第四章工厂设计__设备设计与选型

4设备设计与选型设备工艺设计的主要内容设备设计的基本原则通用设备的选型非标设备的工艺设计4.1设备工艺设计的内容1.确定单元操作的设备类型2.确定设备的材质3.确定设备的设计参数4.确定标准设备(定型设备)的型号,数量5.已系列化的设备确定设备的标准图号和型号6.确定非标准设备的设计条件和设备草图7.编制工艺设备一览表8,工艺设备设计图纸的会签4.2设备工艺设计与选型的原则1.满足工艺过程的要求(生产能力,工艺条件,环境条件,可靠稳定)2.经济合理,技术先进和成熟统一(投资和操作成平衡)3.操作,控制,维修方便4.采购,供货方便5.考虑生产的波动,决定设备的富余能力和备用要求4.3通用设备的选型4.3.1生物工程常用的通用设备(1)物料输送设备1)固体输送设备:带式输送机斗式提升机,螺旋输送机液力输送设备气力输送设备2)液体输送设备:离心泵3)气体输送设备:压缩机风机固体物料破碎工艺流程1、粗颗粒粉碎机6、流化床气流粉碎机11、后冷却器2.5、预冷器（兼螺杆加料器）8、除尘捕集器12、冷冻干燥机3、盘式粉碎机9、高压引风机13、引风机4.7、旋风分离器10、空气压缩机14、锁风阀(1)带式输送机带宽Bmm带速Vm/s0.81.01.251.62.02.53.154(4.5)5.0(5.6)6.5输送能力IV,m3/h5006987108139174217650127159198254318397800198248310397496620781100032440550764981110141278162212005937429511188148618722377267429711400825103213211652206526023304371841301600218627333444437349205466612218002795349444035591629169897829908320003470433854666941780886769717112772200684386909776108631216614120240082891052611842131581473717104通用固定式带式输送机是化工、煤炭、冶金、建材、电力、轻工、粮食及交通运输等部门广泛使用的运输设备。适用于输送容量为0.5-2.5吨/米3的块状、粉状等散状物料。带式输送机的结构水平带式输送机倾角带式输送机带式输送机组成1)输送带2)驱动装置:提供驱动力/电机,减速机/驱动辊3)张紧装置:补偿带长变化/重锤式,螺旋式,弹簧式4)机架和托辊橡胶带,钢带钢丝网带帆布带链板带主要参数:带宽B,衬布层数i,带长m,带速V,倾角,抗拉强度BinKK:单层单位宽度的许用工作应力N:安全系数1利用导向轮增大包角2利用两个驱动轮增大包角3利用压紧带增大牵引力驱动滚筒布置方案带张紧的原因带传动须保持在一定的张紧力状态下工作，长期张紧会使带产生永久变形而松弛，导致张紧力减小，传动能力下降，因此带传动要控制和及时地调整张紧力。常用的控制和调整张紧力的方法是：调节中心距。水平或接近水平的布置时用调节螺钉1使装有带轮的电动机沿滑轨2移动(图a)垂直或接近垂直的布置时用螺杆及调节螺母1使电动机绕小轴2摆动(图b)。若中心距不能调节时，可采用具有张紧轮的传动(图c),它靠重锤1将张紧轮2压在带上，以保持带的张紧。a拉力螺杆b压力螺杆c重锤式d弹簧调节拉紧装置托辊形式1弹簧式2三辊槽式3双辊式4带边辊式2)斗式提升机离心式无定向自流定向自流斗式提升机卸料方式带传动的优点：①适用于中心距较大的；②传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小；③过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏；④结构简单，制造和维护方便，成本低。带传动的缺点：①传动的外廓尺寸较大；②由于需要张紧，使轴上受力较大；③工作中有弹性滑动，不能准确地保持主动轴和从动轴的转速比关系；④带的寿命短；⑤传动效率降低；⑥带传动可能因摩擦起电，产生火花，故不能用于易燃易爆的场合。根据图示几何关系:包角和带长L：α=π±2θaddddaL42221221)()(3.5718021212addαaddπα或rad已知带长时，由上式可得中心距21222121)(8)(2)(281ddddLddLa带长:带传动的受力分析安装带传动时，传动带以一定的张紧力F0紧套在两轮上。由于F0作用，带和带轮的接触面就产生了正压力。带传动不工作时，传动带两边的拉力相等，都等于F0(图a)带传动工作时(图b)，在带与带轮的接触面间便产生了摩擦力Ff，由于摩擦力的存在，传动带两边的拉力相应发生了变化，带绕上主动轮的一边被拉紧，称为紧边，其拉力由F0增加到F1；带绕上从动轮的一边被放松，称为松边，其拉力由F0减少到F2。如果近似的认为带的总长度不变，则带紧边拉力的增加量F1-F0应等于松边拉力的减少量F0-F2，即带两边拉力之差称为带传动的有效拉力(带轮接触面上各点摩擦力的总和Ff)，也就是带所传递的圆周力F。即F=F1-F2)(21210FFF圆周力F(N)、带速v(m/s)和传递功率P(kW)之间的关系为1000FvP将前式代入上式，可得220201FFFFFF由上式可知，带的两边拉力F1和F2的大小，取决于张紧力F0和带传动的有效拉力F。在带的传动能力范围内，F的大小和传动功率P及带的速度v有关。当传动功率增大时，带的两边拉力的差值F=F1－F2也要相应的增大。带的两边拉力的这种变化，实际上反映了带和带轮接触面上摩擦力的变化。带的应力分析带传动工作时，带中应力由以下三部分组成：1.紧边和松边拉力产生的拉应力紧边拉应力松边拉应力MPa11AFσMPa22AFσ2.离心力产生的拉应力如图13-8所示，当带绕过带轮时，在微弧段dl上将产生离心力dFNc，此离心力使带中产生离心拉力Fc=qv2(N)。离心力只发生在带作圆周运动的部分，但由此引起的拉力却作用于带的全长。故离心拉应力为MPa2Aqvσc3.弯曲应力带绕过带轮时因弯曲变形而产生弯曲应力。V带中的弯曲应力如图所示。MPa2dyEσb由上式可知，b与y成正比，与d成反比。当y一定时，d越小，带的弯曲应力b就越大。故带绕在小带轮上时的弯曲应力b1大于绕在大带轮上时的弯曲应力b2。由材料力学公式得带的弯曲应力为了避免弯曲应力过大，应对带轮最小直径有一定的限制，不同带形有最小直径值要求。图13-10所示为带的应力分布情况，各截面应力的大小用自该处引出的径向线(或垂直线)的长短来表示。最大应力发生在紧边与小轮的接触处。由图可见，带是在变应力状态下工作的。当应力循环次数达到一定值后，将使带产生疲劳破坏。实验表明，众所周知的疲劳曲线方程也适用于经受变应力的带，即σmmaxN=C。最大应力可近似地表示为σmax≈σ1+σb1+σc带传动设计：1设计带传动的原始数据传动用途、载荷性质、传递的功率P、带轮的转速n1、n2(或传动比i12)以及对传动外廓尺寸的要求等。2设计内容选择合理的传动参数，确定V带的型号、长度、根数和传动中心距，确定带轮的材料、结构和尺寸等。3设计方法及步骤1)确定计算功率Pc；2)选择带的型号；3)确定带轮的基准直径d1和d2;4)验算带的速度；5)求带基准长度Ld和中心距a；6)验算小带轮包角α1；7)求V带根数z；8)确定带的初拉力F0；9)求作用在带轮轴上的压力FQ；10)带轮结构设计。3)螺旋输送机破碎设备2)气体输送设备按压力分类:压缩机0.3MPa以上鼓风机0.015-0.03MPa通风机0.015MPa以下按结构原理分类:往复式活塞式,膜片式容积式回转式滑片式,螺杆式,转子式速度式轴流式,离心式,混流式大气压表压绝对压真空度绝对压V型空气/氢气/压缩机压缩比在4以上，终压在300kPa(表压)以上。分为:低压压缩机(表压在2—10kPa)中压压缩机(表压在10—100kPa)高压压缩机(表压在100一1000kPa)。L型空气/氢气压缩机鼓风机压缩比小于4，终压在14.7—300kPa(表压)通风机压缩比在1～1.15间，终压不大于14.7kPa(表压)真空泵用于减压操作，终压相当于当时当地的大气压力。压缩机系统工业上常用的通风机主要有离心通风机和轴流通风机两种型式。轴流式通风机所产生的风压很小，一般只作通风换气之用。用于气体输送的，多为离心通风机。性能参数与特性曲线1）风量按进口处的气体状态计的单位时间内从风机出口排出的气体体积，以Q表示，单位为m3h-1。2）风压单位体积的气体流过风机时所获得的能量，以HT表示，单位为J.m-3。3）轴功率与效率1000tpQN离心通风机特性曲线示意图3)液体输送设备(泵)(1)泵的类型及特点离心泵ns30-300叶片泵:混流泵ns300-500轴流泵ns5000-1000活塞泵容积泵回转泵离心泵的性能参数1、流量：指离心泵在单位时间内排入到管路系统内的液体体积，以Q表示，其单位为L.s-1或m3.h-1。2、扬程：指泵给予单位重量液体的有效能量，以H表示，其单位为m。3、效率：反映泵对外加能量的利用程度，以表示。4、轴功率：指泵轴所需的功率，以P表示。而每秒钟泵对输出液体所作的功，称为泵的有效功率，以Pe表示，单位为W或kW。即：rr102QHgQHPeP泵的比转数qv－He曲线离心泵的扬程随着流量的增大而下降。qv－Ne曲线离心泵的功率随着流量的增大而升高。qv－η曲线效率开始时随流量的增大而增加，达到最大值后，如继续增大流量，则泵效率反而下降。75.065.3HQnns离心泵的选用离心泵的选用，通常可按下列原则进行：1．确定离心泵的类型2．确定输送系统的流量和扬程3．确定离心泵的型号若有几种型号的泵同时满足管路的具体要求，则应选效率较高的，同时也要考虑泵的价格。4．校核轴功率当液体密度大于水的密度时，必须校核轴功率。5．列出泵在设计点处的性能，供使用时参考。离心泵的安装高度•汽蚀现象泵内液体汽化，汽泡形成和破裂的过程中使叶轮材料受到损坏的现象称为汽蚀现象。•产生原因p叶轮≤pv，使液体汽化•危害（1）叶轮遭到剥蚀；（2）产生噪音和振动；（3）流量不稳定，显著下降，严重时不能送液。工程上规定，当泵的扬程下降3％时，认为进入了气蚀状态。•预防措施p入口≥pv即p入口↑或pv↓（1）pv↓T↓操作稳定（2）p入口↑Hg↓∑hf↓允许安装高度确定方法：允许汽蚀余量法允许汽蚀余量：泵吸入口处动压头与静压头之和比被输送液体的饱和蒸汽压头高出的最小数值工程上从根本上避免气蚀现象的方法是限制泵的安装高度。避免离心泵气蚀现象发生的最大安装高度，称为离心泵的允许安装高度,也叫允许吸上高度。gpgugphvrr2211随Q增大而增大，越大，抗汽蚀性能越差。求取：实验测定，由泵性能中查取。影响因素：hh2．允许安装高度Hg确定允许安装高度Hg：指泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离。列贮槽液面0-0’与泵的吸入口1-1’两截面间的柏努利方程式10,0fvgHhgpgpHrr式中Hg——允许安装高度，m；p0——吸入液面压力，Pa；pv——输送温度下液体的饱和蒸气压，Pa；——被输送液体的密度，kg/m3；——流体流经吸入管的阻力，m。10,fHr0101离心泵的允许安装高度～Hg返回3)水泵振动原因(1)机械故障:转子不均衡、泵轴弯曲、轴承磨损或损坏、轴瓦间隙过大、(2)操作和工艺原因阀门开度过小、水泵选型不当单泵选型不当。水泵扬程与所需水压相差较大。为了控制水压，水泵运行时出水阀开启小,压力差靠阀门来调节。两种型号不匹配的水泵并联。扬程范围相差很大的两台水泵并联易引起整个管网压力波动，水流在管道内形成水击现象，引起水流紊动致使管道剧烈振动。(3)通道不畅出水管路有空