ACF自清洗过滤器设计计算书 b

        

设计计算书

             产品/项目名称：ACF全自动自清洗过滤器

                           

             编制人/日期：     2002-5-13

             审核人/日期：      2002-6-3

             批准人/日期：     2002-6-3

仑基环保

1.滤芯截面尺寸的确定

为了不增加水流水阻，滤芯过水截面积应等于管子的截面 积，即滤芯的直径应等于公称通径(DDN)。如右图所示阴影部分的面积为管子公称通径的截面积。

     8寸管的公称通径为 200mm，滤芯的直径为200mm

     8吋过滤机公称通径的截面积

    

2.滤芯长度的确定

2.1.根据HG/T21637-1991《化工管路过滤器》：滤网流通面积应在1.5~2倍公称通径截面积范围内取值，本项目取1.6。样机有一个圆过滤面，如右图所示：

    

式中：

K--------方孔筛网的开孔率为10%

∴  

经画图，调整比例，L取700mm。

则

滤芯直径圆整取230mm。

同理可计算3～24寸滤芯直径和长度

出入水口通径（寸）	滤芯直径	滤芯长度
3	90	300
4	140	300
5	160	400
6	200	460
8	230	700
10	280	900
12	360	1000
14	410	1200
16	460	1400
18	510	1600
20	560	1800
22	605	2000
24	655	2200

3.主管的确定

3．1主管内径的确定：

     参考中国建筑标准设计研究所的标准图集《除污器》，刷式全自动过滤机主管与进出水口的尺寸与除污器主管与进出水口的尺寸一致。 

规格	3寸	4寸	5寸	6寸	8寸	10寸	12寸	14寸
出水口通径	80	100	125	150	200	250	300	350
主管通径	150	200	250	300	350	400	450	500
规格	16寸	18寸	20寸	22寸	24寸
出水口通径	400	450	500	550	600
主管通径	550	600	650	700	750

3．2主管壁厚的确定

参考《压力容器与化工设备使用手册》上册，第2章：压力容器壳体与封头

                                         （2-1-6）

式中：，mm 

      Di――圆筒的内直径，mm

      P――设计压力，MPa；设计压力取最大级别工作压力P=1.6 MPa

     φ――焊缝系数，取φ=0.85

      [σ]――材料的许用应力，主管材料采用Q235-A，[σ]= 

      n――安全系数，取n=1.5           

   出入水管： mm

      主管：  mm

出入水口通径（寸）	出入水管壁厚(mm)	主管壁厚（mm）
3	0.51	0.90
4	0.	1.20
5	0.80	1.50
6	0.96	1.80
8	1.28	2.10
10	1.60	2.40
12	1.92	2.70
14	2.24	3.00
16	2.56	3.30
18	2.88	3.60
20	3.20	3.90
22	3.52	4.21
24	3.84	4.51

3．3主管堵板厚度的确定

    参考《压力容器与化工设备使用手册》上册，第2章：压力容器壳体与封头

                2-6-5

     令， 

    ―――堵板的计算厚度

    查表得，查表2-6-4得

    由于全自动过滤机的设计压力为1.6 MPa，主管堵板近似为环形，所以为环形内外环的半径之差，8寸等于75mm。

   mm

出入水口通径（寸）	主管堵板壁厚（mm）
3	3.00
4	4.29
5	5.36
6	6.43
8	6.43
10	6.43
12	6.43
14	6.43
16	6.43
18	6.43
20	6.43
22	6.43
24	6.43

    壁厚需要考虑的因素：计算壁厚、材料的自偏差、腐蚀裕度和磨损裕度，它取决于工作压力、直径、自偏差标准、防腐措施、生产工艺、使用寿命等：

SS=S+C=S+C1 +C2                                          （2-1-1）   

式中：SS――设计壁厚（mm）    

      C――壁厚附加值（mm）    

  C1――负偏差附加值，取C1=0.5        

  C2――腐蚀裕度，取C2=2    

          S――管道强度的计算壁厚

进出水管：SS08=1.6+0.5 +2=4.1mm

    主管：SS08＇=2.8+0.5 +2=5.3mm  

主管堵板：  mm 

                                                                    

出入水口（寸）	出入水管壁厚	主管壁厚	主管堵板壁厚
3	3.01	3.40	5.50
4	3.14	3.70	6.79
5	3.30	4.00	7.86
6	3.46	4.30	8.93
8	3.78	4.60	8.93
10	4.10	4.90	8.93
12	4.42	5.20	8.93
14	4.74	5.50	8.93
16	5.06	5.80	8.93
18	5.38	6.10	8.93
20	5.70	6.40	8.93
22	6.02	6.71	8.93
24	6.34	7.01	8.93

                                                                               

参考电子水处理仪，取为

出入水口（寸）	出入水管壁厚	主管壁厚	主管堵板壁厚
3	3	4	6
4	4	4	8
5	4	5	10
6	4	5	10
8	5	5	10
10	5	6	10
12	5	6	10
14	6	8	10
16	6	8	10
18	8	8	10
20	8	8	10
22	8	8	10
24	8	8	10

4.刷子的确定

       由于结构原因，3寸刷毛直接种在驱动轴上，其余规格由框架和轴组成。

经询问刷子厂，他们做的钢刷钢丝长20~30mm, 钢丝要比被刷桶体单边大2~3mm,材料为1Cr18Ni9Ti，钢丝直径有两种规格0.1mm、0.15mm。因此，过滤机不锈钢刷子的钢丝长取32mm，钢丝直径取0.15mm，栽种钢丝的板厚等于30mm。考虑结构尺寸，框架的长度比滤芯长度少34mm(12吋、14吋少35mm)，框架的宽度比滤芯直径少80mm

5.电机功率的确定

参考《压力容器与化工设备使用手册》下册，第2章：搅拌设备功率的计算。

              （3-3-1）                         

Ps-------------克服水阻损耗的功率，KW

Pm------------轴封处的摩擦损耗功率 , KW

Pn-------------刷子与滤网之间的摩擦损耗功率, KW

Pt-------------轴与花篮之间的摩擦损耗功率, KW

η--------------传动效率，0.7

5.1克服水阻损耗的功率的计算

  KW              （3-2-1）   

ρ---------- 液体密度，Kg/m3

k---------- 功率准数校正总系数

PO--------  功率准数

n----------  刷子转速，本项目选取15 r/min，则n=0.25r/s      

D j -------- 刷子直径，m

5.1.1功率准数和功率准数校正总系数

功率准数PO与液体的雷诺系数（Re）及框架的尺寸有关。

        

D j -------- 刷子直径，m

n ---------- 刷子转速, 0.25 r/s  

ρ ---------- 水的密度, 103kg/m3

μ---------水的粘度，10-3Pa·s

出入水口通径（寸）	刷子直径D j
3	95
4	145
5	165
6	205
8	235
10	285
12	365
14	415
16	465
18	515
20	565
22	610
24	660

根据公式计算

        

出入水口通径（寸）	Re	Po
3	4556.25	1.6
4	4556.25	1.2
5	6806.25	1.1
6	10506.25	1
8	13225	0.8
10	106.25	0.7
12	32400	0.48
14	42025	0.42
16	54056.25	0.42
18	66306.25	0.42
20	79806.25	0.42
22	160003	0.2
24	226512	0.2

参考《压力容器与化工设备使用手册》下册，查表：锚式和框式搅拌器功率准数（p255）

      

kh---------- 高度系数， 

ka---------- 形状系数， 

出入水口通径（寸）	k
3	4.21963
4	4.21963
5	4.97699
6	4.29792
8	7.68769
10	8.8401
12	6.45269
14	7.13218
16	7.52974
18	7.99794
20	8.39386
22	8.87114
24	9.15821

5.1.2功率

出入水口通径（寸）	Ps(KW)
3	0.0029501
4	0.0029501
5	0.006657392
6	0.013372416
8	0.040202975
10	0.10862026
12	0.27433777
14	0.568086516
16	1.074271379
18	1.901443909
20	3.1715638
22	2.341417122
24	3.58410191

5.2轴封处的摩擦损耗功率（采用填料密封）

                          （3-3-2）

h--------- 填料密封圈总高度，

n ---------- 刷子转速, 15 r/min

--------- 轴径，mm。 

  

出入水口通径（寸）	轴径
3	36
4	36
5	36
6	36
8	40
10	44
12	50
14	55
16	65
18	75
20	95
22
24

参考《框架式搅拌器》，填料数量为3~寸6圈，8～14寸7圈，16-24寸为8圈，考虑填料垫、压盖尺寸，h尺寸为

出入水口通径（寸）	H(mm)
3	6x8+10=58
4
5
6
8	7x8+10=66
10	7x10+10=80
12
14
16	8x12+12=108
18
20
22
24

Pm计算数据

出入水口通径（寸）	Pm
3	0.007520558
4	0.007520558
5	0.007520558
6	0.007520558
8	0.01056528
10	0.015495744
12	0.02001
14	0.0242121
16	0.042271125
18	0.056278125
20	0.090295125
22	0.090295125
24	0.090295125

5.3刷子与滤网之间的摩擦损耗功率

如右图所示，刷子放入滤芯时，不锈钢刷毛的变形看成一端固定，一端自由弹性变形；放入滤芯后，滤芯对刷毛继续保持大小相等、而方向与刷毛垂直的力保持弹性变形，近似看成细长杆失稳。

根据欧拉公式

           

      

P1j---------临界压力，N

E----------弹性模量，210×109  N/m2

d----------单根不锈钢刷毛直径，0.15mm

μ---------长度系数，2

l----------长度，25mm

      

与刷子厂咨询，用0.15mm的钢丝制成的钢刷，一米长的钢刷大概有1.07x105根刷毛。   

出入水口通径（寸）	P1j
3	2
4	2
5	856
6	984.4
8	1498
10	1926
12	2140
14	2568
16	2996
18	3424
20	3852
22	4280
24	4708

          

f----------摩擦系数，0.2

r1---------- 刷子的旋转半径， m

  

  

出入水口通径（寸）	Pn
3	0.01360719
4	0.01360719
5	0.02217468
6	0.031682914
8	0.05409278
10	0.08315505
12	0.1209528
14	0.16530216
16	0.21872298
18	0.27684752
20	0.34169166
22	0.40956
24	0.48784296

5.4轴与花篮之间的摩擦损耗功率

   以8寸为例，初算刷子的重量:约9Kg

        

f----------摩擦系数，0.2

r2---------- 转动轴的旋转半径，0.02m

         

   轴与花篮之间的摩擦损耗功率非常小，忽略不计。

5.5电机功率的确定

      

出入水口通径（寸）	PM(KW)
3	0.032112199
4	0.032112199
5	0.048470174
6	0.070101185
8	0.139814713
10	0.276361406
12	0.553734093
14	1.010134368
16	1.780353979
18	2.979426072
20	4.804734244
22	3.788810462
24	5.549653327

 选用艾格瑞特减速电机

 查样本并参考同类型自动过滤机的电机功率：

 

出入水口通径（寸）	电机型号
3	TSAF48-Y0.25-4P-90-W2B
4	TSAF48-Y0.25-4P-90-W2B
5	TSAF48-Y0.25-4P-90-W2B
6	TSAF48-Y0.25-4P-90-W2B
8	TSAF58-Y0.37-4P-91.84-W2B
10	TSAF68-Y0.75-4P-91.84-W2B
12	TSAF68-Y1.1-4P-91.96-W2B
14	TSAF78-Y1.5-4P-95.88-W2B
16	TSAF78-Y2.2-4P-95.88-W2B
18	TSAF88-Y4-4P-94.77-W2B
20	TSAF98-Y5.5-4P-93.27-W2B
22	TSAF72-Y11-4P-91.45-W2B
24	TSAF72-Y15-4P-91.45-W2B

6.轴的校核：

6.1.按扭转变形校核（参考《机械设计手册》第二卷）

按扭转强度计算： 

d--------轴的直径，mm

T--------轴所传递的扭距，N·m

   [τ] -----材料的许用剪应力，N·mm2， 

                                     635/16=39.69

查样本：

过滤机轴输出的扭距为

出入水口通径（寸）	扭矩Nm
3	93
4	93
5	93
6	93
8	140
10	284
12	414
14	5
16	851
18	1485
20	2041

将各数带入公式可得：

出入水口通径（寸）	轴直径（mm）	圆整轴直径（mm）
3	26.22	30
4	26.22	30
5	26.22	30
6	26.22	30
8	30.05	35
10	38.04	40
12	43.13	45
14	48.51	50
16	54.84	60
18	66.03	70
20	73.41	90

                      

 ［γ］-------轴的许用扭转角，0 /m。对于本项目为单跨轴：［γ］=10 /m；

   T max-------轴传递的最大扭矩，按样本

    

出入水口通径（寸）	γmax
3	0.844
4	0.844
5	0.844
6	0.844
8	0.686
10	0.815
12	0.742
14	0.693
16	0.483
18	0.455
20	0.229

γmax <［γ］=10 /m

所以选用正确。

6.2.按强度条件校核

                        

[τ] -----------------材料的许用剪应力，MPa， 

Wn--------------------抗扭截面模量

出入水口通径（寸）	τmax
3	17.55
4	17.55
5	17.55
6	17.55
8	16.
10	22.61
12	23.15
14	24.01
16	20.08
18	22.06
20	14.27

τmax<[τ]

∴满足要求

7.键的计算

按照样本，键宽

出入水口通径（寸）	B(mm)
3	8
4	8
5	8
6	8
8	10
10	12
12	14
14	14
16	18
18	20
20	25

    =   (参考机械设计手册)

------键的工作长度

----键连接的许用比压，查表5－3－17：＝50MPa

D-------电机驱动轴直径,mm

h--------键的高度，mm

T--------电机输出转距，N·mm

------键的全长

------键的宽度

出入水口通径（寸）	l(mm)	L=l+b(mm)	查手册取L
3	35.43	43.43	50
4	35.43	43.43	50
5	35.43	43.43	50
6	35.43	43.43	50
8	45.71	55.71	70
10	71.00	83.00	100
12	92.00	106.00	110
14	104.71	118.71	110
16	126.07	144.07	140
18	154.29	174.29	160
20	151.19	176.19	160

8.键的校核

按剪切强度条件计算

b------------------键的宽度

------------------键的工作长度，mm；

D-----------------电机驱动轴直径，mm；

T------------------电机输出转距，N·mm

[τ]--------材料的许用剪应力，85MPa；

出入水口通径（寸）	τ(Mpa)
3	15.50
4	15.50
5	15.50
6	15.50
8	11.43
10	11.83
12	11.95
14	15.30
16	11.26
18	13.26
20	11.34

所以满足要求。

9.框架强度的校核

    I-I断面

1）弯矩M1

                    （3-3-32）

             （3-3-28）

P-------------电机功率，KW；

n-------------转速，18 r/min；

W1-----------抗弯断面模数，1.186×103  mm3；

[σ]------材料的弯曲许用应力，

[σ]=σb/nb        (3-3-9)

查表3-3-2，取nb=3.5；查材料表，σb=520 MPa

∴[σ]=520/3.5=150 Mpa

出入水口通径（寸）	σ1
3	22.37
4	22.37
5	22.37
6	22.37
8	33.11
10	67.12
12	98.44
14	134.23
16	196.87
18	357.95
20	492.19

所以满足条件

10.处理水量计算：

Q-------处理水量，m3/h

A-------进出水管的面积，m2

V-------进出水管的流速，流速按常规取1~2.7 m/s

出入水口通径（寸）	最小流量	最大流量	经济流量
3	18	49	42
4	28	76	65
5	44	119	102
6		172	146
8	113	305	260
10	177	477	406
12	254	687	585
14	346	935	796
16	452	1221	1038
18	572	1545	1313
20	707	1908	1621

11.系统水流流经本产品时产生的压降

      

    ------局部水头损失

    ξ-----局部阻力系数，

v-----流速,  1～2.7m/s，经济流速2.3 m/s

按除污器的局部水头损失计算：

ξ一般为4～6，这里取6计算

值参考《给水排水设计手册》第1册〈常用资料〉表15-1

水头损失为： 

流速m/s		局部压力损失MPa	经济流速2.3 m/s下压力损失
1.0-2.7	0.051－0.37	0.003-0.023	0.016 MPa

设，则，对等式两边同时取可得：

    

。