对离心机转鼓的基本刚度要求

�中国井矿盐》� 肠 年第 ! 期 �总 �∀ 。期 # 对离心机转鼓的基本刚度要求 四川轻化工 学院 王祖 荫 摘 要 ∃ 本文认 为 , 离心机转鼓应具有必需的 刚度以避免发生屈 曲 。 给 出按基本刚度 要求校核鼓壁厚度的 , 并结合 %% & ∋ ( ) 、∗ + ∋ ( ( 两 种离心机作 了说明 。 关键词 ∃ 离心机 转鼓 刚度 � 问题的提出 离心机转鼓壁厚计算公式比 ∀〕来源于薄壁 容器设计 , 即将转鼓视同承受内压的薄壁 壳体 , 以无矩理论为依据校核转鼓强度 。 但是 , 现有的离心机转鼓设计规范没有规 定鼓壁的最小厚度 。 也就是说 , 将强度要求视 为必要与充分条件 。 这是不妥当的 。 历年来的 容器设计规范如 ,钢规》《钢制压 力容器 �− . �! ) 一 ∋ #》《钢制压力容器—分析设计标准�/. 0 1 2 ∀ 一 ! #》对容器最小壁厚都 有 所 。 其根本 目的是保证容器有必需的刚度 以避免其几何形状发生畸变�如截而失圆#。 一 旦发生这种情况 , 容器所承受的弯曲应 力将极 大地超过据以 3一十算壁厚的薄膜应 力 。 这就告诉 我们 , 强度条件是必要的 , 但不一定是 充分的 。 离心机转鼓 以每秒 数十米的 圆周速度旋 转 , 其所受到的空气动力作用相当于处于 �( 级 狂风中的静止薄壳 。 处于随机湍流流场中的结 构将发生振动 队 0 〕, 离心机转鼓自然不能例 外 。 一旦激励频率与转鼓 固有频率重 合或接近 , 转 鼓的几何形状将发生 明显变化 , 其 后果将是可 怕的 。 所以 , 有必要讨论转鼓的刚度问题 。 不久前报导了 %% & ∋ ()型离心机转鼓的爆 裂事故囚 。 此 事例足以 引起我们的注意 。 此 离 心 机 转 鼓 直 径 为 ∋ (�# 4 4 , 高 为 2 0 �#5 飞4 , 由厚为 2 4 4 的 67 8 �∋ & 39 : 3钢板焊成 。 转鼓 的开 孔 削 弱 系数 为 ( ; 1� 。 工 作 转速 为 �∀)( 8 < 4 35 。 转鼓焊接质量较差 , 焊缝未焊透的 长度占总长的 ∀ ( = 。 根据笔者验算 , 转鼓薄膜应 力为 >0 )?≅Α , 又按断裂 力学 中 Β 一 ? 换型推知此 转鼓 的临 界裂纹 长度 为 ∋( 4 4 。 由此可知 , 转鼓的确处 于危险的工作状况之下 。 因为按屈服极限所取 的安全系数只有 � ; 0( , 低于通常所取的 ∀ ; �#� “〕, 而且一 条纵焊 缝上 的未焊 透总 长 Χ 达 Δ ∋ 4 4 �按 + ∗ 规范 , 示焊透视为穿透裂纹 #。 但是话 又说回来 , 这些未必意味着转鼓爆裂 , 因为薄膜 应 力距屈服限毕竟还 比较远 , 未焊透段落也未 必连成整体 。 转鼓爆裂必定还有其他诱 因 。 ∀ 转鼓的固有频率及屈曲现象 结构屈曲是指外载加到某一临界状态时 , 结构变形特征发生一个显著的变化 , 而这 种变 化并 不是材料 破坏 或软化造成的侧 。 通常 的 外压容器失稳 �变瘪 #就是一种静 力屈 曲现象 。 下面将提到的离心机转鼓在特定频率下出现的 截而形状变化�失圆#则可着成是一种动 力屈 曲 现象 。 我们可以把离心机转鼓看成是一端 固定 、 一端 自由的薄壁圆筒 。 圆筒的振型有两 种 Ε 一 沿周向 、一沿轴向 。 每一具体振型都 是这 两种 振型的组 合 。 作为工 程计算 , 我们所关心的 只 是最低阶 �一阶 #的振型 , 此时圆筒 周向振 型呈 椭圆形 , 轴向振型 为半波状 。 对于几何形状未 变化 �径线为直径 、截面呈圆形 #的情 况则视为 零阶振型 。 周向振型为零 阶 、轴向振 型为一 阶的情况 视为 �( , Φ# 振 型 , 对应 的 固有 频率与壁 厚无 关 Γ∋2 。 周向振型为一阶 、轴向振型为零阶的情 况视为�� , (# 振型 , 可在两端 自由的情 况下存 �中国井矿盐 #� Δ 年第 ! 期�总 �∀ 期 # 在 。 这两种情况都不属我们讨论的范围 。 周向振型和轴向振型都是一阶的情况视为 �� , �# 振型 。 本文将对此进行讨论 。 笔者用瑞利能量法求出转鼓对应于 �� , �# 振型的固有频率闭 ∃ < Η , Ι ϑ ‘勺 � ∀ �6/ 一 ? ‘ #≅ 系数 Η Κ 按 65 Λ Κ · � · ! Μ 一 � · 2 Δ �书#计算 。 式中 Ι 、? 、 ≅ 分 别为转鼓 材料 的弹性模量 、 泊 松比和密度 Ε ϑ 、 �矛 、 > 分别为转鼓 的半径 、高度和 计算壁厚 Ε 其 中 > 二 Ν Ο 。 % 是名义壁厚 , Ο 是开 孔削弱 系数 。 和离心机得到广泛应用 。 根据四川省江北机械 厂产品 , 转鼓 内直径为 ∋2( 4 4 �即 ϑ 二 0� !Π #, 有效长度 6/ Θ 0 ( ( 4 4 , 鼓壁开孔直径 Ρ 二 �( Π ,间距 >, 二 2! 4 4 , 呈正三角形排列 。 转鼓工作容 积 Σ Θ ! Δ �碑。 转鼓材料为 678 �∋& 39 :3 , Τ Θ 2 ; ∋ ! Υ �护�Λ酬衬#。 焊缝系数 物 为 ( ; ! , 由于 枷 大于 Ο , 且不在焊缝上开孔 , 所以我们只计入 , 。 筛网 总质量 ? Θ 0 ! Λ 9 , 材料与转鼓相同 。 转鼓最高工 作转速 5 Θ 1 !( 8< 4 35 。 根据笔者测算 , 盐晶悬浮 液密度 。, 二 � ; ! Δ Υ Φς , Λ9< 4 , 。 按照强度要求计算转鼓壁厚 �‘·“# 。 % # 己 。�� 一 申# ∀ ! � Ω 入ϑ Η Ξ Δ ( 的�� · � # ∀ 兀 ∀ 〔别Ο 一 乱�� 一 动# �0 # 对应的转速是 5 �� ; , # �∀ # 离心机转鼓必须有足够的刚性 。 按照机械 振动中的幅频响应曲线〔‘“〕来判断 , 结构保持足 够的刚性 , 扰 力频 率与其 固有频率之 比应不大 于 �< 2 。 我们可以认 为 , 离心机转鼓的工作转 速与 5 � , ; , #之比应在 �<2 左右 , 不妨取为 �< 0 一 Φ<∀ 。 对于钢制转鼓 , 以 Ι Θ ∀ ; (! Ψ � (� , ≅Α , ? Θ ( ; 2 , Τ Θ 1 ; ∋ ! 只 �( 2 �Λ 9 < Ε5 2 #代入式 �Φ# 、 �∀ #并令 5 < 5� Ε , , # Θ � < 0 一 �< ∀ , 可得一按基本刚度条件所要 求的转鼓壁厚 ∃ 由鼓壁 自身离 心惯 性 力所 引起的 周向应 力 ∃ 凡二 。ϑ Κ扩 �Α # 式中 。 Θ ∀ 二 5 < Δ ( Θ 1 ∋ ; ! � 8Α Ρ < % #。 代 入 式 �Α #得 夙〕Θ ∋ ; 2 2 �?≅Α # 筛网当量厚度 ! � Θ ? < �∀ 二ϑ 6/ Τ# �Ζ # 将数据代入 , 得 % , 二 ! ; !� 4 4 #。 开孔系数 �正三角形排列 # 劝Θ 18 Ρ Κ 0 >� ∀ 火 ( ; ∋ Δ Δ �Χ #Ξ � � 、 5 ϑ Κ Ζ Θ 〔几万 [一 [ 丁 夕一 [ [ 二二 Ε 气5 飞4 ,一 Δ 件 , Ξ < ∴ Κ甲 Σ Φ 、 �2 # 式中 ϑ 、 5 的单位分别是 4 和 8< 4 35 。 就前 述 % %& %)) 型离心机而言 , 按式 �2# 所得到 的转 鼓最小壁厚为 ! ; 1 2 4 4 。 此离心机壁厚偏小 , #沂得 5 �Φ , , #仅为 � � ! ! 8 < 4 35 , 即与 5 大致相等。 此转鼓刚性极差 , 易受 拢动而发生屈曲 �失圆#。 笔者推算了此转鼓在 出现 �� , Φ# 振型时的弯曲应 力 , 其最大值已超过 0 倍屈服 限 。 这是按线性关 系计算的 “虚拟应 力” 。 如此高的虚拟 应力表示转鼓某些区域 的 截面已完全屈服而失去承载能力 , 也超出安定 性判据所允许的范 围 〔川 。 转鼓的迅速爆 裂势 所必然 。 开孔削弱系数 甲 Θ �> , 一 Ρ #< > Φ �Ρ # 将 Ρ 、 >, 代入式 �Χ# 、 �Ρ # , 可得 , Θ ( ; ( 1 0 , 申二 ( ; 1 � 尔 “又 “ [ 琢丁二初 代入有关数据 , 得 系数 入Θ �Χ # 久Θ ( ; ∀ �0 关于 ∗ + 一 ∋ ( ( 型离心机转鼓壁厚的讨论 在我国真空制盐工业中 , ∗ + 一 ∋(( �旧型号 # 填充系数 Η Θ ] < �二 ϑ Κ 6/ # �⊥# 代入 Σ , ϑ , _ , 得 Η 二 ( ; ∀ !0 67 8 �∋ & 39 : 3 的 屈 服 极 限 ΑΝ 二 � Δ �? ≅Α #曰 , 取 安 全 系数 5 Ν Θ ∀ ; ( , 得 〔剑 二 ∋ �?≅ Α #。 将所有上述数据代入式 �0 # , 所得最小壁厚 仅为 ∀ ; )! 4 4 。 距 实际壁厚 �∀ 4 4 相差 甚多 。 这个问题仅用强度概念则无法解释 。 �中国井矿盐 #� Δ 年第 ! 期�总 � ∀ 期 # 规范内部行为加大稽查力度 共创盐政管理工作新局面 湖南省盐务管理局 刘大愚 朱义成 关键词 ∃ 盐政管理 自从国务院 《盐业管理条例》颁布以来 , 各 级盐政执法部门为查辑各类盐业违法案件 , 维 护盐业市场的正常秩序 , 做了大量的工作 , 但是 处在新旧体制转轨之中的盐政管理 , 举步维艰 , 私盐贩子花样迭 出 , 行踪更为诡秘 , 隐蔽性和欺 骗性越来越强 。 在新时期如何加强盐政 管理 , 整治盐业市场 , 本文谈一些粗浅的看法 。 � 深人宣传 , 完善盐业法规是搞好盐政管理工 作的前提 � ; � 要营造舆论监督 、社会监督的氛围 我省在盐业系统 内部 , 认真组织重新学习四个 盐业法规和其他有关规定 , 深刻理解法规精神 , 增强广大职工的光荣感和使命感 。 对外 , 除在 各种会议上进行宣传外 , 还通过 电视 、广播 、报 刊 、印刷宣传资料等多种形式和途径 , 大张旗鼓 地进行宣传 。 � ! 年 2 月 ∀ 日 , 《劣左生比管理条例》颁布实 施 ! 周年之际 , 我 省在《湖南 口报》上刊登了关 于食盐专营 、实行 ,食盐零 售证》的公告和 有关盐业管理法规的内容 。 2 月 ∋ 日还刊登了 省委常委 、副省长周伯华同志关于纪念《盐业管 理条例》颁布实施 ! 周年 的文章 , 引起了各级党 政领导特 别是各级 执法机构和执法人员 的重 视 。 · 同时 , 了湖南 日报》、《三湘都市报》还连续报 道了盐政执法方面的情况 。 若按照式 �2# 计算 , 取 系数为万 , 所得壁厚 为 ∋ ; 1 )4 4 。 若计入钢板 负偏差并适 当考虑腐 蚀余量 , 则所得壁厚可与实际基本相符 。 外事故 。 0 结束语 就离心机转鼓壁厚计 算而 言 , 强度条件是 必要的 , 但不一定是充分的 。 必须还要满足转 鼓的刚度要求 。 前述 % % & ∋ ( ) 型离心机的设计 者显然忽视了这一点 , 致使转鼓刚性过低 , 加以 粗制滥造 , 终于导致事故发生 。 本文所说的“基本刚度 条件”包括两方面的 涵 义 ∃ 一方面这个 概念对所有离心机转鼓都适 用 , 另一方面它不包括一些特定的刚度要求 �如 有刮刀作用的情况 #。 本文专为从事轻工机械设计制造工作的同 志而作 。 希望能引起他们的注意 , 避免发生意 参考文献 � ; 机械工程手册 ; 第 1∋ 篇 ; 离心机 、阀门 ; 机械工 业出 版社 � 1 ; 1 ∋ 一∀ � ∀ ; 潘永密等 ; 化 工机器� #化学工 业出版社 � ∋ � ; 一 �� 2 ; ϑ ; 8# ; .6 ⎯诚飞% 著 吴恕三等译 , 流体诱发振动 ; 机械工 业出版社 ; � ∋2 ; �0 Δ 一 �! � 0 , 屈维德 ; 机 丹戒振动手册 ; 机械工 业出版社 ; � ∀ ; �0 一 2∀ 一 00 ! ; 张苏文等 ; 流体机械 ; ∀2 �0# ; � ! ; 21 一 2 Δ ; 朱企新等 ; 流体工程 ; ∀( �∀# ; � ∀ ; 0Δ 一 !� 1 ; 顾王 明 ; 力学与实践 ; �Δ�2# ; � 0 ; ∋ 一 巧 ∋ ; 机械工 程手册 ; 第∀� 篇 ; 机械振动 ; 机械工 业出版社 ; � 1 ; ∀ �一 2 � ; 王祖荫 ; 流体机械 ; ∀狱�∀# ; � ! �( ; 6/ · ? 〔38ς] 3> ⎯α ; Ι6 “5 〔;Φ Φ>Ν ς⊥ ]3 α 8Α ⊥34 儿 �习βΝ 3Ν ; ?改知χ 一 + 3ΦΦ; � 1 ! ; 0 2 �� ; 陈国理 ; 压 力容 器及化工设备�上册 #华南理 工大学出 版社 ; � ! ; 2 � 0 一 2 � �∀ ; 余 国琼 ; 化工机械手册 , 天津大学出版社 ; �卯∀ ; ∀ 一 21