国家标准 GB/T28695一2012 离心机转鼓强度计算规范 Standardiofstrengthcaleulationforcentrifugal drum 2012-09-03发布 2013-03-01实施国家质量监督检监检疫总局发布国家标准花管理委员会国家标准
GB/T28695一2012 目次前言范围规范性引用文件符号转鼓旋转时鼓壁内的环向应力转鼓旋转时鼓壁内的环向应力的分类空转鼓旋转时鼓壁内的环向应力 4.2 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各种系数的选取加强箍系数 5.1 5.2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鼓壁开孔引起的表观密度减小系数转鼓强度评定 6.1圆筒形转鼓的环向总应力 6.2圆锥形转鼓的环向总应力材料的许用应力 6.3 有限元分析方法应用的指导性原则 7.1基本原则 7.2分析模型 7.3分析软件 7.4静强度校核疲劳强度评定附录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
GB/T28695一2012 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准的附录A附录B是资料性附录本标准由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)归口本标谁负责起草单位天津大学、合肥通用机械研究院,四川大学本标谁主要起草人谭蔚,张德友、陈志
GB/T28695一2012 离心机转鼓强度计算规范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/r>0.15 b负荷转鼓的动能小于750J; 用电动机驱动的家用脱水机: d)转鼓圆周速度大于300m/s 专用于核工业领域的高速离心机 e 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/T228.1金属材料拉伸试验第1部分;室温试验方法 GB/T3075金属材料疲劳试验轴向力控制方法 JB4732钢制压力容器分析设计标准 JB/T9095离心机,分离机锻媒件常规无损检测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,tm'; b,b;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; ;加强箍的厚度(径向),m; G最大允许装料量(质量),kg h: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 K;焊接接头系数;
GB/T28695一2012 K,KK.:与开孔位置有关的转鼓壁开孔系数; m;筛网总质量,kg; N:转鼓母线上的孔数 N;加强箍个数; n转鼓材料的疲劳强度极限安全系数 q;鼓壁开孔引起的表观密度减小系数 !;圆锥形转鼓小端内半径,m; 转鼓内半径或圆锥形转鼓大端内半径,m 转鼓壁平均半径或圆锥形转鼓大端平均半径,m 广;物料环的内半径,m; Z:加强箍系数; a;鼓壁交错孔连线间的夹角(见图2),("): 8;圆锥形转鼓的半锥角,(); 0转鼓壁厚度,m; o.:筛网当量厚度,m; 转鼓材料的密度,kg/m m' 物料或湿滤饼的密度(最大值).kg/m; 筛网或村里材料的密度,kg/m'; 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 O7 分布物料离心压力所引起的鼓壁的环向应力,MPa; 均习分筛网或衬里的质量对转鼓壁产生的环向应力,MPa G R:转鼓材料标准抗拉强度下限值,MPa; R. CR.w);转鼓材料标准常温屈服强虚(或0.2%的延伸强虚),MPai 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; ;转鼓壁内总的环向应力,MPa; o o;角速度,rad/s 转鼓旋转时鼓壁内的环向应力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1
GB/T28695一2012 2r 2B 图1离心机转鼓结构示意图 4.2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 o=10着×gprw 式中;对于开孔转鼓,9按公式(16)选取;对于不开孔转鼓,q=1 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p已知时a，应按式(2)计算 a =10×gn 2 4.3.1.2当物料总质量已知时,g 应按式(3)计算: Grw 3 o，=10有× 2Th0
GB/T28695一2012 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 "Gr' a=10× 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 777 5 d 2贾rp 4.3.3.1当筛网材料密度已知时,应按式(6)计算 AriuD =10着×" o 4.3.3.2当筛网材料的总质量已知时.口，应按式(7)计算 r1o a，=10有× 2T0 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 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 "=I0"×4w" cos8 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 o. T T有千 4.4.2.1 当筛网材料密度已知时,，应按式(Io)计算 rio. gr o =10× l0) 4.4.2.2当筛网材料的总质量已知时,a应拨式(I1)计算 or =10有× o (十)6 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/又,最上面加强箍截面距拦液板高度c不大于1.2c 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乙来加以修正 5 当不用加强箍时,加强箍系数取为Z=1 5.1.7装有加强箍时,加强箍系数按式(12)计算 z=1+ 12) h
GB/T28695一2012 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,引人焊接接头系数K 5.2.2焊接接头系数根据JB/T9095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1 表1焊接接头系数射线检测超声波检测检测方法 100%检测局部检测 100%检测 0.95 焊接接头系数K 0.8 0.8 5.3开孔系数 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观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,K 与开孔位置有关,见图2 其值由式(13),式(14)确定,使用时应采用下列K,K、K，值中的较小值 b 二d K= 13 b b二d K 14) 十tan'a 式中V -夹角a的函数,V= ,V可从表2中查出十3tan'a 表2数值V与夹角a的对照表 15 5.0 7.5 12.5 17.5 2.5 10 20 0.999 0,996 0,992 0,986 0,979 0,972 0.965 0,958 25 40 a(" 22.5 27.5 30 32.5 35 37.5 42.5 0.952 0.947 0.944 0.943 0.944 0,948 0.955 0.966 0.981 5 65 a(" 45 47.5 5o 52.5 55 57.5 62. 60 1.000 1.014 1.055 1.093 1.139 1.196 1.265 1.350 1.456 90 a(" 67.5 70 72.5 75 77.5 80 82.5 85 l.588 1.758 1.981 2.282 2.710 3.359 4.499 6.64l
GB/T28695一2012 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 -N K，=" (15 5.3.4当转鼓壁不开孔时,K:,K,K，均为1 5.4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K、Kg、K 、K，中的较小值 5.4. 焊缝区开孔不可避免时,K值则应取K,K,K，中的较小值与焊接接头系数K相乘 3 5.5鼓壁开孔引起的表观密度减小系数鼓壁开孔引起的表观密度减小系数按式(16)计算: Td" bbsina d (16 O bbsina 4rbbsina 转鼓强度评定 6.1圆筒形转鼓的环向总应力圆简形开孔转鼓的环向总应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,=0,或从=0. 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 (17 =(a十,十d,/K<[] o，
GB/T28695一2012 6.1.1.1 当物料密度已知时,按式(18)计算 r一r)n . <[a -十 l8) a,=10‘×岗[gpr十p" 只 2 Z 6.1.1.2当物料总质量已知时,按式(19)计算 77r a，=10有×" 19) 炭 -[pr强+ 2xhZ 2xhZ 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: =(o十a 十a/Ks[o 20) 当物料总质量已知时,拨式(21)计算 r <[o] 21) "=I0"×[L明"十I, +M 对圆筒形无孔转鼓,环向总应力可按式(17)式(21)计算,式中的q=1,K=K， 6.2圆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 22 "=(a十可十叫/K<[a 当物料密度已知时,按式(23)计算 .ri ]<[a 23 十A "=X赏[w,i十A 对圆锥形无孔转鼓,环向总应力可按式(22),式(23)计算,式中的q=1,K=K 6.3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 0.50R [a]= .(24 0.33Rm 式中R;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,R用0.2%延伸强度R.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有限元分析方法应用的指导性原则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分析模型分析模型应当考虑鼓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 7.2.1 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
GB/T28695一2012 7.2.4 -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 JB4732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疲劳强度评定当转鼓(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 8.1 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按式(25)进行强度评定当 JB4732不能满足需求时,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 R (25 1_ 其中安全系数n>1.2
GB/T28695一2012 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o A.1.1圆筒形转鼓 A.1.1.1圆筒形无孔转鼓物料按密度计,应按式(A.1)计算 r-r)r o，=10× A.1) -L的'汁房十p 2Z Z 物料按质量计,应按式(A.2)计算 Gr r 4一u'x景o小 A.2) 2xhZ 2rZ A.1.1.2圆筒形开孔转鼓物料按密度计,应按式A.3)计算: Ci-rA 十 (A.3 "-I0'义关[Lw,i汁" 十P 2 物料按质量计,应按式(A.4)计算 71r A.4 乌一10"×发[p/计 2只2十2汉6 A.1.2圆锥形转鼓 A.1.2.1圆锥形无孔转鼓物料按密度计,应按式(A.5)计算 ,r wi二r)r a，=10-看×” (A.5 十晨Ari" 9 2cos3 A.1.2.2圆锥形开孔转鼓物料按密度计,应按式(A.6)计算 .r r-r)r =10“×" A.6) 置L明十" 十 2cos3 A.2鼓壁厚度 A.2.1圆筒形转鼓 A.2.1.1圆筒形无孔转鼓物料按密度计,应按式(A.7)计算
GB/T28695一2012 p,(ri一r)r十2Zp心.,r = 2Z0又[aKr一r 物料按质量计,应按式(A.8)计算 Gr十mrZ (A.8 Ko 2rhZ(10× Lo]" A.2.1.2圆筒形开孔转鼓物料按密度计,应按式A.9)计算 ,(ri一r3)r十2Z..,r A.9 2z0x[K,-w重物料按质量计,应按式(A.10)计算 Gr， Z 士r A.10 2z0L可 Ko WT A.2.2圆锥形转鼓 A.2.2.1圆锥形无孔转鼓物料按密度计,应按式(A.11)计算 2,ri-r)r十2n.ricos8 o = (A.1l) i0文a KT A cos/ A.2.2.2圆锥形开孔转鼓物料按密度计,应拨式(A.12)计算 ri一r)r十2e.ricos9 p A.12 210X[Kw了一rcos 10
GB/T28695一2012 附录 B 资料性附录离心机转鼓强度计算实例 B.1圆筒形转鼓强度计算 B.1.1设计条件转鼓内半径r=0.4m; 转鼓平均半径r=0.404m; 物料环内半径广，=0.285m; 转鼓有效高度h=0.生m; 转鼓壁厚=0.008m: 加强箍数目N=2; 加强箍截面积A=ae=0.020X0.018=3.6×10-m*; 转鼓开孔数/开孔直径1020/g0.008m:; 两相邻孔的中心距b=0.040m,b=0.032m: 转鼓壁上交错孔连线的夹角a=51.32; 转鼓转速n=1500r/min; 转鼓材料06Cr19Ni10,密度！=7930kg/m 筛网材料的质量n=7.9ke,密度闪=780ke/mi; 处理物料的密度A=1880kg/m'(最大装料量1ke) 转鼓结构图见图B.1 1
GB/T28695一2012 2r 图B.1 B.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 B.1) 口=10×prio =1一Tdl2/4b6sina=1一T×0.008?/(4×0.04×0.032×sin51.32°)=0.9497 q 式中开×1500 =157rad/s e s0 30 将有关各值代人式(B.1). 口=10-x0.9497×7930×0.404X157=30.298MPa B.1.2.2圆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,且密度已知时: B.2 =10"×p,o'r o " 2 z=1N-120=1.225 h 0.008×0.4 12
GB/T28695一2012 将有关各值代人式(B.2). 0.4-0.285 口=10-×1360×157=X0.4X =53.893MPa 2×1.225×0.008 B.1.2.3转鼓内筛网引起的环向应力广io' p,r =10看× B.3 式(B.3)中筛网的当量厚度心,按式(B.4)近似计算 =0.001 O B.4 m 2x门p=2n又0.4又0.4又78 aria. 7850x0.4x157x0.0o =10有× =10×" =3.159MPa 丽 O08×1.225 0.6 B.1.3转鼓强度评定圆简形转鼓的环向总应力 =(o十o，十)/K B.5) 式中焊接接头及开孔系数,K为K,K.、K，中的最小值,或K为K、K，中的最小值与K的 K 乘积; K 焊接接头系数,经100%射线探伤检验的转鼓焊接接头系数Ki=0.95 转鼓壁开孔系数,K,=(b一d)/b=(0.04一0.008)/0.04=0.8 K K -转鼓壁开孔系数,K,=v6一d)/b V与a的有关系数,由表2查得;a=51.32"时,V=1.075 K，=v(6一d)/b=1.075×(O.032一0.008)/0.032=0.806 最后取K=0.8 将有关各值代人式(B.5): a，=(30.298十53.893十3.159)/0.8=109.188MPa 对奥氏体不锈钢ocNi10的成,应取产生1%残余伸长时的应力,此值由试脸测取,然后拨儿. 求出[],要求，满足以下强度条件,即 a， -(a十吗十可)/K<[a 13
GB/T28695一2012 B.2圆锥形转鼓强度计算 B.2.1设计条件(见图B.2 图B.2 转鼓内半径(圆锥大端)r=0.6m:; 转鼓平均半径(圆锥大端)r;=0.612m 物料环的内半径(圆锥大端)r=0.44m 转鼓壁厚度=0.012m; 圆锥部分的半锥角8=23"; 转鼓转速n=975r/min 转鼓材料为Q245R,R =410MPa,Ra=245MPa; 转鼓材料密度p=7930kg/m 被处理物料的密度！=1500kg/m 14
GB/T28695一2012 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 B,6 =10×qprio 式中: -鼓壁开孔引起的表观密度减小系数,此处圆锥形部分不开滤孔q=1; T x975 T 角速度,w- 2=102.1rad/s 丽0 30 将有关各值代人式(B.6),即 =10×1×7930×0.612×102.1'=30.962MPa 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 0.6-0.44 r一r =10××1500×102.1'×0.6× g=10×4o" 2又O.o12文Co2 ocos3 =70.666MPa B.2.3转鼓强度评定圆锥形部分的环向总应力 =(十o/K<[a 式中: 媒接接头系数,100%射线检验,取Ki=0.95; K [a 材料的许用应力,取0.33R与0.50R,两值中的小者 0.33R=0.33×410=135.30MPa 0.50R=0.50×245=122.50MPa 取[]=122.50MPa =(30.962十70.666)/0.95=106.977MPa<[] G，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 7m o. (B.7 Tr十H

离心机转鼓强度计算规范GB/T28695-2012

1. 引言

离心机转鼓是离心机的一个重要部件，主要用于分离液体和固体。为确保离心机转鼓的安全运行，需要对其进行强度计算并制定相应的规范。GB/T28695-2012《离心机转鼓强度计算规范》就是一份标准的规范文件。

2. 适用范围

GB/T28695-2012适用于离心机中的转鼓结构，其中包括：

悬臂转鼓：指转鼓只在一个端点处支承的结构；
双端支承转鼓：指转鼓在两个端点处均有支承的结构；
其它类型的转鼓：指不属于以上两种类型的结构。

3. 术语和定义

在GB/T28695-2012中，涉及到的术语和定义包括：

转鼓：离心机中用来容纳物料并实现分离作用的部件；
悬臂转鼓：只在一个端点处支承的转鼓结构；
双端支承转鼓：在两个端点处均有支承的转鼓结构；
壁厚系数：转鼓壁厚与半径之比；
应力集中系数：转鼓上应力集中部位的应力与转鼓轮廓应力之比；
等效应力：考虑应力变化规律而用一定的方法把各种应力合成为某一类似拉应力的应力值；
等效应力强度损失系数：等效应力强度下降由转鼓实际强度引起的损失系数；
最大等效应力：转鼓特定位置或者点处的等效应力的最大值。

4. 性能要求

GB/T28695-2012中规定了离心机转鼓的性能要求，主要包括以下方面：

转鼓的材料必须符合相关标准的要求；
转鼓必须具有足够的强度和刚度，能够承受正常使用条件下的压力、温度、振动等影响；
转鼓表面不得有腐蚀、裂纹等缺陷，允许的最大允许应力应小于转鼓的疲劳极限。

5. 试验方法

GB/T28695-2012中还规定了离心机转鼓强度计算的试验方法，主要包括以下内容：

转鼓应力分析：通过有限元分析等方法对转鼓进行应力分析；
转鼓等效应力计算：根据应力分析结果进行转鼓等效应力的计算；
强度损失系数的确定：根据实际情况确定等效应力强度损失系数；
转鼓最大等效应力的确定：通过试验等方法确定转鼓最大等效应力。

6. 结论

GB/T28695-2012《离心机转鼓强度计算规范》是对离心机转鼓进行强度计算和相关技术指导的一份重要文件。其中包括适用范围、术语和定义、性能要求、试验方法等方面的规定。在离心机转鼓的设计、制造和维护过程中，需要严格遵守该规范文件的相关要求和指导，以确保离心机转鼓的安全可靠运行。