- •1 Общие сведения о центрифугах
- •2 Классификация центрифуг
- •3 Характеристики разделяемых суспензий и эмульсий
- •4 Рекомендации по применению различных процессов центрифугирования
- •5 Центрифуги непрерывного действия
- •5.1 Центрифуги осадительные горизонтальные со шнековой
- •5.2 Центрифуги фильтрующие горизонтальны со шнековой
- •5.3 Центрифуги фильтрующие горизонтальные c пульсирующей выгрузкой осадка типа фгп
- •5.4 Центрифуги фильтрующие вертикальные с инерционной
- •6 Центрифуги периодического действия
- •6.1 Центрифуги автоматизированные фильтрующие и
- •6.2 Центрифуги фильтрующие и осадительные маятниковые
- •6.3 Центрифуги подвесные с верхним приводом и нижней выгрузкой осадка типов фпн, опн, фпд, фпс
- •7 Технологический расчет центрифуги
- •7.1 Установление связи свойств суспензии и основных
- •7.2 Расчет затрат энергии на центрифугирование
- •8 Механический расчет
- •8.1 Расчет валов на виброустойчивость
- •8.2 Расчет валов на жесткость
- •2 Расчёт на жёсткость
- •3 Расчёт на прочность
- •Литература
7.2 Расчет затрат энергии на центрифугирование
Полный расход энергии центрифуг периодического действия в пусковой период складывается из следующих затрат мощности:
- на раскручивание ротора центрифуги Nр;
- на раскручивание суспензии Nc;
- на преодоление трения вала центрифуги в подшипниках Nт;
- на взаимодействие вращающегося ротора с воздухом Nв.
Работа на разгон ротора Tр (в Дж), равная приобретенной им кинетической энергии, определяется по выражению
, (19)
где - масса ротора, кг;
- угловая скорость вращения ротора, рад/с. ;
R - внутренний радиус ротора, м.
Мощность (в Вт) на раскручивание ротора
, (20)
где - продолжительность пускового периода, с.
По практическим данным продолжительность пускового периода составляет от 1 до 3 минут. Для конкретного типа центрифуги можно принять из [2].
Работа раскручивания суспензии Тс (в Дж) определяется по выражению
. (21)
Обозначения величин указаны в пункте 7.1.
Мощность (в Вт) на раскручивание суспензии
. (22)
Мощность на преодоление трения вала центрифуги в подшипниках (в Вт)
, (23)
где mc - масса загружаемой суспензии, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
- коэффициент трения. Для обыкновенных подшипников с кольцевой смазкой = 0,07…0,1; для шариковых подшипников= 0,03 [7. С.103];
- окружная скорость вращения цапфы вала, м/с. ;
- радиус цапф вала, м.
Мощность на взаимодействие вращающегося ротора с воздухом (в Вт)
, (24)
где 10-3 - коэффициент, учитывающий овальность барабана;
- коэффициент местного сопротивления. На основе практических данных = 0,5…0,6 [6. С.403];
Rн - наружный радиус ротора, м;
- плотность воздуха, кг/м3.
Полная пусковая мощность
. (25)
Принимая 10…20% запас мощности и учитывая КПД передаточного устройства , установочная мощность электродвигателя для центрифуги составит
. (26)
Мощность на валу центрифуги в период работы, т.е. после завершения пускового периода, включает составляющие Nт и Nв и дополнительно N’, которая учитывает затраты энергии на раскручивание постоянно подаваемой суспензии Gc.
, (27)
где - массовый поток вводимой суспензии, кг/с;
- среднерасчетный квадрат радиуса.
. (28)
Полная мощность на рабочем ходу составит
. (29)
Полная мощность при выгрузке ротора (срезе осадка) определяется по выражению
, (30)
где Nос - расход энергии (в Вт) на срез осадка.
, (31)
здесь l - длина режущей кромки ножа, мм;
- толщина слоя осадка, мм;
- удельное сопротивление резанию, кгс/мм2;
- время среза, с.
Толщину слоя осадка () можно определить, зная объем осадка(уравнение(16)) и рассчитав внутренний радиус слоя осадка:
; (32)
. (33)
В центрифугах непрерывного действия с выгрузкой осадка пульсирующим поршнем мощность затрачивается на сообщение жидкости скорости вращения барабана (), на преодоление трения вала центрифуги в подшипниках (), на взаимодействие вращающегося ротора с воздухом () и на выгрузку осадка поршнем-толкателем ().
Для расчета ,ииспользуются уравнения (27), (23) и (24) соответственно. Расход энергии на выгрузку осадка (в Вт) определяется по выражению
, (34)
где - производительность центрифуги по осадку, кг/с;
- длинна хода поршня толкателя, м (максимальное значение хода поршня-толкателя составляет 1/10 длины ротора [3. С.130];
- коэффициент трения продукта о сито (для кристаллических веществ =0,32…0,54);
- коэффициент, учитывающий деформацию осадка при фильтровании;
x=0,8…1,0 - отношение времени холостого (обратного) и рабочего хода поршня;
,
где - объемная доля жидкой фазы в суспензии;
- объемная доля жидкой фазы во влажном осадке.
В приложении 1 приведены физические свойства некоторых продуктов; в приложении 2 - примеры технологического расчета центрифуг.