D型旋风除尘器设计
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D型旋风除尘器设计摘 要此毕业设计的介绍了旋风除尘器的各部分结构尺寸的确定以及旋风除尘器性能的计算,以普通旋风除尘器为基础,结合此课题的现代设计方法,设计了一台符合一定压力损失和除尘效率的D型旋风除尘器,并绘制了该旋风除尘器的装配图、零件图。本毕业设计由以下几步完成:第一步,通过查阅各种资料了解旋风除尘器的型号选择和设计原理,并计算出旋风除尘器各部分的尺寸;第二步,根据资料上的材料选择标准以及强度校核公式,对旋风除尘器各零部件的材料进行选择并进行强度校核;第三步,对旋风除尘器进行耐磨、防腐处理,并完成装配设计;第四步,用CAD软件绘制该旋风除尘器的装配图、零件图;第五步,整理资料,选取与毕业设计相关的英文文献进行翻译完成设计说明书。旋风除尘器的除尘效率影响繁多,想要进一步提高旋风除尘器的效率,还需要对其结构尺寸、密封性等方面进行进一步的优化。关键词:旋风除尘器;压力损失;除尘效率;强度ABSTRACTThis graduation design introduces the determination of the size of the structure of the cyclone dust collector and the calculation of the performance of the cyclone dust collector. Based on the conventional cyclone dust collector and the modern design method of this topic, a design method is designed to meet the pressure loss and dust Efficiency of the D-type cyclone dust collector, and draw the cyclone dust collector assembly drawings, parts drawings. The graduation design is completed by the following steps: The first step, through access to a variety of information to understand the cyclone dust collector model selection and design principles, and calculate the various parts of the cyclone dust; the second step, according to the material on the material selection Standard and strength check formula, the cyclone dust collector parts of the material selection and strength check; the third step, the cyclone dust collector wear, corrosion treatment, and complete the assembly design; the fourth step, with CAD Software to draw the assembly of the cyclone dust collector, part of the map; the fifth step, sorting out the information, select and graduate design related to the English literature to complete the design instructions. The efficiency of the cyclone dust collector has many advantages, and it is necessary to further improve the efficiency of the cyclone dust collector, and it needs to be further optimized for its structural size and sealing.Key words: cyclone dust collector;pressure loss;dust Efficiency;strength 目录1 绪论11.1引言11.2 旋风除尘器的介绍11.3 旋风除尘器的工作原理和气体流动状况11.4影响旋风除尘器性能的因素41.5旋风除尘器的分类51.6 D型旋风除尘器61.7拟定设计方案72 确定旋风除尘器各部分的尺寸72.1给定的设计参数72.2 确定进口风速72.3 计算旋风除尘器的几何尺寸72.4 压力损失的计算82.5总除尘效率的计算93 零部件的数据计算及材料选择103.1 风机的选择103.2 排尘阀的选择103.3壳体的设计与材料选择113.4 密封圈的设计123.5 壳体端盖的设计123.6 支座的选择与计算123.7 支腿的设计123.8 气体管道的设计计算124 强度计算与校核134.1 筒体和椎体的气压试验强度校核134.2 排气管的厚度的确定及强度校核144.3 支座的载荷校核144.4 支腿的强度校核165 主要零件的加工工艺175.1箱体零件的主要技术要求175.2 筒体及锥体的加工186旋风除尘器的耐磨措施与制造要求186.1 耐磨措施186.2制造安装要求207 旋风除尘器的装配207.1装配的概念207.2 连接方式的选择20结论22致谢23参考文献241 绪论1.1引言旋风除尘器设计是我通过学习了全部课程后进行的一次综合性的设计。这次毕业设计充分体现了理论联系实际的宗旨,通过这次毕业设计,使我认识到作为一名工作人员我们不仅要有扎实的专业基础知识,还要有良好的技术水平、以及严谨务实的工作态度,这次毕业设计锻炼了我查阅资料自我学习的能力。随着人类社会的发展与进步,人们对生活质量和自身的健康越来越重视,对空气质量也越来越关注。而我国是世界上以燃煤为主要能源的国家,也是燃煤污染物排放的第一大国,燃煤多造成的酸雨污染和颗粒物污染而导致的环境问题,已成为世界各国关注的热点。在排放的燃煤烟气里,含有大量的粉尘和二氧化硫,影响环境质量,危害人体健康。粉尘的性质,决定了其控制的紧迫性。目前,我国部分地区,空气中PM2.5指标严重超标。因此,早日解决我国的环境问题,迫切需要加大加强对燃煤烟气的除尘系统的研究与推广应用。工业中常见的除尘器可分为:机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器等。机械式除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器等。重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气体中沉降分离的除尘装置,主要用于高效除尘的预除尘装置,除去大于40m以上的粒子。惯性除尘器是借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离,主要用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力是尘粒从气体中分离的装置,多用作小型燃煤锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘设备。1.2 旋风除尘器的介绍旋风除尘器是通过旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气体中分离出来的一种干式固-气分离装置。旋风除尘器已有百余年的历史,现已广泛用于石油、化工、机械、冶金、建筑等工业部门。旋风除尘器的主要特点是:结构简单;操作、维护方便;操作弹性大,性能稳定,不受含尘气体的浓度、温度限制。一般认为,旋风除尘器对于捕集、分离510以上的粉尘效率较高,而用用以捕集含尘气体中大部分径粒在10以下粉尘时效率大幅度降低,不适合用于该情况下的除尘。1.3 旋风除尘器的工作原理和气体流动状况1.31 工作原理旋风除尘器的结构见图1。当含尘气流以1225m/s速度由进气管进入旋风除尘器时,气流由原来的直线运动变为圆周运动。旋转的气流绝大部分延器壁自圆筒体呈螺旋形向下,朝着锥体流动。通常称此气流为外旋气流。含尘气体在旋转的过程中产生了离心力,将密度大于气体的尘粒甩向器壁。当尘粒与器壁接触时便失去惯性力,转而靠入口速度的动量和向下的重力加速度延着器壁下落,进入排灰管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时,由于倒圆锥形的收缩而向旋风除尘器的中心靠拢。根据“旋转矩”的不便原理,其切向速度不断提高。当旋转气流到达锥体的某一个位置时,就以同样的旋转方向从旋风除尘器的中部开始由下而上的做螺旋形流动,及内旋气流。最后已经净化的气体经过排气管排出器外。另外一部分未被捕集的尘粒由此逃离。自气体流入的另外一小部分气体,转向旋风除尘器的顶盖流动,然后向排气光外侧向下流动。当到达排气管的下端时,反向向上随上升的中心气流共同从排气管排出。而在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被排出。 图1 旋风除尘器 1-排灰管 2-圆锥体 3-圆筒体 4-进气管 5-排气管 6-顶盖1.32 气体流动状况旋风除尘器内的气体运动实际是非常复杂的。1949年Ter.Linden通过实验对旋风除尘器内气体运动时的三维速度:即切向、径向和轴向速度,以及全压和静压分布提出了一种具有代表性的理论。经过许多研究者的研究得出了以下结论。 (1) 切向加速度切向速度对粉尘颗粒的捕集与分离起着至关重要的作用。含尘气体在切向速度的作用下,使尘粒由里向外离心下降。排气管以下任意截面上的切向加速度沿半径的变化规律可分为三个区域,如下图2。区内,切向速度=常数。Alexander通过实验提出了以下公式: 式中: 含尘气在区内切向加速度(m/s); 含尘气进入旋风除尘气的速度(m/s); 旋风除尘器圆筒直径(m); 旋风除尘器排气管直径(m); 旋风除尘器进口截面积(m2) 2 切向速度分布图排气管下部的中心气流称为强制旋流区。类似于刚体的旋转运动。切向速度与半径之比为一常数。 常数此常数为角速度。半自由旋流区的分布规律为: 常数n为速度分布指数,一般在0.50.9之间。不同的研究者由各自的实验条件与测定方法得出的n值如下表:表1 速度分布系数测定值测定者n值测定者n值Lissman1Alexander0.50.75Procket0.5Ter.Linden0.52Rosin0First0.88Shepherd0.50.7井伊谷钢一0.8Stairmand0.5池森龟鹤0.70.8Alexander给出了计算n值得公式: 式中: 旋风除尘器筒体直径(mm); 绝对温度(K); 速度分布指数。影响n值得因素是很复杂的,与数有关,Re越大,n值越趋向于1。n值随排灰管直径减小而增大,随排气管的减小而减小,当排灰管趋近圆筒直径时,n可以近似等于1。(2) 径向速度径向速度是影响旋风除尘器分离性能的重要因素。因为径向速度其值远比切向速度小的多,所以极难测定。中国科学院力学研究所测得400mmB型旋风除尘器约为(15)m/s,且径向速度分布呈非对称性的特点。(3) 轴向速度轴向速度分布构成了旋风除尘器的外层下行、内层上行的气体双层旋转流动结构。实验表明,零轴向的速度面与器壁是平行的。即使是在锥体部分,也能保证外层流厚度基本不变。(4)涡流涡流也称二次涡流,在旋风除尘器中也称次流,是由轴向速度和径向速度构成。涡流对旋风除尘器的分离效率和压力损失影响较大。常见的涡流有4种,短路流:旋风除尘器排气管外面、顶盖与筒体内壁之间,由于径向速度和轴向速度的存在,将形成局部涡流(上涡流),夹带着相当数量的尘粒向中心流动,并沿着排气管的表面下降,最后随着中心上升气流逃逸出排气管。纵向旋涡流:纵向旋涡流是以旋风除尘器内外旋流分界面为中心的器内再循环形成的纵向流动。外层旋流中的局部涡流:由于旋风除尘器制造问题,如焊缝、表面凸起等,产生与主流方向垂直的涡流,虽然其量只有主流的1/5左右,但是这种流动还是会使壁面附近或已被分离的粒子从新甩到内层旋流,降低了旋风除尘器的分离能力。底部夹带:外层旋流在锥体底部向上返转时可以产生局部涡流,会将尘粒重新卷起,假使旋流一直延伸到灰斗,同样会把灰斗中的粉尘,特别是细的粉尘搅动带起,被上层气流带走。1.4影响旋风除尘器性能的因素旋风除尘器的性能一般由其尺寸大小、排灰装置气密性、工作条件而决定。其中在旋风除尘器的尺寸因素中最主要的是筒体直径和椎体高度。一般,旋风除尘器的直径越小所受离心力越大,除尘效率也就越高。但过小也会降低除尘效率。因此,一般筒体的直径不应小于5075mm。筒体长度增加,除尘效率也会增加,但过大阻力会增大,因此同体长度不大于5倍筒体直径。在实际设计中,旋风除尘器各部件的尺寸比例对旋风除尘器的性能也会造成一定的影响,如下表:表2 旋风除尘器部件尺寸影响因素尺寸变化性能趋势压力损失效率除尘器直径增大降低降低加长筒体稍有降低提高入口面积加大(流量保持不变)降低降低入口面积加大(速度保持不变)提高降低加长锥体稍有降低提高锥体排出孔变大稍有降低锥体排出孔变小稍有提高增加排出孔在筒体内的长度提高排出管直径变大提高降低排灰装置是旋风除尘器中一个不可忽视的部分,除尘器锥度处气流处于湍流状态,而粉尘由此排出容易出现二次夹带的可能性,如果设计不当,造成排灰装置漏气,会导致除尘效率的大幅度降低,以下为除尘效率与漏气率之间的关系表: 表3 排灰装置气密性对除尘效率的影响实验号排灰装置气密性(漏气率)旋风除尘器效率1090%25%50%315%0%对于工作条件来说,关键因素一般为入口速度、粉尘粒径、气体物理性质等。当入口速度上升时,分割直径将下降、效率提升、提升,但入口速度不宜过大,当其过大时,将导致二次扬尘增加,所以入口速度一般控制在1225m/s。1.5旋风除尘器的分类旋风除尘器的种类繁多,分类方法也各有不同。按性能分:可分为高效旋风除尘器。筒体直径小,分离较细的粉尘,除尘效率在95%以上;高流量旋风除尘器。筒体直径大,用于处理很大的气流量,除尘效率为50%80%;通用旋风除尘器。处理中等气体流量,其除尘效率80%95%。按结构型式分,可分为长锥体、圆筒形、扩散性、旁通型。按组合、安装情况分为内旋风除尘器、外旋风除尘器、立式与卧式以及单筒与多管旋风除尘器。按气流导入情况分:可分为切向导入或轴向导入,气流进入旋风除尘器后的流动路线-反转、直流,以及带二次风的形式,可概括的分为切流反转式旋风除尘器、轴流式旋风除尘器。1.6 D型旋风除尘器D型旋风除尘器是一种新型高效旋风除尘器。开始用与石油炼制,如流化床型催化装置,作为反应器、再生器的内旋风分离器。D型旋风除尘器,根据结构型式,可以分为D、D与D型三种。如下图3所示。 图3 D型旋风除尘器 D型旋风除尘器 D型旋风除尘器D型旋风除尘器属于螺旋面进口型旋风除尘器。D型旋风除尘器由于其长径比H/D0较小,所以体型紧凑,钢耗较小,也便于耐磨材料的衬里,常作为内旋风除尘器,以便处理含尘浓度较高、尘粒较粗的含尘气体。由于它的进口截面较小,在处理相同的气量情况下,与其他除尘器相比起进口速度较高,因此,压力损失也就比较别的旋风除尘器大些。另外,对于回收比较细的粉尘,其效率也不够理想。D、D型旋风除尘器的区别仅仅在于D型是900蜗壳进口。D型是切向进口。它们的特点是圆筒段为平顶,分离式高度较D型大,排气管与圆筒体的直径较D型小,用以提高除尘效率。对回收含尘浓度较高的细粉尘极为理想。D型旋风除尘器阻力系数的影响因素有以下几点:(1) 进口气速 进口气速对D型旋风除尘器的阻力系数基本没有影响。(2) 结构型式 de/D0越大,D型旋风除尘器的阻力系数越小,在相同的情况下,D型旋风除尘器的阻力系数最小,D其次,D型的阻力系数最大。(3) 排气管直径 同一结构的D型旋风除尘器的阻力系数随着排气管直径的增加而减小,对于不同型号的旋风除尘器,阻力系数的降低速率也是不一样的。(4) 筒体直径及排气管形状 根据实验,同一结构型式不同直径的D型旋风除尘器在排气管形状与de/D0相同条件下测得的阻力系数基本相同。但收缩型排气管较之直管型排气管其阻力系数要小。1.7拟定设计方案 首先根据设计要求,将该D型旋风除尘器的各个部位的相关尺寸计算好,并求出其压力损失、除尘效率。再对该旋风除尘器的各个部位进行相关的材料选择、强度校核,对不符合要求的地方进行改正。最后做好加工工艺的选择、防腐和耐磨措施以及装配方案的选择。 2 确定旋风除尘器各部分的尺寸2.1给定的设计参数烟气流量: 1500m3/h除尘效率: 80%设计压力: 0.18MPa设计温度: 100进口粉尘浓度: 110g/m3旋风除尘器类型:D型2.2 确定进口风速根据推荐进口风速取vj=18m/s2.3 计算旋风除尘器的几何尺寸2.31进口面积Fj的确定进气口的截面一般为长方形,尺寸为a和b,根据处理气量Q和进气速度vj可以得到 由于处理气量Q为烟气流量等于1500m3/h Fj=ab=18=0.03取a=2b,则a=0.24m,b=0.12m。2.32筒体尺寸的确定根据离心力公式,旋风除尘器的直径越小,其旋转半径也越小导致粉尘颗粒的离心力越大,除尘效率也就越高。但是当筒体直径过小时,旋风除尘器器壁与排气管太近,可能导致较大直径颗粒有可能反弹到中心气流被带走,降低除尘效率。另外,筒体太小会导致堵塞。因此,一般直径不要小于50-75mm。因为b和筒体直径D0的比例关系一般在0.2到0.5之间,这里取0.2,即b=0.2D0,则D0=0.6m。筒体长度取h=1.5D0=1.50.6=0.9m。2.33椎体尺寸的确定椎体长度H-h与D0的比例关系一般在2.0到2.5之间,这里取2.0, H-h=2.0D0=20.6=1.2m排灰口长度D2与D0的比例关系一般在0.15到0.4之间,这里取0.25, D2=0.25D0=0.250.6=0.15m2.34出口管直径d0与插入深度h0的确定出口管直径d0与D0的比例关系一般在0.3到0.5之间,这里取0.5, d0=0.5D0=0.50.6=0.3m插入深度h0与D0的比例关系一般在0.3到0.75之间,这里取0.4, h0=0.4D0=0.40.6=O.24m2.4 压力损失的计算根据Shepherd-Lapple的压力计算公式 式中: 阻力系数 气体重度(kg/m3) g 重力加速度(m/s2) Vj 进口气速(m/s)由于旋风除尘器类型为D型,D型旋风除尘器的阻力计算公式 式中:d0 旋风除尘器排气管直径(m); D0 旋风除尘器直径(m); m、n 系数(与旋风除尘器结构型式有关),m=2.022.50,n=2.232.41。D型、D型、D型旋风除尘器的阻力系数见下表表4 D型、D型、D型旋风除尘器的阻力系数D型D型D型a=0.453m直管型排气管直管型收缩性排气管b=0.191md0=0.525D0=7.82=2.26(d0/D0)-2.41=2.5(d0/D0)-2.23=2.02(d0/D0)-2.35本设计选用D型直管型排气管除尘器,所以 =2.26()-2.41 =12在100、0.18Mpa的条件下,空气重度 =1.293()() =1.7 kg/m3则压力损失 =121.7 =337.2 mm H2o =3304.56 pa2.5总除尘效率的计算在一定的进口含尘浓度范围内,D型旋风除尘器的总除尘效率与进口气含尘浓度成正比。通过实验测得的结果与数学关联得到D型旋风除尘器的总除尘效率与进口粉尘浓度之间的计算公式: 式中: 旋风除尘器的总除尘效率(%); C 进口含尘浓度(g/Nm3); p 系数(由旋风除尘器结构及粉尘性质决定),一般p=0.10.3。 q 系数(和旋风除尘器操作条件有关),一般q=0.050.5。 查阅资料得,p=0.247,q=0.098。则总除尘效率 =1-0.25110-0.098 =84.2%3 零部件的数据计算及材料选择3.1 风机的选择根据风机在规定转速下产生压力大小,可分为高压、中压、低压风机。在除尘系统中一般为中、高压风机。根据设计条件,本设计选用选用锅炉离心通风机Y-9-35-12。3.2 排尘阀的选择旋风除尘器下部出现漏风时,除尘效率会出现较为明显的下降。怎样在不漏风的情况下进行正常排灰是旋风除尘器的一个重要问题。参考除尘设备的除尘器排灰装置,选择翻板式排料阀。翻板式排料阀的结构原理是靠重力作用的杠杆机构,密封作用取决于灰柱高度。灰柱高度由以下公式确定: 式中: 灰柱高度(m); 灰斗中的负压值(mm H2O) 粉尘堆积重度(kg/m3)翻板式排料阀的进口接管直径可由下式确定: 式中: 翻板式排料阀进口接管直径(m); 捕集的粉尘量(kg/s); 翻板式排料阀的单位负荷,可在60100kg/m2s范围内选取。100型和150型翻版式排料阀的结构尺寸如下图4。 图4 翻板式排料阀 (注:括号内为150型,不加括号为共有) 3.3壳体的设计与材料选择3.31壳体的介绍这种零件的内外结构复杂,他是用来支撑、包容运动零件或其它的零件,因此其内部常有空腔。箱体的内腔常用来安装轴、齿轮、套、轴承等零件,因此两端都有装轴承盖及套的孔。虽然箱体的结构样式多种多样,但有其主要的共同特点:形状复杂、壁薄且不均匀,内部呈腔形,加工部位多,加工难度大,既有精度要求较高的孔系和平面,也有许多精度要求较低的紧固孔。旋风除尘器中的箱体材料可以选Q245R,壳体分为筒体和锥体两部分。3.32筒体和椎体壁厚的计算化工设备设计基础式3-12筒体的计算壁厚公式 式中: 计算压力(MPa); 圆筒内径(mm); 设计温度t下筒体材料的许用应力(MPa); 焊接接头系数; 壁厚附加量(mm); 钢板负偏差(或钢管负偏差)(mm); 腐蚀裕量(mm); =0.18MPa,=600mm,查化工设备设计基础附表1得=求147Mpa。由于采用单面焊对接接头,局部无损探伤,所以,由化工设备设计基础表3-10得到=0.8。 碳素钢和低合金钢单面腐蚀取=1mm,查化工设备设计基础表3-11得到=0.25mm,则C=0.25+1=1.25mm。 =0.46+1.25=1.71mm圆整后取厚度为3mm。复验15%=3%15 =0.450.25符合要求。该旋风除尘器的筒体和椎体可用3mm厚的碳素钢板制作。3.4 密封圈的设计为了减小因设计和装配误差引起的漏风量,需要在壳体端盖和壳体之间设计一个密封圈,起密封作用。密封圈材料选择橡胶材料,密封圈的内径要小于壳体内径,可以确定为580mm,厚度和宽度不需要设计很大,可以确定为6mm和10mm。一半嵌在壳体端盖一半嵌在壳体端边。3.5 壳体端盖的设计壳体端盖有着多方面的作用,可以密封防漏气。考虑到与壳体配合端盖的内径确定为301mm,外径确定为600mm。在壳体的内面设计一个槽配合密封圈,槽的宽度与密封圈的厚度相等为6mm,深度为其宽度的一半为5mm。3.6 支座的选择与计算立式容器支座主要有耳式支座、支撑式支座、裙式支座三种。因为筒体壁厚较小,故采用不带垫板的AN型耳式支座。根据JB/4721.3-2007耳式支座,初选AN型吊耳式支座1,支座材料选用Q235A,如图3-1所示3.7 支腿的设计初选材料为Q235-B,d=40mm,l=2.53.8 气体管道的设计计算气体管道是旋风除尘器系统一个不可缺少的部分,需要净化的气体由气体管道进入旋风除尘器,净化后的气体也是由管道排出。因此,气体管道的设计对除尘系统的能耗、除尘效率、工作能力等有巨大的影响。3.81 除尘管道的直径计算根据除尘设备7-3的公式: 式中: 气体流量(m3/s); 圆形管道的内径(m); 管道内的气体流速(m/s);计算出管道的直径为 =0.17m =170mm3.82 管道材质的选用与管壁厚度的确定本设计选用(GB30921993)焊接钢管,根据除尘设备表7-5得到管壁厚度为5mm。3.83管道内气速的确定管道内的气速应合理的确定。气速太小,气体中的粉尘易沉积,严重的会破坏除尘系统的正常运转;气速太大,压力损失会成平方的增长,粉尘对管壁的磨损加剧,使管道使用寿命缩短。除尘管道内气速参照除尘设备表7-6、表7-7,由于管道材料选用的钢管,所以管道内气速vg=12m/s。4 强度计算与校核4.1 筒体和椎体的气压试验强度校核 根据已求得的条件可得 根据化工设备机械基础式4-7得 可见,所以符合强度要求。4.2 排气管的厚度的确定及强度校核由于排气管是D/Se20的圆筒,可以假设Sn=2.5mm,由化工设备设计基础表3-11及对腐蚀裕量的取值可以得出C=2mm,因此Se=Sn-C=2.5-2=0.5mm, =0.83 =300由由化工设备机械基础查得A=0.0001,碳素钢在常温时的弹性模量为19410-3Mpa,系数B为115Mpa。按计算需要用化工设备机械基础外圧力公式5-19: = =0.38Mpa由此可见,ppc,所以,出气管可以用2.5mm的碳素钢制作。4.3 支座的载荷校核由化工设备机械基础耳式支座实际承受的载荷可按下面的式子进行近似计算 式中:Q 支座实际承受的载荷(KN); D 支座安装尺寸(mm); g 重力加速度,取g=9.8m/s; Ge 偏心载荷(N); h 水平力作用点到底板的高度(mm); k 不均匀系数,安装3个支座时,取k=1;安装3个以上的 支座时,取k=0.83; m0 设备总质量(包括壳体及其附件,内部介质及保温层的质 量)(kg); n 支座数量; P 水平力,取Pw和Pe的最大值(N);当容器高径比不大于5,且总高度H0不大于10m时,Pw和Pe可按下式计算,超出此范围的容器本标准不推荐使用耳式支座。水平地震力: Pe=0.5aem0g(N)式中: ae 地震系数,对7、8、9级地震分别为0.23、0.45、0.90。 水平风载荷: 式中: 容器外径(mm)有保温层时取保温层外径; 风压高度变化系数,按设备质心所取高度取; 容器总高度(mm); 10m高度处的基本风压值(N/m2); 偏心距(mm);求支座安装尺寸 mm求偏心载荷 Ge=(a0-bo)l0 =(0.2830.143-0.280.14)0.67.85103 =6N设备总质量取m0=1500kg,地震系数取ae=0.23,则水平地震力为: =0.50.2315009.8 =1690N风压高度变化系数取=0.54,则水平风载荷为: =0.950.54250606350010-6 =272N由于,所以取。取不均匀系数k=0.83;支座个数n=4个;水平力作用点到底板的高度h=250mm;Se=200mm。由以上条件可以求出 =5.03KN由以上结果可见,QQ,所以AN型耳式支座1符合要求。4.4 支腿的强度校核 由静力平衡方程求出支反力 Fb=1127N剪力和弯矩方程为 Q=2817.5 (0x2.5) M(x)=2817.5-1127x (0x2.5)支腿的建立图和弯矩图如下图5所示 图5 剪力弯矩图由此可知,最大弯矩Mmax=2817.5NM由弯矩截面系数公式: 可以求出支腿的抗弯截面系数 =17.94Mpa根据材料力学式6.4-1中的公式 于是可以求出 = =17.94Mpa=113Mpa根据6.4-3中的公式: 求得: =0.74Mpa=98Mpa经过计算验证,所选择的支腿符合强度要求原则。5 主要零件的加工工艺5.1箱体零件的主要技术要求支撑孔的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度。箱体上轴承支撑孔的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度都有严格的要求。如果达不到要求,工作时引起震动和噪声。支撑孔的公差等级一般为IT67级,粗糙度Ra值1.60.8。几何形状精度要求高时,应不超过孔公差的1/21/3.支撑孔之间的孔距尺寸精度及相互位置精度。箱体上有齿轮啮合关系的相邻孔之间有一定的孔距尺寸精度和平行度要求,否则会影响齿轮的啮合精度。箱体上同轴度要求。主要平面的形状精度、相互位置精度和粗糙度要求。箱体的主要平面大多是装配基面或加工时的定位基面,其加工质量会影响箱体与其他零件总装时的相对位置和接触刚度,影响定位精度,因此对主要平面有较低的粗糙度和较高的平面度要求。支撑孔与主要平面的尺寸精度和相互位置精度。箱体上各支撑孔对装配基面都有一定的尺寸精度和平行度要求,对端面有垂直度要求。5.2 筒体及锥体的加工由于旋风除尘器的筒体和锥体为单件小批量生产,为了缩短生产周期,所以此设计的筒体和锥体采用钢板焊接,材料选择Q245R。采用弯曲作业,将钢板进行弯曲加工,生成筒节,再将筒节焊接形成筒体。锥形壳体常作为化工容器的底部,称为锥形封头。它的曲率半径从小端到大端逐渐变大,他展开图是一面扇形。生产锥形壳体常用以下方法:(1) 分片压弯组焊或压弯成形在锥体的扇形胚料上,均匀画出若干条射线,然后在压力机或卷板机按射线压弯,待两边缘对合后,将两对合边点焊牢,最后进行矫正和焊接。这种整体压弯成形适合于用薄壁锥体。这种方法费时费力。(2) 在卷板机上加辅助工具 直接在轴承架上焊上两段耐磨块。弯卷时,将扇形板的小头端部堆焊在铁块上。这种方法使卷板机承受很大的轴向力,因而大大加快了卷板机轴承等构件的磨损,甚至会损坏活动轴等零件。(3) 卷板机辊子的倾斜该方法是将卷板机上辊或侧辊适当倾斜,使扇形板小端受到的弯曲比大端大,以产生较小的曲率半径而形成锥形。这一方法常用于锥角较小,板材不太厚的锥体弯曲。由于此D型旋风除尘器的锥体锥度较小,且钢板不厚,所以采用卷板机辊子的倾角这种方法生产该旋风除尘器的锥体。6旋风除尘器的耐磨措施与制造要求6.1 耐磨措施由于旋风除尘器内的高速旋转运动的含尘气体对除尘器内壁的冲刷,导致器壁受损,特别是蜗壳和锥体。最先磨穿的地方一般是直接对着入口把气流由直线运动变为圆周运动的地方和锥体靠近拍回口的地方。6.11 影响磨损程度的因素影响磨损程度的因素一般有含尘气体的浓度、进口气速、粉尘磨啄性、粉尘黏性和软化点、椎体角度5种。气体浓度越高,器壁受粉尘冲刷次数越多,磨损次数越严重。进口气速越高,气流给粉尘的离心力和冲击力也就越大,对器壁的冲刷也就越严重,磨损也就越严重。粉尘的磨啄性越高,对器壁的磨损也更加严重。软化点低的粉尘对器壁的磨损很弱。锥体角度大时,由于强烈的加速旋转,锥体底部磨损严重。6.12 采取的措施一般采用内壁贴衬耐磨衬里和涂刷耐磨涂料。可以在除尘器内壁全面铺设,也可以在除尘器磨损严重的部位加衬。此设计选用涂刷耐磨材料为此旋风除尘器采取耐磨措施。(1) 耐磨材料的选用与配比保护由于此旋风的设计温度为100,在200以下,所以选用水玻璃石英砂为耐磨料。先将矾土熟料细粉和氟硅酸钠均匀混合,然后加骨料干拌均匀,再加水玻璃搅拌均匀。施工后,在高于20的干燥条件下,干养护2天,然后再进行烘烤。烘烤应逐步从50升至150,24小时烘烤后放置在干燥的环境中。为防止水玻璃遇水或受潮后发生水解、松散,决不可在潮湿的环境下养护或浇水。(2) 耐磨涂料的固定为了使耐磨涂料与除尘器内壁牢固的结合,并不会成片地脱落,需要在除尘器内壁上增加联接结构。此设计选用筋板穿铁丝固定方式,这种固定方式是将筋板间隔50150mm焊接到除尘器的内壁上,再将直径为4mm的铁丝穿入筋板中间直径5mm的孔中,铁丝间距为80100mm。铁丝应拉紧,两端焊在端头筋板上,端头筋板应倾斜放置。筋板采用厚度为3mm的扁钢。(3) 耐磨涂料的铺设耐磨涂料需要在除尘器安装前铺设于除尘器的内壁上,铺设厚度一般为20mm。在铺设前,需要对除尘器内壁和筋板等固定设施进行表面除锈打光。焊接后,必须清理掉焊皮、残渣以及灰尘,然后涂上水玻璃。为保证涂料的耐磨性能和涂料与除尘器内壁的联接以及提高除尘效率和延长使用寿命,需要用木锤拍打涂好的耐磨涂料,将其打到表面出浆为止,并用抹刀将表面压光。在分段施工中,应使耐磨层的表面曲率连续且平滑,以保证除尘效率。6.2制造安装要求 制造尺寸要准确,特别是对除尘效率影响大的一些关键尺寸,如筒体直径、锥体高度等,更是要注意制造的精度。除尘器要气密。漏气会严重影响除尘效率。一般在制造后要进行气密性的实验。所有法兰连接处应用垫片密封。除尘器的内壁要光滑。焊缝要刷平无毛刺。除尘器的内表面必须砌抹平整光滑。为了防腐,设备外壳一般需刷一层红丹,二层耐蚀漆和耐热漆。7 旋风除尘器的装配7.1装配的概念装配是机械制造过程中的最后一个过程。机器的质量最终是通过装配来保证的,装配质量在很大程度上决定了机器的质量。在机器的装配过程中,可以发现机器设计和零件加工村在的一些质量问题,并改进,以保证机器的工作质量。机器装配在机械制造过程中有着非常重要的地位。按规定的技术要求,将零件、组件或部件等进行配合和连接,使之成为成品或半成品的工艺过程称为装配。装配就是套装、部装、组装、总装的总称。7.2 连接方式的选择法兰尺寸图如图6所示 图6 法兰尺寸示意图筒体与椎体的连接。根据工艺条件、温度、压力介质及公称直径,由化工设备机械基础表6-4可知采用甲型平焊法兰。由表JB/T 4701-2000查得垫片宽度为17mm。法兰各部分的尺寸从附录14表32中查DN=600mm,D=715mm,D1=680mm,D2=650mm,D3=640mm,D4=637mm,b=32mm,d=18mm。其中螺栓规格为M16,共24个。椎体与灰斗的连接。根据工艺条件、温度、压力介质及公称直径,由化工设备机械基础表6-4得知采用甲型平焊法兰。由表6-1可知采用平面密封面,垫片的材料选用石绵橡胶板,法兰各部分尺寸从附录15表36中查得:DN=60mm,D=160mm,K=130mm,L=14mm。其中螺栓规格为M12,共4个。出气口与外部管道的连接。根据工艺性条件、温度、压力介质及公称直径,由化工设备机械基础表6-4可知采用甲型平焊法兰。由表6-1可知采用平面密封面,垫片的材料选用石绵橡胶板,法兰各部分尺寸从附录14表32中查得:DN=300mm,D=315mm,D1=380mm,D2=350mm,D3=340mm,D4=337mm,b=30mm,d=18mm其中螺栓规格为M16,共12个。进气口与外部管道的连接。由于矩形进口与筒体相切处接触面积大于圆形进口与筒体相切处的接触面积,所以选择矩形进口。法兰采用方形法兰。 结论毕业设计是一次非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次对旋风除尘器的设计。我摆脱了纯粹理论知识学习的状态,和实际设计相结合锻炼了我综合运用所学知识的能力,同时也提高了我查阅文献资料、设计手册和电脑制图等的能力,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的精细处理,都使我我各方面的能力得到了显著的提升。这事我希望看到也正是毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐但我的收获却更加丰富。各个系统的适用条件,各种设备的选用标准,各种管道的安装方式,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会使用的。提高是有限的但提高也是全面的,正是这次毕业设计使我获得了无数的实际经验,然我的头脑被知识填充,也必然会让我在今后的学习工作中变现出更高的能力,更强的沟通力与理解力。通过查阅相关的资料,并进行相关的计算与讨论,最终设计出了一套基本符合设计条件的D型旋风除尘器。(1) 通过了解锅炉烟气对大气污染的严重性,查阅相关资料,了解烟气中粉尘的性质以及除尘器对锅炉的重要性。(2) 查阅和整理各方面的资料,了解旋风除尘器发展史、除尘原理、各方面性能以及影响因素;(3) 应设计要求选择D型旋风除尘器,并运用相关公式对D型旋风除尘器各部分尺寸进行计算并计算其压力损失及除尘效率,对所选用零部件的强度进行校核。(4) 根据计算出的旋风除尘器各部分尺寸绘制出旋风除尘器装配图和各零件图。致谢时光匆匆如流水,转眼间就到了大学毕业季,春秋如梦,聚散无常。距离离校的日子也越来越近了,毕业设计的完成也进入了尾声。回首这四年的大学生活,心中充满了温暖和感恩。在XXXX里,我结识了许多热心的同学和关心我们的老师们,他们在我的学习和生活中给了我真挚的帮助,让我觉得这四年一直生活在一个幸福大家庭里,学校的教学资源如此丰富,让我在校图书馆里随时都能够找到自己所需要的知识。在此我要感谢XXXX这所学校以及学校的领导、师生和员工们,然我度过了这愉快的四年。 对于我的这篇毕业设计的完成,首先应该感谢指导老师XXXX老师。他无论是在资料的整理还是在毕业设计的撰写等各个方面都给予了我大量的指导和帮助,让我不但完成了毕业设计,而且还学到了很多平时上课学不到的东西,使我受益匪浅,特致以深深的感谢。同时也要感谢其他同学的种种帮助,我们共同查找资料、共同解决问题。另外还要感谢图书馆、复印室的各位工作人员的帮助与合作。 参考文献1 金国淼.化工设备设计全书-除尘设备 .北京:化学工业出版社,20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京:中国标准出版社,20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京:化学工业出版社,20054 朱振华,邵泽波.过程装备制造技术 .北京:化学工业出版社,20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计 .广州:华南理工大学出版社,19866 赵惠清,蔡纪宁.化工制图 .北京:化学工业出版社,20157 谭蔚.化工设备设计基础 .天津:天津大学出版社,20148 张艳辉,刘有智,霍红,陈丹. 旋风除尘器的研究进展J. 华北工学院学报,1998,19(04):44-489 陈宏基. 旋风除尘器机理性能研究及改进D.江南大学,200610 王广军,陈红. 电厂锅炉细粉分离器性能分析数学模型J. 中国电机工程学报,2001,(09):54-5811 陈建义,时铭显. 旋风分离器分级效率的多区计算模型J. 石油大学学报(自然科学版),1993,(02):54-58 12 向晓东.现代除尘理论与技术. 北京: 冶金工业出版社,2002.6.113 王福军.计算流体动力学分析. 北京:清华大学出版社,2004.9.114陈海娥,李康,刘金玉,陈群. 旋风除尘CFD分析J. 汽车技术,2003,(04):13-1615张吉光,叶龙. 高效旋风器分级效率理论计算的新方法J. 青岛建筑工程学院学报,1991,(04):41-4816喻健良.化工设备机械基础.大连:大连理工大学出版社.200925
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