300×1000片材離心成型機設計
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畢業(yè)設計（論文）任務書
機械設計制造及其自動化 專業(yè)
機制1101班
學生：孟杰
畢業(yè)設計（論文）題目：300×1000片材離心成型機
畢業(yè)設計（論文）內容： 1.計算說明書一份
2.文獻綜述一份
3. A1圖紙6張
4.英文翻譯
畢業(yè)設計（論文）專題部分：
起止時間：2015.3.1～2015.6.3
指導教師： 簽字 年 月 日
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)論文文獻綜述
300×1000片材離心成型機文獻綜述
姓名：孟杰 班級：1101 指導教師：鄢得利
1 摘要
聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯 ,是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統(tǒng)稱。它是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外 ,還可含有醚、酯、脲、縮二脲 ,脲基甲酸酯等基團。
聚氨酯成型機是通過對聚氨酯加熱到熔融狀態(tài)，再靠離心機的離心原理將熔融的聚氨酯輸送到攪拌頭。經過高速強烈攪拌，使之料液均勻而噴出，形成所需產品。而離心成型技術是利用離心力成型管狀或空心筒狀制品的方法。通過擠出機或專用漏斗將定量的液態(tài)樹脂或樹脂分散體注入旋轉并加熱的容器(即模具)中，使其繞單軸高速旋轉(每分鐘幾十轉到兩千轉)，此時放入的物料即被離心力迫使分布在模具的近壁部位。在旋轉的同時，放入的物料發(fā)生固化，隨后視需要經過冷卻或后處理即能取得制品。在成型增強塑料制品時還可同時加入增強性的填料。離心澆鑄通常用的都是熔體粘度較小、熱穩(wěn)定性較好的熱塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯等。
離心成型時，聚氨酯填充模具型腔主要靠的是離心機旋轉時產生的離心力。離心力與質量成正比，與離心機轉速的平方成正比，與旋轉半徑成正比。因此，對某一規(guī)格的轉子而言，聚氨酯的質量和旋轉半徑是一定的，所以離心力的大小僅與離心機的轉速有關，增大或減少離心力，只須改變離心機的轉速即可。
在離心成型時，聚氨酯除了受到自身的重力作用外，主要是靠離心力的作用來填充模具型腔的，其填充方式是先填充遠離旋轉中心的型腔的外部，然后逐漸向心部填充完畢。因有離心力的存在，且它比重力大得多，所以聚氨酯的填充能力要比重力成型時強，只要離心機轉速適當，離心力的大小合適，生產出的轉子的質量就一定比澆注成型時形成的轉子要好得多。
2 聚氨酯、成型設備及其成型技術綜述
聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯 ,是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團 (ＮＨＣＯＯ )的大分子化合物的統(tǒng)稱。它是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外 ,還可含有醚、酯、脲、縮二脲 ,脲基甲酸酯等基團。
2.1 聚氨酯的應用
聚氨酯有很多用途。聚氨酯改變了服裝的風格，在我們的生活里發(fā)揮著作用。其代表產品有舒適、柔軟、具伸縮性及彈性設計自由的氨綸彈性纖維。在滑雪，游艇等運動用品方面，聚氨酯涂料以其優(yōu)良的耐磨耗及耐侯性而被選用。具有輕質，富于良好耐磨耗性的硬質泡沫用作滑雪板和沖浪板等的芯材，具有優(yōu)良彈性和耐磨耗性的聚氨酯彈性體被用作運動鞋的鞋底。在居室用品方面，聚氨酯應用制品展示著其舒適性。聚氨酯涂料使家具、鋼琴等樂器的表面具有美麗的光澤，起著牢固的保護作用。軟質泡沫被用作最常用的坐墊材料以及分散人體壓力的健康被褥。在廚房用品方面，硬質泡沫應用于電冰箱等的隔熱材。與塑料薄膜具有良好接著性的聚氨酯樹脂被用作食品包裝用膠粘劑。還有在凈水器的密封材、尿布及生理用品等方面的應用。對人體無害的聚氨酯彈性體在其用途方面也正在擴大。此外,在我們的生活中，聚氨酯人造革，合成革，發(fā)泡體等被制成包和鞋等，以其自然的風格和耐久性博得好評。促進電子工業(yè)的發(fā)展也是聚氨酯的使命。具有優(yōu)良耐磨耗性及附著性的聚氨酯膠粘劑在錄音/錄像帶、電腦用磁盤及卡和電子乘車票等制造過程中，被作為各種記錄媒體磁性材料的粘接劑，使記錄密度得到提高。此外，聚氨酯絕緣密封清漆被用于制造漆包線。紫外線固化型聚氨酯被制成光纖電纜。近年，聚氨酯膠粘劑還被應用于移動電話的印刷線路等方面，并不斷地被進一步開發(fā)應用以適應時代要求。聚氨酯對醫(yī)療事業(yè)的進步也正做出貢獻。聚氨酯彈性體因其特異的構造而具有優(yōu)良的人體適應性、粘合性和抗血栓性，被作為最佳的封端材料，運用于人工腎臟的中空細絲束的固定。并進一步改進其抗血栓性及人體適應性，積極地進行人工心臟和人工皮膚等方面的應用研究。汽車工業(yè)對未來汽車所做出的舒適性、安全性及節(jié)能等要求都離不開聚氨酯。具有隔熱及隔音功能的車頂材，具有舒適性要求的汽車坐墊，阻隔噪音及振動保持安靜空間的車底材料和密封材料。此外還有儀表盤、車門、安全氣囊、座椅靠背、擋泥板、減沖吸收劑、油封、不爆輪胎及涂料……各種聚氨酯制品被應用于汽車的各個角落。此外，還被制成輪胎防滑鏈，因其具有柔韌性、耐久性及不損害路面的特性而受到重視。另外，具有優(yōu)良耐久/耐候性的聚氨酯涂料也應用于摩托車、輕軌電車、新干線及船舶等的涂裝。在建筑/土木領域中聚氨酯也展示著其特性。住宅用硬質泡沫，作為最佳的隔熱材料，應用于墻體、地坪及屋頂等方面，大幅減少冷暖氣供應負荷，順應節(jié)能要求。聚氨酯涂料也因其具有優(yōu)良的耐侯性，被用于住宅裝修用外墻涂料。此外，運用其防水性、耐藥品性及適當的彈性，聚氨酯涂料作為醫(yī)院、體育館等建筑的地坪涂料，高層建筑和橋梁等的防腐涂料。聚氨酯還作為枕木和鐵軌間的緩沖材、建筑物屋頂等的防水密封材料及木質移動住宅用粘合劑被廣泛應用。并應用于全天候跑道和高爾夫球場的施工。聚氨酯也是不可缺少的工業(yè)用材料。例如，通過分子設計使磨耗強度達到最佳的彈性體，被應用于復印機和打印機等OA機器及造紙、制鐵、電鍍等用輥筒，并被制成各種用途的帶、管、片及薄膜材料。其加工技術的開發(fā)也十分活躍。另外,聚氨酯泡沫具有優(yōu)良的隔熱效果及耐久性，在LNG儲罐和地面儲罐設施中作為保溫材得到應用。聚氨酯粘結劑應用于木屑板及中密度板等木質纖維板生產，能避免在家庭內裝潢時有甲醛釋放而日益受到重視。
經過60多年的發(fā)展，聚氨酯已成為一種重要的合成樹脂品種。世界聚氨酯消耗量1999年估計達7.7Mt，2000年聚氨酯總產量達到8.5Mt。近年來亞太地區(qū)成為世界聚氨酯工業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)，而中國又是最具發(fā)展?jié)摿Φ膰?。據估計?998年聚氨酯制品總產量約為770Kt(扣除溶劑后約為555Kt)，2000年約為920Kt，預計到2005年聚氨酯材料需求量將達1.4～1.5Mt。
2.2 成型設備的種類
成型設備是炭和石墨制品生產過程中的主要設備之一。工廠里常用的成型設備有擠壓成型機、模壓成型機、等靜壓成型機和振動成型機。
擠壓成型機是炭素工業(yè)可供石墨電極成型的專用設備之一，對于電弧爐煉鋼用電極，由于其特殊工藝要求，因此大多數炭素廠采用擠壓成型機擠壓成型。工作原理將混捏機充分混捏好的電極糊料送到涼料機，涼到工作溫度后，1次或分兩次加入擠壓機料室，經壓實、抽真空，然后將料室回轉90度成水平狀態(tài)，主柱塞開始預壓，以便進一步使糊料中的粒子通過變徑段后都成周向排列，達到規(guī)定時間后抽出擋板，擠壓機開始擠壓，擠壓機前面的自動剪切機根據所需長度自動剪切，生坯電極即翻入冷卻錕道冷卻。擠壓機不停的連續(xù)擠壓，直至將料室中糊料擠壓完。
模壓成型機是炭素工業(yè)模壓高純石墨、高爐炭塊、石墨陽極等專用設備。它不需要像擠壓成型中糊料粒子都是呈定向排列，但制品的比壓一般要比石墨電極高，甚至達到40～100Mpa。工作原理將混捏好的糊料送到涼拌機，涼到工作溫度后出料，經電子秤按需下料，再經加料裝置將糊料加入型模，模壓后脫料，然后送入冷卻槽冷卻。
等靜壓成型機是粉末成型的專用設備，廣泛應用于粉末冶金、電碳石墨、絕緣材料和塑料工業(yè)等部門。工作原理利用液壓原理，在密閉容器中通過高壓液體，使壓力均勻地作用于裝有粉末的橡膠模具所有表面，通過模具使材料承受多向高壓，一起變形，壓制成型與模具形狀相同的制品。
振動成型機靠機械振動產生激振力，將糊料制成所需形狀的專用設備。工作原理將可塑性糊料加入振動臺上的模套中，靠振動臺下兩根轉速相同，方向相反，偏振子對稱布置的高速旋轉軸產生的激振力使模套中糊料呈流態(tài)化，借助于糊料頂部壓重使糊料迅速密實成型。調整旋轉軸上偏振子的角度獲得不同的激振力，調整轉軸的轉速獲得不同的振動頻率。振動成型機可用于生產方形的陽極塊、陰極塊，也可用于生產圓形的電極。
2.3 成型技術及離心設備
總的來說，聚氨酯成型機是通過對聚氨酯加熱到熔融狀態(tài)，再靠離心機的離心原理將熔融的聚氨酯輸送到攪拌頭。經過高速強烈攪拌，使之料液均勻而噴出，形成所需產品。而離心成型技術是利用離心力成型管狀或空心筒狀制品的方法。通過擠出機或專用漏斗將定量的液態(tài)樹脂或樹脂分散體注入旋轉并加熱的容器(即模具)中，使其繞單軸高速旋轉(每分鐘幾十轉到兩千轉)，此時放入的物料即被離心力迫使分布在模具的近壁部位。在旋轉的同時，放入的物料發(fā)生固化，隨后視需要經過冷卻或后處理即能取得制品。在成型增強塑料制品時還可同時加入增強性的填料。離心澆鑄通常用的都是熔體粘度較小、熱穩(wěn)定性較好的熱塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯等。
離心成型時，聚氨酯填充模具型腔主要靠的是離心機旋轉時產生的離心力。離心力與質量成正比，與離心機轉速的平方成正比，與旋轉半徑成正比。因此，對某一規(guī)格的轉子而言，聚氨酯的質量和旋轉半徑是一定的，所以離心力的大小僅與離心機的轉速有關，增大或減少離心力，只須改變離心機的轉速即可。
在離心成型時，聚氨酯除了受到鋁液自身的重力作用外，主要是靠離心力的作用來填充模具型腔的，其填充方式是先填充遠離旋轉中心的型腔的外部，然后逐漸向心部填充完畢。因有離心力的存在，且它比重力大得多，所以聚氨酯的填充能力要比重力成型時強，只要離心機轉速適當，離心力的大小合適，生產出的轉子的質量就一定比澆注成型時形成的轉子要好得多。
縱觀世界范圍，西方發(fā)達國家聚氨酯行業(yè)早已進入成熟發(fā)展時期，進入創(chuàng)新研究發(fā)展階段；亞洲市場增長迅速，眾多跨國化工企業(yè)已將業(yè)務重點和研發(fā)中心紛紛轉移至亞洲甚至中國市場；中東地區(qū)聚氨酯市場發(fā)展尚處起步階段。未來中國聚氨酯工業(yè)的發(fā)展將主要受五大方面的拉動，即人口總量、汽車工業(yè)、建筑節(jié)能、環(huán)保要求的提高以及休閑娛樂業(yè)?！笆晃濉逼陂g中國PU產品消費量，將保持15%的年平均增長率，屆時，中國將是全球最大PU產品制造和消費中心。
3 總結
聚氨酯（PU）樹脂是由異氰酸酯與多元醇反應制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復結構單元的聚合物。
3.1 聚氨酯產品的特點
聚氨酯材料，用途非常廣。聚氨酯產品具有以下特點：（1）能在潮濕或干燥的各種基面上直接施工（2）與基面粘結力強，涂膜中的高分子物質能滲入到基面微細細縫內，追隨型強（3）涂膜有良好的柔韌性，對基層伸縮或開裂的適應性強，抗拉性強度高（4）綠色環(huán)保，無毒無味，無污染環(huán)境，對人身無傷害（5）根據需要，可調配各種顏色（6）質輕，不增加建筑物負載。聚氨酯產品的需求量很大。我國的聚氨酯工業(yè)與發(fā)達國家相比還有很大的差距，主要是產量的差距且應用普及程度仍不高，工藝技術水平仍較低，特別是人均消費差距，中國只是德國的10％左右。
3.2 聚氨酯成型機的原理
工廠里常用的成型設備有擠壓成型機、模壓成型機、等靜壓成型機和振動成型機。而聚氨酯成型機是通過對聚氨酯加熱到熔融狀態(tài)，再靠離心機的離心原理將熔融的聚氨酯輸送到攪拌頭。經過高速強烈攪拌，使之料液均勻而噴出，形成所需產品。離心成型技術是利用離心力成型管狀或空心筒狀制品的方法。
3.3 聚氨酯產品的廢物利用
由于聚氨酯產品的需求量很大，所以會產生許多的聚氨酯產品的廢棄物。聚氨酯由于性能優(yōu)良和用途廣泛，發(fā)展十分迅速，因此其廢舊制品的回收處理不僅能夠有效保護環(huán)境，減少污染，而且能節(jié)省資源，變廢為寶。
聚氨酯廢棄物是僅改變廢棄物的物理形態(tài)后直接利用的方法，是目前聚氨酯廢棄物回收利用使用最廣泛的方法。物理法包括熱壓成型、黏合加工成型、擠出成型、用作填料等加工工藝。聚氨酯邊角料及廢舊料在應用前應首先切割或者粉碎，篩分得到所需粒度的小塊或者細粉。該法回收生產的制品性能較差，只適用于低檔制品。
聚氨酯廢舊品可以通過堿解法和熱解法可以得到再次利用的材料。堿解法指使用氫氧化鈉為分解劑使聚氨酯泡沫體產生分解反應而回收聚醚多元醇和二元芳胺的方法稱為堿分解法。熱解法指廢舊聚氨酯泡沫制品直接置于燃燒爐中在氧氣氛圍下部分燃燒，釋放出熱能，使尚未燃燒的泡沫體分解，從而得到聚醚多元醇等原料。
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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目： 3001000 片材離心成型機 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班 級： 機制 1101 學生姓名： 孟 杰 指導教師： 鄢 利 群 論文提交日期： 2015 年 6 月 3 日 論文答辯日期： 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 機制 1101 班 學生：孟杰 畢業(yè)設計（論文）題目：3001000 片材離心成型機 畢業(yè)設計（論文）內容： 1.計算說明書一份 2.文獻綜述一份 3. A1 圖紙 6 張 4.英文翻譯 畢業(yè)設計（論文）專題部分： 起止時間：2015.3.12015.6.3 指導教師： 簽字 年 月 日 摘 要 聚 氨 酯 全 稱 為 聚 氨 基 甲 酸 酯 ,是 主 鏈 上 含 有 重 復 氨 基 甲 酸 酯 基 團 的 大 分 子 化 合 物 的 統(tǒng) 稱 。 它 是 由 有 機 二 異 氰 酸 酯 或 多 異 氰 酸 酯 與 二 羥 基 或 多 羥 基 化 合 物 加 聚 而 成 。 聚 氨 酯 大 分 子 中 除 了 氨 基 甲 酸 酯 外 , 還 可 含 有 醚 、 酯 、 脲 、 縮 二 脲 ,脲 基 甲 酸 酯 等 基 團 。 聚 氨 酯 成 型 機 是 通 過 對 聚 氨 酯 加 熱 到 熔 融 狀 態(tài) ， 再 靠 離 心 機 的 離 心 原 理 將 熔 融 的 聚 氨 酯 輸 送 到 攪 拌 頭 。 經 過 高 速 強 烈 攪 拌 ， 使 之 料 液 均 勻 而 噴 出 ， 形 成 所 需 產 品 。 而 離心成型技術是利用離心力成型管狀 或空心筒狀制品的方法。通過擠出機或專用漏斗將定量的液態(tài)樹脂或樹 脂分散體注入旋轉并加熱的容器(即模具)中，使其繞單軸高速旋轉(每分 鐘幾十轉到兩千轉)，此時放入的物料即被離心力迫使分布在模具的近壁 部位。在旋轉的同時，放入的物料發(fā)生固化，隨后視需要經過冷卻或后 處理即能取得制品。在成型增強塑料制品時還可同時加入增強性的填料。 離心澆鑄通常用的都是熔體粘度較小、熱穩(wěn)定性較好的熱塑性塑料， 如聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯等。 離心成型時，聚氨酯填充模具型腔主要靠的是離心機旋轉時產生的 離心力。離心力與質量成正比，與離心機轉速的平方成正比，與旋轉半 徑成正比。因此，對某一規(guī)格的轉子而言，聚氨酯的質量和旋轉半徑是 一定的，所以離心力的大小僅與離心機的轉速有關，增大或減少離心力， 只須改變離心機的轉速即可。 在離心成型時，聚氨酯除了受到自身的重力作用外，主要是靠離心 力的作用來填充模具型腔的，其填充方式是先填充遠離旋轉中心的型腔 的外部，然后逐漸向心部填充完畢。因有離心力的存在，且它比重力大 得多，所以聚氨酯的填充能力要比重力成型時強，只要離心機轉速適當， 離心力的大小合適，生產出的轉子的質量就一定比澆注成型時形成的轉 子要好得多。 關鍵詞： 聚氨酯； 離心成型； 滾筒 Abstract Polyurethane full-called polyurethane is the main chain contains repeating urethane groups of molecules, collectively. It is an organic diisocyanate or polyisocyanate or polyol with two hydroxyl addition polymerization is made. Polyurethane macromolecules in addition to urethane, it can also contain ether, ester, urea, biuret, urea-based groups such as ester. Polyurethane molding machine is heated to melt through the state to rely on the principle of centrifuge transported to the melting of the polyurethane mixing head. After strong stirring speed, so that even the spray liquid, to form the desired product. The centrifugal molding technology is the use of centrifugal force forming tubular or hollow tubular products method. Through the extruder hopper or dedicated to quantitative liquid resin or resin dispersion into the rotation and heating container (is, mold), making it rotate around the axis high-speed (tens of per minute to two thousand rpm), then put incurs centrifugal force into the material distributed in the mold wall parts. Rotating at the same time, into the material cures, and then as needed through the cooling or post-processing that is able to obtain products. Enhanced the molding plastic products can also added to enhance the nature of filler. Centrifugal casting melt viscosities are usually smaller, better thermal stability of thermoplastics such as polyamide, polyethylene, polyurethane, etc. Centrifugal molding, polyurethane fill the mold cavity is the main centrifuge rotation by the centrifugal force generated. Centrifugal force is proportional with the quality, speed proportional to the square with the centrifuge, and the radius is proportional to. Therefore, a specification of the rotor, the polyurethane is a certain quality and radius, so the size of the centrifugal force only with the speed of the centrifuge, increase or reduce the centrifugal force, centrifuge speed can only change. In centrifugal molding, polyurethane except by their own gravity, the centrifugal force depends mainly on the role to fill the mold cavity, the fill mode is first filling away from the center of rotation of the external cavity, and then gradually to the heart of the Department of Tainting completed. Due to the presence of centrifugal force, gravity force and it is much larger, so the polyurethane molding filling capacity than gravity is strong, as long as the appropriate centrifuge speed, the centrifugal force of the right size to produce the quality of the rotor must be better than pouring molding form the rotor is much better. Key words: polyurethane; centrifugal molding; drum 目 錄 第一章筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 .1 1.1 筒體壁厚的計算 .1 1.2 筒體體積計算 .2 1.3 筒體質量計算 .2 1.4 筒體轉動慣量計算 .2 1.5 軸盤及轉動慣量的計算 .3 第二章電機的選擇 .6 2.1 類型 .6 2.2 功率計算 .6 2.2.1 啟動轉鼓等轉動件所需功率 N1 .6 2.2.2 克服轉鼓、物料與空氣摩擦所需的功率 N2 .6 2.3 選定 .7 2.4 工作原理 .7 2.4.1 工作條件 .7 2.4.2 負載特性 .7 2.4.3 離心式分離機 .7 2.4.4 外形及安裝尺寸 Y90S-6 .7 第三章帶輪的設計 .10 3.1 計算功率 Pa .10 3.2 選擇帶輪型號 .10 3.3 確定帶輪的基準直徑 D1、D 2 .10 3.4 驗算帶輪 V .10 3.5 確定中心距 A 和帶的基準直徑 Ld .11 3.6 驗算小帶輪上的包角 1 .11 3.7 確定帶的根數 Z .11 3.8 計算軸壓力 Q .12 3.9 帶輪材質 .12 3.10 小帶輪質量計算 .12 3.10.1 小帶輪的質量計算 .12 3.11 大帶輪質量計算 .13 3.11.1 1 部分質量計算 .13 3.11.2 2 部分質量計算 .13 3.11.3 總質量M .13 第四章軸的設計和校核 .14 4.1 軸的設計計算 .14 4.1.1 按彎扭合成強度計算軸徑公式 .14 4.1.2 按扭轉剛度計算軸徑的公式 .14 4.1.3 取軸徑 .14 4.2 軸的結構設計 .15 4.2.1 軸的強度計算 .15 第五章總質心的校核 .17 5.1 軸總質心的校核 .17 5.1.1 軸質量計算 .17 5.1.2 軸質心校核 .18 第六章軸承的選擇 .19 6.1 軸承的選擇、設計及壽命校核 .19 6.2 當量動載荷 .19 6.3 確定軸承壽命 .19 第七章鉚釘的計算 .21 7.1 取半圓頭鉚釘 .21 7.2 確定鉚釘的個數 .21 7.2.1 按鉚釘剪切強度計算 .21 7.2.2 按扭轉強度計算 .21 第八章成型機的生產流程及電氣控制 .22 8.1 生產流程 .22 8.2 電氣控制原理 .22 參考文獻 .24 致謝 .25 附錄 .26 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 1 第一章筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 圖 1.1 筒體 1.1 筒體壁厚的計算 當 /R0.1 時轉鼓的徑向力和軸向力應分別為 1=1+1=2R3K2/8(Kg/m2) （1- 1） =+=R22+2R3K/2=R22(1+0RK/2) （1- 2） 令 1=0/=1.5103/7850=0.19 =2n/60=23.141000/60=104.67m/s 0=R22=78500.150 2104.672=1935069.75 Pa 則上式 2=0（1+ 1KR/2） 按第三強度理論： max - min 1 （1-3） 在離心機轉鼓中周向總應力 2 為最大，其次是徑向總應力 1，最小為徑向其 值為 0。因此，圓筒形離心機轉鼓強度條件為 0（1+ 1KR/2） 1，轉鼓壁 的厚度為 01RK/2( 1-0)。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 2 = 1935069.750.190.187511/2(113106-1935069.75)=3.10mm 根據剛度條件取壁厚 =10mm 其中 筒體材料密度 0.785104Kg/m3 0物料密度 K轉鼓中物料系數 1 焊縫的強度系數 1 轉鼓材料的許用應力 113MPa 1.2 筒體體積計算 V1=h11（D 112-d12）+（D 122-d12）+（D 132-d12）+（D 142-d12）/4=3.14250（338 2- 3002）+(332 2-3002)+(3262-3002)+(3202-3002)/4=1.43510-2m3 V2=h2(d12-d22)/4=3.1410(3002-1202)/4=0.59310-3m3 V 筒 =V1+V2=1.43510-2+0.59310-3=1.49410-2m3 其中：h 11 每一段筒體高度 250mm h2筒體壁厚 10mm D11第一段筒體外徑 338mm D12第二段筒體外徑 332mm D13第三段筒體外徑 326mm D14第四段筒體外徑 320mm d1筒體內徑 300mm d1筒體內徑 300mm V1筒體壁體積 V2筒體底部體積 V 筒 筒體體積 1.3 筒體質量計算 筒體材料密度 =0.785104kg/m3 m=v （1- 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 3 4） 則 m 筒 =v 筒 =0.7851041.49410-2=117.28kg 1.4 筒體轉動慣量計算 J=m1(R12+r2)+m2(R22+r2)+ m3(R32+r2)+ m4(R42+r2)/2=0.578503.14250（338 2- 3002） (1692+1502)+(3322-3002)(1662+1502)+(3262-3002)(1632+1502)+(3202- 3002)(1602+1502)/4=2.808kgm2 1.5 軸盤及轉動慣量的計算 圖 1.2 軸盤 （)1 部分轉動慣量及體積計算 R1=35mm r=21mm h=20mm V1=R12h-r2h （1- 5） V1=3.1435220-3.1421220=0.49210-4m3 m1=v1 （1- 6） m1=7.851030.49210-4=0.386kg J1=m1（R 12+r2）/2 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 4 （1-7） J1=0.50.386（35 2+152）=0.00028kgm 2 ()2 部分轉動慣量及體積計算 R2=60mm R2=45mm r=21mm h=103mm V2=h（R 22+R2R2+R22） /3-r2h （1- 8） V2=3.14103（45 2+4560+602）/3-3.1421 2103=0.75510-3m3 m2=V2 (1-9) m2=7.851030.75510-3=5.927kg J2= m2+m2r2/2 3(R25-R2)20(R23-R2) (R2-R2)2+6h2(R2-R)2+h2 （1-10 ） J2=0.026kgm2 (）3 部分轉動慣量及體積計算 R3=115mm r=21mm h3=22mm V3=R32 h3-r2h3 （1- 11） V3=3.14115222-3.1421222=0.88310-3m3 m3=V3 （1- 12） m3=7.851030.88310-3=6.932kg J3=m3(R32+r32)/2 （1- 13） J3=0.56.932（115 2+212）=0.047kgm 2 ()4 部分轉動慣量及體積計算 R4=60mm r=21mm h4=20mm V4=R42h4-r2h4 （1- 14） V4=3.1460220-3.1421220=0.19810-3m3 m4=V4 （1- 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 5 15） m4=7.851030.19810-3=1.55kg J4=m4(R2+r2)/2 （1- 16） J4=0.51.55(602+212)=0.003kgm2 ()總質量及總轉動慣量 m=m1+m2+m3+m4=0.386+5.927+6.932+1.55=14.80kg J=J1+J2+J3+J4=0.00028+0.026+0.047+0.003 =0.00763kgm2 ()軸盤及筒體質心計算 I1=10mm I2= （1- h4R22+2R2r+3r2R22+R2r+r2 17） I2=5（60 2+26021+3212）/(60 2+6021+212)=7.02mm I3=11mm I4=10mm I 筒 1=329mm I 筒 2=12.5mm (）總質心 Is= （1-18） miximi Is=(100.386+7.025.927+116.932+101.55+329112.65+12.54.66)/(0.386+5.927+6. 932+1.55+112.65+4.66)=282.03mm ()總質量及總轉動慣量 m 總 =m 筒 +m 盤 =112.65+4.66=117.31kg J 總 =J 筒 +J 盤 =2.808+0.00763=2.816kgm2 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 1 章 筒體、轉盤質量及轉動慣量計算 6 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 2 章 電機的選擇 6 第二章電機的選擇 2.1 類型 需調速的機械對調速平和程度要求不高，且調速比不大時選擇變頻調速電動機。 載荷性質：平穩(wěn)。 生產機械工作狀態(tài)：斷續(xù)。 選擇異步電動機。 2.2 功率計算 啟動時間 t=120s 2.2.1 啟動轉鼓等轉動件所需功率 N1 = （2- 2n60 1） = =104.67m/s 23.14100060 N1= （2- J22000T1 2） N1=2.816104.672/(200060)=0.257kw 考慮其他轉動件功率增加 5%8%，取 5% 則 N1=0.257(1+0.05)=0.27Kw 2.2.2 克服轉鼓、物料與空氣摩擦所需的功率 N2 N2=11.310-6aL3(R04+R14) （2- 3） 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 2 章 電機的選擇 7 其中： R0=0.15m R1=0.169m L=1m a=1.29kg/m3 則 N2=11.310-6104.67311.29（0.15 4+0.1694） =0.022kw 需克服總功率 N 總 =N1+N2=0.27+0.022=0.292kw 2.3 選定 根據功率初選電機型號為 Y90S-6 三相異步電動機 2.4 工作原理 整臺電動機由拖動電動機、電磁轉差離合器、測速發(fā)電機和中止裝置組成。 2.4.1 工作條件 1 海拔不超過 1000m 2 環(huán)境溫度:-2040 oC 3 環(huán)境相對濕度大于 85%和灰塵爆炸的場合 2.4.2 負載特性 慣性體與電動機慣性的比較，其負荷的慣性較大者 2.4.3 離心式分離機 適合溫度：合適 技術數據（380V，50HZ） 同步轉速 n=1000r/s 額定功率 P=0.75Kw 2.4.4 外形及安裝尺寸 Y90S-6 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 2 章 電機的選擇 8 （a） （b） （c） （d） 圖 2.1 電機 機座號: 132M 凸緣號: FF265 極數: 2、4、6、8 安裝尺寸及公差|D|基本尺寸 : 24 安裝尺寸及公差|D|極限偏差 : (+0.018,+0.002) 安裝尺寸及公差|E|基本尺寸 : 50 安裝尺寸及公差|E|極限偏差 : 0.370 安裝尺寸及公差|F| 基本尺寸: 8 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 2 章 電機的選擇 9 安裝尺寸及公差|F| 極限偏差: (0,-0.036) 安裝尺寸及公差|G|基本尺寸 : 20 安裝尺寸及公差|G|極限偏差 : (0,-0.20) 安裝尺寸及公差|M: 165 安裝尺寸及公差|N|基本尺寸 : 130 安裝尺寸及公差|N|極限偏差 : (+0.016,-0.013) 安裝尺寸及公差|P : 200 安裝尺寸及公差|R |基本尺寸: 0 安裝尺寸及公差|R |極限偏差: 2.0 安裝尺寸及公差|S |基本尺寸: 12 安裝尺寸及公差|S |極限偏差: (+0.430,0) 安裝尺寸及公差|S |位置度公差: 1.5 安裝尺寸及公差|T|基本尺寸 : 3.5 安裝尺寸及公差|T|極限偏差 : (0,-0.120) 安裝尺寸及公差|凸緣孔數 : 4 外形尺寸|AC: 195 外形尺寸|AD: 160 外形尺寸|HF: 195 外形尺寸|L: 31 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 3 章 帶輪的設計 10 第三章帶輪的設計 3.1 計算功率 Pa 查得工況系數 Ka=1.2（負載啟動，載荷變動微小，工作日 1016 小時/ 日） 求得： Pa=Ka.P （3- 1） Pa=1.20.75=0.9kw 其中： P 電機標稱功率 0.75kw 3.2 選擇帶輪型號 據 Pa=0.9kw，n 1=1000r/min，確定為 Z 型帶 3.3 確定帶輪的基準直徑 D1、D 2 D1=71mm D2=D1 =71mm n1n2 其中： n1小帶輪轉速 n2大帶輪轉速 D1小帶輪直徑 D2大帶輪直徑 3.4 驗算帶輪 V V= （3- D1n601000 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 3 章 帶輪的設計 11 2） V=3.14711000/(601000)=3.72m/s25m/s 3.5 確定中心距 a 和帶的基準直徑 Ld （）根據公式 0.7（D 1+D2）a 02（D 1+D2） （3-3） 初取軸間距 a0：200mm （）確定基準長度 Ld=2a0+ （D 1+D2）+ （3- 2 （D1+D2）24a0 4） Ld=2200+ （71+71）=622.9mm 3.142 查表取 Ld=630mm 實際軸間距 aa0+（L d-Ld）/2 （3-5） a=200+（630-622.9 ）/2=203.6mm 安裝時所需的最小軸間距 amin amin=a-0.015Ld=203.6-0.015630=194.2mm 張緊或補償伸長所需最大軸間距 amax amax=a+0.03Ld=203.6+0.03630=222.5mm 3.6 驗算小帶輪上的包角 1 1=180- 57.3 （3- D2-D1 6） 1=180120 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 3 章 帶輪的設計 12 3.7 確定帶的根數 Z 根據 13-1-15 查取單根 z 帶額定功率 P0=0.30kw 單位增量 P0=0.002kw 包角修正系數 K=0.98 帶長修正系數 Kl=0.96 Z= （3- Pca(P0+P0)KKl 7） Z=0.9/(0.30+0.002)0.980.96=3.17 為安全起見，應取 V 帶的根數為 4 根 計算單根 V 帶的預緊力 F0= ( )+mv2 （3- 500PcaZv 2.5-KK 8） m 查表 13-1-2 取 m=0.1 F0=5000.9(2.5-0.98)/(37.480.98)+0.17.482=36.70N 3.8 計算軸壓力 Q Q=2ZF0sin （3- 12 9） Q=2436.70sin90=293.6N 3.9 帶輪材質 當 v20m/s 時，可以采用 HT200 鑄造帶輪，不允許有砂眼、裂紋、縮孔及氣泡。 退火消除應力。 3.10 小帶輪質量計算 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 3 章 帶輪的設計 13 圖 3.1 小帶輪 3.10.1 小帶輪的質量計算 D1=0.071m h1=0.05m =7.85103kg/m3 d0=0.024m m1= =3.14(0.0712-0.0242)0.057.85103/4=1.38kg (D12-d02)h14 3.11 大帶輪質量計算 圖 3.2 大帶輪 將帶輪分為兩個部分計算: 3.11.1 1 部分質量計算 D1=0.071m h1=0.05m =7.85103kg/m3 d0=0.042m m1= （3- (D12-d02)h14 10） m1=3.14(0.0712-0.0422)0.057.85103/4=1.01kg 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 3 章 帶輪的設計 14 3.11.2 2 部分質量計算 d2=0.052m h2=0.006m =7.85103kg/m3 d0=0.042m m2= （3- (d22-d02)h24 11） m2=3.14(0.0522-0.0422)0.0067.85103/4=0.03kg 3.11.3 總質量m m=m1+m2=1.01+0.03=1.04kg G=mg=1.049.8=10.19N 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 4 章 軸的設計和校核 14 第四章軸的設計和校核 軸的材料：45#，調制處理。 b=640MPa =355MPa 彎曲疲勞極限： -1=275MPa 剪切疲勞強度極限： -1=155MPa 4.1 軸的設計計算 計算直徑 d機械設計手冊第三版 第二卷 表 6-1-5 4.1.1 按彎扭合成強度計算軸徑公式 T=955 (4-1) Pn T=95500.75/1000=7.16Nm M=FRa=mga (4-2) M=117.319.80.2=229.9Nmm 查表 6-1-1 得 -1=60MPa d=21.68( ) (4-3)TM1 2/2+）（ d=21.68229.92+(0.67.16)20.5/601/3=33.93mm 4.1.2 按扭轉剛度計算軸徑的公式 查表 6-1-4 得 =0.5 d=9.3(T/) 1/4=9.3(7.16/0.5)1/4=18.1mm 4.1.3 取軸徑 為安全起見，取軸徑 d=40mm 軸上有鍵槽將軸徑增大 5% d0=（1+5% ）d= （1+5%）40=42mm 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 4 章 軸的設計和校核 15 取整得 d=42mm 4.2 軸的結構設計 圖 4.1 軸及其受力分析 a、 擬定軸上的零件裝配方案 b、根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 4.2.1 軸的強度計算 =20 Ft=2T1/d （4- 4） Ft=27.16103/55=260.4N Fr=Fttan （4- 5） Fr=260.4tan20=94.78N F=Fr+G 帶 +Q （4- 6） F=94.78+11.07+367=472.85N 根據受力方程式: R A+RB=472.85+681.22=1154.07N 110472.85+681.221321.5-RA393-RB1047=0 解得：R A=346.32N RB=807.75N 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 4 章 軸的設計和校核 16 圖 4.2 剪力圖 圖 4.3 彎矩圖 圖 4.4 扭矩圖 B 截面是危險截面 = （4- 1W2M2+T2 7） 取=100 W=D3/32 d( )1/3=32(924195.52+267402)0.5/(1003.14)1/3=45.50mm(32 . 合格 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 5 章 總質心的校核 17 第五章總質心的校核 5.1 軸總質心的校核 5.1.1 軸質量計算 圖 5.1 軸質心 m= D2h （5- 4 1） D=0.042m h=0.025m =7.85103kg/m3 m1 軸 = D2h= 0.04220.0257.85103=0.272kg 4 3.144 D=0.042m h=0.165m =7.85103kg/m3 m2 軸 = D2h= 0.04220.1657.85103=1.79kg 4 3.144 D=0.05m h=0.178m =7.85103kg/m3 m3 軸 = D2h= 0.0520.1787.85103=2.74kg 4 3.144 D=0.055m h=0.011m =7.85103kg/m3 m4 軸 = D2h= 0.05520.0117.85103=0.205kg 4 3.144 D=0.075m h=0.604m =7.85103kg/m3 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 5 章 總質心的校核 18 m5 軸 = D2h= 0.07520.6047.85103=20.94kg 4 3.144 D=0.055m h=0.011m =7.85103kg/m3 m6 軸 = D2h= 0.05520.0117.85103=0.205kg 4 3.144 D=0.05m h=0.179m =7.85103kg/m3 m7 軸 = D2h= 0.0520.1797.85103=2.76kg 4 3.144 D=0.042m h=0.075m =7.85103kg/m3 m8 軸 = D2h= 0.04220.0757.85103=0.82kg 4 3.144 5.1.2 軸質心校核 算得 m 筒 =117.28kg x 筒 =1000-272.32=727.68mm Is= （5- mixmi 2） Is=(117.28727.68+12.50.272+501.79+1892.74+283.50.205+59120.94+898.50.2 05+993.52.76+1121 0.82)/(117.28+0.272+1.79+2.74+0.205+20.94+0.205+2.76+0.82)=695.40mm 經校核質心在軸承上可以保證筒體轉動平穩(wěn)。 軸合格。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 6 章 軸承的選擇 19 第六章軸承的選擇 6.1 軸承的選擇、設計及壽命校核 由于轉數較高，沒有軸向力，故選擇深溝球軸承。初選軸承型號為 6011，根據 機械設計手冊第三版第二卷表 7-2-43 查得 Cr=26.7KN ,C0r=20.1KN。 6.2 當量動載荷 由于無軸向力 故 A1=A2=0 A1/R1=0e，A 2/R2=0e X1=X2=1,Y1=Y2=0 則有 P1=X1R1+Y1A1=R1=346.32N P2=X2R2+Y2A2=R2=807.75N 6.3 確定軸承壽命 P2P 1 按軸承 2 的受力大小計算軸承壽命。 球軸承的壽命指數 =3，根據軸承的工作條件查表 7-2-4，7-2-5 ，7-2-6，7-2-7 得 fh=1.730，f n=0.322，f d=0.322，f T=1.0，由于力矩負載較小，f m 取 1.5。 則基本額定動負荷計算值 C= P （6- fhfmfdfnfT 1） C= 807.75 1.7301.50.3220.3221 =2096.11N C0r 此值小于初選的 6011 型軸承的基本額定動載荷（20.1KN）故初選軸承合適。 軸承壽命計算： 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 6 章 軸承的選擇 20 L10h= ( ) （6-2） 10660nftCP L10h= (1.02096.11807.75)3=291.25h 106601000 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 7 章 鉚釘的計算 21 第七章鉚釘的計算 7.1 取半圓頭鉚釘 選取鉚釘直徑 d=16mm 精裝配（以保證筒體的轉動平衡、動平衡性好）d 0=17mm 7.2 確定鉚釘的個數 7.2.1 按鉚釘剪切強度計算 Z= （7- 4Fmd02p 1） F=T/R=7.16/0.17=42.12KN m=1 d0=17mm p=145MPa Z= =（442.1210 3）（3.14117 2145）=1.28 4Fmd02p 7.2.2 按扭轉強度計算 Z= （7- Fd0p 2） Z=（42.1210 3） （1710325）=0.76 為安全起見以及保證轉動平穩(wěn)，取 4 個鉚釘。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 8 章 成型機的生產流程及電氣控制 22 第八章成型機的生產流程及電氣控制 8.1 生產流程 圖 8.1 生產流程圖 8.2 電氣控制原理 圖 8.2 控制原理圖 機器主要通過 PLC 實現對溫度、變頻調速電機的自動化控制。當加熱器把滾筒 內溫度加熱到大于等于 120 度時，溫度信號通過一體化溫度變送器、A/D 轉換模塊 傳送到 PLC 內，PLC 通過執(zhí)行控制程序，將加熱器斷開，并延時 30s（留出時間放 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第 8 章 成型機的生產流程及電氣控制 23 料）后啟動變頻調速電機（提前將其額定轉速設定為 1000r/min） ，待電機穩(wěn)定工作 一段時間后，當滾筒內溫度降到小于等于 30 度時，PLC 通過執(zhí)行程序，將使電機停 止轉動。然后將筒狀片材取出，然后再進入下一個工作循環(huán)。 圖 8.3 電氣部件連接圖 圖 8.4 控制程序 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 24 參考文獻 1北京化工大學,華南理工大學.塑料機械設計M.北京 :北京輕工業(yè)出版社,1983. 2成大先.機械設計手冊M.北京:北京化學工業(yè)出版社,2001:188-196. 3北京化工大學,華南理工大學.塑料機械液壓傳動設計M.北京:北京輕工業(yè)出版社,1983. 4黎啟白.液壓元件手冊M.北京:北京冶金工業(yè)出版社,機械工業(yè)出版社,2000. 5大連機械塑料研究所.橡膠塑料機械產品樣本M.大連 :機械工業(yè)出版社,2002. 6張玉,劉平.幾何量公差與測量技術M.沈陽:東北大學出版社,2006:17-120. 7趙蕓蕓.機械設計M.北京 :化學工業(yè)出版社,2011:83-87. 8田健.材料力學M.北京 :中國石化出版社,2007:39-140. 9楊慧娣.中國聚氨酯工業(yè)概況與進展J.中國塑料與橡膠 ,1996:65-66. 10柴國梁.中國聚氨酯工業(yè)現狀與發(fā)展（一）J.上海 :上?；?2003:41-44. 11高春甫.三菱可編程控制器M.北京:機械工業(yè)出版社,2006:8-23. 12劉朝儒.機械制圖M.北京 :高等教育出版社,2006:604-616. 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 25 致謝 經過幾個月的忙碌，畢業(yè)設計已經圓滿結束，非常感謝鄢利群老師在我大學的 最后學習階段畢業(yè)設計階段給自己的指導，從最初的定題，到資料收集，到設 計，他給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我們的畢業(yè)設計計，他放棄了自 己的休息時間，在設計過程中，我多次得到鄢利群老師的辛勤指導和無私的幫助。 在這次畢業(yè)設計的過程中我深深的感受到這位老師是對學生負責的好老師，同樣在 指導我們畢業(yè)設計這一過程中，老師工作兢兢業(yè)業(yè)，對我們進行全程指導，只要我 們有什么疑難問題，隨時請教他都能耐心講解，給我們一個滿意的答復。當我們有 時候因為貪玩而沒有完成本周的任務時，老師就會嚴格的督促，我知道這是老師的 關心。感謝鄢老師的辛勤指導。他的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向 他表示我誠摯的謝意。同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指 導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正 是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并 祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 26 附錄 物理參數對氣體離心機分離效率的影響 應純同 張存鎮(zhèn) 傅瑞峰 魏錦華 清華大學工程物理系 北京 100084 摘要： 提高氣體離心機的分離效率是鈾同位素分離的主要目標之一。鈾同位素的分離對離 心機的效率的提高可以提供很大的幫助。氣體離心機的分離效率受許多參數影響。 一些物理參數，例如在離心機氣缸筒壁上的超濾壓力、垃圾鏟的位置、離心機氣缸 筒壁上的溫度分布、進入氣體離心機的物料的方向等都被選定為變量來優(yōu)化氣體離 心機的分離效率。優(yōu)化是基于分析和實驗結果進行的。局部分離效率的分布對于描 述氣體離心機的分離現象是一個很好的方法。 關鍵詞：局部分離效率；氣體離心機；優(yōu)化。 引言： 目前迫切需要提高氣體離心機對于鈾同位素分離的分離效率。分析氣體離心機局部 分離效率分布是解釋分離性的功率密度的損失的有效方法，并且能確定提高分離效 率的方向。這篇文章給出了一些例子說明局部分離效率等高線圖。這些等高線圖可 以解釋分離現象。 一些物理參數，例如在離心機氣缸筒壁上的超濾壓力，垃圾鏟的位置，離心機氣缸 筒壁上的溫度分布，和進入氣體離心機的物料的方向都被研究過了。離心機的優(yōu)化 設計基于這些參數進行解析和實驗研究。增加的氣體離心分離效率是非常重要的， 能夠提供很大的好處。 1.氣體離心機的局部分離效率 假設有一個氣體離心機它以一個非常高的轉數繞著垂直軸旋轉。應用圓柱坐標 （r，z ） 。氣體離心機分離能力的概念是 K.Cohen 引進的。在圓柱坐標（r，z ）上離 心功率表示為 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 27 (1)CJRv22)1( 在這里 C 是理想同位素含量，在鈾同位素分離的情況下，它代表 的濃度。J 是U235 的擴散通量向量。根據動力學理論U235 (2)PMCDJln)1( 這里 是混合密度，D 是自擴散系數，M 是混合物的分子質量，m 是兩個同 位素質量差，P 是壓力。當忽視熱擴散時方程（ 2）是正確的。 存在一個分離性的功率密度最大值 (3)2)(max rRTv 這里 是角速度，R 是氣體常數。T 是溫度。 氣體離心機的局部分離效率是應純同確立的： (4)maxv 這里在圓柱坐標中 是實際分離性的功率密度根據這個公式可以得到下面的表達式R (5)2)(12 )()1(0 224max rDrde rCrrCaCaICFva 其中 是流函數， 是配置的效率， 是流通效率， 是非理想的效率。 是FCeIear 離心機的圓柱半徑 0 22RTMarzdpv02 (6) arLCP02)1( ; ; a arFde02421meC)2(Ie 其中 是角速度， 是氣體混合物的軸向速度， 是在 z 方向的混合物凈流量，ZvP 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 28 是在 z 方向的光同位素的凈流量，2L 是內部流動的規(guī)模不考慮軸向速度的標志，LP m 是流通數量，并且 是一個關于 r 和 z 的函數， , 和 是關于 z 的函數。FeCI 氣體離心機的分離效率 E 是： (7)maxU 其中 是氣體離心機的分離功率，它是由計算或實驗獲得， 是氣體離心maxU 機理論上的最大分離性能力氣體離心機的局部分離效率和分離效率的關系是 max0)2(maxUrdzREZrVa （8） 其中 Z 是氣體離心機的長度。 氣體離心機的理論最大分離能力 (9)2)(20maxmax ZRTrMDrdzRUaZrVa 氣體離心機中的流場，必須了解 的分配來劃分局部分離效率的等高線。數值Zv 模擬和分析方法已被用于解決流場的控制方程。分析方法便于優(yōu)化物理參數。魏錦 華用和 Wood 相似的方法，用一些例子計算流場。從上面列出的表達式可知，在知 道在氣體離心機流場后，可以得到局部分離效率和氣體離心機分離效率。 這有幾個驅動器，能介紹氣體離心逆流循環(huán)。為簡單起見考慮三個驅動器。它 們是墻體熱驅動器，端蓋的熱驅動器和舀驅動器?？紤]一個邊緣速度大約為 500m/s 的氣體離心機。 1) 墻體熱驅動器 只考慮墻的熱驅動器，并假設在墻壁上溫度分布是一個軸向位置的線性函數， 局部分離的優(yōu)化設計效率等高線如圖 1 所示，在圖中的橫坐標是相對徑向位置，垂 直坐標相對軸的位置。驅動器的幅度可能會更改，以獲取最大的氣體離心分離。對 于墻體熱驅動器氣體離心機的最高分離效率 E 等于 23.6%。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 29 圖 1 墻體熱驅動器局部分離效率等高線 2) 端蓋 的熱驅動器 圖 2 所示端蓋的熱驅動器等高線情況。物理參數，如周邊速度，物料流速等等 與圖 1 是相同的。只有驅動器與在前一個例子中用的墻體熱驅動器是不同的。對于 端蓋的熱驅動器氣體離心機的最高分離效率 E 等于 27.5%。高于墻體熱驅動器。 圖 2 端蓋的熱驅動器局部分離效率等高線 對于墻體熱驅動器，輪廓線比端蓋的熱驅動器的情況更接近墻。原因是為隔離 墻的熱驅動下軸向速度分布接近墻，邊緣分離效率較低。對于這兩種情況下邊緣分 離效率的軸向函數如圖 3 和圖 4 所示。在圖 4 中表明端蓋的熱驅動器的邊緣分離效 率是 40%左右。圖 3 表明墻體熱驅動器的邊緣分離效率大約是 30%。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 30 圖 3 墻體熱驅動器的氣體離心機的分離效率分配 EF-邊緣效率 EC-流通效率 EI-非理想 EZ-截面效率 圖 4 端蓋熱驅動器的氣體離心機的分離效率分配 3) 所有驅動器存在的模式 為優(yōu)化設計，如果所有驅動方式被認為是分離效率輪廓。 圖 5 和圖 6 所示墻體 熱驅動器，端蓋的熱驅動器，舀驅動器。圖 5 所示局部分離效率的等高線圖。圖 6 表示分離效率分配。氣體離心機的分離效率 E.是 46.8%。如圖 5 所示，等高線移向 氣體離心機的核心。除了非理想情況的所有的效率都高于例 1）和例 2）情況（參見 圖 6 和圖 3 圖 4 比較） 。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 31 圖 5 例 3）的等高線圖 2.一些物理參數 對分離效率的影響 在氣體離心機中有許多參數。我們的目標是增加氣體離心分離效率。然而，有 許多參數影響分離效率。一些參數的變化對分離效率的影響已被調查分析和實驗研 究。 圖 6 例 3)中氣體離心機分離效率分配 1) 壁壓 力 壁壓力對于提高分離效率是一個重要的參數。由于給定壁壓力，驅動器參數優(yōu) 化給氣體離心機提供了分離效率的最佳值。圖 7 所示是氣體離心機中壁壓力和優(yōu)化 的分離效率的關系。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 32 圖 7 分離效率對壁壓力的依賴性 圖 8 分離效率對廢物位置的依賴性 氣體離心機的最佳分離效率。由于壁壓力分離效率為 43.0%，當壁壓力是 8kpa 時，壓強為 4kpa 并且提高 48.0%，實驗數據表明，趨勢是正確的。越高的壁壓力越 能提高分離效率。 2) 垃圾鏟 的位置 垃圾鏟的徑向位置是另一個重要的參數。圖 8 中表示了分離效率和垃圾鏟的位 置的關系。由于所給的垃圾鏟的徑向位置，驅動器參數優(yōu)化提供給氣體離心機分離 效率的最佳值。當垃圾鏟的徑向位置從 0.90 變到 0.85 時，分離效率由 42.2%提高到 46.6%。圖 9 和圖 10 分別表示了徑向位置等于 0.90 和 0.85 的等高線圖。注意等于 0.85 的圖，等高線移向核心。特別是在右下角物料以下的領域。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 33 圖 9 廢棄物徑向位置 的等高線圖90.ar 圖 10 廢棄物徑向位置 的等高線圖85.0ar 3) 墻壁溫度分布 離心機筒壁上的溫度分布也影響分離效率。對于筒壁的線性溫度分布，最佳分 離效率為 46.8。由于軸向溫度分布沒有任何限制，最佳的溫度分布提供了一個更 高的分離效率為 48.3。 最佳溫度分布，圖 11 所示是非線性的。由于較高的溫度略低于在氣體離心機中 心的物料點。較高的溫度應低于潰點，以增加在該地區(qū)的流通時，通常會如下。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 34 圖 11 優(yōu)化溫度分布 4) 空心直徑產品擋板 空心直徑產品擋板該產品擋板有兩個功能：防止產品舀引起循環(huán)趨勢和提供足 夠的產品流量?？斩吹闹睆綉M可能小。在我們的例子中，參數 應)1(22arA 該近似為 8（ ） 。分離效率可能會增加大約 5。實驗數據顯示，)2(2RTrMAa 氣體離心分離效率隨著空心直徑的減少而增加。 5) 進入氣體離心機的物料流動方向 物料流動方向也是一個重要的參數。通過確定最佳的方向，分離效率實驗性地 增加了 5，當然，如果氣體離心機比較短，物料流動方向將會更加影響分離效率。 3.總結 1) 局部分離效率的概念是有助于理解氣體離心分離現象。 2) 物理參數優(yōu)化可顯著提高分離效率，很容易提供良好的利潤。 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 35 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 36 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 37 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 38 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 附錄 39
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