1、ICS 73. 120 J77 道B中华人民共和国国家标准G/T 28695-2012 离心机转鼓强度计算规范Standard of strength calculation for centrifugaI drum 2012-09-03发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2013-03-01实施发布G/T 28695-2012 目次前言.1 1 范围2 规范性引用文件.3 符号.14 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力.2 4.1 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力的分类4.2 空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力.3 4.3 圆筒形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力34.4
2、 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45 各种系数的选取.4 5.1 加强箍系数45.2 焊接接头系数.5.3 开孔系数5.4 焊接接头及开孔系数5.5 鼓壁开孔引起的表现密度减小系数66 转鼓强度评定.6 6.1 圆筒形转鼓的环向总应力.6 6.2 圆锥形转鼓的环向总应力.7 6.3 材料的许用应力77 有限元分析方法应用的指导性原则77.1 基本原则.7 7.2 分析模型.77.3 分析软件.87.4 静强度校核88 疲劳强度评定.8附录A(资料性附录)转鼓强度计算公式汇总表附录B(资料性附录)离心机转鼓强度计算实例.11前言本标准按照GB/T1. 1二2009给出的规则起
3、草。本标准的附录A、附录B是资料性附录。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国分离机械标准化技术委员会(SAC/TC92)归口。本标准负责起草单位z天津大学、合肥通用机械研究院、四川大学。本标准主要起草人:谭蔚、张德友、陈志。GB/T 28695-2012 I GB/T 28695-2012 离心机转鼓强度计算规范1 范围本标准规定了离心机转鼓旋转时转鼓壳体的环向应力的计算、各种系数的选取、转鼓强度的评定、有限元分析方法应用的指导性原则以及疲劳强度评定。本标准适用于周向和轴向均匀承载的、厚度均匀的圆柱形或圆锥形的过滤转鼓或沉降转鼓的壳体。转鼓可带衬里、筛网或不带衬里、筛网。转鼓的材料必须
4、是成分均一的韧性金属材料，并在选材时已考虑到了操作温度、介质对材料的影响。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8/rl0.15; 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 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 228. 1金属材料拉伸试验第1部分z室温试验方法GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法JB 4732 钢制压
5、力容器分析设计标准JB/T 9095 离心机、分离机锻焊件常规无损检测3 符号下列符号适用于本文件。a.转鼓加强箍的高度，m;A.转鼓加强箍的横截面积，m2; b1 ,b2 :转鼓壁上相邻两孔的中心距，m;c.加强箍间距，m;d.开孔直径，m;e.加强箍的厚度(径向)，m;G:最大允许装料量(质量), kg; L转鼓有效高度，m;H.圆锥形转鼓母线长度，m;K.焊缝及开孔的系数;K1: 焊接接头系数;1 GB/T 28695-2012 K2、凡、K4:与开孔位置有关的转鼓壁开孔系数pm:筛网总质量，kg;N:转鼓母线上的孔数;N1:加强箍个数;n-l:转鼓材料的疲劳强度极限安全系数zq:鼓壁开
6、孔引起的表现密度减小系数;r.圆锥形转鼓小端内半径，m;rl:转鼓内半径或圆锥形转鼓大端内半径，m;r2 :转鼓壁平均半径或圆锥形转鼓大端平均半径，m;r3 :物料环的内半径，ffi;z:加强箍系数;z鼓壁交错孔连线间的夹角(见图2),C); 卢:圆锥形转鼓的半锥角，C);8:转鼓壁厚度，m;8, :筛网当量厚度，rn;Pl:转鼓材料的密度，kg/m3; P2 :物料或湿滤饼的密度(最大值),kg/m3; P3 :筛网或村里材料的密度，kg/m3; 1 :空转鼓旋转时转鼓壁的环向应力，MPa;2 :由均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力，MPa;的:由非均匀分布物料离心压力所引起的鼓壁的
7、环向应力，MPa;4 :筛网或衬里的质量对转鼓壁产生的环向应力，MPa;Rm:转鼓材料标准抗拉强度下限值，MPa;Rel (Rpo. 2) :转鼓材料标准常温屈服强度(或0.2%的延伸强度)，MPa;RD:转鼓材料在常温下经10万小时断裂的持久强度的平均值，MPa;t:转鼓壁内总的环向应力，MPa;:角速度，rad/sa4 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力4.1 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力的分类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、由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力两种情况。离心机转鼓结构示意图见图L2 GB/T 28695-2012 2r2 圄1离心机转鼓结构示意圄4.
8、2 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:的=10-EqoriJ. ( 1 ) 式中z对于开孔转鼓，q按公式(16)选取;对于不开孔转鼓，q=lo4.3 圄筒形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力圆筒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。4.3.1 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(2)或式(3)计算。4. 3. 1. 1 当物料密度P2已知时，z应按式(2)计算zz=10-Epzhh兰 ( 2 ) 4.3.1.2 当物料总质量已知时，的应按式(3)计
9、算:=10-6 X生旦i2 - -2M . ( 3 ) 3 GB/T 28695-2012 4.3.2 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:民2G(d一rD0=10一。x: .-_ ; .工 . . 3h(rf-rD ( 4 ) 4.3.3 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。圆筒形转鼓内筛网的当量厚度应按式(5)近似计算zs-m 一-s 21Cr1hpa 4.3.3.1 当筛网材料密度已知时，们应按式(6)计算:o_r飞且2(j4 =10- X己云干二4.3.3.2 当筛网材料的总质量已知时，叫应按式(7)
10、计算z4 =10-6 X旦旦旦12h 4.4 圄锥形转鼓内由物料等载荷离心压力产生的鼓壁环向应力. ( 5 ) . ( 6 ) . ( 7 ) 4.4. 1 对质量均布的物料载荷(如液体、能流动的物料等)产生的鼓壁环向应力应按式(8)计算:叫=106tpzdr1支手. ( 8 ) 4.4.2 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:8=m 1C(r1十r)Hp34.4.2.1 当筛网材料密度己知时，叫应按式(10)计算:o呵r2(j4 =1俨丛云4.4.2.2 当筛网材料的总质量己知时，4应按式(11)计算
11、z5 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。=10-6 X2mri 4(r1 +r)H 5.1.2 当装有加强箍时，加强箍的截面形状宜采用正方形或者矩形。5.1.3 加强箍的间距c不大于2.5交否，最上面加强箍截面距拦液板高度C1不大于1.2co 5.1.4 加强箍的材料应采用相同或者优于转鼓壁的材料。5.1.5 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。5. 1. 6 当不用加强箍时，加强箍系数取为Z=1o5.1.7 装有加强箍时，加强箍系数按式(12)计算:4 阻AZ=l+.:一h ( 9 ) . ( 10 ) . ( 11 ) . ( 12
12、 ) GB/T 28695-2012 5.2 焊接接头系数5.2. 1 考虑焊接对转鼓壁焊缝处强度的削弱，引入焊接接头系数K，o5.2.2 焊接接头系数根据JBjT9095中规定的转鼓焊缝检查及验收要求，按照检测方法、无损检测长度的比例确定，见表10检测方法焊接接头系数K，5.3 开孔系数表1焊接接头系数射线检测100%检测局部检测0.95 0.8 超声波检测100%检测0.8 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。应用开孔系数和表现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
13、值由式(13)、式(14)确定，使用时应采用下列K2、凡、K4值中的较小值。K? =b, -d z丁7-d K3 =v气71+tan2 式中:v夹角的函数，v，.， v可从表2中查出。d平百孟EE表2数筐V与夹角的对照表() 。2.5 5.0 7.5 10 12.5 V 1 0.999 0.996 0.992 0.986 o. 979 () 22.5 25 27.5 30 32.5 35 V 0.952 0.947 0.944 0.943 o. 944 0.948 () 45 47.5 50 52.5 55 57.5 V 1. 000 1. 014 1. 055 1. 093 1. 139 1
14、. 196 () 67.5 70 72.5 75 77.5 80 V 1. 588 1. 758 1. 981 2.282 2. 710 3.359 . ( 13 ) .( 14 ) 15 17.5 20 0.972 。.9650.958 37.5 40 42.5 0.955 0.966 0.981 60 62.5 65 1. 265 1. 350 1. 456 82.5 85 90 4.499 6.641 00 5 GB/T 28695一2012H ，。o . d d 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=KA
15、主二坐, h 5.3.4 当转鼓壁不开孔时，凡、K3、K4均为105.4 焊接接头及开孔系数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Kj, 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凡中的较小值与焊接接头系数几相乘。5.5 鼓壁开孔引起的表现密度喊小系数鼓壁开孔引起的表现密度减小系数接式(16)计算zbj b2 sin一旦14d2 q= bjb2 sina -4bjb2 sina 6 转鼓强度评定6.1 圄筒形转鼓的环向总应力. ( 15 ) . ( 16 ) 圆筒形开孔转鼓的环向总应
16、力应按物料载荷质量均布和质量非均布两种情况分别评定。如果转鼓内无筛网或筛板，则13.=0，或m=O。6. 1. 1 对于质量均布的物料载荷(如液体、能流动的浓浆等)，按式(17)计算zt = (j+2+4)/K :三. ( 17 ) 6 G/T 28695-2012 6. 1. 1.1 当物料密度已知时，按式(18)计算z2 r ? I ( d-rDr1 I 8,d 民=10-6X去whz2应+3万运(川6. 1. 1. 2 当物料总质量已知时，按式(19)计算:风=10-6X如lri+23主+茹6.1.2 对于质量非均布的物料载荷(如纺织品、毛皮等)，按式(20)计算:，=(1+3+)/K
17、当物料总质量已知时，按式(21)计算z. ( 19 ) . ( 20 ) 2 r 0 , G(d-rD I mr1 ，=10-6 X旦fqOlri+一一:7 . ( 21 ) it1 I 3MZ(d-d) I 2rr:MZ、对圆筒形元孔转鼓，环向总应力可按式(17)式(21)计算，式中的q=1，K=K1。6.2 圄锥形转鼓的环向总应力圆锥形开孔转鼓的环向总应力按式(22)计算z，=(1+2+4)/K【当物料密度己知时，按式(23)计算=. ( 22 ) (d-rDr1 asd tr, = 10-6 X去问lri+pzn叫+3了运(23 ) 对圆锥形元孔转鼓，环向总应力可按式(22)、式(23)
18、计算，式中的q=1，K=K1o6.3 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值。rO.50R.l = _. lO.33Rm . ( 24 ) 式中Rel是有明显屈服现象的钢材的标准常温屈服强度;对屈服点不明显的钢材，Rel用0.2%延伸强度RpO2或者奥氏体材料的1%延伸强度。奥氏体材料的1%延伸强度可以按照GB/T228.1规定的方法由试样实测确定。7 有限元分析方法应用的指导性原则7. 1 基本原则最适宜的方法是采用有限元分析方法来预测转鼓(或转鼓组件)的应力和变形，在此基础上进行强度评定。7.2 分析模型7.2. 1 分析模型应当考虑鼓
19、内物料对转鼓组件的离心压力以及随转鼓半径的变化。对带加强箍的转鼓，需要考虑在过盈量下的套合力。7.2.2 一般转鼓组件由多件组成，可直接建立包含转鼓壁、转鼓底和拦液板等零件的计算模型，并应当充分考虑各部件之间的相互影响。7.2.3 当采用轴对称模型时，结构、载荷以及约束条件均应当是轴对称的;采用经过简化的轴对称模型时，应当分析各种简化对分析结果造成的影响;当这种影响不可忽略时，应采用三维分析模型。7 GB/T 28695-2012 7.2.4 一般情况下，沿壁厚方向的单元数量应当不少于三个。在应力变化较大的位置、应力水平较高的位置或进行重点考核的位置应当使用更密的网格，使计算得到的结果是收敛的
20、。7.3 分析软件应当优先选择成熟的大型商业有限元分析软件。7.4 静强度校核静强度校核可以在线弹性分析的基础上，采用应力分类评价原则进行。应力分类方法可以参考JB 4732中的规定，但分析人员应当充分考虑到本标准对材料许用应力的取法与JB4732的区别，以避免得到过于保守的结果。8 擅劳强度评定8. 1 当转鼓(或转鼓组件)承受交变载荷作用时，应当考虑进行疲劳强度评定。8.2 在疲劳分析之前，应当首先确认结构的静强度能够得到保证。8.3 当实际应力变化幅度非恒定时，可以采用折算方法。8.4转鼓疲劳强度评定，优先采用JB4732中给出的疲劳设计曲线接式(25)进行强度评定。当JB 4732不能
21、满足需求时，可以按照GB/T3075的规定实际测定材料的疲劳曲线，经评定后使用。其中安全系数n二三1.20 8 RD rz_l =- t . ( 25 ) G/T 28695-2012 附录A(资料性附录转鼓强度计算公式汇总表A.1 环向总应力tA. 1. 1 圄筒形转鼓A. 1. 1. 1 圄筒形无孔转鼓物料接密度计，应按式(A.l)计算:2 r ?, ( d-rDr1 I .ri t=10-ut1ri+P22应+P3万(A.1 ) 物料接质量计，应按式(A.2)计算:A. 1. 1.2 圄筒形开孔转鼓=10-y4uri+KL+211 -11 , 2h22hZ 物料按密度计，应按式(A.3)
22、计算:.( A.2 ) 2 r ? , ( d-rDr1 I .d 风=10-6 X去whm+3万(A.3 ) 物料按质量计，应按式(A.的计算z俨10-6X丢qp1d+品+2号.( A.4 ) A. 1.2 圄锥形转鼓A. 1. 2. 1 圄锥形无孔转鼓物料按密度计，应按式(A.5)计算:2 r ?, (r-d)r1 I .d 风=10-6X瓮Arhzn叫+3了.(A.5 ) A. 1.2.2 圄锥形开孔转鼓物料接密度计，应按式(A.的计算:2 r ? I ( d-rDr1 I sri 矶=10-6X去lri+pz26叫+3了.(A.6 ) A.2 鼓壁厚度A.2.1 圄筒形转鼓A. 2.
23、1. 1 圄筒形无孔转鼓物料按密度计，应按式(A.7)计算:9 GB/T 28695-2012 8=p2 Cd- rDrl + 22弘8，d2Z(106 X Kl-P1rD .C A.7 ) 物料按质量计，应按式CA.的计算:A. 2. 1. 2 圄筒形开孔转鼓(命1+ mr1Z) C A.8 ) 2hZ(106 X Kl-z-Ari) 物料按密度计，应按式CA.的计算:s-P2 Cd- rDrl + 2写o38，d2Z(1 06 X Kl-z-qolri) .C A.9 ) 物料按质量计，应按式CA.10)计算:(Gr1 + mr1Z) 2hZ(106 X K，-2-qori) . C A.
24、 10 ) A.2.2 圄锥形转鼓A. 2. 2.1 圄锥形无孔转茧物料接密度计，应按式CA.11)计算:A.2.2.2 圄锥形开孔转鼓P2Cd-rDrl十2p38，d.cos .C A. ll) 2(106 X Kl-2-p1Ti)cosp 物料按密度计，应按式CA.12)计算:10 -P/d-rDrl十238，d.cos卢 C A. 12 ) 2(106 X K，-2一句old) COS B.1 圄筒形转鼓强度计算B. 1. 1 设计条件转鼓内半径Tl=0.4m; 转鼓平均半径T2=0.404 m; 物料环内半径=0.285m; 转鼓有效高度h=0.4m; 转鼓壁厚=0.008m; 加强箍
25、数目N1=2;附录B(资料性附录)离心机转鼓强度计算实例加强箍截面积A=ae=O.020XO. 018=3. 6X 10-4 m勺转鼓开孔数/开孔直径1020/，0.008m; 两相邻孔的中心距b1=0.040 m ,b2 =0.032 m; 转鼓壁上交错孔连线的夹角=51.320;转鼓转速=1500 r/min; 转鼓材料06Cr19Ni10，密度Pl=7930 kg/m3; 筛网材料的质量m=7.9kg，密度P3=7850 kg/m3; 处理物料的密度2=1360kg/m3(最大装料量135kg); 转鼓结构图见图B.LGB/T 28695-2012 11 GB/T 28695-2012
26、2r2 2r, 。哇8 2r1 圄B.1B. 1.2 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力B. 1.2.1 空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力1=10-6qorid .( B.1 ) q=1- 1Cd2/(4b1b2 sina) =1一X0.0082/(4 X O. 04 X O. 032 X sin51. 320) =0.949 7 式中:饵1tX1500=一一一一=157rad/s。30 30 将有关各值代入式(B.l): 1=10-6XO.949 7X7 930XO.4042X1572=30.298 MPa B. 1. 2. 2 圄筒形转鼓内由物料载荷离心压力产生的鼓壁环向应力对物料质量均布，且密度已知
27、时z2=10-6X2与r，阳一A. , 2v 1吁I2Z I N咱A 2X 3. 6 X 10-4 Z=l十一=1 + -:_:，u _. _U. = 1. 225 8h -, 0.008XO.4 12 .( B.2 ) 将有关各值代人式(B.2): r 0. 4z -0.285z l =10-6X1 360X157zXO.4X 1 ，. v:，vun 1=53.893 MPa 12X1. 225XO. 008 I B. 1.2.3 转鼓内筛罔引起的环向应力D.dz8 吨=10-bX己万式(B.3)中筛网的当量厚度8.按式CB.4)近似计算zGB/T 28695-2012 .( B.3 ) 7
28、.9 8.=一一一一一-,. v _ _ _ =0.001 m ( B. 4 ) 2r1hp3 2X O. 4 X O. 4 X 7 850 叭卢卢=斗=10川川OO. 008 X 1. 225 B. 1.3 转鼓强度评定圆筒形转鼓的环向总应力，=(1+z+4)/K ( B.5 ) 式中:K-一焊接接头及开孔系数，K为KhKZ、几中的最小值，或K为Kz、K3中的最小值与孔的乘积;K1 焊接接头系数，经100%射线探伤检验的转鼓焊接接头系数K1=0.95;Kz一一转鼓壁开孔系数，Kz= (b1 -d) /b1 = (0.04一0.008)/0.04=0.8; K3一一转鼓壁开孔系数，K3=V(b
29、z -d) /bz 0 V与的有关系数，由表2查得:=51.320时，V=1.075 0 K3 =V(bz -d)/bz =1. 075 X (0.032一O.008) /0. 032 = O. 806 最后取K=0.8。将有关各值代入式(B.曰:， = (30.298十53.893+ 3.159) /0.8 = 109.188 MPa 对奥氏体不锈钢06Cr19Ni10的，应取产生1%残余伸长时的应力，此值由试验测取，然后按6.3求出，要求t满足以下强度条件，即，=(1十z+4)/K 13 GB/T 28695一2012B.2 圄锥形转鼓强度计算B. 2.1 设计条件(见图B.2) 转鼓内半
30、径(圆锥大端)rl=0.6 m; 转鼓平均半径(圆锥大端)r2=0.612 m; 物料环的内半径(圆锥大端)r3=0.44 m; 转鼓壁厚度8=0.012m; 圆锥部分的半锥角卢=230;转鼓转速=975r/min; 2r2 圄B.2转鼓材料为Q245R，Rm=410 MPa ,Rel =245 MPa; 转鼓材料密度1=7 930 kg/旷;被处理物料的密度P2=1 500 kg/m3o 5 GB/T 28695-2012 B.2.2 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力B. 2. 2.1 空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力1=10-6qori2 .(B. 6) 式中zq 鼓壁开孔引起的表观密度减小系数，此
31、处圆锥形部分不开滤孔，q=l;一一角速度，=旦=三旦旦=102.1rad/sa 30 30 将有关各值代人式(B.的，即:1 =10-6 X 1 X 7 930 X O. 6122 X 102.12 =30.962 MPa B.2.2.2 圆锥形部分由物料载荷离心压力产生的鼓壁环向应力ri-r;l_1 1-6 ,/1 , /1 1:,/1 11), 2 ,/1 C/ 0.62 - O. 442 2 =10-6 X严叫石副=10-6X X 1 500 X 102.12 X O. 6 X 2 XV012;( s23a =70.666 MPa B.2.3 转鼓强度评定圆锥形部分的环向总应力t=(1+
32、2)/K 三式中zk 一一焊接接头系数，100%射线检验，取K1=0.95;一一材料的许用应力，取0.33Rm与0.50Rel两值中的小者。取J=122.50 MPa: O. 33Rm =0. 33 X 410 = 135.30 MPa O. 50Rel = O. 50 X 245 = 122.50 MPa t = (30.962 + 70.666)/0.95 = 106.977 MPa 本例题转鼓内无筛网。若转鼓内有筛网，则筛网的当量厚度应按式(B.7)近似计算:那么8.= m , rc(T1十r)Hp3.( B.7 ) N-ON|mmNH阁。国华人民共和国家标准离心机转鼓强度计算规范GB/
33、T 28695-2012 白* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1.25 字数31千字2013年1月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2013年1月第一版祷书号:155066. 1-45872定价21.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/T 28695-2012 打印日期:2013年1月22日F008AOO
