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祁立離心機開孔轉(zhuǎn)鼓設(shè)計計算分析（二）
2.2轉(zhuǎn)鼓設(shè)計中的不全面性
2.2.1缺乏基本剛度的要求
離心機轉(zhuǎn)鼓壁厚計算公式來源于薄壁壓力容器設(shè)計規(guī)范,即將轉(zhuǎn)鼓視為承受內(nèi)壓的薄壁殼體,以無力矩理論為依據(jù)校核轉(zhuǎn)鼓強度。但是,現(xiàn)有的離心機轉(zhuǎn)鼓設(shè)計方法沒有考慮鼓壁的zui小厚度,而是把強度要求作為必要與充分條件,這種作法實際上是欠妥當(dāng)?shù)摹Ｒ驗闅v年來的壓力容器設(shè)計規(guī)范對容器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(如截面失圓),因為一旦發(fā)生這種情況容器所承受的彎曲應(yīng)力將大大超過了壁厚設(shè)計計算時作為依據(jù)的薄膜應(yīng)力。這就說明轉(zhuǎn)鼓設(shè)計的強度條件是必要的,而不一定是充分的。離心機轉(zhuǎn)鼓是一個高速旋轉(zhuǎn)的薄壁構(gòu)件,其所受到的空氣動力作用相當(dāng)于處于狂風(fēng)中的靜止薄殼,處于隨機湍流流場中的結(jié)構(gòu)件均將發(fā)生振動,離心機轉(zhuǎn)鼓自然也不能例外。一旦激勵頻率與轉(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)計時考慮剛度要求是很有必要的。設(shè)計時沒有考慮剛度要求也是離心機轉(zhuǎn)鼓發(fā)生爆裂事故的原因之一。筆者曾對SD800型三足式離心機轉(zhuǎn)鼓的壁厚按剛度條件進行過計算,結(jié)果表明按剛度條件計算出的壁厚大于按強度條件計算出的壁厚。這就說明了某些轉(zhuǎn)鼓從強度的角度分析并無不安全因素,而實際工作中卻是常常發(fā)生安全事故的原因所在。
2.2.2對加強箍的作用重視程度不夠
在轉(zhuǎn)鼓設(shè)計中,為提高轉(zhuǎn)鼓的強度和剛度,在轉(zhuǎn)鼓體的外部往往要設(shè)置加強箍,但對加強箍的作用不夠重視。在設(shè)計計算公式中僅靠引入的加強箍系數(shù)Z來體現(xiàn)加強箍的作用,而對加強箍的結(jié)構(gòu)尺寸、加強箍與轉(zhuǎn)鼓體之間有無預(yù)應(yīng)力的作用則無明確要求。從現(xiàn)行的轉(zhuǎn)鼓設(shè)計方法來看,并未對轉(zhuǎn)鼓的具體尺寸和裝配時有無預(yù)應(yīng)力作明確規(guī)定,因此,實際設(shè)計結(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,加強箍應(yīng)設(shè)計成扁且寬狀的結(jié)構(gòu),加強箍截面尺寸h應(yīng)大于a(如圖2所示)以求獲得大的截面慣性矩(ah3/12),從而降低實際的工作應(yīng)力。但實際結(jié)構(gòu)中卻出現(xiàn)了h=a=2mm的不合理結(jié)構(gòu)[4],這種結(jié)構(gòu)尺寸沒有起到應(yīng)有的加強作用,形同虛設(shè),無疑是因設(shè)計要求上的不全面所致。實際中由此引起的破裂事故也較多。加強箍與轉(zhuǎn)鼓體的連接大都采用無預(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)了離心變形時才能起到加強作用,屬于被動加強式加強箍。為了提高轉(zhuǎn)鼓承載能力,加強箍與轉(zhuǎn)鼓體的連接采用有預(yù)應(yīng)力(有配合過盈量)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)離心變形時就能起到加強作用,屬于主動加強式加強箍。
3結(jié)論與建議
由上述分析可知,目前采用的離心機開孔轉(zhuǎn)鼓設(shè)計計算方法確實存在著一定的近似性和不全面性,這種設(shè)計計算中的近似性和不全面性也是導(dǎo)致離心機開孔轉(zhuǎn)鼓出現(xiàn)事故的重要原因。為此對離心機開孔轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計計算還有待于廣大學(xué)者進行深入研究。為探求合理的設(shè)計計算方法,我國從20世紀80年代起,已開始將有限元技術(shù)用于離心機轉(zhuǎn)鼓的應(yīng)力分析,近20多年來我國許多學(xué)者和工程技術(shù)人員先后開展了有限元技術(shù)在轉(zhuǎn)鼓強度計算上的應(yīng)用研究,并取得了極有價值的成果[5]。他們通過實驗測試和有限元法計算,把實驗轉(zhuǎn)鼓和工業(yè)轉(zhuǎn)鼓在不同工作情況下的實測值與有限元法計算值進行了反復(fù)的比較,發(fā)現(xiàn)了二者能很好地吻合。從而進一步驗證了有限元技術(shù)在轉(zhuǎn)鼓強度計算上的可靠性。但如何將研究成果轉(zhuǎn)化為實用技術(shù),還有待于進一步研究。