JBT 8051-1996 离心机转鼓强度计算规范

J77JB/T8051－96离心机转鼓强度计算规范1996-09-03发布1997-07-01实施中华人民共和国机械工业部发布前言本标准的附录A、附录B都是提示的附录。本标准由全国分离机械标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位：天津大学、河北工学院、合肥通用机械研究所、中国通用机械分离机械行业协会。本标准主要起草人：朱企新、程金凤、赵扬、张坚敏、邹润棠。JB/T8051－9611范围本标准规定了离心机转鼓旋转时鼓壁环向应力的计算、各种系数的选取、开孔转鼓的强度验算方法、应用有限元法计算离心机转鼓应力分布状态的方法以及循环载荷下疲劳强度的测定与校核方法。本标准适用于壁厚均匀的离心机转鼓(主轴为水平或垂直布置)。该转鼓壁可开孔或不开孔，转鼓可带衬里、筛网或不带衬里、筛网；转鼓的材料必须是韧性金属材料，并在选材时已考虑到了操作温度对材料的影响。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＞0.1；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300m/s；e)专用于核工业领域的高速离心机。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准昀新版本的可能性。GB3075—82金属轴向疲劳试验方法GB11345—89钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析3符号3.1本标准采用下列符号：A：转鼓加强箍的截面积，mm2；a：转鼓加强箍的高度，mm；b1：转鼓壁上相邻两孔的轴向中心距，mm；b2：转鼓壁上相邻两孔的斜向中心距，mm；d：开孔直径，mm；e：加强箍的厚度(径向)，mm；G：昀大允许装料量(质量)，kg；h：转鼓有效高度，mm；H：圆锥形转鼓母线长度，mm；K：焊缝及开孔的系数；K1：焊缝系数；机械工业部1996-09-03批准中华人民共和国机械行业标准离心机转鼓强度计算规范JB/T8051－961997-07-01实施JB/T8051－962K2、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，mm；r1：转鼓内半径或圆锥形转鼓大端内半径，mm；r2：转鼓壁平均半径或圆锥形转鼓大端平均半径，mm；r3：物料环的内半径，mm；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，mm；δs：筛网当量厚度，mm；ρ1：转鼓材料的密度，g/cm3；ρ2：物料或湿滤饼的密度(昀大值)，g/cm3；ρ3：筛网或衬里材料的密度，g/cm3；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；σb：转鼓材料的抗拉强度，MPa；σs：转鼓材料的屈服点，MPa；σ–1：转鼓材料的抗疲劳强度限，MPa；σt：转鼓壁内总的环向应力，MPa；ω：允许的角速度，rad/s。4转鼓旋转时鼓壁内的环向应力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、圆柱形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力、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三种情况。4.1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：22219110ωρσrq−=………………………………………（1）式中q按5.5选取。对于不开孔转鼓，q=1。离心机转鼓结构示意图见图1。JB/T8051－963图1离心机转鼓结构示意图4.2圆柱形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力圆柱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。4.2.1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)、式(3)计算。4.2.1.1当物料密度ρ2已知时：)]2/()([10123212292δρωσrrr−=−………………………………（2）4.2.1.2当物料总质量已知时：)2/(101232δπωσhGr−=……………………………………（3）4.2.2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。)](3/[)(1023213331233rrhrrG−−=−δπωσ……………………………（4）4.2.3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。圆柱形转鼓内筛网的当量厚度应按式(5)近似计算：31s2ρπδhrm=…………………………………………（5）4.2.3.1当筛网材料密度已知时：)/(10s213294δδρωσr−=……………………………………（6）4.2.3.2当筛网材料的总质量已知时：)]2/([101234δπωσhmr−=……………………………………（7）4.3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JB/T8051－9644.3.1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(8)计算。)]cos2/()([10123212292βδρωσ⋅−=−rrr……………………………（8）4.3.2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：31s)(ρπδHrrm+=………………………………………（9）4.3.2.1当筛网材料密度已知时：)/(10s213294δδρωσr−=…………………………………（10）4.3.2.2当筛网材料的总质量已知时：])(/[10121234δπωσHrrmr+=−………………………………（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。当装有加强箍时，其间距应对称。5.1.2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。该系数由应力计算确定，应力计算所用的方法应与该转鼓的结构形状相适应。5.1.3当不用加强箍时，加强箍系数取为：Z=1。5.1.4装有加强箍时，加强箍系数按式(12)计算。)/(11hANZδ+=…………………………………………（12）5.2焊缝系数5.2.1焊缝的机械性能应相当于或优于转鼓壁材料的机械性能，引入焊缝系数来考虑焊缝处强度的削弱。5.2.2对于按GB11345规定进行100%射线探伤检查或其他等效的探伤方法进行检查的焊缝，其焊缝系数应取为：K1=0.95。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。112/)(bdbK−=………………………………………（13）223/)(bdbVK−=………………………………………（14）式中：V——夹角α的函数，V=(1+tg2α)/(1+3tg2α)1/2，V可从表1中查出。表1数值V与夹角α的对照表α(°)02.55.07.51012.51517.520V10.9990.9960.9920.9860.9790.9720.9650.958α(°)22.52527.53032.53537.54042.5V0.9520.9470.9440.9430.9440.9480.9550.9660.981α(°)4547.55052.55557.56062.565V1.0001.0141.0551.0931.1391.1961.2651.3501.456α(°)67.57072.57577.58082.58590V1.5881.7581.9812.2822.7103.3594.4996.641∞JB/T8051－965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。hNdhK/)(4−=………………………………………（15）5.3.4当转鼓壁不开孔时，K2、K3、K4均为1。5.4焊缝及开孔系数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中的较小值与焊缝系数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。)sin4/(1sin4/sin21221221απαπα⋅−=⋅−⋅=bbdbbdbbq……………………（16）6开孔转鼓强度验算6.1圆柱形开孔转鼓的环向总应力圆柱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计算。6.1.1对于质量均布的物料载荷(如液体、能流动的浓浆等)：K/)(421tσσσσ++=≤[σ]………………………………（17）6.1.1.1当物料密度已知时，按式(18)计算：]2)([1021s312321222192tZrZrrrrqKδδρδρρωσ+−+×=≤[σ]…………………（18）6.1.1.2当物料总质量已知时，按式(19)计算：]210210[10616122192tZhmrZhGrrqKδπδπρωσ×+×+×=≤[σ]……………………（19）6.1.2对于质量非均布的物料载荷(如纺织品、毛皮等)：K/)(431tσσσσ++=≤[σ]………………………………（20）6.1.2.1当物料总质量已知时，按式(21)计算：JB/T8051－966]210)(310)([106123216333122192tZhmrrrZhrrGrqKδπδπρωσ×+−×−+×=≤[σ]………………（21）对圆柱形无孔转鼓，环向总应力可按式(17)～式(21)计算，式中的q=1，K=K1。6.2圆锥形开孔转鼓的环向总应力6.2.1圆锥形转鼓的环向总应力按式(22)计算：K/)(421tσσσσ++=≤[σ]………………………………（22）6.2.2当物料密度已知时，按式(23)计算：δδρβδρρωσ21s312321222192tcos2)([10rrrrrqK+⋅−+×=≤[σ]…………………（23）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的一个。=bs0.3350.0][σσσ…………………………………………（24）即：σt≤0.50σs，σt≤0.33σb式中σs是有明显屈服现象的钢材的屈服点；对屈服点不明显的钢材，σs用产生0.2％残余伸长时的应力σ0.2代替；对于奥氏体钢，σs用产生1.0％残余伸长时的应力代替，由试样实测确定。7应用有限元法对离心机转鼓应力分布状态的计算对几何形状复杂的离心机转鼓各部位的应力状态的计算，昀适宜的方法是采用有限元法。7.1转鼓各部位的应力计算，包括鼓身、鼓身与鼓底、鼓身与拦液板等相联接处的边缘效应区的应力分布状态的计算，可以采用轴对称有限元程序或三维有限元程序。7.2带加强箍的转鼓，鼓身的筒壁与加强箍相配合部位，当有过盈量时，应采用有限元法计算出在不同过盈量下的套合力和鼓身筒壁的应力，以确定合适的过盈量。7.3几何形状复杂的转鼓底、拦液板等零件无需做几何形状上的简化，可直接采用有限元法进行计算。7.4采用三维有限元程序，可以对开孔的转鼓筒壁的应力进行计算。8循环载荷下疲劳强度的测定与校核用于制造承受循环载荷次数较高的离心机(如制糖用的上悬式离心机和间歇操作的三足式离