Общая характеристика сепарирования

 

 

 

Прочностные расчёты

Расчет на прочность быстровращающейся  обечайки барабана сепаратора

Одним из основных элементов  конструкций сепараторов, центрифуг  и другого оборудования являются цилиндрические или конические обечайки. В общем случае они находятся  под совместным действием распределенных по поверхности инерционных нагрузок от собственной массы обечайки qс и массы обрабатываемой среды Рс, краевых сил Qс и момента М0.

Нормальные напряжения, возникающие  в быстровращающихся обечайках  от действия указанных нагрузок с  другими в узлах их сопряжения с другими деталями ротора по формулам:

                                                                               ( 1  )

                                                                                 (  2 ) 

а на участках обечайки, отстоящих  от края – по формулам:

     и т.д.

 

1. Вычислить ωкр и  проверить условие виброустойчивости ротора сепаратора.

Исходные данные: Вал закреплен  на одной шарнирной и второй податливой опорах с коэффициентом жесткости  н/м.

Моменты инерции барабана относительно осей Z и X соответственно:

Yz =40,1 кг/м²; Yx = 22 кг/м²; m = 240 кг; ω =108с‾¹.

Решение:

В связи со значительной податливостью опоры можно пренебречь податливостью вала и считать  его абсолютно жестким. Тогда  критическую скорость ротора можно  определить по формуле:

раз/с;                     ( 3 )

Таким образом  , что обеспечивает хорошее самоцентрирование ротора в послерезонансной области.

2. Определить скорости  цилиндра – конического ротора  сепаратора и проверить прочность  соединения обечаек ротора (барабана).

Исходные данные:

Внутренний диаметр барабана D = 2R = 640 мм, длина цилиндрической обечайки l = 385. Угол при вершине конической обечайки 2α = 90° С, диаметр загрузочного отверстия D0 = 0. Исполнительная толщина стенок цилиндрической и конической частей барабана S = Sк = 10 мм (принимаем). Рабочая угловая скорость барабана ω = 108 с‾¹. Плотность и температура обрабатываемой среды ρс = 1029 кг/м³, t = 60 °C. Материал барабана Х18Н10Т, p = 7850 кг/м³. Коэффициент Пуассона μ = 0,3. Прибавка к расчетной толщине стенки С = 1 мм. Коэффициент прочности сварных швов φ= 0,9.

Решение:

Допускаемое  напряжение материала ротора при рабочей  температуре  МПа, где η = 1, МПа.

Допускаемое напряжение в  зоне краевого эффекта

МПа.

Допускаемое напряжение в  зоне краевого эффекта

[σ]р.кр = 1,3[σ]р = 1,3·152 = 197,6 МПа.

Расчет толщины стенок обечаек

 

1. Расчет толщины стенки  цилиндрической обечайки сепаратора.

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора определяют по формуле:

Примем Sц = 12 мм.

 

Расчет толщины стенки конической обечайки

 

Толщина стенки конической обечайки равна:

Примем Sк = 12 мм.

 Допускаемая угловая  скорость цилиндрической обечайки, находим по формуле:

где ψ = 1-(R0/R)² = 1 (R0 = 0).

Допускаемая угловая скорость конической оболочки, находим по формуле:

 

Ротора цилиндро-конического:

[ω]k = min {[ω]ц ; [ω]к} = min {138,6 ; 101,34} = 101,34 раз/с;

Уравнения совместимости  деформаций для узла соединения цилиндрической  и конической обечаек барабана (рис) с учетом направления:

где для края цилиндрической оболочки при S = 12мм.

м;

 

;

;

м;

м;

;

раз;

раз,

для широкого края конической обечайки при Sк = S = 12 мм, α = 45°

;

;

;

 н/м;

;

;

;

;

;

;

Подставив найденные значения раздельных и угловых деформаций в систему уравнений и упростив, получим:

Отсюда: краевая сила Q0 = 11301 н/м; краевой момент М0 = 518 Н.

    Нормальные напряжения  на внутренней поверхности края  цилиндрической обечайки с учетом  формул и направления действия  нагрузок:

- Меридианалиное 

- Кольцевое

-Эквивалентное

σэкв.ц = max {σmц;σtц} = max {30,155;26,66} = 30, 155 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6) = 177,84 МПа, то

Условие прочности края цилиндрической обечайки выполняется.

   Нормальные напряжения  на внутренней поверхности края  конической обечайки с учетом  формул и направления действия  нагрузок:

- Меридиальное

- Кольцевое

- Эквивалентное

σэкв.к = max {σmк;σtк} = max {25,06;61,98} = 61, 98 МПа.

Так как σэкв.ц < φ[σ]р.кр(30,155<0,9·197,6<177,84)

σэкв.к < φ[σ]р.кр(61,98МПа<0,9·197,6<177,84), то условие прочности узла соединения цилиндрической и конической обечаек ротора выполняется.

 

 

 

 

 

 

Правила использования  сепаратора

 

До начала работы сепаратора необходимо проверить наличие смазочного масла в картере сепаратора и  в масленках. Смену масла в  картере следует производить  по мере его загрязнения, лучше ежемесячно. У приводных сепараторов, имеющих  специальный насосик для смазки веретена, перед началом работы надо сделать 3-4 полных подъема поршня, чтобы  подать масло в веретено. Для смазки применяют специальное масло  марки «сепараторное» или «веретенное». Затем проверяют, правильно ли собраны  барабан и остальные части, исправны ли механизмы, а иногда проверяют  и правильность установки сепаратора на фундаменте.

Устанавливают сепаратор  на твердом фундаменте по ватерпасу. Работу начинают со сборки частей сепаратора. Вначале собирают барабан, для этого  надевают крестовину на центральную  трубку его днища так, чтобы выступ последнего попал в отверстие  крестовины. В канавку днища барабана вкладывают резиновое кольцо. Затем  надевают нижнюю тарелку (снабженную напайками  с двух сторон), потом остальные  тарелки, а в конце — верхнюю  тарелку. Если тарелки пронумерованы, необходимо собрать их строго по номерам. На тарелки надевают кожух барабана и весь барабан в собранном  виде закрепляют соединительной гайкой.

Барабан осторожно надевают на веретено и немного вращают, чтобы  он стал на свое место. Затем надевают сборник для обезжиренного молока, сборник для сливок, поплавковую  камеру с поплавком и приёмный бак для цельного молока. После  этого начинают вращать рукоятку сепаратора, а у приводных —  постепенно пускают в ход шкив. Когда количество оборотов барабана достигает установленной нормы (звонок перестает звонить), наливают в сепаратор  несколько литров воды с температурой 50-60° С для подогревания его  частей, после чего открывают кран сборника молока и приступают к сепарированию.

Для достижения большей чистоты  приемный бак (для цельного молока) закрывают двойным слоем марли, через которую пропускают молоко, подлежащее сепарированию. Сепаратор  может работать непрерывно 1 час, а  при очень чистом молоке 1½, максимум 2 часа. Если необходимо отсепарировать молока больше, чем это возможно в течение 1½-2 часа, то сепаратор  останавливают, промывают барабан  и снова, собрав его, продолжают сепарирование. После окончания работы пропускают через сепаратор 8-10 л. обезжиренного  молока, чтобы вытеснить из барабана остатки цельного, затем прекращают вращение рукоятки и ждут, пока барабан  остановится сам. У приводных  сепараторов имеется стопорный  механизм для постепенной остановки  барабана.

Разбирают сепаратор после  полной остановки барабана. Сначала  снимают приемный бак, затем поплавковую  камеру, сборники сливок и обезжиренного  молока. Барабан снимают с веретена, выливают содержимое (остатки обезжиренного  молока), ставят в хомутик и развинчивают соединительную гайку, снимают кожух  барабана, а потом опрокидывают тарелки  на стол. Из пакета тарелок необходимо отделить крестовину, или тарелкодержатель; в конце снимают резиновое  кольцо. Все части барабана и молочную посуду сепаратора тщательно моют вначале  теплой (30-40° С) водой, а затем 0,5%-ным  раствором дезмола, ополаскивают теплой водой, обдают горячей и сушат  на специальном стержне для тарелок. Резиновое кольцо промывают только теплой водой и кладут на стол, чтобы  резина не растягивалась. Остальные  части сепаратора и станину вытирают чистой тряпкой.

Высокий класс точности сепараторов, специфичность материалов, из которых  изготовлены детали, сложность изготовления и восстановления этих деталей в  условиях ремонтно-механических мастерских предприятия обуславливают необходимость  проведения периодических ревизий  сепараторов, своевременного выявления  недопустимого износа и замену изношенных деталей.

При ремонте сепараторов  наибольший удельный вес приходится на детали приводного механизма.

Их износ характеризуется  посторонним шумом, повышенной вибрацией, медленным разгоном барабана и рядом  других признаков.

Для ревизии сепаратор  разбирают, отдельно группу горизонтального  вала и группу веретена. Разбирать  сепаратор без особой необходимости  не рекомендуется, так как это  может привести к нарушению посадок  и приработки сопряженных деталей. Сепаратор разбирают осторожно, строго соблюдая порядок, изложенный в  заводской инструкции. После разборки все ответственные вращающиеся  детали тщательно моют, внимательно  осматривают и измеряют. Наиболее ответственные детали (веретено, тарелкодержатель, тарелки, особенно разделительные, подшипники и др.) обследуют с помощью лупы, а при подозрении на наличие расколы  используют средства рентгена — и  ультразвуковой дефектоскопии.

При текущем ремонте сепаратора чистят барабан, тарелки, регулируют зазор  между тарелками, проверяют набивку  сальников, смазочный материал подшипников, заменяют смазку в подшипниках, проверяют  зубчатые колеса, их износ, проверяют  отклонение валов электродвигателя и редуктора (пары), осматривают муфту  и полумуфту, пальцы и их износ, биение.

При капитальном ремонте  заменяют пальцы муфты, смазки, набивки, манжеты, подшипника барабана, контролируют тормоз барабана сепаратора. Другие работы определяются после деффектации  и составления дефектной ведомости.

Для определения потери упругости  пружин горловой опоры измеряют их высоту, осевшие пружины заменяют. Рекомендуется иметь в виду, что  при осадке хотя бы одной из пружин горловой опоры необходимо заменить весь комплект. Новые пружины должны иметь одинаковую упругость, которую  определяют, измеряя их высоту в  свободном и сжатом (витки должны соприкасаться) состояниях, при этом отклонение не должно превышать + 0,3 мм. Для обеспечения одинаковой упругости  пружин в рабочем состоянии, т.е. при вращении веретена, в процессе сборки горловой опоры пробки пружин рекомендуется завинчивать до отказа.

В червячной паре колесо заменяют, если износ зуба составляет более 1/3 толщины.

При износе шарикоподшипников  веретена их рекомендуется заменить только шарикоподшипниками той подгруппы  точности, которая указана заводом-изготовителем. Подшипники перед установкой на веретено и горизонтальный вал нагревают  в масле до 80-90 °С.

Детали барабана могут  иметь следующие дефекты:

1) износ фиксирующих штифтов  и выступов, которые служат для  предотвращения смещения деталей  барабана при их вращении;

2) деформация тарелок,  у которых в основном загибаются  вверх углы фиксирующих пазов  и происходит износ шипиков;

3) износ (истирание) напорных  дисков из-за неправильной сборки  барабана и регулирования положения  дисков по высоте;

4) коррозия луженных деталей  барабана в результате мойки  их растворами кислот и сильнодействующих  щелочей (применение кислот и  сильнодействующих щелочей не  допускается, так как при этом  разрушается полуда и нарушается  балансировка барабана);

5) отсутствие или износ  уплотнительных резиновых прокладок,  приводящий к образованию течи  и сверхнормативным потерям продукта.

Изношенные фиксирующие  штифты и выступы, а также напорные диски восстанавливают навариванием металла и обтачиванием под первоначальный размер. Деформированные тарелки  выправляют деревянным молотком (киянкой) на конической оправе. При износе шипиков  тарелок и ослаблении их пакета в  пакет добавляют одну или две  тарелки из запасных.

Масло, слитое перед ремонтом из картера, фильтруют, а при плохом осветлении заменяют свежим.

Пуск сепаратора после  ремонта производят с большой  осторожностью. При появлении повышенной вибрации, шума или стука, чрезмерном нагревании подшипников и масла  в картере сепаратор немедленно останавливают, разбирают и устраняют  причины, вызывавшие нарушение нормального  режима его работы.

Отремонтированный сепаратор  сдают в эксплуатацию после пробного пуска, при котором контролируют устойчивость вращения ротора, уровень  шума, температуру подшипников, работу системы блокировки электродвигателя, тормоза и механизма запирания  крышки.

 

Вывод

Сепарирование – разделение жидких неоднородных смесей в поле центробежных сил на сепараторах. Сепаратор  получил широкое применение в  различных энергосистемах дизельных, паровых и атомных электростанций, в нефтегазовой отрасли при очистке  сбросных и шламовых вод, промышленных жидкостей, в пищевой промышленности.