Модернизация агрегата для сбора нефтепродуктов (нефтесборщика) (конструкторская часть дипломного проекта)

Содержание

5 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА
5.1 Устройство и принцип работы нефтесборщика
5.2 Технические данные нефтесборщика...
5.3 Расчёт нефтесборщика
5.4 Расчёт доресселя с электрокоагулятором


5 КОНСТРУКТОРCКАЯ РАЗРАБОТКА
При мойке сельскохозяйственной техники наряду с продуктами перера-ботки сельскохозяйственных культур, почвой, сливаются нефтепродукты. Они собираются на водной поверхности и попадают в окружающую среду и как следствие забивают очистные сооружения, а также фильтры этих устройств.
Поэтому возникает необходимость сбора нефтепродуктов, которые яв-ляются ценным сырьем для последующего использования.
Анализ отечественных и зарубежных патентов показывает, что конструктивно устройства для сбора нефтепродуктов с поверхности воды выполняются в виде черпалок, дисков или коллекторов. В первом случае нефтепродукты с поверхности воды собираются устройствами ковшового или скребкового типа, во втором случае нефтепродукты прилипают на поверхность вращающегося диска и с него счищаются скребком, в третьем случае нефтепродукты налипают на поверхность коллектора и счищаются скребками. Коллекторные устройства просты в конструктивном исполнении и менее металлоемки по сравнению с черпающими и дисковыми нефтесборщиками.
Поэтому за основу берется конструкция коллекторного нефтесборщика.

5.1 Устройство и принцип работы нефтесборщика

Нефтесборщик представляет собой раму сварной конструкции, к кото-рой крепится корпус, электродвигатель, червячный редуктор, приводное колесо.
Принцип действия нефтесборщика основан на эффекте адгезии к глад-кой поверхности коллектора в двухфазной среде (нефтепродукт - вода) с различным поверхностным натяжением.
Рабочий орган нефтесборщика представлен гладким, гибким коллекто-ром, выполненным из полимера, стойкого к воздействию коррозии. При погружении коллектора в нефть или любой продукт на основе нефти, за счет эффекта адгезии происходит налипание собираемого продукта, который в результате движения коллектора поднимается. Скребки, выполненные из металла, очищают поверхность коллектора от продукта, который поступает в накопительную емкость нефтесборщика. После этого с помощью насоса из накопительной емкости нефтепродукт перекачивается по шлангу в отдельно стоящий резервуар для последующего использования.
Привод коллектора и насоса осуществляется электродвигателем через червячный редуктор, который приводит во вращение вал приводного колеса коллектора.
К червячному редуктору крепится масляный насос. Вся конструкция монтируется на сварочной раме и крепится на боковой части резервуара с двухфазной средой.
В основу принята конструкция нефтесборщика, разработанного немец-кой фирмой FRIESS и эксплуатируемого во многих городах России. Коллек-тор выполнен из полимера. Удерживается на поверхности за счет своей плот-ности.
Нами предлагается конструкция, с уменьшенной по размерам рамой, которая крепится на боковую часть резервуара с использованием червячного редуктора. Он приводит в действие приводное колесо коллектора нефтесборщика. Коллектор выполнен из полимера, т.к. этот материал является более доступным для хозяйств, а также применение этого материала, позволяет уменьшить массу нефтесборщика.

5.2 Технические данные нефтесборщика

Агрегат для сбора нефтепродуктов предназначен для механического сбора нефтепродуктов с поверхности водных объектов (отстойников, водое-мов).
Применение нефтесборщиков препятствует попаданию нефтепродуктов в окружающую среду и, как следствие, улучшает работу очистных сооруже-ний и увеличивает срок службы фильтров. Примесь воды в собранном нефтепродукте составляет до 2 %.
Кроме того, собранный нефтепродукт представляет собой ценное сырье для последующего использования. Производится в пожаро-взрывобезопасном исполнении, что позволяет применять нефтесборщик в любых условиях. Производительность нефтесборщика до 20 литров в минуту (в зависимости от состава воды и погодных условий). В соответствии со своими характеристиками возможно применение при аварийных выбросах нефтепродуктов на водную поверхность.
Нефтесборщик устраняет поверхностную пленку нефтепродуктов и до-водит ее до 0,1 мм (если она не распадается на фрагменты).
Техническая характеристика:
- марка w40;
- тип коллекторный;
- масса около 40 кг;
- производительность 10-20 л/мин;
-напор не менее 6 м;
- габаритные размеры 500х300х400 мм;
- мощность электродвигателя 0,12 кВт;
- напряжение в сети 380В;
- частота вращения вала
электродвигателя 1500 об./мин.;
- напряжение в сети
управления 380В;
-редуктор червячный передаточное число 40;
- насос шестеренчатый, типа НШ-10;
- температурный режим от -20 до +95 oС.
Применение нефтесборщика позволяет:
1 Сократить до минимума попадание нефтепродуктов в окружающую
среду.
2 Собранный нефтепродукт представляет собой ценное сырье для последующего использования в виде первичного топлива, добавок к смазкам.
3 Увеличить срок службы фильтров очистных сооружений предприя-тий, а также совершенствовать эффективность работы устаревших очистных сооружений, что дает экономичный дополнительный эффект.
4 Возможность сбора нефтепродукта независимо от площади поверхности без транспортировки нефтесборщика по акватории, так как за счет поверхностного натяжения происходит подтягивание нефтяной пленки к рабочим органам агрегата.
Транспортирование нефтесборщика должно производится любым видом транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действую-щих для этих видов транспорта. Хранение нефтесборщика должно осуществляться в складских помещениях.
5.3 Расчёт нефтесборщика

В основу расчёта взяты данные фирмы FRIES. Так, при наружном диа-метре коллектора 40 мм, выполненного из полимера, наилучшая работоспособность смачивания пластмассовой поверхности в двухфазной среде (нефтепродукт-вода) получено при частоте вращения диска пg=45мин -1. Момент (тв) на валу привода коллектора фиксировался от 7 до 12 Н*м в зависимости от состояния напряжения нефтепродукта на поверхности воды.
Мощность, затрачиваемая на сбор нефтепродукта коллектором:
(5.1)
кВт,

необходимая мощность электродвигателя

(5.2)


где
Рн - мощность, затрачиваемая на привод насоса.
(5.3)
 где Р - рабочее давление насоса (Р=5*10 Н/м2), развиваемое насосом на
слив;
Q - производительность (действительная) до 6 м3/г (обосновывается максимальной возможностью сбора нефтепродуктов с поверхности воды);
η н - КПД насоса (η =0,87).
Вт,

где Z - количество выхода редуктора (z=2 исходя из принятой схемы приво-да);
η - КПД червячного редуктора (η =0,8 для одноступенчатого червячного редуктора);
Вт ≈ 1,1 кВт.
Из каталога на электродвигатели выбираем 3-х фазный, асинхронный с короткозамкнутым ротором, закрытый, обдуваемый электродвигатель 4А80А2 с РЭ = 1,5 кВт, регулирование частоты производиться при помощи реостата.
Пэ-1440мин -1, масса 17,4 кг.


Рисунок 5.2 - Основные размеры электродвигателя 4А80А2
Передаточное число редуктора

(5.4)


Из каталога выбираем червячный одноступенчатый редуктор РЧ-32-2 с пустотелым валом червячного колеса и шлицевым соединением с двух сторон z*d*D=6* 23*28.

Рисунок 5.3 - Основные размеры червячного редуктора РЧ-32-2
Выбор насоса для перекачки нефтепродукта.
В качестве устройства для перекачки нефтепродукта из ёмкости нефтес-борщика в приёмный резервуар будем использовать широко применяемый в сельскохозяйственном производстве шестеренчатый насос НШ-10-3 с рабочим давлением 10 Н/мм2.
Присоединение насоса НШ-10-3 к червячному редуктору осуществляется следующим образом.
С противоположной стороны вала червяка от входа вместо крышки подшипника устанавливаем стакан, который 4-мя винтами Мб крепится к корпусу редуктора. С торца вала червяка вместо стандартной плоской шайбы по ГОСТу 2711 -80 со штифтом устанавливаем шлицевой стаканчик, в который вставляется шлицевой конец насоса. Сам насос с помощью 4-х винтов М8 присоединяется к стакану.
Муфта соединительная.
В качестве соединительной муфты валов электродвигателя с входным валом редуктора используем муфту с резиновой звёздочкой по ГОСТ 14084-76. Она допускает радиальное смещение валов от 0/1 до 0,4 мм. Угловое смещение может быть ..1,5°,осевое не превышает ОД мм. Муфта проста и по конструкции удобна в обслуживании, имеет малые габариты.
Муфту выбираем из таблицы III.16.
Муфта состоит из двух полумуфт, имеющих торцевые кулачки.
Кулачки одной полумуфты размещаются между кулачками другой и разделяются выступами резиновой звёздочки, которая при работе упруго деформируется и передаёт нагрузку от кулачков одной полумуфты к кулачкам другой.
Выбранная муфта проверяется по напряжениям смятия для материала звёздочки.
, (5.5)
где D - наружный диаметр звёздочки;
d - диаметр внутренней поверхности кулачков;
Н - рабочая длина зуба;
Z - число зубьев звёздочки;
К - коэффициент режима работы (К=1 Д);
Т - передаваемый кутящий момент;
[σсм] - допускаемое напряжение ([σсм]=2мПа);
Т=9550Рэ/Пэ=9550*0,11/144=7,3 Н*м );
= 1,8 мПа, что <[6см]=2 мПа.
Следовательно, муфта выбрана правильно.
Диаметр вала
, (5.6)
где [τ] - допускаемое напряжение на кручение ([τ]=15...2ОмПа).
.
Диаметр вала ищем исходя из соединения в редукторе.
На вал устанавливаем приводное колесо коллектора с наружным диа-метром 40мм, толщиной t=45 мм.
Подшипники опоры валов выполняем из пластмассы. Так как опоры вала работают в контакте с водой, то это условие и допускает использование неметаллических материалов. Исходя из рекомендаций для условий работы нефтесборщика, подходит антифрикционный пластик: тефлон с 20% содержанием по массе свинца.
Такой подшипниковый материал по антифрикционным качествам не уступает подшипникам с оловянисто-бабитовой заливкой, а по пределу выносливости превосходит их. Этот материал не смачивается маслами, не набухает в воде, может работать в интервале температуры от -50 до +250°С.
Характеристика материала следующая:
-плотность 2...2,4 кг/дм3 ;
-твёрдость НВ 3...6;
-разрушающие напряжения:
при растяжении 6р=(3...6)-1мПа;
при сжатии 6р=(4...6)-1мПа;
-модуль упругости Е=(50...60)10-1 мПа;
-относительное удлинение, % 150...200;
-коэффициенты линейного расширения α=(100...200)*106;
-теплостойкость по Мартенсу 100..120°С;
-коэффициенты трения по стали f=0,05...0,1;
-допустимая удельная нагрузка 6...8 мПа.
Выбор основных параметров сводится к определению (назначению) от-ношения l/d.
Так как рама сборщика сварная и добиться соосности опор технологически сложно, и чтобы исключить, отрицательное влияние перекосов используем отношение l/d =0,8...1,2.






5.4 Расчёт доресселя с электрокоагулятором.
При очистке воды электрокоагулированием затрачивается большое количество электроэнергии. В типовых проектах используются промышленные выпрямители с силой тока в несколько сотен ампер. Для уменьшения затрат на электрокоагулярование поставим дроссель и рассчитаем его диаметр, а также произведем расчет параметров электрокоагулятора.
Принимаем выпрямитель промышленного типа ВСА – 111, при этом сила тока на выходе выпрямителя I=25A. Сначала определим величину активной поверхности электродов Fa по формуле:
  ; (5.7)
где: I-сила тока, А;
б-плотность тока, А/ (137 А/ )

.

Расход сточных вод при этом составит:

  ; (5.8)

где: - удельная нагрузка на 1 активной поверхности электродов, / (

.

С другой стороны расход рассчитывается по формуле:


  ; (5.9)

где: - коэффициетн расхода ( =0,87);
d – диаметр трубы, м;
g – ускорение свободного падения, м/ ;
H – напор, м;
Приравнивая равные части уравнений найдем диаметр дросселя:


  ; (5.10)




Принимаем диаметр трубы d=11.5мм;
Из полученной величины активной поверхности электродов определим общее число электродных пластин:

  ; (5.11)

где: - число электродных пластин;
f – площадь поверхности одной электродной пластины, .
Следовательно:

  ; (5.12)

где: и - ширина и высота пластины соответственно, а высота опре-деляется из выражения:

  ; (5.13)

;

.

Ширина электрокоагулятора:

  ; (5.14)

где: - толщина электродных пластин, принимаем 4......6мм;
- зазор между пластинами, мм.
Для исключения быстрого загрязнения межэлектродных пространств, рекомендуется принимать =7мм.

 (5.15)

Удельный расход электроэнергии определим по формуле:

 (5.16)

где: U- напряжение в сети, В(U=13B);



Массу электрокоагулятора определим по выражению:

 (5.17)

где: - плотность металла электродов, кг/ (7850 кг/ );