开孔分布对萃取机内鼓应力、应变影响的研究.pdf

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1、开孔分布对萃取机内鼓应力、应变影响的研究口龚俊口付传伟兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：为弄清开孔分布对多鼓式萃取机工作时内鼓应力、应变的影响关系，利用Pro／E建立几何模型。应用ANSYS有限元方法，得到了内鼓在常见几种开孔分布下的应力、应变云图，并进行了结果分析，为多鼓式萃取机内鼓开孔的优化提供了理论参考。关键词：萃取机开孔应力应变有限元分析中图分类号：TH123+．4文献标识码：B文章编号：1000—4998(2010)04—0032—02多鼓式萃取机是利用转鼓高速旋转使轻重两相液转鼓单位面

2、积上的压力为：体萃取分离的一种机械设备。萃取机在高速旋转时，由1P．7-÷∞。pR(1)于离心力的作用，内鼓会产生较大的应力和应变。现行式中：R为转鼓的半径；P为分离物料的密度；03为萃的分离机设计标准中，对开孔分布的选取方法，往往参取机正常工作时的角速度。照过滤式离心机，不能完全适用于液液分离设备——多2)转鼓自身的离心力，由于自身高速旋转产生一转鼓离心萃取机。而开孔分布是影响萃取机内鼓应力和个离心力：应变的一个重要因素。因此，为了提高多鼓式萃取机内P2=p2R。(2)鼓的承载能力和延长内鼓的使用寿命，采用

3、有限元方法式中：s为转鼓的厚度；P为转鼓的密度。对萃取机内鼓开孔分布进行研究，具有十分重要的意转鼓所受的总载荷：义。多鼓式萃取机的结构和512作原理如图1所示。P=P+P2(3)建立有限元分析模型应当在每个坐标轴方向至少给定一个约束，受约束节点的数量根据实际情况确定。本论文中对转鼓约束条件做了简化，设定转鼓两端的端面为固定约束，限制所有方向的位移。2萃取机内鼓的有限元分析2．1内鼓开孔平面模型的建立多鼓式离心萃取机内鼓开孔的分布形式主要有以下几种(如图2所示)。2．2开孔内鼓实体模型的建立多鼓式萃取机转鼓的材

4、料为1Crl8Ni9Ti。材料的1萃取机内转鼓载荷的简化及边界约束条件弹性模量为206GPa，泊松比为0．3，密度为3．85X10。的施加kg／m，。萃取机转鼓的半径为0．451TI，厚度为0．005m，转速为2000r／min。本文根据不同的开孔分布形式建离心萃取机旋转时，开孔转鼓的应力是由鼓壁金立了不同的转鼓模型，如图3所示。属的自身质量产生的离心力、液层所产生的离心压力2．3求解及结果后处理所引起的。在萃取机运行过程中，转鼓主要受以下两种应用ANSYS对施加载荷后的模型进行求解并进载荷：行后处理，得到各

5、种开孔分布时转鼓的应力和应变云1)高速旋转时物料产生的离心面压力，在萃取机图(如图4～图7所示)。加满液体的情况下，物料产生的压力达到最大值。这个压力沿鼓壁均匀分布，方向为垂直转鼓壁沿径向向外。3分析与结论各种开孔分布下，内鼓的最大变形量和应力的最收稿日期：2009~1z11月2010／4机械制造48卷第548期大最小值如表1所示：由表1可以看出，正方形开孔分布时转鼓的变形量表1各种开孔分布下内鼓的应力应变最大变形／mm最大应力／Pa最小应力／Pa一。：0I=角形开孔6．7l2909—360(a)正三角形开孔

6、分布的模型正方形开孔6．683ll8—440等腰三角形开孔9．03335l一918矩形开孔8．513l51—307最小，比正三角形开孔的转鼓变形量小O．03mm。等腰i⋯⋯(b)正方形并孔分希的模型三角形开孔和矩形开孔时，转鼓变形量明显过大。正三角形开孔分布时，转鼓最大拉应力比正方形开孔分布时小209Pa，最大压应力比正方形开孔分布的转鼓小▲图3萃取机转鼓实体模型80Pa，比矩形开孔分布的转鼓大53Pa。由各种开孔分布时转鼓的应力和应变云图可知，几种开孔分布的转鼓，都是两端开孔附近应力最大，转鼓中部变形量最大

7、。但正三角形和正方形开孑L分布时，jii『一一开孔附近的应力、应变量与周围区域相比，相差不大。(a)应力云图(b)应变云图矩形和等腰三角形开孔分布时，开孔附近的应力比周围区域明显增大。等腰三角形开孔分布时，转鼓两端的应力和应变量小于其它开孔分布的转鼓。综合各种因素分析，正三角形开孔分布时，转鼓的～萱一一1力学性能优于其它开孔形式的转鼓，转鼓面上的应力_分布也较均匀。但是转鼓的两端开孔附近出现了明显▲图5正方形开孔分布时转鼓的分析云图的应力集中。参考文献【I]张凯．多鼓离心萃取器的设计及理论研究[D]．兰州：兰

8、州_理工大学，2007．【2】龚俊，张凯，辛舟．离心分离机开孔转鼓的设计计算[J]．过(a)应力云图(b)应变云图滤与分离，2006，12(3)：31—33．▲图6等腰三角形开孔分布时转鼓的分析云图[3]周连刚，谭蔚．离心机开孔转鼓应力模拟计算与研究[J]_流体机械，2007，35(8)：19—21．[4】石建明，朱萍，程金凤．离心机转鼓开孔应力计算方法与比较[J]．化工机械，1996，23(5)：