旋转装置

2024-12-09

旋转装置（精选7篇）

旋转装置篇1

1 问题的提出

在以环戊烷为发泡剂的聚氨酯家电生产行业中, 容积为300L的发泡机环戊烷混合料罐 (夹套保温罐) 正常运行时, 生产工艺上要求对环戊烷混合料进行搅拌, 确保环戊烷混合料的温度均匀一致, 电机通过减速机驱动搅拌轴, 搅拌桨固定在搅拌轴的下端部, 搅拌轴转速一般不大于80r/min;环戊烷是一种易燃易爆易挥发的气体, 生产安全规范要求环戊烷混合料罐必须充氮气保护, 料罐内压力一般为0.15~0.25MPa。搅拌轴密封装置要求采用双密封, 并在双密封之间加上润滑液监控器。

2 密封元件的确定

旋转运动的轴密封装置, 一般采用油封、机械密封、盘根填料密封和O形密封圈等, 其中油封的结构复杂、零件的加工要求高;机械密封结构庞大、复杂, 成本高;填料密封则需要专门的填料箱体, 填料的磨损快, 一般用在泵类的旋转密封中;O形密封圈的特点是密封可靠, 密封沟槽结构简单, 易于装卸, 运动摩擦阻力小, 被广泛应用在静密封和往复运动密封中, 但在旋转密封中O形密封圈一般不单独采用。而在O形密封圈基础上发展起来的旋转格莱圈, 也称为组合密封圈, 它是由一个耐磨、低摩擦的填充聚四氟乙烯 (PTFE) 滑动环和O形密封圈组成, O形密封圈提供预紧力, 可对滑动环的磨损起补充作用, 它具有双向密封效果, 适合旋转运动轴的密封, 除具有O形密封圈的特点外, 还具有自密封能力和自润滑性, 与金属表面无粘着作用, 使用寿命长。目前旋转格莱圈密封主要应用在液压系统中, 根据旋转格莱圈密封的工作原理、特点及搅拌轴密封装置的要求, 旋转格莱圈的密封完全能满足搅拌轴密封装置的使用要求。

3 密封装置结构设计

混合料罐旋转搅拌轴密封装置结构如图1所示, 搅拌轴密封装置、电机及减速机都固定在储料罐法兰盖9 (由DN500mm的法兰盖改制加工而成) 上。固定搅拌座1与储料罐法兰盖9连接, 配合端面通过O形圈静密封, 固定搅拌座1上的定位止口与减速机配合连接。固定搅拌座1与密封座2通过两个O形圈静密封, 隔套6把上下旋转格莱圈隔离, 上面格莱圈由压套3通过孔用挡圈固定, 组成旋转搅拌轴的双密封装置;轴套4与搅拌轴5静密封配合, 轴套4设计成内、外带导向锥的结构, 装配时不会损伤密封元件, 轴套4的外径为准40f8, 密封座2与旋转格莱圈配合的内孔为准51H9, 保证旋转格莱圈中的O形圈压缩率为10%~20%, 轴套6与压套2及隔套7的单面间隙为0.08~0.12mm, 旋转格莱圈沟槽的有关尺寸及公差可按生产供应商提供的有关参数确定。

1.固定搅拌座2.密封座3.压套4.轴套5.搅拌轴6.隔套7.旋转格莱圈8.润滑液监控器9.储料罐法兰盖10.轴承UCFC207

密封装置结构有三处采用了分体式, 搅拌轴5通过O形圈静密封与轴套4合为整体, 与旋转格莱圈滑环作相对运动的轴套4外径需磨削加工, 比制作成整体搅拌轴加工简单, 更换配件也方便, 降低了成本;格莱圈的安装比O形密封圈复杂, 轴用格莱圈在采用整体安装沟槽结构时, 要先把O形密封圈放入沟槽内, 同时按压滑动环, 把受压状况的滑动环放在O形密封圈上, 再用圆棒展开反复按压滑动环使其恢复原尺寸, 密封装置中旋转格莱圈的安装沟槽采用分体式结构, 和安装O形密封圈一样简单;固定搅拌座1与密封座2可制作成整体, 考虑到安装及维修的方便, 也采用了分体式结构。在固定搅拌座1的下面安装轴承UCFC207, 增加了旋转轴的平稳性, 电机和减速机是一个整体固定支点, 这样旋转格莱圈就在上下固定的两个支点间旋转运动, 使得上下两个旋转格莱圈的磨损均匀, 不仅密封效果好, 而且也延长了旋转格莱圈的使用寿命。采用双密封结构, 在双密封之间加上润滑液监控器, 利用润滑液位高差的变化通过电气报警装置可以确定密封的可靠性, 同时对旋转格莱圈也起到了润滑作用, 减少了摩擦阻力, 提高了其使用寿命。在安装密封件时要特别注意:尖角处去毛刺、倒钝或倒角, 将脏物清洗干净;混合料中的环戊烷对O形橡胶密封圈有腐蚀, O形密封圈材料可采用氟橡胶 (FKM) 。

4 结语

选用旋转格莱圈作为旋转搅拌轴的密封元件, 其密封效果好, 结构简单, 成本低。该型密封装置已在多家电冰箱生产企业中使用, 运转正常, 搅拌轴密封装置在长期连续工作过程中, 用红外线测温仪测得搅拌电机轴承处的外表面及减速机外表面的温度均未超过58℃, 润滑液监控器的工作正常。目前这种旋转格莱圈密封已推广应用到2000L的环戊烷混合料中间储料罐的旋转搅拌轴密封。

摘要：选用旋转格莱圈作为搅拌轴的密封元件, 密封装置结构简单, 装卸方便, 能满足生产工艺和安全规范的要求, 经过长期的生产实际使用, 密封效果良好, 已推广应用到类似的旋转搅拌轴密封装置中。

关键词：旋转搅拌轴,密封,旋转格来圈,结构

参考文献

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[3]夏廷栋.实用密封技术手册[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 1985.

旋转装置篇2

煤矿生产过程中会不可避免地产生大量的粉尘,煤尘威胁着矿井的安全生产,危害着煤矿工人的身体健康[1]。煤尘浓度高,易引发火灾和爆炸,严重的还可能摧毁设备,造成很大的经济损失。另外,小粒径颗粒煤尘长时间飘浮于巷道中,难以沉降下来,容易被呼吸进入体内;粒径越小的煤尘在人体呼吸道中的沉降部位越深,也意味着危害就越大,7μm以下的微细煤尘最容易进入身体的肺部[1]。

生产机械化程度的提高,使煤矿产量和生产效率都有很大提高,产尘量也有了明显增加。近年来,煤矿防尘技术也有了长足发展,新的技术主要有泡沫除尘[2]、声波雾化降尘[3]、磁化水降尘[4]、喷雾降尘[5]、煤层注水[6]、高压风屏蔽和个体防护[7]。其中喷雾降尘是简单、安全的降尘方法之一。

目前掘进机组上的内外喷雾系统仍不能使工作面的粉尘浓度达到国家标准的要求,尤其是高突矿井,问题更加严重。经过大量的走访和调查发现,现有掘进机组的内喷雾系统存在一些不可靠的因素,导致其不能正常使用。单一的外喷雾雾化效果不能满足降尘的需要,而外喷雾的流量过大,可能导致巷道严重积水,人员无法正常工作,机组停运,外喷雾的效果得不到正常发挥。外喷雾使用大量的喷嘴串联使得每个喷雾的压力下降,导致雾化效果变得很差。因此,需要研制一套新型可靠的喷雾降尘系统,增强喷雾的雾化效果,使工作面空气中的粉尘被充分的捕捉,提高生产效率。

本文设计了有2个喷嘴和1个旋转接头组成的自旋转喷雾系统。该系统由于喷嘴数目少、旋转扰动大、雾化范围广,相对于传统直排喷嘴要更加节约水资源。

1 自旋转喷雾降尘实验装置

为了测量自旋转喷雾降尘的性能参数,设计如下实验。测量不同压力下3种不同直径的喷嘴各自的喷雾情况,同时测量不同压力下自旋转系统的旋转转速。受实验器材的制约不直接测量雾滴直径,通过数值模拟给出。

实验室实验时,采用没有杂质的自来水,水量好控制,所以没有使用截止阀和过滤器。将水桶注满水,打开泵的电源,自旋转喷雾装置会由于反作用力的作用进行旋转。实验需要测定压力和转速之间的关系。

自旋转喷雾系统连接示意图如图1所示。实物图如图2所示。

2 系统的组成部分

2.1 自旋转喷雾主体(见图3)

本文设计了有2个喷嘴和1个旋转接头组成的自旋转喷雾系统。旋转接头的承压超过30MPa,实验需求不超过5MPa,完全可以适合本次实验。

自旋转系统的喷嘴在沿着喷雾方向的布置为:一个与喷雾方向成+θ交角,另一个为喷雾方向成-θ交角。当接上压力时,压力能的分量一部分提供旋转所需的动能,另一部分进行喷雾。由于旋转会产生离心力,喷雾的范围会得到增加。旋转接头到喷嘴弯头的连接管路有3种不同长度供实验研究。

2.2 喷嘴

本实验主要采用3种不同喷口直径的喷嘴,分别是0.79mm、1.2mm和2.38mm。压力喷嘴的几何参数主要有喷嘴的出口直径d,喷嘴的长度l,喷嘴长度和直径的比值l/d,喷头内部倒角半径r1和r2,喷嘴的收缩角α以及喷嘴的总长度L,内部导水旋芯的初始角为30°。喷嘴的几何参数和系统中的喷嘴如图4所示。实验测得结果如表1所示。

2.3 激光测速仪(见图5)

采用微型计算机技术、光电技术、抗干扰技术,实现非接触测量转速。该转速仪的测量范围在2.5～9999r/min,分辨率为0.1r/min,采样时间在0.8s以上,有效测量距离在50～200mm。

3 实验结果

取喷嘴直径为1.2mm的喷嘴,分别测得在喷嘴不同对称角度下(取3组分别为30°、45°、60°)随压力变化(取1.5MPa、3 MPa、4.5 MPa、5.5 MPa)的转速。转速如表2所示。

从表2分析得:转速随着压力的增加而增加,随着角度的增加而增加。当角度为30°的时候,主要还是喷雾方向为主;当角度为60°的时候,大部分能量用来提供旋转动能,喷雾不能汇聚呈发散状。所以选择对称中心角度为45°比较合适。转速越高,由于离心力的作用雾滴在空气中更加容易被撕扯破裂,雾滴直径会更小。

4 模拟分析

采用FLUENT 3D网格,k-ε湍流,非定常状态进行模拟。使用FLUENT中离散相模型(DPM)遵循欧拉-拉格朗日法。雾滴区域模拟煤矿巷道的尺寸,宽4m、高4.5m、弧顶半径为2.5m、长5m的网格。网格划分后总数为71118。虽然采用三维网格计算比较慢,但是三维计算出来的结果一目了然,可以清晰地反映出雾场的分布。网格划分如图6所示。喷雾的效果图如图7所示。

实验选用喷嘴直径为1.2mm的喷嘴,通过改变喷嘴前压力进行模拟分析,取1.5MPa、2.5MPa、4MPa 共3组压力进行模拟。喷雾的模拟需要设置自旋转喷雾喷嘴旋转时所经过的位置,同时设置好所在位置与喷雾方向的角度。

从模拟的结果来看,压力越大,雾化效果越明显,颗粒的分布更加扩散。

雾滴的SMD平均直径分布如图8所示。

雾滴SMD直径随着压力的增加逐渐减小,同时SMD直径随着的计算时间的增加而减小。压力增大雾化效果更好;计算时间越长,雾滴在空间和空气的两相作用就越激烈,雾滴不断的被空气撕裂和合并,最终雾滴逐渐减小。喷雾降尘的效率与雾滴直径并非为简单的线线关系,因雾滴在空气中会蒸发(据资料表明,10μm的水滴蒸发时间为4s左右,50μm的水滴蒸发时间为20s左右[8]),液滴越小,蒸发时间越短,相反,雾滴太大的话沉降就很快,射程比较短也不能很好地捕捉粉尘。一般认为雾滴直径在50～100μm降尘效果比较显著。

5 结论

本文给出了自旋转喷雾系统的实验分析和数值模拟,得出压力和转速之间的关系、雾滴SMD平均直径和雾场的分布图。在高压喷雾降尘过程中,雾滴是通过惯性碰撞、凝集、拦截捕尘、布朗扩散的综合作用来降尘的;自旋转喷雾系统由于旋转导致雾场范围扩大显著提高了雾滴对微细粉尘的捕集效率,因此显著提高对呼吸尘和全尘的沉降率。自旋转喷雾降尘系统结构简单,能够节约水资源,不需要额外的驱动,通过快速接头和井下供水管连接就可以旋转喷雾降尘,是喷雾降尘技术的一种新的尝试。

参考文献

[1]刘辉辉,邹伟,徐超.煤矿综采面喷雾降尘机理[J].山东煤炭科技,2010,(2):212-213.

[2]黄本斌,王德明,时国庆,等.泡沫除尘机理的理论研究[J].工业安全与环保,2008,34(5):13-15.

[3]李冠文,陈凡植,王军,等.超声波雾化除尘的可行性分析[J].工业安全与环保,2008,34(5):20-22.

[4]张大明,马云东.矿井粉尘污染防治新技术浅析[J].辽宁工程技术大学学报,2009,28(21):22-24.

[5]葛世友.高压喷雾湿式纤维栅除尘技术研究及应用[D].北京:北京科技大学,2007.

[6]刘新河,刘波.煤层注水降尘效果探讨[J].矿业安全与环保,2006,33(5):81-82.

[7]郑祖根.综掘除尘装置的应用研究[J].中国新技术新产品,2010,(19):148-149.

旋转装置篇3

1 装置基本结构及测量原理

1.1 电荷交换复合光谱诊断系统基本结构

电荷交换复合光谱诊断系统包括:光学采集系统,传输光纤,光栅光谱仪,ICCD,计算机控制和处理系统。当高温等离子体发生聚变反应时,从等离子体中产生的光经过光纤传输到光谱仪,通过光谱仪的入射狭缝传输到光栅上,经过光栅分光形成光谱后,由ICCD将光强信号转化为电信号,再经过计算机分析处理得到所要的光谱信息。电荷交换复合光谱(CXRS)诊断系统的视角范围Observation Port是观测窗口,当中性束注入(NBI)后,通过该窗口采集HL-2A托卡马克外边缘到中心等离子体的电荷交换复合光谱信息。光学采集系统由一个金属反射镜和一些透镜片组成。利用几何光学原理将HL-2A托卡马克放电时由外边缘到中心范围内等离子体辐射的光通过透镜组传输到光纤中。2011年采用的中心窗口光学采集系统的视角范围相对要窄一些,比例为0.38

诊断系统中的ICCD带有时间闸门的增强型影像ICCD,利用其信号增强功能和时间闸门控制特点,实现极弱信号采集、时间分辨影像捕捉等实验功能。安装ICCD应在断电情况下,连接电源线,连接ICCD。在断电情况下插PCI卡,连接数据线和ICCD。电源控制器一端连接PCI卡一端连接ICCD。在实验过程中,使用外部触发模式,ICCD的曝光时间设为20 ms,在接收到外部触发信号后开始采集,一共采集200帧。通过自带的Solis软件对ICCD进行控制并进行数据采集。

1.2 电荷交换复合光谱诊断原理

在高温等离子体内部,光谱学诊断常利用电荷数相对低的成分,称为轻杂质,此时由于大部分离子的电子被完全电离,以至于不会发出线辐射,这样就不利于直接进行光谱学诊断。利用中性束能够克服这个障碍。光谱诊断中电荷交换复合光谱诊断如图1所示。CXRS借助于外部注入粒子束使之与等离子体中的离子发生相互作用而产生光(H0+AZ+→H++A(Z-1)+*→H++A(Z-1)++hν),类氢离子产生于激发态,这是很有用的,因为其意味着一个或多个光子是由原子迅速发出的,而没必要由碰撞激发所产生,而且根据辐射跃迁选择定则,角动量差为±1,这使得高态不能直接跃迁到基态,其波长比到基态的共振线的波长要长,所以谱线容易观测,尤其是可见光或近紫外波段。同时利用高分辨光谱仪采集光谱谱线,通过精确分析谱线的多普勒展宽和多普勒频移,能直接或间接的测定等离子体的一些参数,如测量更高的离子温度和接近于等离体中心的旋转速度等参数利用CXRS方法测定离子温度和旋转速度更方便有效,因为这只依赖于谱线的位置和相对宽度,不依赖于强度,所以可以克服密度测量存在的一些困难。CXRS用于测量离子温度,因为发光离子的热运动引起了谱线的多普勒展宽;也可以用于测量等离子体旋转速度,因为等离子体旋转速度引起相同谱线的多普勒频移。最后本地杂质浓度还可以从CXRS的的谱线强度推断。从得到的这些参数中理解和分析等离子体的一些特性和物理过程,为托卡马克的运行提供必要的理论准备和依据

2 实验结果及分析

HL-2A装置放电过程中的主要内部杂质是C杂质,丰富的C杂质能提供测量所需的足够强度的信号,所以选CVI(n=8→n=7)529 nm电荷交换复合光谱来拟合。实验中用Solis采集炮号为19 591的数据,取多普勒展宽最宽的一帧即第45帧的数据来分析其空间分布。由于在ICCD中观测到的光谱波长位置与实际光谱波长位置是相反的,所以光谱左边的那条线是由边缘CIII(n=4→n=3)辐射而产生的,其中心波长为530.46 nm;光谱右边那条线是由芯部CVI(n=8→n=7)通过电荷交换复合而产生的,其中心波长为529.06 nm。毛刺主要是由于HL-2A的光谱仪分辨率有限,以及存在噪声等原因。基线不在x轴,是因为韧致辐射而产生了背景噪声造成的。如图2所示。将光谱中的数据转化为.asc格式输出,用Matlab程序读取实验数据,且用几条高斯曲线来拟合CVI谱线,并计算碳杂质离子的温度与环向旋转速度。CXRS诊断系统观察视线布局原理结构图,采集到的谱线里面主要包括装置边缘的被动光谱成分和芯部的主动光谱成分,此外还会有来自边缘电子影响的成分和一条未知杂质的谱线成分,这条杂质谱线有可能是氧。第45帧的光纤拟合的CVI谱线如图2所示。这里采用Matlab中的fliplr函数将Solis采集的光谱数据左右反转,得到实际光谱数据信息。图中蓝色高斯曲线代表实验采集到的光谱曲线,绿色高斯曲线代表主动光谱成分,青色虚线代表被动光谱成分,青色实线代表CIII成分,黑色的高斯曲线代表ICE(电子碰撞)成分,洋红色高斯曲线代表未知成分(可能是氧),红色虚线是总的拟合曲线。

中性束注入中性粒子与等离子体进行电荷交换H0+AZ+→H++A(Z-1)+→H++A(Z-1)++hν,并发射复合光谱,可以根据理论公式:

计算得到离子的温度T(eV)。其中:λFWHM是拟合的CVI谱线的波长半高全宽度;λ0是CVI谱线的中心波长,D是色散度,σs是换算后的CVI拟合谱线的像素宽度。

同样由理论公式:

可以计算得到离子的环向旋转速度。Vrot是等离子体环向旋转速度,C是光速,Δλrot是拟合的CVI谱线的多普勒频移,λ0是CVI谱线的中心波长。

由此通过Matlab编程就可以由前面拟合的CVI谱线得到离子的温度T(eV)和环向旋转速度Vrot。Matlab拟合得到离子的温度T(eV)和环向旋转速度Vrot如图3,图4所示。绿色粗线代表HL-2A托卡马克等离子体的中心位置。两幅图分别显示了11跟光纤采集到的由外边缘到中心位置方向在第45帧时离子温度和旋转速度的分布情况。

3 结论

本文主要介绍了电荷交换复合光谱诊断系统采集HL-2A托卡马克中碳杂质的电荷交换复合光谱,通过Matlab拟合CVI谱线,用三条高斯曲线,分别为表示CVI的主动谱线、被动谱线、电子碰撞谱线,并对谱线进行拟合,计算得到HL-2A托卡马克装置中等离子体放电时的离子温度和环向旋转速度。本次实验结果显示,HL-2A托卡马克中等离子体放电时离子温度最大值和环向旋转速度最大值并非出现在中心位置,而是出现在稍微偏离中心位置的地方。这是由于HL-2A托卡马克中等离子体在电磁场中的漂移运动引起的。测量托卡马克中等离子体放电的这些物理参数可以有助于我们建立全面的实验数据库,以便更好地控制等离子体及核对一些主要等离子体数据如等离子体能量、有效电荷数、束靶和热中子量等。这对ITER计划具有深远的意义。

摘要：对托卡马克中等离子体放电时的一些物理参数如离子温度,旋转速度,离子密度等的测量有助于建立全面的实验数据库,以便更好地控制等离子体及核对一些主要等离子体数据。在实验中运用电荷交换复合光谱诊断系统可对HL 2A托卡马克装置中的碳杂质的电荷交换复合光谱进行采集,用光谱采集系统将HL 2A托卡马克中的光谱信息通过光纤传递到光栅光谱仪,通过CCD将数据传递给计算机并进行采集。用Matlab对得到的复合电荷交换光谱中的数据进行拟合,进一步得到离子温度和旋转速度的空间分布。从分布上可以看出离子的温度与旋转速度的最大值并非出现在HL 2A托卡马克装置的中心位置,而是出现在中心位置偏外边缘的位置,这种分布情况可能是磁场位形所致。

关键词：电荷交换复合光谱,数据拟合,离子温度,旋转速度,空间分布

参考文献

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旋转装置篇4

在开放型放射性实验室或者反应堆配套设施中, 有一些强γ射线的工艺操作需要在完全屏蔽保护的空间里进行, 而这些位置往往需要配备工作人员和物件进出的通道。由于这些空间内放置有较强的放射性源项, 这其中以强γ射线为主要的表现形式, 为了保护人员及敏感设备的安全, 需要有足够的射线屏蔽厚度, 所以在这些空间进出口一般需设置具有屏蔽电离辐射的屏蔽门。屏蔽门一般采用旋转式启闭方式, 其本身的重量一般非常大, 人工开启或关闭时不仅比较费力, 还需要注意开启和关闭时的初始施力大小和启闭过程中的力量控制以保证屏蔽门的转动速度, 进而防止屏蔽门与墙体或门框之间产生较大的撞击而损坏, 因此, 不仅需要特别注意屏蔽门的动作特点及其启闭要求, 还增加了工作人员的操作难度, 鉴于此, 需要有一种应用于屏蔽门自动启闭的门控装置, 以解决屏蔽门使用中遇到的上述问题, 并实现屏蔽门启闭的自动化。

本文研制的门控装置在实现屏蔽门电动启闭的同时, 还考虑到了在诸如外电丧失、装置故障、检修更换零部件以及其他非正常工况下的屏蔽门启闭功能保持问题, 门控装置针对这种情况做了周全的设计, 保留了手动启闭功能, 以确保在任何情况下, 屏蔽门均能够顺利地实现自由开启和安全可靠关闭。此门控装置主要是提供一种成套机电产品, 其主要功能是实现屏蔽门的电动开启和关闭, 同时具有手动启闭功能。门控装置包括机械构架、驱动、传动和电气控制等部分, 根据屏蔽启闭的特点, 通过特殊的结构设计和部件集成, 最终形成一款具有良好通用性、适应性、高安全性和可操作性强的产品, 为开放型放射性实验室或者反应堆配套设施中屏蔽门的启闭提供了一种非常有用的配套产品。

1 基本原理及特点

旋转启闭式门控装置是采用电机驱动方式, 通过传动机构带动屏蔽门作旋转动作, 从而实现屏蔽门的开启和关闭, 其结构示意图见图1。该装置利用屏蔽门本身的结构特点, 分别将驱动组件、传动导向组件和限位组件分别安装在门板和门框上, 电气控制盒则就近安装在易于人员操作的位置。采用摆线针轮减速电机进行驱动, 驱动组件与传动导向组件通过齿轮齿条副联动, 电机运转时, 输出轴端的齿轮绕弧形齿条运动, 带动热室屏蔽门以铰链轴为中心做半圆形平开运动, 运行到极限位置时, 触碰限位组件, 电机停止运转, 从而实现屏蔽门开启和关闭的功能。

门控装置针对出现诸如外电丧失、装置故障、检修更换零部件以及其他非正常工况做了周全的设计, 保留了手动启闭功能, 以确保在任何情况下, 屏蔽门均能够顺利地实现自由开启和安全可靠关闭。门控装置的减速机与齿轮转轴之间装入通电结合形式的电磁离合器, 通过控制电磁离合器来实现主动驱动机构与齿轮转轴的脱扣和结合, 从而实现屏蔽门的启闭控制。在屏蔽门运行状态下 (打开和关闭的运行过程中) , 电磁离合器处于通电状态, 此时离合器处于结合状态, 门控装置具备电动启闭功能, 在屏蔽门完全打开和闭合以及其他非正常工况而造成电源缺失时, 电磁离合器处于断电状态, 这时离合器处于脱扣状态, 可以手动启闭屏蔽门。

2 设计计算

在屏蔽门启闭过程中, 鉴于其本身的质量较大, 为了保证启闭过程中的安全平缓, 速度控制非常重要, 屏蔽门启闭角速度一般设定为0.4~0.8 r/min。本文以质量4175 kg铸铁屏蔽门为计算基准, 门板外形尺寸为1009 mm×1600mm×347 mm (宽×高×厚) , 采用轴承铰链式, 轴径50 mm, 门开度为0°~160°, 启闭角速度为0.52 r/min。

2.1 转矩计算

开门所需最大转矩出现在门即将打开的时候, 此时的最大静摩擦力产生了开门需要克服的最大转矩, 钢与钢的静摩擦因数 (有润滑) 为0.05~0.1, 此处取最大值0.1, 所需最大转矩为

式中:T为所需最大力矩, N·m;μ为静摩擦因数, 无量纲;m为门质量, kg;g为重力加速度, 取9.8 m/s2;L为铰链轴径, mm。

2.2 减速器选取

驱动电机选用摆线针轮减速电机 (JB/T2982) , 此种电机15 k W以下的电机轴端输出转速 (减速机输入转速) 为1500 r/min。

传动机构中, 齿轮和齿条模数为3 mm, 齿轮传动比n2为10:1, 二级摆线针轮减速机的减速比n1初选值分别是11×11=121、11×17=187和17×17=289, 则减速机输出轴的对应的角速度分别为11.9 r/min、8.02 r/min和5.19 r/min, 通过齿轮齿条减速后最终速度分别为1.19 r/min、0.8 r/min和0.52 r/min, 门打开角度160°的时间分别为28 s、35 s和52 s, 结合实际使用需求, 选用减速比为289的减速机可满足门控装置的要求。

2.3 电机功率计算及电机选型

根据2.1节和2.2节中的相关参数, 电机功率为

式中:P为所需电机功率, k W;A为安全因子, 取2;T为所需最大转矩, N·m;n1为电机轴端输出转速 (减速机输入转速) , r/min;i1为减速机减速比;i2为齿轮齿条减速比;μ为传动效率, 取0.765 (其中, 减速机为0.85, 齿轮齿条0.9) 。

电机计算功率为0.029 k W, 所以选择的电机功率大于0.03 k W即可, 因要求与减速比为289的减速机相配, 故选择0.1 k W的电机, 据JB/T2982, 结合减速机输出轴许用转矩要求, 最后选择摆线针轮减速电机的型号为ZWED0.10-42B-289。

3 结构设计

旋转启闭式门控装置最大限度考虑了轻便小巧的特点, 其最大的结构部件为半圆形齿条及其支架, 其直径906 mm, 最宽处不过80 mm, 驱动机构总长约660 mm, 整体外形尺寸较小, 总重量也不过150 kg。该装置可以拆卸包装, 占用空间较小, 易于利用各种运输工具进行货物运输, 也便于现场安装和调试。

1.导向组件安装板2.传动导向组件3.行程开关组件1-14.行程开关组件1-2 5.驱动组件6.驱动组件安装机构7.行程开关组件2-1 8.行程开关组件2-2

3.1 基本结构

旋转启闭式门控装置采用摆线针轮减速电机进行驱动, 并用弧形齿条与齿轮的传动方式, 带动屏蔽门做半圆形平开旋转运动。其结构主要包括驱动机构安装组件、驱动组件、传动组件、导向组件、行程限位组件以及控制组件等, 其结构示意图见图2。

3.2 传动结构

在传动结构中, 齿条齿轮传动比为1:10, 齿轮齿条选用模数m为3 mm, 压力角α为20°, 齿顶高系数Ha为1, 顶隙系数Hc为0.25, 齿根圆角0.38, 齿宽30 mm, 齿条齿数为300, 齿轮齿数为45。摆线针轮减速机功率0.1 k W, 传动比为289, 理论上门控装置对于屏蔽门施加的转矩可达680N·m, 最大许用转矩也可达540 N·m, 最大能够带动重达10 000 kg的轴承铰链式屏蔽门完成启闭动作。

3.3 电气控制部件

门控装置除了主要机械构架、驱动、传动部分以外, 还包括电气控制部件, 针对屏蔽门操控的简易化和便于安装的要求, 控制系统及其部件在保证安全可靠的基础上做到了最大的简易化, 驱动电机电源采用交流380 V/50Hz电源, 控制电源采用交流220 V/50 Hz电源, 驱动及控制电路元器件及集成在一个小盒子里, 能够非常方便安装在屏蔽门旁边的墙上, 同时也确保了接线的便捷性。利用了具有固有安全性和过行程保护的限位开关作为启闭点的驱动动作状态获得和控制, 并且将安装支架和配对机械碰块做了特别的设计, 能够保证安装位置以及安装方式的可选性, 既可以采用螺钉固定, 也可以根据情况采用焊接方式固定。

4 有限元分析

屏蔽门所需最大转矩出现在门即将开启的时刻, 此时门控装置受力最恶劣, 因此, 选取此工况下的门控装置进行应力强度评定。根据装置的结构特点, 选取装置中关键零部件主动齿轮和传动导向组件为研究对象, 主动齿轮和传动导向组件的材料参数见表1。传动导向组件通过导向组件安装板固定在屏蔽门门框上, 按此情况, 在传动导向组件底面施加固定约束, 对于主动齿轮, 约束其径向和竖直方向位移, 对于主动齿轮与传动导向组件的齿轮齿条啮合面, 将其设置为不分离接触, 在主动齿轮内表面施加电机可以产生的最大转矩680 N·m, 分析中, 重力加速度取9.81 m/s2。计算模型主要采用计算精度较高的体网格, 模型划分网格后的单元数为206 928个, 节点数为51 628个, 装置计算模型见图3。

图4为装置的等效应力云图, 从图中可以看出, 装置的最大等效应力产生在在主动齿轮与传动导向组件齿轮齿条啮合面, 其值为44.5 MPa, 远小于材料的屈服应力, 因此, 装置的结构强度满足要求。

5 试验验证及应用情况

旋转启闭式门控装置加工完成后, 对其进行了模拟试验验证, 试验结果表明, 装置运行正常, 性能良好。该装置已投入工程应用, 在实际使用过程中, 未出现任何影响装置正常使用的永久性变形和异状, 完全满足屏蔽门的启闭控制。

6 结语

本文基于旋转屏蔽门自动启闭的需要, 研制了一套旋转启闭式门控装置, 装置通过特殊的结构设计和设计计算, 具有通用性好、适应性强、安全性和可操作性高等特点, 并兼具手动功能, 极大地提高了重型屏蔽门的操作便捷性, 完全满足开放型放射性实验室或者反应堆配套设施中放射性屏蔽门的电动启闭要求, 具有明显的实用价值和社会效益。研制过程中, 利用有限元分析软件ANSYS对装置进行了数值计算, 结果表明:装置的结构强度满足要求。最后通过试验验证了该旋转启闭式门控装置满足屏蔽门自动启闭的要求。

参考文献

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[7]优质碳素结构钢:GB/T699-1999[S].

旋转装置篇5

1 水松纸切割装置的设计

(1) 设计规划。设计规划阶段, 首先要对设计任务进行详细描述。基于相应的技术参数和功能要求, 对水松纸切割装置的关键技术、基本原理等进行研究, 并且建立关键技术的理论模型[1]。装置要求将胶水涂抹均匀的水松纸切割为27mm长度的矩形, 并确保能够吸附水松纸的真空度, 设计效率为5500片/min, 同时应确保清洁无污染的工作面。装置应当确保满足卷烟长度的水松纸长度和同步的粘结点线速度。水松纸宽度方向重点应与墙板保持205mm距离, 同时保持水松纸48~70mm的宽度。

(2) 方案设计。水松纸切割由刀盘旋转完成, 因此对切纸轮和刀盘的相对位置应当加以考虑, 同时将刀盘旋转中心的位置确定。具体设计中, 要根据不同的实际情况及生产要求, 分为旋转中心在切纸轮端面内、旋转中心与切纸轮端面齐平、旋转中心在切纸轮端面外等情况进行考虑。墙板挡住了切纸轮里端, 因此在切纸轮外端安装切纸刀盘[2]。具体地, 可分为切纸刀逆时针旋转和顺时针旋转等情况考虑。具体设计中, 对其涉及到的变量和定量参数, 应建立相应的数学模型, 选择最优的安装结构。

(3) 技术设计。根据机构装配空间、切纸原理等, 总体结构主要包括墙板、切纸刀盘、四根轴、齿轮箱、一次锥齿轮传动、两次直齿轮传动、支架、切纸刀、切纸轮等零件。结合切纸刀和切纸轮相对运动的方向, 需要采取变换运动轴线方向的传动方式, 因而采用了圆锥齿轮传动的方式实现这一功能。原有切纸结构的切纸方向与切纸轮端面呈15°。本设计中, 在切纸刀盘旋转轴和竖直面之间保持15°夹角, 以确保安装切纸刀盘的位置与切纸轮端面之间也保持在15°。

(4) 施工设计。刀片设计中, 根据计算确定了65Mn的刀片材料弹簧钢, 其材料与原切纸刀相同。切纸轮较为复杂, 具有送纸、安装调试、切纸、配齐系统等作用。采用12个镶块和1个轮体组成切纸轮, 同时设计相应的切纸轮凹槽。切纸刀是在刀盘上安装刀片, 然后在刀座上进行安装, 最后安装到旋转轴上。设计中, 单盘中心挖空, 刀盘上刀片安装面凸起, 用三个腰圆形槽与轴固定刀座。最后在设计总装图的过程中, 将23个轴承、螺钉, 30个零件图等纳入其中。

2 水松纸切割装置的仿真

(1) 虚拟样机装配验证。在装置仿真过程中, 首先建立三维模型, 确保模型的精确度, 然后将其导入动力学仿真软件中, 将约束和力添加上, 从而形成系统虚拟样机, 最后对其进行动力学仿真试验[3]。需要利用正确的数据交换格式确保模型精度。结合模型导入的几何特征, 利用Parasolid是一种良好的数据交换标准格式, 能够确保转动惯量、体积质量等物理信息的完整。利用该数据交换标准格式能够提供精确的几何表达, 同时发挥良好的容错效果。导入过程中, 为了使仿真更加方便, 将切纸结构分成5个部分, 分别是齿轮箱、支架、墙板;大齿轮、轴、切纸轮;中间齿轮、轴;锥齿轮、小齿轮、轴;锥齿轮、切纸刀、轴。

(2) 切纸原理验证。轴向上, 将切纸轮初始切纸工作刃进行7等分, 然后利用刀刃曲线方程对得到的8个初始点进行计算。在将水松纸切断的过程中, 切纸刀刃与切纸轮工作刃分别有8个相应的点依次重合。在虚拟样机的切纸轮和切纸刀上, 将这16个点分别添加到虚拟样机中。在进行仿真计算的过程中, 对两个点之间的x坐标、y坐标、z坐标之间的差值分别进行测量和计算。如果得到了为0的差值, 则说明在t时刻中, 两个点发生了重合。经过计算得出, 在空间三个方向的坐标中, 差值都为0, 证明理论推导的结果与仿真得到的结果相同, 说明了刀刃曲线方程的正确性以及设计参数的合理性。

(3) 切纸直线度分析。垂直高速旋转式水松纸切割装置属于非接触式切纸。在切纸过程中, 镶块刃口和切纸刀片之间保留了0.06mm的间隙, 保证不会有弹性形变发生。在这种非接触式的切纸装置中, 切纸刀的安装精度和加工精度, 对水松纸切口的直线度有很大的影响[4]。因此, 可根据中心距、刀片刃口曲线、刀片安装面、刀盘轴向移动等方面, 分析直线度受到切纸刀精度的影响。在切纸过程中, 根据切纸方程, 确定刀片的切入点和切出点坐标。在切入的瞬间, 确定水松纸的切开起始点坐标和终止点坐标。在切入过程中, 刀片切入点和水松纸切开起始点重合;在切出过程中, 刀片切出点和水松纸切开终止点重合, 从而确保切出一条直线。

3 水松纸切割装置的试验

(1) 切纸试验。进行装置试验的过程中, 首先根据装配图进行正确装配, 然后安装调试切纸刀, 确保切纸轮旋转轴与切纸刀旋转轴的垂直, 并且与竖直方向保持15°角。安装刀片时, 刀尖和旋转轴的距离为98.82mm, 刀尾和旋转轴距离为69.75mm, 刀座底端和支架底端距离为75.93mm。在水松纸未接入的状态下, 用手盘动切纸轮对镶块工作刃、切纸刀片的啮合情况进行观察。然后开机运行, 对切纸结构的振动噪声、刀刃的啮合情况等进行观察。通过试验证明, 镶块和刀片符合设计要求, 啮合情况良好。正反转时, 传动间隙很小, 非接触切纸噪声很低, 镶块和刀片也没有磨损。

(2) 试验分析。经过试验能够得知, 在垂直高速旋转式水松纸切割装置的设计中, 各个零部件能够准确进行安装, 同时达到了设计的传动精度要求, 且切纸轮和切纸刀在运动过程中不会相互干涉。刀片远点切入、近点切出的轨迹, 能够准确啮合切纸轮镶块[5]。刀片在切纸过程中, 从里向外刮, 并向凹槽里切。对于能够影响到切纸效果的参数, 如刀片、间隙、负压等进行适当选取, 使得切纸结构能够沿着直线进行切割, 得到切口光滑的水松纸片。长度为27mm, 宽度为48mm, 能够满足实际卷烟的需求。

4 结论

在卷烟设备中, 水松纸的切割是一道十分重要的工序。随着工业技术水平的不断提高, 我国已经能够自行设计和制造水松纸切割装置。本文结合水松纸切割当中的各种问题和要求, 设计了垂直高速旋转式水松纸切割装置, 并根据相关的影响因素确定了具体的设计参数和设计方案。经过仿真、试验等步骤, 发现设计的水松纸切割装置能够发挥出良好的效果, 并且能够切割出符合卷烟要求的水松纸片。

参考文献

[1]王玉芳, 高卫军.PASSIM卷接机组水松纸夹沫问题的改进方法探讨[J].安阳工学院学报, 2011, (2) :13-16.

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[4]谢明金.垂直高速旋转式水松纸切割装置设计及试验研究[D].长沙:湖南大学, 2009.

旋转装置篇6

故障一:旋转阳极不转动 (不包括机械卡死)

检修步骤: (1) 安装时连线接错导致旋转阳极不转动。检查 (2910) 与 (2751) 或 (2772) 连线是否正确。

(2) 检查旋转阳极定子线圈或引线是否有开路现象, 可用万用表测量启动线圈 (0-1) 是否为48Ω左右、运转线圈 (0-2) 是否为18Ω左右。

(3) 检查剖相电容器40μ/630V或进线线端是否有断短路现象。

(4) 检查LJ (JTX-3C6V) 、YJ (JTX-3C110V) 线圈是否有开路或短路现象。

故障二:旋转阳极转速减低, 摩擦声比以往增大, 而且启动断电后, 转子自行旋转时间缩短。

(1) 测量启动线圈及运转线圈两端的电压值。以立柱球管为例:启动线圈 (0-1) 启动电压为200V, 运转电压为90V;运转线圈 (0-2) 为150V, 维持正常电压为65V。启动电流为6A, 运转电流为2A左右。若相差太大可检查剖相电容是否漏电及外线路接错而引起。

(2) 检查延时电路是否发生故障。0.8 s延时电路发生故障, 使转子在没有达到一定的启动转速时, 定子线圈的电压转为较低的运转电压, 这类故障易被忽视, 可以修理SJ延时继电器 (JSB-10) , 保证在0.8 s以上为正常。

(3) X线管受震引起。转子轻微弯曲或变形, 容易引起管内蒸发的金属镀层碎屑增大了摩擦力。可调整转子的角度, 降低摩擦力。

故障三:mA表不停抖动

在外电源 (380±13%) 正常的情况下, 由于线路内阻大, 在高负载时产生YJ继电器有频率地跳动, 使mA表也随着抖动。可调整XLK电抗器抽头, 使圈数减少, 保证YJ继电器正常的工作电压。

参考文献

[1]李建民, 徐跃. 计算机技术在X 线机KVmA 控制中的应用[J] . 医疗装备, 2002 ( 4) : 9- 10.

[2]李建民, 郑浩. FSK302- 1A 型X 线机灯丝板电路故障分析与处理[J] . 医疗设备信息, 2002 (5) : 64- 65.

旋转装置篇7

1 旋转闪蒸干燥机工作原理及结构

1.1 旋转闪蒸干燥机工作原理热空气由进风口经环隙高速旋

转地进入搅拌粉碎室内, 大颗粒、较大较湿的颗粒团在搅拌室内被机械粉碎, 并受到离心、剪切、碰撞、摩擦等作用进一步被微粉化, 降低颗粒的湿含量, 增加颗粒蒸发面积, 湿含量较低、颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带上升, 在上升过程中进一步干燥。由于气固两相作用旋转流动, 固相惯性大于气相, 固气两相间的相对速度较大, 强化两相间的传热传质, 所以提高了设备干燥强度。

1.2 旋转闪蒸干燥机结构旋转闪蒸干燥机 (又称主机) 为装置的

核心设备, 为圆筒型结构, 主要由热风分配器、螺旋加料器、搅拌器、分级器、旋转干燥室等组成[1], 其结构如图1所示。在旋转闪蒸干燥机内, 被分为破碎、气固接触、干燥、分级等四个过程, 旋转闪蒸干燥机也正是通过这四项功能组合, 完成对物料的干燥, 这是该装置有别于其它干燥机的显著特点。

1.3 旋转闪蒸干燥装置工艺流程旋转闪蒸干燥装置主要由空

气过滤器、鼓风机、空气加热器、主机 (即为旋转闪蒸干燥机) 、旋风分离器、除尘器及引风机组成。其工艺流程如图2所示。

如图2所示, 来自前道工序的湿料 (如滤饼) 直接投入到加料器, 在加料器中, 湿料稍许散开, 并被搅拌匀后挤入螺旋加料器4。螺旋加料器采用无级变速, 将湿料送入干燥机5进行干燥。新鲜空气由空气过滤器1处进入, 被直接或间接加热器3加热。

干燥机底部的搅拌器转速约为200~500r/min, 促进湿料流态化。主要依靠从空气分配器的环形缝隙进入干燥室的热空气进行流化。尾气带着粉末从干燥机顶部离去, 经过旋风分离器6和布袋除尘器8排出干燥机。

2 旋转闪蒸干燥机操作参数及结构设计

2.1 操作参数的确定

2.1.1 操作温度选择适宜的操作温度, 对于降低操作费用、提高产品质量和过程的经济性极为重要。

根据物料性质和实际经验, 颜料干燥室的入口热风温度范围控制在150~300℃, 干燥机出口气体温度一般为80~120℃。

2.1.2 操作气速干燥室内的操作速度主要与物料性质及能耗有关, 通常在设备选用时, 应先做物料干燥实验。

一般轴向表观速度为3~5m/s, 热风分布器内环隙风速为30~60m/s。

2.1.3 其它操作参数干燥机干燥室底部搅拌器的转速范围为50~500r/m in, 物料在干燥室内的停留时间为50~500s。

2.2 主要结构尺寸计算

2.2.1 干燥机直径D计算[1]

式中D——气流干燥机直径, m;

Vg———干燥机内的平均气体体积流量, m 2/h;

ua——干燥机内气体流速, m/s。

2.2.2 干燥机高度H计算[2]

式中:H———干燥机高度, m;

Q———热空气传给物料的热量, 由干燥器热量衡算确定, kw;

a———颗粒与流体间的对流传热膜系数, W/ (m 2·℃) ;

△tm———对数平均温差, ℃。

t1、t2———热风进出口温度, ℃;

tw1、tw2———物料进出口温度, ℃。

2.2.3 干燥机分级粒径的计算

对于颜料物料来说, 产品粒度大小对其性能影响较大。分级粒径是由干燥机的分级器决定的, 分级器在干燥室的顶部和中上部, 其形状为短管状或圆环状。分级器的直径不仅影响着产品粒度大小, 也影响着产品的终湿含量。产品颗粒直径由下式计算[1]:

式中:μa为流体黏度 (Pa·s) , d为颗粒直径 (m) , ρm干燥物料的流体密度 (kg/m3) , ρa为颗粒密度 (kg/m3) , ω为旋转角速度 (rad/s) , r1为物料旋转半径 (m) , r2为分级器内半径 (m) , H为干燥室高度 (m) , R为干燥室半径 (m) , Va为引风机的风量 (m3/h) 。

3 旋转闪蒸干燥机的特点及应用

3.1 特点

3.1.1 物料在干燥机内同时完成破碎、分散、干燥、分级等处理过程, 强化了传质、传热, 干燥强度大。

3.1.2 干燥气体进入干燥机底部, 产生强烈的旋转气流, 对器壁上物料产生强烈的冲刷带出作用, 消除粘壁现象。

3.1.3 在干燥机底部高温区, 热敏性物料不与热表面直接接触, 解决了热敏性物料的焦化变色问题。

3.1.4 由于干燥室内周向气速高, 物料停留时间短, 达到高效、快速, 小设备大生产。

3.1.5 干燥室内设置旋流片, 以控制物料水分达到极低水平。

3.1.6 干燥室上部分级器可以控制出口物料的粒度及温度。

3.2 工程应用

本文以年产9000吨铬系颜料其中一套旋转闪蒸干燥机为例, 计算其工艺设计参数[4]如下表1所示:

旋转闪蒸干燥机还可以用于处理钛系颜料、铁系颜料、铅系颜料、锌系颜料、金属颜料及有机合成颜料[5], 是处理颜料滤饼、膏状物料及颗粒物料的理想设备, 在颜料等行业有着广阔的应用前景。

摘要：介绍了旋转闪蒸干燥机的工作原理、结构、特点和设计方法, 以及在铬系颜料干燥滤饼中的应用。