发酵罐外壁半管成型机理
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇发酵罐外壁半管成型机理范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】换热半管是发酵罐的关键部件,起管壁冷却加热作用,且能加强罐壁强度,但其成型质量一直是一个技术难题,为了改进半管的成型质量,减少制做难度,本文从理论到实践都进行了探索,达到了很好的效果,对提升竞争能力也有很大的作用。
【关键词】半管 塑性成形 圆弧 罐壁外径
本公司自2003年取得一、二类压力容器制造资格证后,各类容器制作品种多,特别是各类发酵罐制造较多,而绝大部分发酵罐外壁都设有半管装置,目的是冷却或加热。
半管成型过程是用不同宽度(厚度一般为δ=3)的带板经半管专机若干个辊子将其压制成半管形状后再经最后一道辊子挤压,使已成半管状的半管压制成与设备罐体外径相一致的大圆弧。目前公司具有压制Φ57*3、Φ76*3、Φ89*3、Φ108*3、Φ133*3、Φ159*3的半管及R=120 圆弧、R=80 圆弧共8种半管及拌管。
半管专机压制半管分两道过程,第一道过程是将带板经塑性变形使带板由原平板状态压制成半管形状,第二道过程是将压制成直线状态的半管,挤压成与罐体外径一致的圆弧状。
以本公司压制的不锈钢Φ108*3设备罐体直径Φ3000*12的半管为例作为此种型号半管的成型机理。
半管压制第一道过程较简单,此过程属于平板的非弹性弯曲即塑性弯曲,辊子的压力的产生的弯曲只要超过塑性弯曲就能使平板产生塑性弯曲,即可将平板状的材料压制才半管状(如图一所示)。
Φ108*3半管展开长度L=164,厚度δ=3。平板OCr18Ni9板的塑性模量为Mp=*(+)===0.369cm2 ,要使平板塑性变形,只要所施压力产生的弯矩超过平板塑性变形就可以使其产生塑性变形。
Wp=取δb=530Mpa
M=Wp*δb=195.6Mpa.cm
上辊径向压力P所产生的弯矩只要超过195.6Mpa.就能使平板产生塑性变形。图一所示,机架两侧间距为400,产生的弯矩M=只要>195.6Mpa.cm即可产生塑性变形P==19.56Mpa,即上轴只要施加对于19.56Mpa的力就能使平板产生塑性变形。
再计算上下轴强度,只要轴的强度控制在弹性变形范围内,就能说明轴的刚度达到了要求。
此时轴所受到的弯曲弯矩为>195.6Mpa.cm
W=取轴的δb=540Mpa
W=0.3912cm3 W=
D=3=1.583
即轴的直径只要大于16就能保证其刚度,考虑到上下辊本身重量及传动中摩擦力产生的力矩取轴的直径为30即够。
第二道过程中要使直线状态的成型半管挤压成Φ3024内径的圆状半管。原设想比较简单,只要加一个顶轮使其变形所产生的弯矩超过半管的塑性弯曲即可,但压制的半管内部起皱折现象十分严重,分析原因,要压成圆弧状半管外侧外部受拉应力,内侧受压应力。外侧材料应拉长,要使材料拉长外侧壁厚应减薄才能成型,还以Φ108*3半管为例。成型后内侧展开长度为9500外侧展开长度为9670相差170,外侧170长度只能通过压薄半管外侧来实现(如图二所示)经计算170/9500*3=0.054,即外壁压薄量为0.054。
根据截面的几何性质,算出Φ108*3半管形心(如图三所示)
eg=
=
=33.43,半管内径51。
51-33.43=17.57中心角为98°,弧长87.23。(如图三)
C为半管截面形心,半管压制时C处为中心层,只要将C上部材料压薄拉长,整个Φ3024圆弧就能成型。
此道过程实际上是挤压应力起作用,根据第四温度理论挤压应力δmax=5δb。
只要算出半管受挤压的面积,即可算出挤压应力。
半管专机最后一道压大圆弧上辊直径为Φ264,半径132(如图四所示)结计算接触面弧长7.55,即上辊与半管接触时与半管内弧接能线长度为87.23,纵向接触线弧长7.55,挤压成型过程(如图五所示)接触面为内凹形状。随着辊子转动无数个内凹变形迭加,使半管壁减薄拉长,其接触面积按图六所示,为一长方形减去椭圆面积,即为接触面积,按图算出实际接触面积为1.41cm2。
挤压力P>δmax*实际接触面积即P>5δb*1.41取δb=530 Mpa即P应>3736.5Mpa约38t。
要使半管成Φ3024圆弧应施加大于38t的力,才能达此目的。
再核算此道辊轴的强度。
此时产生弯矩M=L=40,M=38000 Mpa.cm
45#圆钢δb=540 Mpa/cm
W==70.37cm3
D=3=8.95即90直径即够,专机最后一道辊子直径设计成Φ120。
以上是对半管成型机理的探讨,由于本人理论水平有限,只是自己的一种思考,解决问题的方法,但在实际应用中已得到证实,专机各方面强度已无问题,多年来压半管专机运转正常。
参考文献:
[1] 材料力学(美)S铁摩辛柯.丁盖尔著第九章非弹性弯曲
[2] 材料力学手册(苏)格.斯.皮萨连柯等著第二十二章接触应力
[3] 机械设计手册,机械工业出版社第四篇第八章第三节梁截 面图形的几何性质.