GB/T 28695-2012 离心机转鼓强度计算规范

　　ICS 73. 120 J 77

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28695—2012

　　离心机转鼓强度计算规范

　　Standard ofstrength calculation forcentrifugaldrum

　　2012-09-03发布 2013-03-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 28695—2012

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 符号 1

　　4 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力 2

　　4. 1 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力的分类 2

　　4. 2 空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力 3

　　4. 3 圆筒形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力 3

　　4. 4 圆锥形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力 4

　　5 各种系数的选取 4

　　5. 1 加强箍系数 4

　　5. 2 焊接接头系数 5

　　5. 3 开孔系数 5

　　5. 4 焊接接头及开孔系数 6

　　5. 5 鼓壁开孔引起的表观密度减小系数 6

　　6 转鼓强度评定 6

　　6. 1 圆筒形转鼓的环向总应力 6

　　6. 2 圆锥形转鼓的环向总应力 7

　　6. 3 材料的许用应力 7

　　7 有限元分析方法应用的指导性原则 7

　　7. 1 基本原则 7

　　7. 2 分析模型 7

　　7. 3 分析软件 8

　　7. 4 静强度校核 8

　　8 疲劳强度评定 8

　　附录 A (资料性附录) 转鼓强度计算公式汇总表 9

　　附录 B (资料性附录) 离心机转鼓强度计算实例 11

　　GB/T 28695—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准的附录 A、附录 B是资料性附录 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国分离机械标准化技术委员会(SAC/TC92)归 口 。

　　本标准负责起草单位 :天津大学 、合肥通用机械研究院 、四川大学 。

　　本标准主要起草人 :谭蔚 、张德友 、陈志 。

　　Ⅰ

　　GB/T 28695—2012

　　离心机转鼓强度计算规范

　　1 范围

　　本标准规定了离心机转鼓旋转时转鼓壳体的环向应力的计算 、各种系数的选取 、转鼓强度的评定 、有限元分析方法应用的指导性原则以及疲劳强度评定 。

　　本标准适用于周向和轴向均匀承载的 、厚度均匀的圆柱形或圆锥形的过滤转鼓或沉降转鼓的壳体 。转鼓可带衬里 、筛网或不带衬里 、筛网 。转鼓的材料必须是成分均一的韧性金属材料 ,并在选材时已考虑到了操作温度 、介质对材料的影响 。

　　本标准不适用于下列条件的离心机转鼓 :

　　a) 转鼓壁厚度与半径之比 δ/r1 >0. 15;

　　b) 负荷转鼓的动能小于 750J;

　　c) 用电动机驱动的家用脱水机 ;

　　d) 转鼓圆周速度大于 300 m/s;

　　e) 专用于核工业领域的高速离心机 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 228. 1 金属材料 拉伸试验 第 1部分 :室温试验方法

　　GB/T 3075 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法

　　JB 4732 钢制压力容器 分析设计标准

　　JB/T 9095 离心机 、分离机锻焊件常规无损检测

　　3 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　a:转鼓加强箍的高度 ,m ;

　　A:转鼓加强箍的横截面积 ,m2 ;

　　b1 ,b2 :转鼓壁上相邻两孔的中心距 ,m ;

　　c:加强箍间距 ,m ;

　　d:开孔直径 ,m ;

　　e:加强箍的厚度(径向) ,m ;

　　G:最大允许装料量(质量) ,kg;

　　h:转鼓有效高度 ,m ;

　　H: 圆锥形转鼓母线长度 ,m ;

　　K:焊缝及开孔的系数 ;

　　K1 :焊接接头系数 ;

　　1

　　GB/T 28695—2012

　　K2、K3 、K4 :与开孔位置有关的转鼓壁开孔系数 ;

　　m:筛网总质量 ,kg;

　　N:转鼓母线上的孔数 ;

　　N1 :加强箍个数 ;

　　n- 1 :转鼓材料的疲劳强度极限安全系数 ;

　　q:鼓壁开孔引起的表观密度减小系数 ;

　　r: 圆锥形转鼓小端内半径 ,m ;

　　r1 :转鼓内半径或圆锥形转鼓大端内半径 ,m ;

　　r2 :转鼓壁平均半径或圆锥形转鼓大端平均半径 ,m ;

　　r3 :物料环的内半径 ,m ;

　　Z:加强箍系数 ;

　　α:鼓壁交错孔连线间的夹角(见图 2) , (°) ;

　　β:圆锥形转鼓的半锥角 , (°) ;

　　δ:转鼓壁厚度 ,m ;

　　δs :筛网当量厚度 ,m ;

　　ρ1 :转鼓材料的密度 ,kg/m3 ;

　　ρ2:物料或湿滤饼的密度(最大值) ,kg/m3 ;

　　ρ3:筛网或村里材料的密度 ,kg/m3 ;

　　σ1 :空转鼓旋转时转鼓壁的环向应力 ,MPa;

　　σ2 : 由均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力 ,MPa;

　　σ3 : 由非均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力 ,MPa;

　　σ4 :筛网或衬里的质量对转鼓壁产生的环向应力 ,MPa;

　　Rm :转鼓材料标准抗拉强度下限值 ,MPa;

　　Rel(Rp0. 2 ) :转鼓材料标准常温屈服强度(或 0. 2%的延伸强度) ,MPa;

　　RD:转鼓材料在常温下经 10万小时断裂的持久强度的平均值 ,MPa;

　　σt:转鼓壁内总的环向应力 ,MPa;

　　ω:角速度 ,rad/s。

　　4 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力

　　4. 1 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力的分类

　　转鼓旋转时鼓壁内的环向应力可分为空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力 、由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力两种情况 。

　　离心机转鼓结构示意图见图 1。

　　2

　　GB/T 28695—2012

　　图 1 离心机转鼓结构示意图

　　4. 2 空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力

　　空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力应按式(1)计算 :

　　σ1 = 10-6 × qρ1r2(2)ω2 …………………………( 1 )

　　式中 :对于开孔转鼓,q按公式(16)选取 ;对于不开孔转鼓 ,q= 1。

　　4. 3 圆筒形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力

　　圆筒形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力应按物料载荷质量均布和质量非均布两种情况分别进行计算 。

　　4. 3. 1 对质量均布的 物 料 载 荷(如 液 体 、能 流 动 的 浓 浆 等) 产 生 的 鼓 壁 环 向 应 力 应 按 式(2) 或 式(3)计算 。

　　4. 3. 1. 1 当物料密度 ρ2 已知时 ,σ2 应按式(2)计算 :

　　σ2 = 10-6 × ρ2ω2r …………………………( 2 )

　　4. 3. 1. 2 当物料总质量已知时 ,σ2 应按式(3)计算 :

　　…………………………( 3 )

　　3

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　　4. 3. 2 对质量非均布的物料载荷(如纺织品 、毛皮等)产生的鼓壁环向应力应按式(4)计算 :

　　…………………………( 4 )

　　4. 3. 3 如果转鼓带衬里或装有筛网 ,必须计算出衬里或筛网的质量离心压力产生的鼓壁环向应力 。

　　圆筒形转鼓内筛网的当量厚度应按式(5)近似计算 :

　　…………………………( 5 )

　　4. 3. 3. 1 当筛网材料密度已知时 ,σ4 应按式(6)计算 :

　　…………………………( 6 )

　　4. 3. 3. 2 当筛网材料的总质量已知时 ,σ4 应按式(7)计算 :

　　…………………………( 7 )

　　4. 4 圆锥形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力

　　4. 4. 1 对质量均布的物料载荷(如液体 、能流动的物料等)产生的鼓壁环向应力应按式(8)计算 :

　　…………………………( 8 )

　　4. 4. 2 如果转鼓带衬里或装有筛网 ,必须计算出衬里或筛网的质量离心压力产生的鼓壁环向应力 。

　　圆锥形转鼓内筛网的当量厚度应按式(9)近似计算 :

　　…………………………( 9 )

　　4. 4. 2. 1 当筛网材料密度已知时 ,σ4 应按式(10)计算 :

　　…………………………( 10 )

　　4. 4. 2. 2 当筛网材料的总质量已知时 ,σ4 应按式(11)计算 :

　　…………………………( 11 )

　　5 各种系数的选取

　　5. 1 加强箍系数

　　5. 1. 1 转鼓可以装加强箍 。

　　5. 1. 2 当装有加强箍时 ,加强箍的截面形状宜采用正方形或者矩形 。

　　5. 1. 3 加强箍的间距 c不大于 2. 5 r2 ×δ,最上面加强箍截面距拦液板高度 c1 不大于 1. 2c。

　　5. 1. 4 加强箍的材料应采用相同或者优于转鼓壁的材料 。

　　5. 1. 5 加强箍对转鼓壁有补增强度的作用 。可用加强箍系数 Z来加以修正 。

　　5. 1. 6 当不用加强箍时 ,加强箍系数取为 Z= 1。

　　5. 1. 7 装有加强箍时 ,加强箍系数按式(12)计算 :

　　Z …………………………( 12 )

　　4

　　GB/T 28695—2012

　　5. 2 焊接接头系数

　　5. 2. 1 考虑焊接对转鼓壁焊缝处强度的削弱 ,引入焊接接头系数 K1 。

　　5. 2. 2 焊接接头系数根据 JB/T 9095 中规定的转鼓焊缝检查及验收要求 ,按照检测方法 、无损检测长度的比例确定 ,见表 1。

　　表 1 焊接接头系数

　　检测方法

　　射线检测

　　超声波检测

　　100%检测

　　局部检测

　　100%检测

　　焊接接头系数 K1

　　0. 95

　　0. 8

　　0. 8

　　5. 3 开孔系数

　　5. 3. 1 转鼓上开孔一方面使得鼓壁强度受到削弱 ,另一方面使得鼓壁表观密度减小 。应用开孔系数和表观密度减小系数来考虑开孔对转鼓强度的影响 。

　　5. 3. 2 孔在鼓壁上均匀分布时 ,开孔系数 K2、K3 与开孔位置有关 ,见图 2。其值由式(13) 、式(14) 确定 ,使用时应采用下列 K2、K3 、K4 值中的较小值 。

　　K …………………………( 13 )

　　K3 =V …………………………( 14 )

　　式中 :V— 夹角 α 的函数 ,VV 可从表 2 中查出 。

　　表 2 数值V与夹角 α 的对照表

　　α(°)

　　0

　　2. 5

　　5. 0

　　7. 5

　　10

　　12. 5

　　15

　　17. 5

　　20

　　V

　　1

　　0. 999

　　0. 996

　　0. 992

　　0. 986

　　0. 979

　　0. 972

　　0. 965

　　0. 958

　　α(°)

　　22. 5

　　25

　　27. 5

　　30

　　32. 5

　　35

　　37. 5

　　40

　　42. 5

　　V

　　0. 952

　　0. 947

　　0. 944

　　0. 943

　　0. 944

　　0. 948

　　0. 955

　　0. 966

　　0. 981

　　α(°)

　　45

　　47. 5

　　50

　　52. 5

　　55

　　57. 5

　　60

　　62. 5

　　65

　　V

　　1. 000

　　1. 014

　　1. 055

　　1. 093

　　1. 139

　　1. 196

　　1. 265

　　1. 350

　　1. 456

　　α(°)

　　67. 5

　　70

　　72. 5

　　75

　　77. 5

　　80

　　82. 5

　　85

　　90

　　V

　　1. 588

　　1. 758

　　1. 981

　　2. 282

　　2. 710

　　3. 359

　　4. 499

　　6. 641

　　∞

　　5

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　　图 2 开孔位置关系图

　　5. 3. 3 对单排孔和对一排靠近转鼓底部的孔和(或)一排靠近上环边的孔 ,其开孔系数由式(15)确定 :

　　K …………………………( 15 )

　　5. 3. 4 当转鼓壁不开孔时 ,K2、K3 、K4 均为 1。

　　5. 4 焊接接头及开孔系数

　　5. 4. 1 在转鼓开孔系数中 ,未考虑孔边缘的应力集中 。焊缝区不应开孔 。

　　5. 4. 2 焊缝区不开孔时 ,K 值应取 K1 、K2、K3 、K4 中的较小值 。

　　5. 4. 3 焊缝区开孔不可避免时 ,K 值则应取 K2、K3 、K4 中的较小值与焊接接头系数 K1 相乘 。

　　5. 5 鼓壁开孔引起的表观密度减小系数

　　鼓壁开孔引起的表观密度减小系数按式(16)计算 :

　　q

　　6 转鼓强度评定

　　6. 1 圆筒形转鼓的环向总应力

　　6. 1. 1 对于质量均布的物料载荷(如液体 、能流动的浓浆等) ,按式(17)计算 :

　　圆筒形开孔转鼓的环向总应力应按物料载荷质量均布和质量非均布两种情况分别评定 。如果转鼓内无筛网或筛板 ,则 δs=0,或 m=0。

　　σt = (σ1 + σ2 + σ4 )/K ≤ [σ] ……………………( 17 )

　　6

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　　6. 1. 1. 1 当物料密度已知时 ,按式(18)计算 :

　　6. 1. 1. 2 当物料总质量已知时 ,按式(19)计算 :

　　6. 1. 2 对于质量非均布的物料载荷(如纺织品 、毛皮等) ,按式(20)计算 :

　　σt = (σ1 + σ3 + σ4 )/K ≤ [σ] …………………………( 20 )

　　当物料总质量已知时 ,按式(21)计算 :

　　对圆筒形无孔转鼓 ,环向总应力可按式(17) ~式(21)计算 ,式中的 q= 1,K=K1 。

　　6. 2 圆锥形转鼓的环向总应力

　　圆锥形开孔转鼓的环向总应力按式(22)计算 :

　　σt = (σ1 + σ2 + σ4 )/K ≤ [σ] …………………………( 22 )

　　当物料密度已知时 ,按式(23)计算 :

　　对圆锥形无孔转鼓 ,环向总应力可按式(22) 、式(23)计算 ,式中的 q= 1,K=K1 。

　　6. 3 材料的许用应力

　　由于本标准未考虑到的因素 ,故计算出的环向应力不得超过下列两个许用应力值中较小值 。

　　…………………………( 24 )

　　式中 Rel是有明显屈服现象的钢材的标准常温屈服强度 ;对屈服点不明显的钢材,Rel用 0. 2%延伸强度 Rp0. 2 或者奥氏体材料的 1%延伸强度 。奥氏体材料的 1%延伸强度可以按照 GB/T 228. 1 规定的方法由试样实测确定 。

　　7 有限元分析方法应用的指导性原则

　　7. 1 基本原则

　　最适宜的方法是采用有限元分析方法来预测转鼓(或转鼓组件)的应力和变形 ,在此基础上进行强度评定 。

　　7. 2 分析模型

　　7. 2. 1 分析模型应当考虑鼓内物料对转鼓组件的离心压力以及随转鼓半径的变化 。对带加强箍的转鼓 ,需要考虑在过盈量下的套合力 。

　　7. 2. 2 一般转鼓组件由多件组成 ,可直接建立包含转鼓壁 、转鼓底和拦液板等零件的计算模型 ,并应当充分考虑各部件之间的相互影响 。

　　7. 2. 3 当采用轴对称模型时 ,结构 、载荷以及约束条件均应当是轴对称的 ;采用经过简化的轴对称模型时 ,应当分析各种简化对分析结果造成的影响 ; 当这种影响不可忽略时 ,应采用三维分析模型 。

　　7

　　GB/T 28695—2012

　　7. 2. 4 一般情况下 ,沿壁厚方向的单元数量应当不少于三个 。在应力变化较大的位置 、应力水平较高的位置或进行重点考核的位置应当使用更密的网格 ,使计算得到的结果是收敛的 。

　　7. 3 分析软件

　　应当优先选择成熟的大型商业有限元分析软件 。

　　7. 4 静强度校核

　　静强度校核可以在线 弹 性 分 析 的 基 础 上 , 采 用 应 力 分 类 评 价 原 则 进 行 。 应 力 分 类 方 法 可 以 参 考JB 4732中的规定 ,但分析人员应当充分考虑到本标准对材料许用应力的取法与 JB 4732 的区别 , 以避免得到过于保守的结果 。

　　8 疲劳强度评定

　　8. 1 当转鼓(或转鼓组件)承受交变载荷作用时 ,应当考虑进行疲劳强度评定 。

　　8. 2 在疲劳分析之前 ,应当首先确认结构的静强度能够得到保证 。

　　8. 3 当实际应力变化幅度非恒定时 ,可以采用折算方法 。

　　8. 4 转鼓疲 劳 强 度 评 定 , 优 先 采 用 JB 4732 中 给 出的 疲 劳 设 计 曲 线 按 式 (25) 进 行 强 度 评 定 。 当JB 4732不能满足需求时 ,可以按照 GB/T 3075的规定实际测定材料的疲劳曲线 ,经评定后使用 。

　　n …………………………( 25 )

　　其中安全系数 n ≥1. 2。

　　8

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　转鼓强度计算公式汇总表

　　A. 1 环向总应力 σt

　　A. 1. 1 圆筒形转鼓

　　A. 1. 1. 1 圆筒形无孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 1)计算 :

　　物料按质量计 ,应按式(A. 2)计算 :

　　A. 1. 1. 2 圆筒形开孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 3)计算 :

　　物料按质量计 ,应按式(A. 4)计算 :

　　A. 1. 2 圆锥形转鼓

　　A. 1. 2. 1 圆锥形无孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 5)计算 :

　　A. 1. 2. 2 圆锥形开孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 6)计算 :

　　A. 2 鼓壁厚度 δ

　　A. 2. 1 圆筒形转鼓

　　A. 2. 1. 1 圆筒形无孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 7)计算 :

　　9

　　GB/T 28695—2012

　　物料按质量计 ,应按式(A. 8)计算 :

　　A. 2. 1. 2 圆筒形开孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 9)计算 :

　　物料按质量计 ,应按式(A. 10)计算 :

　　A. 2. 2 圆锥形转鼓

　　A. 2. 2. 1 圆锥形无孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 11)计算 :

　　A. 2. 2. 2 圆锥形开孔转鼓

　　物料按密度计 ,应按式(A. 12)计算 :

　　10

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　离心机转鼓强度计算实例

　　B. 1 圆筒形转鼓强度计算

　　B. 1. 1 设计条件

　　转鼓内半径 r1 = 0. 4 m ;

　　转鼓平均半径 r2 = 0. 404 m ;

　　转鼓开孔数/开孔直径 1020/ϕ0. 008 m ;

　　1e(m).;020(m;)× 0. 018= 3. 6× 10- 4 m2 ;

　　转鼓壁上交错孔连线(两相邻孔的中心距b)1夹(0). 角(04)α(0)5,1(b)2 .; 032 m ;

　　0(/)m,6(n)gg(密)1ρ最333量(k);g135(/m)3 ;kg) ;

　　11

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