proiect ptpm

8/7/2019 proiect ptpm

1/27

UNIVERSITATEA ,,VASILE ALECSANDRI DIN BACUPROFILUL:INGINERIE SI PROTECIA MEDIULUI IN INDUSTRIE

CENTRIFUG DE FILTRARE VERTICAL PE TREICOLOANE

INDRUMTOR : STUDENT :Sef lucrri dr.inginer.Mirela Panaite CRETU BOGDAN CRISTIAN

GRUPA 331 B

-2010-


2/27

I.TEMA SI DATELE DE PROIECTARE:

Tema :Centrifug de filtrare vertical pe trei coloane.

Datele de proiectare :Diametrul tamburului D=450[mm] ;

Inltimea tamburului H=350[mm] ;

Turatia tamburului n=1400[rot/min];

Densitatea fazei solide s =1200[kg/m];

Densitatea fazei lichide l=1000[kg/ m];

Concentratia fazei solide in suspensie =20[%];

Umiditatea final a sedimentului f=7[%];

Material:Otel-Inox.

II.NOTIUNI GENERALE:

2.1.Stabilirea variantei constructive:Centrifugarea reprezint un procedeu mechanic care permite accelerarea separrii

componentelor unor sisteme eterogene ca:suspensii solide dispersate in lichide,emulsiidispersate sub form de picturi fine,a unui lichid in altul.Masinile care realizeazcentrifugarea pot fi centrifuge,supracentrifuge sau ultra centrifuge.

Separarea componentelor unei suspensii se poate face prin:-filtrare-se realizeaz cu ajutorul unei suprafete sau a unui strat poros prin care poate trecenumai faza fluid;spre deosebire de sedimentare,filtrarea nu este conditionat de diferentadintre densitatiile fazelor care separ,ci de diferenta dintre presiunile pe cele 2 fete alestratului filtrant;filtrarea se produce in mod obisnuit in campul fortelor de presiune,care serealizeaz datorit presiunii hidrostatice a stratului de suspensie.

Filtrarea se produce pe baza unei diferente de presiune Dp=p1-p2,in conditiilepresiunii atmosferice sau la presiune ridicat.

Centrifugarea se petrece in campul fortelor centrifuge care este mult mai puternicdecit forta gravitational(sedimentare)sau decat fortele de presiune (filtrare)La centrifugare,amestecul eterogen se afl in miscare de rotatie,separarea

componentelor efectuandu-se fie pe baza diferentei de densitate dintre faze,fie pe bazapresiunii generate de forta centrifug a lichidului asupra unui strat filtrant(filtrarecentrifugal).

Centrifugele sunt masini care permit realizarea procesului de centrifugare.Partealor principal o constituie tamburul care poate fi:cilindric,tronconic,cilindrconic;in interiorulcruia se introduce suspensia.La separare principiul filtrarii ,tamburul centrifugei este perforatpentru a permite evacuarea filtrantului.

Centrifugele filtrante servesc separrii suspensiilor in componentele lor

constructive.[1]

2


3/27

2.2.Descrierea functional si pe parti componente:

Principiul de functionare:

Fazele ciclului de centrifugare,in general sunt urmtoarele:-pornirea si accelerarea tamburului la turatia de regim:0,5min;-incrcarea:1 min;-centrifugarea propiu-zis:1min;-separarea fazelor:0,5min;-evacuarea fazei lichidului:0,5min;-oprirea centrifugei:0,5min.

La centrifugele filtrante,fazele centrifugrii se petrec succesiv in timp:alimentareacu supsensie si evacuarea filtratului si a sedimentului se fac continuu.

Materialul stratului filtrant se alege in functie de natura si propietatiilefiltratului.Stratul filtrant metalic se poate realiza din otel,cupru,alam.Stratul filtrant(tesaturasau sit)nu se aseaza direct pe suprafata interioar a tamburului,deoarece aceasta ar puteaduce obturarea partial a gurilor.Din acest motiv intre stratul filtrant si tambur se aseaz unstrat de drenaj,format din 2-3 site.

Centrifuga din fig.1.este utilizata in industria alimentar.Rotorul din otelanticorosiv,ridigizat cu 2 bandaje,este antrenat direct de la motor prin intermediul butuculuisi al nervurilor radiale.

Intregul ansamblu poate fin realizat prin intermediul talpii motorului,care facecorp comun cu placa rigid.Aceasta se rezeam pe placa de baz S,prin intermediul uneiarticulatie sferice si a trei blocuri amortizoare,avand si rolul unor elememente elastice.Acestmod de rezemare permite oscilatii ale centrifugei fat de veritcal,amortizeaz si asigurcentrifugei un mers linistit.

Intregul ansamblu se afl in interiorul unei carcase.La partea superioar esteprevazut capacul cu palnia de alimentare si sitemul de blocare care nu permite pornireamotorului inainte de a fi inchis.

Pe interiorul tamburului se afl o sit metalic,pe care se aplic o sit din tesaturcare are un rol de strat filtrant.

Dup terminarea operatiei de centrifugare si oprirea rotorului,sacul impreun cucristalele depuse se scot din tambur si se aseaz un nou sac pentru operatiunea urmtoare.[1]

3


4/27

2.3.Realizarea schemei de principiu:

Capac

Motor

Roti decureaPlaca de baza

Carcas

Racord evacuareTambur

Curele

4

Fig.1.Centrifug filtrant


5/27

III.CALCULUL TEHNOLOGIC SI DETERMINAREA GROSIMII PERETELUITAMBURULUI:[2]

3.1.Geometria tamburului:

3

(1) 0,5 0,055

0,027

Vu Ku Vt Vu

Vu m

= =

=

Unde:Vu=volumul util 3m ;Vt=volumul total 3m ;Ku=coeficient de umplereKu=0,50,7

2

23,14 0,202

(2) 0,354 4

DVt H Vt

= = ;

30,055Vt m=

Unde:H=inaltimea tamburului;D2=diametrul tamburului.

( )2 2 2

2 22 22 2

22

4

(3)40,027 4

0,202 0,1023,14 0,35

Vu

Vu D D H D D H

D

= =

= =

21 22

21

1 (4)

0,45 1 0,339 0,5 0,402

D D Ks

D m

=

= =

Unde:=coeficient de umplere cu suspensie a tamburului

2

22

2

2

1 (5)

0,3191 1 0,2 0,5

0,45

D

D

=

= = =

*

* *(6)

1040 963 770,399

1153,5 963 192,6

sl l

s l

Ks

Ks

=

= = =

Unde:Ks=participatia volumic din faza solid;

5


6/27

sl =densitatea suspensiei,kg/m;

*

s =densitatea medie pe grosimea stratului de sediment;

*

l =densitatea medie pe grosimea stratului de lichid.

( )( )

3

1 (7)1200 0,2 1 0,2 1000

1040 /

sl d c

sl

slkg m

= = +

=

d = s =desnitatea fazei solide;

c = l =densitatea fazei lichide. = =concentratia fazei solide in suspensie.

( ) ( )

( ) ( )

*

*

* 3

1 1 (8)

1 0,07 1 0,1 1200

1155,6 /

s s

s

s

u np

kg m

=

= +

=

Unde:np=porozitatea;np=0.1,0.2,0.3;u=f-umiditatea final a sedimentului.[2]

( ) ( )

( ) ( )

*

*

* 3

1 1

1 0, 07 1 0, 9 1000

963 /

l l

l

l

u np

kg m

= +

= +

=

Verificare:

( )**

**

** 3

1

(1 0,1)1200 0,1 1000

1180 /

s s l

s

s

np np

kg m

= +

= +

=

* **

1200 963 1180s s s > < > D1>D2

4.3.Alegerea motorului:

Alegerea motorului electric-se alege din STAS valoarea imediat superioara a puterii calculate.Am ales din ,,Masini electrice rotative fabricate in Romaniatabelul 2.81,pag 257 un motor detipul:ASA-112M-2,cu puterea nominal de 4 [kw],cu turatia nominala 2880 [rot/min] si masade 51[kg]. [3]

Fig.2.Gabaritul A B C H K D E F GA d AA AB BB BC HA HC HD L

112M 109 140 70112 0,5 1228 k6 608 hg 31M10 40 224 180 5011,5223 224 457

V.CALCULUL TRANSMISIEI PRIN CURELE.PARTIAL PARTE GRAFICA:[4]

5.1.Alegerea profilului curelei din monogramele STAS 1163-71:

Profil SPZ Dp1=63.........180

1 112Dp mm=

5.2.Alegerea diametrului Dp1 pentru roata motoare:

1 28802.057

2 1400

ni

n

= = =

12


13/27

5.3.Calculul diametrului rotii mari de curea Dp2:

2 1 2.057 0,112 129[ ]Dp i Dp mm= = =

5.4.Alegerea distantei axiale si calculul unghiului de infasurare 1si2:

0,7( 1 2) 2( 1 2)

0,7(112 129) 2(112 129)

168,7 482

Dp Dp A Dp Dp

A

A

+ < < ++ < < +

< curele trapezoidale clasice V


14/27

Cl=0,90 STAS 1163-71 (tab. 4)CB=1.00 STAS 1163-71 (tab. 5)Po=5.07 STAS 1163-71 (tab.14)Cf=1,1 STAS 1163-71 (tab.3)

0

0

1,1 4

0 0,90 1,00 5,07

0,964

0,95

0,9641.01 1

0,95

Cf PZ

Cl CB P

Z

Cz

z curea

= =

==

= = ;

Cz=0,95-din STAS 1163-71(Tab.6)

5.8.Verificarea frecventei indoirilor:

3 3 16,88010 10 11000

16,880[ ]

Vf

Lp

f Hz

= =

=

17 indoiri/sec 40 indoiri/sec

5.9.Determinarea fortei utile:

1000 1000 4 236,966[ ]16,880PFu N

V = = =

5.10.Forta de intindere a curelei:

Sa=(1,5.......2)Fu=(1,5......2)236,966Sa=355,449

5.11.Determinarea reactiunii pe arbori:

1,5 236,966 355,449

1,2 1,2 355,449

426,538

F

Ta F

Ta

= == = =

5.12.Parametrii constructivi a distantei axiale:

x 0,03Lp x=30mm-cota necesar intinderii cureleiy=0,015Lp y=0,015*1000=15mm-cota necesar schimbrii sau montrii curelei.

5.13.Recalcularea distantei axiale:

14


15/27

( ) ( )

( ) ( )

2 2

2 2

0,25 2 2 1

0,25(1000 3,14 120,5 1000 3,14 120,5 2 129 112

0,25(621,63 621,164)

310,698[ ]

A Lp Dpm Lp Dpm Dp Dp

A

A

A mm

= +

= +

= +

=

Fig.3-transmisii prin curele trapezoidale clasice si inguste

VI.CALCULUL DE REZISTENTA AL ROTORULUI:[4]

6.1.Predimensionarea arborelui la torsiune:

Mechech a

Wi = (1)

13262,88

529,875

25,032 250

ech a =

6

6

9,55 10

49,55 10

288013263,88[ ]

NMech Mt

n

Mech

Mech N mm

= =

=

=

(2)

Unde:

Mt-momentul de torsiune,[N*m];[N*mm]N-puterea motorului[kw]n-turatia motorului[rot/min]wi-momentul de rezistent polar

3 3,14 27005298,75

16 16

dWi

= = = (3)

Inlocuind relatia (3) in relatia (1) va rezulta:

15


16/27

3 316 16 13263,88

3,14 250

6,466[ ]

Mtd

a

d mm

= =

=

(4)

a -tensiunea admisibil a materialului din care este confectionat arborele(poate fi aceelasimaterial,utilizat la constructia tamburului centrigugei)[N/mm].Am ales din STAS aceelasimaterial utilizat la constructia tamburului centrifugei:X20CrNiSi254-w148.21-SEW470R20-6000daN/cm-600N/mm;r=600Rc20-4000=400;c=400

In urma efectuarii calculelor de predimensionare a arborelor(respectiv calculul diametruluiarborelui),din STAS se va alege un arbore care are diametrul minim mai mare decat celcalculat.

d=30[mm]d1=25[mm[d2=20[mm]d3=18[mm]d4=16[mm]

6.2.Verificarea arborelui la solicitari compuse:

2

112,926 0,225 11,928

303,07[ ]

Fc mt r

Fc

Fc N

= =

=

(5)

9,306 103,62

112,926[ ]

anmt mr m

mt

mt kg

= +

= +=

(6)

Unde:mt-masa total a centrifugei[kg]mr-masa rotorului[kg]

anm -masa amestecului[kg]

47,1 56,52 103,62[ ]an solid lichid

an

m m m

m kg

= += + =

(7)

20,45

0,255[ ]2 2

Dr m= = = (8)

Unde:r-raza centrigei[m]-viteza unghiular[rot/min]

16


17/27


18/27

2 2 2 2

2 2

1 1

2 2

2 2

2 23 3

0 0,5 13263,88 9378,979

9378,979

9378,979

9378,979

Mech Mi Mt

Mech Mi Mt

Mech Mi Mt

Mech Mi Mt

= + = + =

= + =

= + =

= + =

(15)

6.7.Calculul tensiunii echivalente:

3

3

max

16

16 max.

Mechech awi

dwi

mechd d STAS

ech

=

=

=

(16)

max 9378,979

1,77

30,001[ ]

Mech

ech

d mm

= =

=Din STAS alegem valoarea 30[mm]

6.8.Calculul la oboseal al aroborelui:Calculul se va face in punctul in care momentul echivalent este maxim.Se vor calcula coeficientii de sigurant pentru cele doua solicitari(incovoiere si torsiune).

1

1

1

1 73, 421 73, 4211 0, 7 258 400

17,3

k

Cv n

c

C

C

=

+

=

+

=

(17)

18


19/27

1

1

1

1 4,693 4,6941 1 141,9 240

19,23

k v n

c

C

C

C

= +

= +

=

(18)

Acesti coeficienti trebuie s verifice relatia:

2 2

17,3 19,23

17,3 19,23

1,83

C

C

=

+=

(19)

C CaUnde Ca(1,5 2.5)

max min

2146,843 0

73,4212

n

n

+ =

+ = =

(20)

min 0

max 207489, 294max

1413

max 146,843

Mi

wp

=

= =

=(21)

max min 9,387 0 4,6932 2n

+ += = = (21)

min

max

0

13263,889,387

1413

Mt

wp Wi

=

= = =

=

(22)

max min 146,84373,421

2 2v

= = = (23)

max min 9,387 0 4,6932 2v

+= = = (24)

19


20/27

2 2 2

2 2 6

1

11 8

1 1 1

1 1 114517,686 6070,415 0,074 10

1,595

2,1 10 4 101, 595 547,72

66,6 0,547

14517,686

cr a

a l

c

a

a

n n n

EIn k

Ga l

n

n

= +

+ =

= =

=

=

3 3

3 30

3 9,81 306070,416

3,14 4, 94 10 4, 94 10

gn

f f

n

=

= =

;

;

1

1

0, 43 0, 43 600

258

r

= = =

(25)

1 1

1

(0,55 0,58) 0,55 258141,9

= = = (26)

(0,4 0,58) 0,4 600

240c

c

r

= =

=(27)

Fig.4.arborele amestecatorului

VII.CALCULUL DE RIGIDITATE AL ROTORULUI:[5]

7.1.Calculul turatiei critice a arborelui:

an -turatia critic a arborelui considerat cugreutate proprie.

Kl-coeficient(580 620)

n-turatia critic a arborelul considerat fargreutate proprie dar cu greutatea centrifigei

20


21/27

33

11 8

3

66, 6 1232,345

3 3 2,1 10 4 10

4,94 10

Ga lf

EI

f

= =

=

f-sgeata arborelui.

Unde:l-lungimea arboreluid-diametrul arborelui

2

0

2

4

3,14 0,031232,345 7800 9,81

466,6[ ]

L

dGa l g

Ga

Ga N

=

=

=

Ga-greutatea arborelui.

4 2

8

3,14 0, 03

64 63

4 10

dI

I

= =

= I-moment de inertie.

E-modulul de elasticitate longitudinal al matreialului arborelui.5

22,1 10 [ ]

NE

mm=

(0,6 0,7)

0,6 6070,416 3642,24( )

cr

cr

n n

n A

<

< =

1 1cl l=

7.2.Stabilirea modului de rezemare al rotorului:

-rezemarea rotorului se va face in 2 lagare,unul suspendat si unul inferior;lagarul superior vaprelua pe linga sarcinile radiale si sarcinile axiale (greutatea arborelui,greutatea tamburului sia amestecului)care solicita sitemul de rezemare;din acest motiv el are in componenta 2rulmenti radiali-axiali cu role conice,montati in ,,X-lagrul inferior este prevazit cu un rulment radial oscilant cu role butoi pe 2 randuri;-calculul si alegerea rulmentilor se va face conform indicatilor din V.V.Jinescu-,,Elementeconstructive pentru dispozitive de amestecri,pag-49Alegerea lagarelor:-se aleg in functie de diametrul capetelor arborelui pe care se monteaza;-pentru disanta dintre lagare re recomanda urmatoarele valori:250;325,400;500[mm]-lagarul superior are in componenta -2 rulmenti radial-axiali,cu role conice montati in X-lagarul inferior este un rulment radial oscilant,cu role butoi pe 2 randuri;-pentru constructia rulmentilor,pentru lagarul superior otel pentru rulmenti:STAS-1456-89,Rulmenti 3V,cu continut de C 0,95-110% si de Cr 1,1-1,5%

21


22/27

Lagar inferior.Fig.5.Lagar superior.Fig.6.

-dimensiunile lagarelor,[mm]d d

1d2

d3

Md1 d5 D D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 h h1

h2

h3

h4

h5

40

35

30

24

M35x1,5 M10 100

72 92 115

140

160

120

140

45

10

27

9 50

10

Tabel 1

-elemente stabilizate ale lagarelor:d

Lagarul superior Lagarul inferior

Rulment STAS Piulita STASSaiba STASRulment STAS Bucsa STASPiulita STASSaiba STAS

3920-87 5816-77 5815-77 3918-86 5814-83 5816-77 5815-77

40 30 207 KM7 MB7 22 309K H 2309 KM 9 MB 9

. d-diamentrul arborelui in lagarul inferior[mm] Tabel 2

Fig.7.-rulmenti radiali-axiali cu role conice pe un rand,dimensiuni[mm]:

Simbolul rulmentului

d1 D1 B C T sarcina radiala de baza,kN Masa

Cr Cor kg/buc30 207 35 72 17 15 18,25 52,1 41 0,34

Tabel3

22


23/27

Fig.8.-rulmenti radiali oscilanti cu role butoi pe doua randuri;dimensiuni[mm]:

Simbolul rulmentuluiDc D B sarcina radiala de baza,kN Masa kg/buc

Cr Cor22 309 45 100 36 120 95 1,31

Tabel 4

Fig.9.

-rulmenti radial oscilant,montat cu ajutorul unei bucse de strangere,dimensiuni[mm]:Simbolul rulmentului Simbolul bucsei Dc d D Dp B B1 C1 M masa kg/buc

22 309K H 2309 45 40 100 65 36 50 11M45x1,5 1,59

Tabel 5

23


24/27

Fig.10.

-bucsa de stringere,dimensiuni[mm]:Simbolul bucsei d B1 L1 L2 a b d1 M Masa kg/buc

H 2309 40 50 1516,5 61,6 48,25 M45x1,5 0,28

Tabel 6

Fig.11

-piulita pentru rulmenti,dimensiuni[mm]:Simbolul piulitei M Dp Dt b s t masa kg/buc

KM 7 M35x1,5 52 44 8 5 20,053

Tabel 7

24


25/27

Fig.12

-saibe de sigurant,dimensiuni [mm]:

saibe de sigurnatad D D1 h E s g nr.minim aripioaremasa kg/1000buc.MB 7 35 57 4432,5 6 51,25 1310,4

Tabel 8

7.3Calculul penelor:Penele se aleg in functie de diametrul capetelor arborelui pe care se monteaz.Ele au rolul dea asigura transmiterea miscarii intre arbore si butucul rotii conduse.Se aleg pene paralele si se verifica la strivire si forfecare.-pene paralele,dimensiuni[mm]

d Pana Canal

peste pana la b H

L b t1 t2

de la pana la in arbore in butuc12 17 5 7 10 56 5 3 2,3

17 22 6 6 14 70 6 3,5 2.8

Tabel 9Calculul la strivire:I. h=5[mm]

2

4

4 3751,78142, 924[ / ]

5 4 , 2 5

142,924 250( )

Mts as

h lc do

s N mm

s as A

=

= =

as -tensiunea admisibila a materialului oenelor.

h,lc,do-caracteristicile domensionale ale penelorlc=L-h=9,2-5=4,2[mm]L=(56-10)/5=9,2[mm]d0=17-12=5mmMt=3751,78

II. h=6[mm]

2

4

4 3751, 7896,199[ / ]

6 5, 2 5

96,199 250( )

Mts as

h lc do

s N mm

s as A

=

= =

lc=L-h=11,2-6=5,2[mm]L=(70-14)/5=11,2[mm]

d0=22-17=5mmCalculul la forfecare:

25


26/27

I.b=5[mm]2

2 3751,7371,4625 4 , 2 5

400 /1,5 266,661,5

71,462 266,66( )

Mtf af

b Lc do

f

caf

f af A

=

= =

= = =

II.b=6[mm]2

2 3751,7348,099

6 5 , 2 5

Mtf af

b Lc do

f

=

= =

2136, 66[ / ]

48,099 136,66( )c

caf N mm

Cf af A

= =

26


27/27

BIBLIOGRAFIE:

[1]-,,MASINI PENTRU INDUSTRII DE PROCES,CAP. 15,CENTRIFUGE

[2] -RADU I.IATAN-EUGEN STOICAN-NICOLAE BOTEA-CONSTANTIN HRISTESCU -,,REVISTA DE CHIMIE*36*NR.12*1985

CAP.,,CALCULCUL SI CONSTRUCTIA TAMBURELOR CENTRIFUGELOR

[3]-JINESCU V.V.-,,UTILAJ TEHNOLOGIC PENTRU INDUSTRIA DEPROCES,VOL.I,III E.T.BUCURESTI,1983.

[4]-ALEXANDRU CHISIU ,, ORGANE DE MASINI-DORINA MATIESAN-TEODOR MADARASANU-DUMITRU POP

EDITURA DIDACTICA SI PEDAGOGICA-BUCURESTI 1981

[5]-CONSTANTIN DAN TACA-MIHAELA PAUNESCU

EDITURA MATRX ROM,BUCURESTI 2000

proiect ptpm

Documents