

Вычислили изгибающий момент в наиболее опасном сечении барабана (между опорами) по [5, стр. 409, ф.( 13.56)]:

 Н*м

Нашли крутящий момент от привода с учетом выбранного электродвигателя по [5, стр.409, ф.{ 13.57)]:

Н*м, где - число оборотов барабана для выбранной моторно-редукторной группы.

Вычислили приведенный момент по формуле Сен-Венана (по теории наибольших удлинений) [5, стр.409, ф.(13.59)]:

Н*м.

Определили момент сопротивления кольцевого  сечения барабана по [13, стр. 336, ф.(ХУШ—58)]:

м3.

Рассчитали   напряжение   на   изгиб   в   стенках   барабана   по   [5, стр.409, ф.(13.58)]:

Полученное значение напряжения на изгиб в стенках барабана не превосходит допустимого значения. Выбранной толщины стенки барабана достаточно для обеспечения достаточной прочности барабана.

 

3.7.3. Расчет барабана на прогиб

Определили экваториальный момент инерции кольцевого сечения барабана по [5, стр.410, ф.(13.62)]:

м4.

Нашли прогиб барабана по [5, стр.410, ф.(13,61)]:

Допустимым для сушильных барабанов является прогиб, не превышающий 1/3 мм на метр длины барабана.

Рассчитали максимальный допустимый прогиб барабана по [5, стр.410, ф.03.60)]:

Величина прогиба барабана много меньше допустимой. Условие жесткости барабана соблюдается.

3.8. Выбор уплотнения сушильного барабана

Вращающиеся барабанные сушилки обычно работают под небольшим разряжением, что позволяет избежать попадания в производственное помещение через неплотности барабана горячего сушильного агента, содержащего пыль (частицы высушиваемого материала).

При работе барабана под разряжением, напротив, обеспечивается небольшой подсос воздуха в установку. Для того, чтобы этот воздух не изменял заметно параметров сушильного агента, устраивают уплотнения в местах соединения движущихся (барабан) и неподвижных (загрузочная и разгрузочная камеры) частей установки.

Наиболее распространенными видами уплотнений являются торцевое и лабиринтное. Торцевое уплотнение является аналогом сальникового уплотнения вращающихся валов. Его недостатком является то, что часть энергии привода расходуется на преодоление трения в этом виде уплотнения.

Другим видом уплотнения является лабиринтное, в котором протекающий газ постоянно переходит из узких каналов в широкие камеры, причем направление потока резко изменяется. Это приводит к снижению кинетической энергии потока и, следовательно, высокому гидравлическому сопротивлению соединения. Этот вид уплотнения наиболее надежен, хотя обеспечивает меньшую герметичность барабана.

В качестве уплотнения выбрали лабиринтное аксиальное уплотнение по нормали Н422-56, обозначенное Б1232.

3.9. Выбор насадки

На первых 1...1,5 м сушильного барабана устанавливают приемно-винтовую насадку с целью равномерной подачи материала в основную часть барабана, где устанавливают основную насадку. Между основной и приемной насадкой предусматривают зазор равный 5% от диаметра барабана.

По нормалям завода «Прогресс» выбрали приемно-винтовую насадку Б1252 (по Н431-56) длиной 700 мм. В качестве основной насадки выбрали подъемно-лопастную насадку Б2057 (по Н436-56). Между основной и приемной насадкой оставить зазор 60 мм.

 3.10. Выбор загрузочной камеры

Загрузочная камера служит для подачи высушиваемого материала в сушильный барабан и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием (циклон и т.п.). На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, питающая течка, штуцер ввода материала и штуцер вывода отработанного сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри и люк для выгрузки остатков материала.

По нормали Н425-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует противоточная загрузочная камера Б1242.

3.11. Выбор разгрузочной камеры

Разгрузочная камера служит для подачи высушенного материала на ленточный транспортер и соединения вращающегося барабана с другим технологическим оборудованием. На этой камере крепится лабиринтное уплотнение, штуцер вывода материала и штуцер сушильного агента, кроме того, в корпусе камеры предусмотрен смотровой люк для очистки камеры изнутри.

По нормали Н427-56 завода «Прогресс» выбранному барабану соответствует противоточная разгрузочная камера Б1243.

4. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

4.1. Расчет калориферной установки

В сушильных установках для нагрева воздуха применяются нагревательные устройства – паровые калориферы, в которых сушильному агенту передается теплота конденсации теплоносителя – водяного пара.

Для нагрева воздуха паром изготавливаются стандартные калориферы из стали в соответствии с ГОСТ 7201-62. В частности наиболее подходящими для проектируемой установки являются биметаллические калориферы со спирально-накатным оребрением типа КПЗ-СК-01АУЗ и КП4-СК-01АУЗ, поскольку эти калориферы характеризуются наиболее высокими теплотехническими показателями по сравнению с калориферами более ранних типов.

Теплообменный элемент калориферов выбранного типа состоит из внутренней стальной трубки 16x1,2 мм и насаженной на нее наружной алюминиевой трубки с накатанным оребрением. В процессе накатки между стальной и алюминиевой трубками образуется надежный механический и термический контакт.

Калориферы биметаллические выпускаются двух моделей: КП3 — средняя модель, имеющая 3 ряда теплопередающих трубок по направлению движения воздуха; КП4 — большая модель, имеющая 4 ряда трубок. Площади фронтальных сечений калориферов с одинаковыми номерами у двух разных моделей совпадают.

 Калориферы представляют собой одноходовые теплообменники по трубному и межтрубному пространству и устанавливаются с вертикальным расположением теплопередающих трубок.

Воздухонагреватели с номерами с 6 по 10 снабжены одним патрубком для подвода пара и одним патрубком для отвода конденсата, а калориферы с номерами 10 и 11 — двумя патрубками для подвода пара и одним для отвода конденсата.

При групповой установке боковые щитки воздухонагревателей могут не устанавливаться, что позволяет получить сплошную поверхность нагрева.

4.1.1. Данные для расчета калориферной установки

Ранее рассчитанный массовый расход воздуха через установку:

Влагосодержание воздуха на входе в калориферную установку:

Начальная температура воздуха: t0 =20,1 °C.

Приняли, что калориферная установка размещена в непосредственной близости от сушильного барабана и потери тепла на пути воздуха от калориферов к барабану отсутствуют. Тогда температура воздуха на выходе из калориферной установки будет соответствовать требуемой температуре на входе в барабан: t1 = 140 °C.

Давление греющего пара задано условием расчета:

4.1.2. Выбор схем калориферной установки

В ходе расчета рассматривали параллельно 2 схемы калориферной установки. По первой схеме в ряду предусматривалась установка одного калорифера, по второй – двух. Требуемое число рядов, модель калорифера и его типоразмер определялись в ходе расчета.

4.1.3. Выбор калориферов по массовой скорости воздуха

Одной из важных характеристик работы калориферной установки является массовый расход воздуха через фронтальное сечение калорифера.   Массовая   скорость должна  составлять . При   меньших скоростях размеры калориферной установки и приточной камеры оказываются слишком громоздкими. При превышении рекомендуемого значения массовой скорости оказывается слишком высоким гидравлическое сопротивление установки, что повышает стоимость вентилятора и увеличивает эксплуатационные расходы (из-за большей мощности электродвигателя вентилятора).

Реальный массовый расход воздуха через калориферную установку нашли по [1, стр.11, ф.(3.12)]:

Рассчитали по [1, стр.46, ф.(4.1)] массовые скорости для соответствующих схем калориферных установок для данных калориферов:

, где f – площадь фронтального сечения калорифера по [1, стр.43, табл.4.1], m – количество калориферов в ряду (для первой схемы m = 1, для второй         m = 2).

Результаты расчетов свели в таблицу:

 

 Из расчетной таблицы видно, что подходящими по массовой скорости являются калориферы №6, №7, №8, №9, и №10 для первой схемы установки и №6 и №7 для второй. Их параметры и рассчитывались в дальнейшем.

4.1.4. Расчет требуемых площадей теплообмена

Рассчитали требуемую тепловую мощность калориферной установки по [1, стр.46]:

, где  .

кВт.

По [2, стр.550, табл. LVII] нашли температуру конденсации греющего пара заданного давления: t п = 158,1 °C.

Рассчитали температурный напор установки:

 

 

Оценили величины коэффициентов теплоотдачи при вычисленных значениях массовых скоростей во фронтальном сечении по данным [1, стр.44, табл.4.2] и [1, стр.45, табл.4.4] интерполяцией и определили соответствующие им поверхности теплообмена по [1, стр.47, ф.(4.2)]:

Результаты расчета свели в расчетную таблицу:

 

4.1.5. Расчет параметров калориферных установок

Для   каждой  из   рассматриваемых  схем   калориферных  установок определили требуемое количество рядов по [1, стр.48, ф.(4.3)]:

Аэродинамическое сопротивление установки нашли по [1,  стр.48, ф. (4.4)]

.

Действительную поверхность теплообмена вычислили по [1, стр.48, ф. (4.4)]

.

Рассчитали запас по поверхности по [1, стр.48, ф. (4.6)]:

.

Результаты расчетов свели в расчетную таблицу:

 

           4.1.6. Выбор схемы установки и калориферов