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螺旋離心機自1954年發(fā)明以后，由于具有單機工作強度大、操作方便、能連續(xù)自動操作、勞動強度低、占地面積少和后期維護費用低等優(yōu)點，得到了迅速發(fā)展，廣泛應用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、輕工等部門。由于懸浮液的沉降、沉渣的輸送和脫水都在轉鼓中完成，因此轉鼓是臥螺離心機的主要部件。因轉鼓結構較復雜，用傳統(tǒng)的強度分析計算方法，對轉鼓各部位的應力往往得不到正確的估價從而影響離心機使用的安全性，并且按此算法設計的離心機轉鼓系相關尺寸有較大富裕，造成材料的浪費，是很不經濟的。采用有限元分析設計轉鼓是解決這個問題的有效手段，它不受幾何形狀的限制，可以直接對轉鼓整體的各部分進行詳細計算，具有重要實際工程價值。
由于臥螺離心機轉鼓結構的多樣性及復雜性，如Souroku Suzuki研制的雙錐角臥螺離心機，Woon-FongLeun}等在轉鼓錐段排出口附近的內筒上安裝流動控制結構，Tetsuo Ohinata等開發(fā)的直筒壓榨式臥螺離心機，使得適合分析復雜結構的有限法得到了廣泛應用。從1983年起，英國BS767“工業(yè)及商業(yè)用過濾式離心機和沉降式離心機”標準就明確指出，對于旋轉轉鼓的應力分析，最合適的方法是有限元分析方法。為探求合理的設計計算方法，我國從20世紀80年代起，也開始將有限元法用于離心機轉鼓的應力分析。
近20多年來，許多學者和工程技術人員先后開展了有限元分析在轉鼓強度計算上的應用研究，取得了非常有意義的研究成果。
在優(yōu)化轉鼓目標函數(shù)方面，以轉鼓重量為目標函數(shù)，以強度約束、位移約束和幾何約束為約束條件，采用有限元法作應力分析，運用混合懲罰函數(shù)法進行尋優(yōu)，以啟動轉鼓所需的驅動功率為目標函數(shù)，以填料比例、轉鼓轉速、摩擦系數(shù)及回彈系數(shù)等參數(shù)為設計變量，應用有限元法對轉鼓部件進行仿真，得到了填料比例、轉鼓轉速、摩擦系數(shù)對動態(tài)結構仿真影響很大的結論，以轉動慣量為目標函數(shù)，采用ANSYS有限元軟件對轉鼓完成參數(shù)化建模，以上述的參數(shù)為設計變量，基于有限元分析，對轉鼓結構的結構尺寸進行優(yōu)化設計，以分離因數(shù)為目標函數(shù)，以轉鼓直徑、回轉角速度、壁厚為設計變量建立優(yōu)化設計數(shù)學模型，經過逐次迭代，得到了轉鼓的優(yōu)化尺寸，提高了轉鼓的分離能力，降低了轉鼓的壁厚。
在研究轉鼓參數(shù)方面，應用Pro/E軟件建立了臥螺離心機轉鼓的有限元模型，通過改變轉鼓內徑、大端質量、筒體壁厚等主要尺寸參數(shù)和轉速、液池深度等可調節(jié)的機械參數(shù)分別對轉鼓進行了模態(tài)和靜力仿真分析。通過分析，分別獲得轉鼓各參數(shù)的變化對其頻率、應力和應變的影響，通過ANSYS有限元軟件分析轉鼓系統(tǒng)的模態(tài)特性及變形問題，通過對轉速的優(yōu)化，得到了轉鼓在一、二階固有頻率下其最大變形值。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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