離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是離心機(jī)的關(guān)鍵部件之一。一方面，轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)對(duì)離心機(jī)的用途、操作、生產(chǎn)能力和功率等均有決定性影響。另一方面，轉(zhuǎn)鼓自身因高速旋轉(zhuǎn)（其工作轉(zhuǎn)速通常在每分鐘幾百轉(zhuǎn)至每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)之間），受到了離心力的作用，在離心力作用下轉(zhuǎn)鼓體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的工作應(yīng)力，一旦發(fā)生強(qiáng)度破壞，必將產(chǎn)生極大的危害，尤其是有時(shí)由于應(yīng)力過(guò)高發(fā)生“崩裂”，常會(huì)引起嚴(yán)重人身傷害事故。同時(shí)，對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓而言，轉(zhuǎn)鼓的剛度同樣非常重要。若轉(zhuǎn)鼓的剛度不足，工作中轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀將會(huì)發(fā)生明顯變化，輕則會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓與機(jī)殼撞擊、摩擦，損壞零部件；重則同樣會(huì)引起轉(zhuǎn)鼓的爆裂，甚至出現(xiàn)人身傷害事故。多年來(lái)，由于轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)不當(dāng)、轉(zhuǎn)鼓制造質(zhì)量不高等原因?qū)е轮卮笫鹿实默F(xiàn)象頻頻發(fā)生。這已引起了設(shè)計(jì)人員、制造廠家和使用部門(mén)的重視，經(jīng)常進(jìn)行三足式離心機(jī)事故原因的診斷、分析與研究。因此，對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算的分析研究也是十分必要的。
開(kāi)孔轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)量因高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力作用下的應(yīng)力。 對(duì)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題的分析——轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)中強(qiáng)度計(jì)算的近似性
轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)中強(qiáng)度訂算的近似性主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1、強(qiáng)度計(jì)算的公式是以無(wú)力矩理論為基礎(chǔ)，并按照薄壁壓力容器而推導(dǎo)出來(lái)的。這些計(jì)算公式的適應(yīng)范圍只有在轉(zhuǎn)鼓體離開(kāi)擋液板和轉(zhuǎn)鼓底適當(dāng)遠(yuǎn)的部位才是成立的 。如果用上述計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)吳作為轉(zhuǎn)鼓各部位強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)，顯然存在著來(lái)源于計(jì)享公式的近似性。
2、轉(zhuǎn)鼓體上因有開(kāi)孔，不僅削弱了轉(zhuǎn)鼓體的強(qiáng)度，同時(shí)在開(kāi)孔處也弓．起了應(yīng)力集中。在公式中靠引入幾個(gè)系數(shù)來(lái)考慮應(yīng)力集中等問(wèn)題顯然也存在著計(jì)算過(guò)程的近似性。
3、轉(zhuǎn)鼓體與擋液板、轉(zhuǎn)鼓底的連接處應(yīng)力集中現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而實(shí)際的計(jì)算方法中。則是在初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)適當(dāng)簡(jiǎn)化后再進(jìn)行二次強(qiáng)度計(jì)算，不僅計(jì)算公式繁瑣，而且因簡(jiǎn)化計(jì)算模型，其計(jì)算過(guò)程與結(jié)果本身也存在著近似性。
因此，按目前采用的離心機(jī)開(kāi)孔轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算方法設(shè)計(jì)的離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，從宏觀上看，往往偏于保守，相關(guān)尺寸有較大富裕，使得轉(zhuǎn)鼓質(zhì)量增加，既增加了轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行的能耗也造成了材料的浪費(fèi)，顯然是不經(jīng)濟(jì)的；從微觀上看，局部地方的應(yīng)力值往往得不到正確估計(jì)，直接影響到轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行的安全性。在離心機(jī)發(fā)生的轉(zhuǎn)鼓破裂事故中，出現(xiàn)在開(kāi)孔處和邊緣處的比例很高缺乏基本剛度的要求。
離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓壁厚計(jì)算公式來(lái)源于薄壁壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范，即將轉(zhuǎn)鼓視為承受內(nèi)壓的薄壁殼體，以無(wú)力矩理論為依據(jù)校核轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。但是，現(xiàn)有的離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮鼓壁的zui小厚度，而是把強(qiáng)度要求作為必要與充分條件，這種作法實(shí)際上是欠妥當(dāng)?shù)?。因?yàn)闅v年來(lái)的壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)容器zui小壁厚都有所規(guī)定，其根本目的是為保證容器有必須的剛度，以避免其幾何形狀發(fā)生畸變，因?yàn)橐坏┌l(fā)生這種情況容器所承受的彎曲應(yīng)力將大大超過(guò)了壁厚設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)作為依據(jù)的薄膜應(yīng)力。這就說(shuō)明轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)的強(qiáng)度條件是必要的，而不一定是充分的。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的薄壁構(gòu)件，其所受到的空氣動(dòng)力作用相當(dāng)于處于狂風(fēng)中的靜止薄殼，處于隨機(jī)湍流流場(chǎng)中的結(jié)構(gòu)件均將發(fā)生振動(dòng)，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓自然也不能例外。一旦激勵(lì)頻率與轉(zhuǎn)鼓固有頻率重合或接近，轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀將發(fā)生明顯變化，其后果是可怕的。所以，轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)時(shí)考慮剛度要求是很有必要的。設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮剛度要求也是離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓發(fā)生爆裂事故的原因之一。筆者曾對(duì)SD800型三足式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的壁厚按剛度條件進(jìn)行過(guò)計(jì)算，結(jié)果表明按剛度條件計(jì)算出的壁厚大于按強(qiáng)度條件計(jì)算出的壁厚。這就說(shuō)明了某些轉(zhuǎn)鼓從強(qiáng)度的角度分析并無(wú)不安全因素，而實(shí)際工作中卻是常常發(fā)生安全事故的原因所在。
在轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)中，為提高轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度和剛度，在轉(zhuǎn)鼓體的外部往往要設(shè)置加強(qiáng)箍，但對(duì)加強(qiáng)箍的作用不夠重視。在設(shè)計(jì)計(jì)算公式中僅靠引入的加強(qiáng)箍系數(shù)Z來(lái)體現(xiàn)加強(qiáng)箍的作用， 而對(duì)加強(qiáng)箍的結(jié)構(gòu)尺寸、加強(qiáng)箍與轉(zhuǎn)鼓體之間有無(wú)預(yù)應(yīng)力的作用則無(wú)明確要求。從現(xiàn)行的轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)方法來(lái)看，并未對(duì)轉(zhuǎn)鼓的具體尺寸和裝配時(shí)有無(wú)預(yù)應(yīng)力作明確規(guī)定，因此，實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)了一些明顯不合理的現(xiàn)象。如從彎曲的角度考慮，根據(jù)材料力學(xué)截面慣性矩的理論，加強(qiáng)箍應(yīng)設(shè)計(jì)成扁且寬狀的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)箍截面尺寸h應(yīng)大于以求獲得大的截面慣性矩，從而降低實(shí)際的工作應(yīng)力。但實(shí)際結(jié)構(gòu)中卻出現(xiàn)了h=a=2mm的不合理結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)尺寸沒(méi)有起到應(yīng)有的加強(qiáng)作用，形同虛設(shè)，無(wú)疑是因設(shè)計(jì)要求上的不全面所致。實(shí)際中由此引起的破裂事故也較多。加強(qiáng)箍與轉(zhuǎn)鼓體的接大都采用無(wú)預(yù)應(yīng)力作用的焊接連接，這種結(jié)構(gòu)只有在轉(zhuǎn)鼓工作中出現(xiàn)了離心變形時(shí)才能起到加強(qiáng)作用，屬于被動(dòng)加強(qiáng)式加強(qiáng)箍。為了提高轉(zhuǎn)鼓承載能力，加強(qiáng)箍與轉(zhuǎn)鼓體的連接采用有預(yù)應(yīng)力（有配合過(guò)盈量）作用的連接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)鼓工作中未出現(xiàn)離心變形時(shí)就能起到加強(qiáng)作用，屬于主動(dòng)加強(qiáng)式加強(qiáng)箍目前采用的離心機(jī)開(kāi)孔轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)計(jì)算方法確實(shí)存在著一定的近似性和不全面性，這種設(shè)計(jì)計(jì)算中的近似性和不全面性也是導(dǎo)致離心機(jī)開(kāi)孔轉(zhuǎn)鼓出現(xiàn)事故的重要原因。為此對(duì)離心機(jī)開(kāi)孔轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)計(jì)算還有待于廣大學(xué)者進(jìn)行深入研究。為探求合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，我國(guó)從20世紀(jì)80年代起，已開(kāi)始將有限元技術(shù)用于離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力分析，近20多年來(lái)我國(guó)許多學(xué)者和工程技術(shù)人員先后開(kāi)展了有限元技術(shù)在轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算上的應(yīng)用研究，并取得了極有價(jià)值的成果。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和有限元法計(jì)算，把實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓和工業(yè)轉(zhuǎn)鼓在不同工作情況下的實(shí)測(cè)值與有限元法計(jì)算值進(jìn)行了反復(fù)的比較，發(fā)現(xiàn)了二者能很好地吻合。從而進(jìn)一步驗(yàn)證了有限元技術(shù)在轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算上的可靠性。但如何將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)，還有待于進(jìn)一步研究。
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