Приложение (обязательное). Центрифуги. Конструкция и правила техники безопасности. Метод расчета тангенциального напряжения в обечайке цилиндрического ротора центрифуги ИСО 6178-83

Приложение
(обязательное)

Центрифуги. Конструкция и правила техники безопасности. Метод расчета тангенциального напряжения в обечайке цилиндрического ротора центрифуги
ИСО 6178-83

1 Назначение и область применения

Настоящее приложение устанавливает:

правила по конструкции и безопасности некоторых центрифуг;

метод расчета тангенциального напряжения в обечайке цилиндрического ротора центрифуг.

2 Область применения

2.1 Настоящее приложение не распространяется на центрифуги:

в которых кинетическая энергия нагруженного ротора меньше 750 Дж;

которые считаются электроприводными бытовыми машинами;

с окружной скоростью свыше 300 м/с;

используемые исключительно для обработки продуктов атомной энергии.

2.2 Метод расчета тангенциальных напряжений в цилиндрических роторах центрифуг, описанный в разделе 5, применим для центрифуг, имеющих цилиндрический ротор с постоянной толщиной стенки, перфорированный или без перфораций, с горизонтальной или вертикальной осью вращения, с облицовкой или без нее, с фильтром или без него.

Этот метод применим только к роторам, изготовленным из пластичных металлических материалов; при этом предполагается, что выбор материала сделан с учетом возможного влияния рабочей температуры на его свойства; этот метод неприменим для роторов центрифуг, в которых отношение толщины стенки к радиусу

                             дельта

                             ------ > 0,1.

                               r

                                2

Он может быть применен аналогичным способом к роторам центрифуг с некруглыми отверстиями.

3 Определение

3.1 центрифуга: Машина, предназначенная для разделения двух жидких фаз или отделения одной твердой фазы, содержащейся в суспензии в одной или большем числе жидкостей, или сушки твердых продуктов посредством центробежной силы, создаваемой вращением ротора.

Этот ротор обычно называют "корзиной", если его стенка перфорирована, и "чашей", если она не перфорирована.

4 Конструкция и правила безопасности

4.1 Выбор материалов для конструкции

4.1.1 При выборе материалов для конструкции следует исходить из соображений механических напряжений и усталостных свойств.

4.1.2 Применяемые материалы должны обладать соответствующими свойствами для назначенного применения с учетом коррозии и абразивного износа.

4.1.3 Все детали центрифуги должны тщательно изготавливаться и собираться в соответствии с правильной технической практикой.

4.2 Корпус

4.2.1 Все центрифуги должны иметь неподвижный корпус, смонтированный либо на раме, либо на фундаменте машины.

4.2.2 При выборе размеров и материалов корпуса следует учесть возможность уменьшения опасности травмы или увечья в случае разрушения ротора.

Если корпус состоит из нескольких частей, то его конструкция должна быть такой, чтобы для его разборки требовалось использование инструментов.

4.2.3 Защита от возможности касания оператором движущегося ротора при нормальных условиях работы

4.2.3.1 Все отверстия в корпусе должны быть сконструированы или защищены таким образом, чтобы доступ к ротору при его вращении при нормальных условиях работы был невозможен.

Отверстия подразделяют на три типа:

а) отверстия, которые конструктивно закрыты или защищены при нормальной работе, например впускные и выпускные трубы, смотровые окна, места доступа в корпус для технического обслуживания или чистки. Эти отверстия следует считать обеспечивающими эффективную защиту, если для их открытия требуется инструмент или если их конструкция делает невозможным доступ к ротору при нормальных условиях работы центрифуги;

б) отверстия (крышки), которые необходимо открывать для чистки центрифуги, например отслаиватели, отстойники. Такие крышки корпуса должны быть устроены таким образом, чтобы при открытой крышке запуск центрифуги был невозможен;

в) отверстия (крышки), которые можно открывать во время нормальной работы для загрузки и разгрузки центрифуги (далее - открывающиеся устройства), на них распространяются требования 4.2.3.2 и 4.2.3.3.

4.2.3.2 Если защита обеспечивается посредством открывающихся устройств по 4.2.3.1, перечисление в), то каждое открывающееся устройство должно отвечать следующим требованиям:

а) оно должно быть снабжено запорной системой, которая устроена так, что она предотвращает любой запуск центрифуги, пока открывающееся устройство не закрыто, и при движении ротора открыть открывающееся устройство невозможно;

б) оно должно быть достаточно прочным для предотвращения выброса из центрифуги тех технологических продуктов, для которых она предназначена.

4.2.3.3 Запорная система открывающихся устройств корпуса должна быть сконструирована и выполнена так, чтобы препятствовать доступу к движущемуся ротору в случае отказа или прекращения подачи электроэнергии или пневматического давления.

4.3 Ротор

4.3.1 Если корзина или чаша имеет крышку (или откидную крышку), то должна иметься система безопасности, которая предотвращает запуск центрифуги, пока крышка не закрыта.

4.3.2 При необходимости должна быть предусмотрена эффективная система, препятствующая чрезмерному раскачиванию ротора.

Должно быть предусмотрено устройство для обнаружения вибрации или раскачивания.

4.3.3 Конструкция обода ротора должна исключать для обслуживающего персонала риск при ручном поворачивании ротора.

4.3.4 Ротор должен быть рассчитан, сконструирован и собран таким образом, чтобы он выдерживал все напряжения, которые могут возникнуть при нормальном использовании центрифуги по назначению. Напряжения в роторе рассчитывают методом, изложенным в разделе 5, если этот метод применим.

4.4 Устройства для отключения источника питания - тормозная система

4.4.1 Если центрифуга поставляется с оборудованием электропитания, то должно иметься устройство для отключения электропитания.

После установки центрифуги должно быть зафиксировано отключающее устройство в положении, не допускающем работу машины.

4.4.2 Если центрифуга оборудована тормозным устройством, то его действие не должно вызывать чрезмерных напряжений в движущихся частях центрифуги.

4.5 Скорость

Если центрифуга снабжена двигателем, способным привести ротор во вращение со скоростью, превышающей допустимую, то она должна иметь регулятор, не допускающий превышения допустимой скорости вращения.

4.6 Привод

4.6.1 Все подвижные части привода передачи должны иметь ограждения, предотвращающие доступ обслуживающего персонала к ротору при его вращении при нормальных условиях работы центрифуги.

4.6.2 Пусковое устройство должно быть сконструировано или защищено так, чтобы не допускать неумышленного пуска центрифуги при случайном контакте или ударе.

4.7 Электрооборудование

Все электрооборудование и цепи должны соответствовать действующим стандартам с учетом любых конкретных опасностей, которые могут иметь место (например сырость, взрывоопасность, пожароопасность и т.п.).

Оборудование и цепь должны также соответствовать действующему законодательству по защите и безопасности работников.

4.8 Специальные меры безопасности

4.8.1 Если скребок для очистки ротора рассчитан на использование при скорости вращения, меньшей чем допустимая скорость вращения ротора, то должна иметься блокировка, не допускающая использования скребка, если скорость вращения ротора превышает установленную скорость его вращения при очистке скребком.

4.8.2 Конструкция центрифуг, предназначенных для использования при заданных условиях давления, температуры или в опасных атмосферных средах, должна включать в себя соответствующие устройства для управления и вентиляции.

4.8.3 Конструкции центрифуг, предназначенных для использования во взрывоопасных местах или для обработки взрывчатых веществ или веществ, которые могут образовывать взрывчатые смеси, должны обеспечивать следующие меры безопасности:

а) исключение образования искр механического или электрического происхождения (в том числе электростатических искр) и недопущение ударов и опасного трения;

б) обеспечение того, что при нормальных условиях работы, оговоренных покупателем, ни одна часть центрифуги не достигнет опасной температуры, указанной покупателем.

4.9 Фирменные таблички

4.9.1 Изготовитель должен снабдить каждую центрифугу фирменной табличкой, на которой должны быть нанесены, по меньшей мере, следующие ясно различимые данные:

а) наименование изготовителя;

б) идентификационный номер машины;

в) год выпуска;

г) максимальная частота вращения в оборотах за минуту (об/мин);

д) максимальная нагрузка в килограммах или максимальная плотность продукта в килограммах на кубический дециметр (кг/дм3).

4.9.2 Направление вращения ротора должно быть отчетливо указано на центрифуге при помощи стрелки.

4.9.3 Каждый ротор должен иметь маркировку, содержащую номер машины в целях технической проверки.

4.10 Руководство по эксплуатации

Вместе с каждой машиной должно поставляться руководство по эксплуатации, дающее точную информацию по работе, установке, техническому обслуживанию и использованию центрифуги и ее защитных устройств.

Изготовитель должен поставлять чертежи и эскизы, необходимые для технического обслуживания и технического освидетельствования центрифуги и всех ее вспомогательных устройств, поставляемых им.

4.11 Исключения

4.11.1 Несмотря на требования 4.2.3.2, в тех случаях, когда технологический процесс требует визуального контроля за центрифугируемым продуктом при работе центрифуги без смотрового окна, можно использовать непосредственное отверстие при условии, что такое отверстие обеспечивает надлежащую защиту, в частности, не должно быть возможности доступа оператора руками к движущимся частям.

4.11.2 Соответствие требованию 4.2.3.3 не требуется для центрифуг, работающих со взрывчатыми продуктами или когда это требуется технологическим процессом, при условии, что приняты другие меры, обеспечивающие эквивалентную степень безопасности.

5 Метод расчета и проверки тангенциального напряжения в обечайке цилиндрического ротора центрифуги

5.1 Обозначения (см. рисунки 1 и 2).

b , b     - расстояние между центрами соседних перфорационных отверстий,

 1   2      мм;

a         - диаметр отверстий (перфораций), мм;

G         - максимально допустимая масса  содержимого  при  максимальной

            скорости вращения, кг;

h         - внутренняя высота ротора, мм;

К , К     - коэффициент для сварных соединений;

 1   2

К , К , К - коэффициент для перфораций обечайки;

 3   4   5

n         - число рядов отверстий в осевом направлении;

q         - коэффициент уменьшения кажущейся плотности ротора вследствие

            перфораций;

r         - внутренний радиус ротора, мм;

 1

r         - средний радиус ротора, мм;

 2

r         - внутренний радиус нагрузки, мм;

 3

дельта    - толщина стенки обечайки, мм;

z         - коэффициент для учета подкрепления колец (обручей);

альфа     - угол между линиями, соединяющими отверстия, расположенные  в

            шахматном порядке, градусы;

ро        - плотность обечайки, кг/дм3;

  1

ро        - плотность содержимого  или  мокрых  отложений  (максимальное

  2         значение), кг/дм3;

сигма     - тангенциальное напряжение в обечайке  при  вращении  пустого

     1      ротора, Н/мм2;

сигма     - тангенциальное    напряжение    в    обечайке,    вызываемое

     2      центробежной силой от однородного содержимого, Н/мм2;

сигма     - тангенциальное напряжение в обечайке, вызванное центробежной

     3      силой от неоднородного содержимого Н/мм2;

сигма     - предел прочности при растяжении, Н/мм2;

     h

Re        - предел текучести для стали с выраженным пределом  текучести,

            Н/мм2;

R         - условный предел текучести 0,2%  для  стали  без  выраженного

 0,002      предела текучести, Н/мм2;

R         - условный предел текучести 1,0% для аустенитной стали, Н/мм2;

 0,01

сигма     - сумма тангенциальных напряжений в обечайке ротора, Н/мм2;

     t

омега     - допустимая угловая скорость, рад/с.

5.2 Тангенциальные напряжения в обечайке пустого барабана

5.2.1 Тангенциальные напряжения в обечайке пустого барабана |сигма_1| рассчитывают по формуле

                                 -9          2 2

                       сигма = 10  q ро омега r

                            1          1       2

Для учета уменьшенной плотности обечайки при наличии перфораций можно использовать коэффициент q (см. 5.3.2.3).

5.2.2 Тангенциальное напряжение, вызванное центробежной силой от нагрузки

5.2.2.1 Для облицованных роторов нагрузку следует увеличить на значение массы облицовки. Следует также принять в расчет массу фильтров и т.п.

5.2.2.2 При загрузке материалом с равномерным распределением массы (например жидкостями) напряжение в обечайке ротора определяют по формуле

                                       2   2

                                      r - r      r

                          -9        2  1   3      1

                сигма = 10  ро омега (------) х ------.

                     2        2         2       дельта

5.2.2.3 При загрузке материалом с неравномерным распределением массы (например текстиль, меха) напряжение в обечайке ротора определяют по формуле

                                                    3   3

                                 2                 r - r

                        -3  омега G       1         1   3

              сигма = 10  x ------- x --------- x (------).

                   3           пи     3h дельта     2   2

                                                   r - r

                                                    1   3

5.3 Коэффициенты

5.3.1 Коэффициент для учета подкрепляющих колец. При применении подкрепляющих колец следует учитывать их влияние на прочность ротора при вычислении тангенциального напряжения согласно общепринятым техническим правилам. При этом можно определять необходимый коэффициент z.

5.3.2 Коэффициент для учета сварных соединений и перфораций

5.3.2.1 В расчетах следует принимать наименьший из пяти коэффициентов К, приведенных в 5.3.2.2 - 5.3.2.3.3.

5.3.2.2 Коэффициенты для учета сварных соединений

Принимая, что механические свойства сварных соединений соответствуют свойствам основного материала, можно ввести следующие коэффициенты, учитывающие влияние сварных соединений:

а) коэффициент для сварных соединений, не подвергнутых контролю:

                               К = 0,8;

                                1

б) коэффициент для сварных соединений, подвергнутый 100-процентному рентгенографическому контролю или контролю другим методом, который признан эквивалентным:

                               К = 0,95.

                                2

Результаты неразрушающего контроля сварных соединений не должны давать никаких оснований для признания их неприемлемыми.

При применении большего сварочного коэффициента должна быть установлена соответствующая методика контроля.

5.3.2.3 Коэффициент для учета перфораций

5.3.2.3.1 В коэффициентах для учета ослабления, вызванного перфорациями, не учтена концентрация напряжений у кромок отверстий.

В районе сварного соединения не должно быть перфораций.

Если этого нельзя избежать, то наименьший из коэффициентов К_3, К_4, К_5 следует умножить на коэффициент сварного соединения.

5.3.2.3.2 В случае равномерно распределенных перфораций в обечайке применяют следующие значения К (см. рисунок 2):

                          b - d          b - d

                           1              2

                      К = ----- или К  = ----- х v.

                       3    b        4     b

                             1              2

                             2

                       1 + tg альфа

    Величину v = ------------------------ - можно получить, как  функцию

                                  2

                 кв.корень(1 + 3tg альфа)

угла альфа по кривой на рисунке 3.

5.3.2.3.3 Для единственного ряда перфораций и для ряда, расположенного вплотную к днищу ротора, и (или) нужно определить коэффициент К_5

                                  h - nd

                              К = ------.

                               5    h

5.3.3 Коэффициент уменьшения кажущейся плотности обечайки вследствие наличия перфораций:

                                        2

                                    пи d

                        q = 1 - --------------.

                                4b b sin альфа

                                  1 2

5.4 Определение прочности ротора

5.4.1 Суммирование тангенциальных напряжений

5.4.1.1 При заполнении нагрузкой с равномерным распределением массы (например жидкостями):

                                                1

                     сигма = (сигма + сигма ) x -,

                          1        1       2    К

т.е. используя плотность нагрузки

                                         2   2

                        2               r - r        z

                   омега         2       1   3        1

           сигма = ------ [q ро r + ро (------) х --------],

                t  109 К      1  2    2    2      z дельта

или, используя массу нагрузки,

                           2             6        r

                      омега         2  10 G        1

              сигма = ------ (q ро r + ----- x --------).

                   t    9         1 2  2пи h   z дельта

                      10  К

5.4.1.2 При заполнении нагрузкой из неоднородного материала (например текстиль, меха):

                                                1

                     сигма = (сигма + сигма ) x -,

                          t        1       3    К

т.е. используя массу нагрузки,

                                              3   3

                     2                6      r - r

                омега           2   10 G      1   3      1

        сигма = ------ [q ро x r  + ----- x (-------) --------].

             t    9         1   2   3пи h      2   2  z дельта

                10 К                          r - r

                                               1   3

5.4.2 Сравнение с допустимым тангенциальным напряжением

В связи с тем, что в настоящем стандарте не учтены некоторые факторы, в частности концентрация напряжений, которые могут иметь место в местах соединения обечайки с основанием и верхом, тангенциальное напряжение не должно превышать меньшего из двух следующих значений допустимого тангенциального напряжения:

                 сигма < 0,5 Re и сигма < 0,33 сигма .

                      t                             R

Если это условие соблюдено, то прочность обечайки ротора удовлетворяет требованиям настоящего стандарта.