Za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad

Za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad vypracoval: Patrik Hromádka vedoucí práce: Ing. Franti ek Vlasák Obor Aplikovaná mechanika Specializace Po íta ová podpora konstruování 2005

strana 5

Prohlá ení Prohla uji místop íse , e p edlo enou diplomovou práci jsem vypracoval samostatn , s pou itím uvedené literatury v rozsahu zadání vedoucího diplomové práce.

V Brn , dne 16.5.2005

…………………………..

strana 7

Pod kování pat í v em, kte í p isp li k dokon ení této práce cennou radou, ipomínkou nebo podkladovými materiály, p edev ím Ing. Franti ku Vlasákovi a Ing. Davidu Palou kovi a v neposlední ad rodi m, bratrovi a p ítelkyni za trp livost a pochopení.

Anotace

strana 9

Anotace Cílem diplomové práce je navrhnout za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad a tím p isp t k lep í mo nosti zpracování t chto odpadních produkt . Sou ástí práce je i analýza sou asného stavu (principy kontinuálního zahu ování a odvod ování kalu ve vodním hospodá ství), ideový návrh za ízení, výpo et hlavních parametr a návrh mechanism a pohon . Nedílnou sou ástí je vytvo ení 3D modelu, vizualizace, pevnostní výpo et exponovaných sou ástí odvod ovacího za ízení pomocí MKP a kompletní vypracování konstruk ní dokumentace.

Annotation This thesis aims to project machine which allows to decrease filiar wastes’s wetness and helps better processing of these waste products. Also the analysis of present situation (like principles of continuous thickening and drainage in the waste water management), ideological design of the machine, calculation of main parameters and design of mechanisms and gearings is entire part of this work, including 3D model, visualization, strength of exposed parts (Finite Element Method) and complete structural documentations.

Obsah

strana 11

OBSAH PROHLÁ ENÍ ....................................................................................................... 5 1 ÚVOD ........................................................................................................... 13 2 VODNÍ HOSPODÁ STVÍ .......................................................................... 14 2.1 Typy istírenských kal .......................................................................... 14 2.1.1 Primární kal .................................................................................... 14 2.1.2 Sekundární kal ................................................................................ 14 2.2 Charakteristika kalu................................................................................ 15 2.2.1 Suspendované látky ........................................................................ 16 2.2.2 Obsah su iny kalu ........................................................................... 16 2.2.3 Kalový index .................................................................................. 17 2.2.4 Vláknité organismy......................................................................... 17 2.2.5 P ny................................................................................................ 17 2.2.6 Hygienické hledisko........................................................................ 17 2.2.7 Patogenní organismy....................................................................... 18 2.3 Technologie zpracování kal .................................................................. 18 2.3.1 Zahu ování kalu ............................................................................ 18 2.3.2 Odvod ování kalu........................................................................... 23 2.4 Vyu ití kal a jejich finální likvidace...................................................... 26 3 IZOLA NÍ MATERIÁLY .......................................................................... 27 3.1 Vlastnosti izola ních materiál ............................................................... 27 3.2 Meziprodukty výroby ............................................................................. 27 3.2.1 edi ové vlákno ............................................................................. 27 3.2.2 Skelné vlákno ................................................................................. 28 3.3 Proces výroby......................................................................................... 28 3.3.1 Výroba edi ového (skelného) vlákna............................................. 28 4 ZA ÍZENÍ PRO SNÍ ENÍ VLHKOSTI VLÁKNITÝCH ODPAD ....... 30 4.1 Po adavky na konstrukci ........................................................................ 30 4.1.1 Umíst ní ......................................................................................... 30 4.1.2 P edb ný návrh za ízení ................................................................ 31 4.1.3 Princip innosti ............................................................................... 31 4.1.4 Technický popis.............................................................................. 32 4.1.5 Parametry zadání ............................................................................ 33 4.2 Výpo et hlavních parametr , návrh mechanism a pohon ..................... 34 4.2.1 Výpo et elního ozubeného soukolí „1“.......................................... 34 4.2.2 Výpo et elního ozubeného soukolí „2“.......................................... 38 4.2.3 Výpo et elního ozubeného soukolí „3“.......................................... 42 4.2.4 Výpo et epu .................................................................................. 46 4.2.5 Výpo et pera................................................................................... 47 4.2.6 Výpo et pera................................................................................... 48 4.2.7 Návrh pneumatického válce ............................................................ 49 4.2.8 Návrh pohonu ................................................................................. 50 5 3D MODEL .................................................................................................. 51 5.1 Vytvo ení modelu ................................................................................... 52 5.1.1 Fáze první....................................................................................... 52 5.1.2 Fáze druhá ...................................................................................... 52 5.1.3 Fáze t etí......................................................................................... 54

strana 12

Obsah

6

PEVNOSTNÍ VÝPO ET POMOCÍ MKP.................................................. 55 6.1 Metoda kone ných prvk ........................................................................ 55 6.2 Vyu ití MKP .......................................................................................... 55 6.3 Software ................................................................................................. 55 6.4 Specifikace zadání .................................................................................. 55 6.4.1 H ídel.............................................................................................. 56 6.4.2 Nosná konstrukce............................................................................ 58 7 ZÁV RE NÉ SHRNUTÍ ............................................................................ 64 8 SEZNAM LITERATURY ............................................................................ 65 9 P ÍLOHY ..................................................................................................... 66 9.1 3D model ................................................................................................ 66 9.2 Pevnostní výpo et MKP.......................................................................... 74 9.2.1 ANSYS Design Space ..................................................................... 74 9.2.2 COSMOS Design Star..................................................................... 77

1 Úvod

1

ÚVOD

edkládaná diplomová práce se zabývá návrhem za ízení, které by umo ovalo odvodnit a zahustit vláknité materiály, jen vznikají p i výrob izola ních desek. Podobných za ízení se vyu ívá nap . ve vodním hospodá ství p i zpracování kal . Cílem mé práce bylo navrhnout za ízení podobného principu pro konkrétní podmínky ve výrobním procesu. Jedním z po adavk byla jednodu í konstrukce a levn í varianta provedení. První ást p ibli uje sou asnou situaci ve vodním hospodá ství, kde je pot eba zpracovávat finální produkty ní odpadních vod – istírenské kaly. Zam íme se na jednotlivé typy istírenských kal , jejich zpracování a úpravy, na metody zahu ování a odvod ování a vyu ití zejména v zem lství. Druhá ást popisuje postup výroby izola ních materiál z kamenné vlny a minerální plsti a vysv tluje nutnost pou ití strojního za ízení ve výrobním procesu. etí ást obsahuje konkrétní návrh ení za ízení p i výrob izola ních desek a polotovar z materiálu firmy Orsil, výpo tové návrhy, 3D model za ízení, analýzu metodou MKP a záv re né zhodnocení práce.

strana 13

1

strana 14

2

2.1

2 Vodní hospodá ství

2

VODNÍ HOSPODÁ STVÍ

2.1 Typy istírenských kal Odpadní vodu, která p itéká na istírnu odpadních vod ( OV), je zapot ebí b hem procesu tit. K odstran ní hrubých ne istot (shrabky nebo usaditelné nerozpu né látky zachycené v lapáku písku) dochází na mechanickém stupni (má za úkol zbavit vodu hrubých ne istot jako nap . d eva, chlup , písku, rku apod.). K dal í redukci, zejména biologicky odbouratelných látek, dochází na biologickém stupni (pomocí mikroorganism , které rozkládají p ítomné ne istoty). Látky, odstran né b hem procesu jsou kumulovány v tzv. istírenských kalech. Kal se skládá z vody a pevných látek, odd lených z odpadní vody r znými zp soby. Kaly tvo í zanedbatelné procento objemu ných odpadních vod (cca 2%), obsahují v ak a 80% vodního zne ní. V závislosti na míst odb ru kalu ze systému rozli ujeme kal primární, sekundární a terciální (pochází z chemického srá ení).

2.1.1

2.1.1 Primární kal Získává se odd lením ze surové odpadní vody v usazovacích nádr ích nebo jiných separa ních za ízeních, ze kterých je také odebírán. Má biologickou povahu a jeho slo ení je závislé na slo ení p itékající odpadní vody. M e v ak být siln ovlivn no i chemickým hospodá stvím v p ípad , e se p ed usazovací nádr dávkuje koagulant (chemické srá ení fosforu, sní ení látkového zatí ení, apod.).

2.1.2

2.1.2 Sekundární kal Ozna uje se jako ebyte ný biologický (aktivovaný) kal a získává se odd lováním z biologického stupn ní v dosazovací nádr i. Obsahuje nerozlo ené zbytky organických látek a zbytkovou biomasu. Slo ení je ovlivn no nejen slo ením surové odpadní vody, ale také pou itým zp sobem ní a parametry provozu. Oba typy kal mají odli né slo ení i vlastnosti a mohou být dále zpracovávány odd len nebo spole . Odd lené zpracování (2-1) je výhodné tam, kde je mo nost vyu ití kalu pouze z jednoho stupn ní (nap . v zem lství), zatímco kaly odebírané z druhého stupn nelze vyu ít (vzhledem k vysokému obsahu t kých kov ). P i tomto uspo ádání systému se asto kaly separátn pouze zahustí a následn jsou vedeny do jedné nádr e (nap . vyhnívací), kde prob hne spole ná stabilizace.


strana 15

2.1.2

2-1 Odd lené odebírání kalu

Na star ích istírnách odpadních vod bývá asto p ebyte ný kal veden p ed usazovací nádr , znovu v ní separován sedimentací a odvád n p ímo z ní spole s primárním kalem k dal ímu spole nému zpracování (2-2). Takto získaný kal se nazývá sm sný nebo smí ený surový kal. Od tohoto ení se v ak dnes ji ustupuje, nebo oba produkované kaly mají rozdílné vlastnosti a p ebyte ný aktivovaný kal v podstat zhor uje separa ní schopnosti primárního kalu, který se samostatn velmi dob e zahu uje u v usazovací nádr i.

2-2 Schéma spole ného odebírání kalu ze systému

2.2 Charakteristika kalu Kal je obsahuje látky rozpu né, koloidní i suspenzované, ale v inou p eva ují látky suspendované. Obsah vody ve v in p ípad p evy uje obsah pevných látek. Voda je v kalu vázána jako volná mezi jednotlivými ásticemi kalu, a je mo né ji odseparovat sedimentací. Voda je vázaná koloidn pokud ji vá ou koloidní ástice svými povrchovými silami. K jejímu odstran ní je nutno zru it elektrický náboj t chto ástic. V kalu se vyskytuje i voda vázaná kapilárn , co je voda zadr ovaná kapilárními silami, které vznikají slu ováním malých ástic kalu do v ích celk . K uvoln ní kapilární vody musíme na kal p sobit silou v í ne je síla kapilární. Voda, která je vázaná

2.2

strana 16


2.2

v bun né hmot lze odstranit rozru ením této bun né hmoty nebo termickými pochody.

2.2.1

2.2.1 Suspendované látky Tyto látky obsa ené v kalu mohou být hydrofilní nebo hydrofobní, podle jejich ita livosti k okolní vod - afinit . Povrch hydrofilních ástic tvo í s molekulami vody pom rn pevné vazby, co má za následek sní ení schopnosti kalu uvol ovat vodu ( ím více t chto ástic kal obsahuje, tím hor í pr h bude mít jeho proces zahu ování a odvod ování). U hydrofobních ástic takový problém nenastává.

2.2.2

2.2.2 Obsah su iny kalu Je základní charakteristikou kalu a stanoví se na základ odpa ení vody p i teplot 105°C. Odpa ením se s vodou odstraní i látky p i této teplot t kavé (jejich mno ství je zanedbatelné). Do su iny budou zapo ítány i látky p vodn rozpu né, které se neodpa ily a z staly v su in , a koli v b ném procesu by je bylo mo né z kalu odseparovat (z staly by v kalové vod , filtrátu apod.). Jejich podíl v su in je v ak malý. Obsah su iny primárního kalu odebíraného z prvního stupn bývá obvykle kolem 2,5 %, tzn., e obsah vody v kalu je 97,5 %. Obsah su iny p ebyte ného kalu bývá pouze 0,5 - 1,0 %. Zahu ním lze zvý it obsah su iny kalu na 4 - 6 %, co je stále je tekutá konzistence kalu (2-3). Po stabilizaci a odvodn ní má kal konzistenci podobnou zemin , obsah su iny kalu je obvykle 20 - 50 %. Následným termickým zpracováním kalu lze dosáhnout více ne 90 % su iny kalu. V su in kalu jsou zastoupeny dv slo ky - organická a anorganická. Podíl organické su iny se stanovuje jako ztráta íháním p i teplot 550°C, kdy organické látky sho í a anorganické z stanou nerozlo eny jako zbytek po íhání. Podíl anorganické su iny je dopln k k organické.

2-3 Kal zahu

ný (vpravo) a odvodn ný (vlevo)


Kvalita p ebyte ného kalu závisí na typu a parametrech pou ité istírenské technologie. Z tohoto hlediska je d le itou charakteristikou stá í kalu. Je to mno ství aktivovaného kalu (tj. kalu nacházejícího se v náplni biofiltru) v systému vzta eném k denní produkci kalu - vlastn je to doba zdr ení biomasy. Dal ími parametry, které ur ují zahu ovací a odvod ovací schopnosti kalu, je zejména kalový index, výskyt vláknitých organism a výskyt p n. 2.2.3 Kalový index

strana 17

2.2.2

2.2.3

KI [ml.g1-1] je objem usazeného kalu po 30 minutách sedimentace, vzta ený na koncentraci su iny kalu X. Obecn lze íci, e hodnoty KI do 100 ml.g-1 indikují dob e sedimentující kal, p i hodnotách vy ích ne 200 ml.g-1 bude pravd podobn docházet k bytn ní kalu a tvorb vláknitých organism . 2.2.4 Vláknité organismy

2.2.4

Jejich výskyt v biocenóze aktivovaného kalu je p inou jeho patných separa ních vlastností. Hodnotit tyto vláknité organismy v ak není jednoduché. Doporu uje se metoda subjektivního stanovení etnosti jejich výskytu, kdy si pozorovatel sestaví ur itou stupnici, se kterou následn porovnává vzorek odebraného kalu. Stupnice popisuje jednotlivé mo nosti - od stavu, kdy vláknité organismy nejsou v kalu v bec po stav, kdy jsou vlákna p ítomna ve v ech vlo kách nebo dokonce je jich více ne vlastních vlo ek. 2.2.5

ny

2.2.5

ny vyskytující se na istírnách odpadních vod jsou ne ádoucím jevem. Princip ení se dá popsat metodu, kdy se vyhodnocuje podíl plochy aktiva ní a dosazovací nádr e pokryté p nou. P ny mohou vznikat nap . p i aerobním ní odpadních vod nebo p i anaerobní stabilizaci kalu. Pokud p ny vznikají p i nedokonalém pr hu aktiva ního procesu, opat ení pro sní ení jejich tvorby by se tedy m lo týkat edev ím vlastního procesu ní. 2.2.6 Hygienické hledisko le itou charakteristikou kal je také hygienické hledisko. Kal je odpadní produkt istírny a podléhá zákonu o odpadech. Ten pova uje odpad, který má alespo jednu nebezpe nou vlastnost, za nebezpe ný. P vodce tohoto odpadu je povinen nakládat s ním jako s nebezpe ných odpadem. V ina surových kal produkovaných na OV má alespo jednu nebezpe nou vlastnost - infek nost. Ta je zp sobena patogenními mikroorganismy, jejich po et a druh závisí na místních geografických, klimatických a demografických faktorech. Hlavním zdrojem patogenních mikroorganism jsou exkrementy nemocných lidí a zví at. P i ní odpadních vod a zpracování kalu je zna ná ást t chto organism zne kodn na, pokud ale není zaji na dokonalá

2.2.6

strana 18


2.2.6

hygienizace kalu, malé procento jich v kalu stále z stává. P i vyu ití kalu nap . v zem lství by tyto patogeny mohly znovu zp sobit onemocn ní lidí nebo zví at.

2.2.7

2.2.7 Patogenní organismy Mezi patogenní organismy vyskytující se v odpadních vodách a kalech na pat í zejména: • • • •

OV,

viry (hepatitida A) bakterie (Salmonella, Escherichia coli) protozoa paraziti tí ervi

Kal také asto obsahuje toxické chemické látky, které jej mohou adit mezi nebezpe ný odpad. Jsou to n které organické látky (AOX, PCB, NEL, atd.) a t ké kovy (Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn). Zdrojem t kých kov p itékajících na istírnu jsou pr myslové odpadní vody (nap . z povrchových úprav kov , ko ed lného pr myslu) a suché i mokré depozice (z ovzdu í), které se jednotnou stokovou sítí dostanou na OV. 2.3

2.3 Technologie zpracování kal ODEBÍRÁNÍ KALU ZE SYSTÉMU

ZAHU

OVÁNÍ KALU

Hlavními po adavky p i zpracování kalu je: • • •

redukce objemu kalu redukce zápachu mo nost dal ího vyu ití kalu

EDÚPRAVA KALU

STABILIZACE (HYGIENIZACE)

ODVOD OVÁNÍ KALU

FINÁLNÍ LIKVIDACE KALU

2-4 Postup zpracování kalu 2.3.1

Zpracování kalu zahrnuje jeho zahu ování, stabilizaci, odvod ování a finální likvidaci. asto se do tohoto procesu za azuje i hygienické zabezpe ení kal a v sou asné dob se zkoumají nové mo nosti edúpravy kal . Obecný postup zpracování kal je nazna en na obrázku (2-4), existuje v ak také mnoho r zných specifických variant tohoto postupu dle místních podmínek.

2.3.1 Zahu ování kalu Zahu ování kalu je první etapou zpracování kalu v kalovém hospodá ství OV, proto jeho provedení ovliv uje ve keré dal í nakládání s kaly, ur uje investi ní i provozní náklady kalového hospodá ství. i zahu ování dochází ke sní ení objemového mno ství kalu tím, e se z n j odstraní ást volné vody. Optimální obsah su iny kalu po zahu ní se pohybuje mezi 5 - 6 %, kdy kal má je tekutou konzistenci, aby se dal erpat k dal ímu zpracování. Zahu ování lze provád t gravita nebo strojn .


strana 19

Mezi gravita ní metody pat í zahu ování sedimentací v gravita ních nádr ích a flotace, strojní zahu ování probíhá v zahu ovacích odst edivkách nebo rota ních, pásových, nekových a rbinových zahu ovacích.

2.3.1

2.3.1.1 Sedimentace v gravita ních nádr ích

2.3.1.1

Primární a p ebyte ný aktivovaný kal lze odebírat z hlavní technologické linky OV bu odd len , a nebo spole jako sm sný surový kal. V sou asné dob je preferován odd lený odtah kal , zejména díky rozdílným mo nostem jejich zahu ování. Primární kal vykazuje dobré sedimenta ní schopnosti, proto je mo no v mnoha p ípadech dosáhnout dostate ného zahu ní ji v usazovací nádr i. B ný obsah su iny primárního kalu je kolem 2,5 %. Tuto hodnotu lze v ak pom rn snadno zvý it instalací automatického systému, který ídí odtah kalu z usazovací nádr e na základ m ení jeho koncentrace v potrubí pomocí optických nebo ultrazvukových metod. Systém je schopen ovládat uzáv ry na potrubí z kalových prostor v ech napojených usazovacích nádr í a podle nam ených hodnot je otevírat nebo uzavírat. Vy ího obsahu su iny kalu je mo no dosáhnout také vhodným asovým re imem odkalování, který je t eba stanovit na základ del ího pozorování chování usazovací nádr e. Obsah su iny primárního kalu se t mito opat eními zvý í na 3,5 - 4,5 %, hodnoty nad 4,5 % jsou u pova ovány za velmi uspokojující. Pokud jsou tyto hodnoty dosa eny ji p i odtahu z usazovací nádr e, není t eba dal ího zahu ování kalu. Na rozdíl od primárního kalu jsou sedimenta ní vlastnosti p ebyte ného aktivovaného kalu velmi patné. Je to dáno velkým objemem kalových ástic ebyte ného kalu, které jsou p i vy ích koncentracích v dosazovací nádr í v t sné blízkosti u sebe. Síly p sobící mezi kalovými ásticemi pak p evládají nad gravita ními silami, sedimentace probíhá jen velmi zvolna a obsah su iny odebíraného p ebyte ného kalu je jen 0,5 - 1,0 %. Proto se pro samostatné zahu ování p ebyte ného kalu doporu uje flotace nebo strojní zp soby. Na v in stávajících OV je p ebyte ný kal erpán p ed usazovací nádr , kde sedimentuje spole s primárním kalem a oba jsou odtud odebírány jako sm sný surový kal. Hodnoty obsahu su iny odtahovaného kalu jsou kolísavé, v pr ru kolem 3 %. Lze dosáhnout i hodnot mezi 4 – 5 %, ov em zvy uje se nebezpe í flotace kalu a následn únik kalu z usazovacích nádr í do aktiva ních.

• • • • •

i tomto systému zahu ování je výsledný efekt ovlivn n zejména t mito faktory: sedimenta ní schopnosti obou kal okam itý pom r mno ství obou kal asový re im odkalování hydraulické podmínky teplota apod.

Pokud kal odebíraný z usazovací, p íp. dosazovací nádr e obsahuje stále je dostatek vody, kterou lze odd lit sedimentací, je do technologické linky kalového hospodá ství za azena samostatná zahu ovací nádr . Navrhuje se s p eru ovaným provozem, kdy se nejd íve nádr naplní kalovou suspenzí, která dále sedimentuje (za pomalého míchání) a následn je zahu ný kal odta en k dal ímu zpracování. Kalová voda je vrácena p ed primární usazovací nádr . Tato technologie se b

strana 20


2.3.1.1

navrhovala pro zahu ní sm sného surového kalu, p i provozu se v ak p íli neosv ila. V zahu ovacích nádr ích dochází k prakticky nekontrolovatelným aerobním i anaerobním pochod m, jejich produkty zp sobují zápach a vytvá í na hladin plovoucí vrstvy. Zhor ují se sedimenta ní vlastnosti kalu a vrácená kalová voda s áste kami kalu p et uje hlavní linku OV. Díky t mto nevýhodám spole ného zahu ování se na nov budovaných a intenzifikovaných OV preferuje odd lené zahu ní primárního a p ebyte ného kalu. Gravita ní zahu ovací nádr e za azené p ed anaerobní stabilizaci kalu slou í sou asné jako zásobník surového kalu pro metanizaci. Sedimentace v gravita ních nádr ích se doporu uje zejména pro primární kal, kal z chemického ní a kal ze systém s p isedlou biomasou.

2.3.1.2

2.3.1.2 Flotace Jedná se o druhou mo nost vyu ití gravita ní síly k zahu ní kalu. Principem je odd lování suspendovaných ástic z vody za p sobení plynu, kdy se do kalové suspenze dodává plyn (vzduch) tvo ící mikro bublinky. Ty se nabalují na kalové ástice a vyná í je k hladin , kde tak vzniká zahu ná plovoucí vrstva - vznos (float). Vyflotovaný zahu ný kal má charakter husté kalové p ny, která se z hladiny odebírá stíráním nebo nasáváním a je pom rn dob e erpatelná. V praxi se pou ívá tlaková nebo volná flotace. K tlakové flotaci se pou ívá tlaková nádr , kde se kal sytí vzduchem pod tlakem (2-5). Následn dochází v nádr i za normálního tlaku k vylou ení rozpu ného vzduchu ve form bublinek, které se spojují s ásticemi kalu a vyná í je vzh ru. V tlakové nádr i je udr ován tlak 0,3 - 0,5 MPa, doba zdr ení 3-5 minut. Ve flota ní nádr i je doba zdr ení del í, cca 15 - 30 minut. kdy se také provádí flotace s recirkulací, kdy ást vy ného kalu je odebírána z flota ní nádr e a vedena zp t do tlakové nádr e, kde edí p itékající kal. P i recirkulaci dochází k pozitivnímu zvý ení koncentrace zahu ného kalu. Tato metoda je pou ívan í ne volná flotace, proto e poskytuje vy í koncentraci rozpu ného vzduchu. 2-5 Flotace

i volné flotaci (disperzní vzdu né flotaci) je do flota ní nádr e za normálního tlaku vhán n vzduch ve form jemnobublinné nebo mechanické aerace. Nevýhodou bývá asté ucpávání pór pneumatické aerace p i p eru ovaném provozu. Zabránit se tomu dá pou itím elastických materiál , které své póry p i sní ení tlaku vhán ného vzduchu zatáhnou. Sedimenta ní vlastnosti kalu jsou charakterizovány kalovým indexem. P ekro í-li hodnota kalového indexu 200 ml.g-1, ú innost flotace se prudce sní í. To m e být


strana 21

et eno p ídavkem nebo zvý ením dávky flokulantu. P i flotaci lze dosáhnou zahu ní kalu na 4 – 5 % obsahu su iny, u vláknitého aktivovaného kalu max. 2%. Flotace se pou ívá v kalovém hospodá ství k zahu ování p ebyte ného aktivovaného kalu. Na la si vsak své místo také v ní v hlavní lince OV, p i úprav pitné vody a dokonce i v pr myslové výrob a zem lství.

2.3.1.2

2.3.1.3

2.3.1.3 Zahu ovací odst edivky Princip zahu ovacích odst edivek je stejný jako u odvod ovacích, li í se v ak provozními parametry. Výhodou odst edivek jsou malé nároky na prostor, malá pot eba provozní vody na proplach a vysoká hygiena prost edí (zápach z odst edivky je minimální). Toto za ízení také vykazuje dobré zahu ovací parametry i bez pou ití flokulantu, nebo s jeho malou dávkou. i velké rychlosti otá ení bubnu dochází také k tvorb bun ného lyzátu, který pozitivn ovliv uje anaerobní stabilizaci 2-6 Odst edivka kalu. N které typy odst edivek jsou zam eny speciáln na tuto funkci. Nevýhodou jsou vysoké investi ní i provozní náklady. Do provozních náklad je t eba zapo ítat nejen cenu za elektrickou energii, ale také servis stroje (opot ebení neku) a jsou také pom rn hlu né. Zahu ovací odst edivky mají obvykle del í buben a men í úhel stoupání kónusové ásti bubnu ne odvod ovací odst edivky. Vyrábí se i univerzální typy, které lze modifikovat pro ob funkce ur itým zásahem do konstrukce. Kvalita zahu • • •

ní je dána následujícími parametry:

otá ky relativní rychlost vnit ního a vn vý ka prstence kapaliny

ího bubnu

Zahu ovací odst edivky se pou ívají zejména pro zahu ní p ebyte ného aktivovaného kalu, u n ho lze i bez p idání koagulantu dosáhnout hodnot su iny 4 – 6 %. Lze je také vyu ít pro primární i terciální kal. 2.3.1.4 Rota ní, pásové, nekové a

rbinové zahu ova e

Principem jejich innosti je filtrace p ivád ného kalu p es síto s pou itím flokulantu. Pot eba flokulantu je podstatné v í ne u odst edivek a dávka závisí na druhu kalu, typu flokulantu i zahu ova e a zejména na pr hu koagulace p ed vlastní filtrací. Je-li koagulace nedokonalá, zvy uje se spot eba flokulantu. K zaji ní dobré koagulace je nutno p ed vlastní zahu ova za adit tzv. koagula ní reaktor ( bývá sou ástí zahu ova e). Za ízení pracuje v cyklech, kdy filtrace je po ur ité dob

2.3.1.4

strana 22

2.3.1.4


eru ena tzv. praním ním síta. V echny zahu ova e vy adují velký tlak a mno ství prací vody dobré kvality. Výhodou jsou pom rné nízké provozní náklady, nenáro ný servis a malá spot eba energie, ni í investi ní náklady. Dosahovaný obsah su iny kalu je 6 % i více. Na efektivnost procesu mají vliv následující parametry zahu ova : • • • •

volba druhu síta a rychlostí, volba flokulantu, mno ství p itékajícího kalu, zp sob a doba ost iku síta p i praní.

i volb zahu ova e je d le itý materiál (nejlépe nerez ocel), snadná demontá síta a dobrý p ístup k ost ikovacím tryskám. 2.3.1.5

2.3.1.5 Rota ní zahu ova e Principem rota ních zahu ova (rota ní síta) je pohyb kalu uvnit pomalu se otá ejícího naklon ného bubnu, jeho st ny jsou tvo eny sítem (2-7). Kal se nejd íve smíchá s flokulantem v koagula ním reaktoru, umíst ným ed zahu ova em nebo p ímo v m. Takto upravený kal je ivád n dovnit bubnu, kde 2-7 Rota ní zahu ova dochází k cezení vody p es bubnové síto. P i velkém mechanickém namáhání aglomerovaných vlo ek v bubnu e v ak dojít i k jejich rozbití, co negativné ovliv uje celý proces. Uvnit bubnuje instalováno za ízení pro tlakové praní síta. Výhodou je snadná obsluha i údr ba a malé po adavky na prostor. Moderní rota ní síta se vyrábí s regulací sklonu i rychlosti otá ení bubnu. Také bývají asto kombinovány do jediného komplexu s pásovým lisem pro zvý ení ú innosti zahu ní. Získaný zahu ný kal má b obsah su iny 3 - 4%. Rota ní síta se pou ívají zejména pro zahu ní p ebyte ného aktivovaného kalu.

2.3.1.6

2.3.1.6

rbinové zahu ova e

Kal je uná en lopatkami plastového et zového dopravníku p es rbinové síto, na kterém dochází k zahu ování. Ve stroji je umíst n koagula ní reaktor, zahu ova , sb rná jímka zahu ného kalu i prací voda, co do jisté míry sni uje investi ní náklady za ízení.


strana 23

2.3.1.7 Pásové zahu ova e Pásových zahu ova e (sítopásové lisy) (2-8) fungují na principu pohyb kalu na nekone ném sítu, které je vedeno p es nosné válce. Na sítu z stávají vlo ky kalu aglomerované díky flokulaci, zatímco voda je prolisována p es síto a odvád na. Zahu ný kal bývá na pásu ekláp n radli kami a na konci procesu odpadává, mechanické namáhání je men í ne u rota ních sil. Za ízení je ak náro né na velikost prostoru. 2.3.1.8

2.3.1.7

2-8 Pásový zahu ova

nekové zahu ova e

2.3.1.8

Pracují na principu vyná ení upraveného kalu nekem p es síto, které tvo í plá ikmo umíst ného bubnu. Nejsou p íli roz ené.

2.3.2 Odvod ování kalu Odvod ování kalu je za azeno za jeho stabilizaci a slou í ke sní ení obsahu vody v kalu a tedy i sní ení celkového objemu. Výsledkem procesu je kal pevné konzistence s obsahem su iny 20 – 50 %, se kterým je mo no zacházet jako se zeminou. (p eprava, nakládání, apod.). Vzhledem k tomu, e finální zpracování kalu bývá asto finan náro né, je vhodné provád t redukci objemu stabilizovaného kalu pomocí odvodn ní, ím se sní í náklady na likvidaci kalu. P ed vstupem do odvod ovacího za ízení by m l být kal dob e homogenizován, nap . v usklad ovací nádr i. Odvodn ný kal je v inou p ed jeho finálním zpracováním akumulován v kontejnerech. Odvod ování m e být p irozené nebo strojní. P irozené odvod ování kalu se provádí na kalových polích a lagunách, strojní pomocí pásových lis , kalolis a dekanta ních odst edivek. P i strojním odvod ování je nutno kaly upravit tak, aby se mikro ástice kalu agregovaly do makrovlo ek, aby filtrace i sedimentace (odst ed ní) byly dostate né ú inné. Provádí se úprava: • •

termická (zvý ení teploty nad 100 °C za vysokého tlaku chemická (p ídavek anorganického nebo organického flokulantu)

2.3.2

strana 24

2.3.2.1


2.3.2.1

irozené zp soby odvod ování

Kalové pole je otev ená m lká nádr s betonovým dnem pokrytým vrstvou rkopísku. V této vrství je zabudovaná drená , odvád jící odseparovanou vodu z kalu. Do nádr e se vypou tí stabilizovaný kal ve vrství 20 - 40 cm, který je odvodn n jednak vsakováním vody do drená ní vrstvy a jednak výparem. Po dosa ení po adovaného odvodn ní je kal naklada i odebrán a transportován ke zpracování. Pro vjezd strojních mechanism je nutno ponechat na kalových polích p íjezdové komunikace. Proces odvodn ní tímto zp sobem je 2-9 Kalové pole asov náro ný, závisí na klimatických initelích i po así, u nás je mo no po ítat s opakováním cyklu napou ní odvod ování - odb r kalu asi ty ikrát do roka. Kal lze tímto zp sobem odvodnil na hodnoty kolem 40 % obsahu su iny. Nevýhodou kalových polí jsou vysoké investi ní náklady, velké nároky na zastavenou plochu a dlouhá doba procesu odvodním Kalové laguny jsou otev ené hlub í zemní nádr e, do nich se napou tí stabilizovaný kal o hloubce asi 0,7 - 1,5 m. Odvodn ní probíhá p edev ím díky odpa ování vody z hladiny, v men í mí e se uplat uje vsakování. Tento proces je je více asov náro ný ne u kalových polí, cyklus m e trvat i jeden rok. Urychlení procesu lze provést od erpáním kalové vody, která se po ur ité dob odseparuje u hladiny nádr e od hust ího kalu p i dní. Odvodn ný kal má obsah su iny 25 - 30 %. Krom závislosti na po así, velkých nárok na plochu a dlouhé doby procesu je nevýhodou i ohro ení kvality podzemní vody. 2.3.2.2

2.3.2.2 Sítopásové lisy Sítopásové lisy (pásové lisy) (2-10) se pou ívají p i zahu ovaní i odvod ování kalu, ale pro ka dý z t chto proces se pou ívají za ízení jiných technických parametru - typ lisu, rychlost pásu. druh a mno ství pou itého flokulantu, apod. Jedná se o tlakovou filtraci s kontinuálním provozem. Pro dobrou funkci pásových lis je nutno zajistit dokonalé vyprání pás . Výhodou je iroké pou ití a jednoduchá obsluha, nevýhodou vznik zápachu a vlhkosti v provozní místnosti a pom rn nízký obsah su iny získaného kalu. Tato za ízení na OV p eva ují. 2-10 Sítopásový lis


strana 25

2.3.2.3 Kalolisy Kalolisy (tlakové komorové lisy) (2-11) pracují na principu tlakové filtrace s eru ovaným provozem. Za ízení se skládá z ur itého po tu filtra ních desek, které jsou obaleny filtra ními plachetkami. P i pln ní kalolisu se filtra ní desky od sebe oddálí a vytvo í tak komory, do kterých je p ivád n stabilizovaný kal smíchaný s flokulantem. P i zapnutí tlakového re imu jsou tyto komory stla ovány, voda je filtrována p es plachetky 2-11 Kalolis jako tzv. filtrát a odvád na. Vyvinutý tlak bývá 1 - 1,6 MPa. V komorách z stává odvodn ný kal, který po uvoln ní tlaku a op tovném oddálení filtra ních desek odpadá gravita ní silou jako tzv. kalový kolá (2-12). Provozním problémem bývá asto p ilnutí kalového kolá e k plachetce. Odvodn ný kal má pom rn vysoký obsah su iny kalu a to 35 - 45 %. Za ízení nejsou p íli náro né na prostor, jsou v ak finan náro né a mají velké po adavky na obsluhu.

2.3.2.3

2-12 Kalový kolá

2.3.2.4 Odvod ovací odst edivky Principem odvod ovacích (dekanta ních) odst edivek (2-13) je separace pevných ástic kalu odst edivou silou v rotujícím bubnu, p em se vyu ívá rozdílu hustoty vody a ástic kalu. Suspenze je p ivád na potrubím do otá ejícího se vnit ního bubnu, kde je usm rn na k plá ti vn ího bubnu. Proto e na kal p sobí odst edivá síla otá ejícího se vnit ního bubnu, t í ástice jsou usazovány na povrchu vn ího bubnu, odkud je zahu ný kal nekem posunován do ku elové ásti bubnu a ven z odst edivky. Vnit ní buben se nekem se otá í stejným sm rem jako vn í buben, má ale jiné otá ky. Odst ed ná kapalina je vytla ována kontinuáln p ivád nou suspenzí p es otvory v ele bubnu do sb ra e a potrubím ven z odst edivky. Získaný odvodn ný kal má obsah su iny 20 - 25 %. Provoz za ízení je nep etr itý, mají malé nároky na prostor a jsou vhodné i z hlediska hygieny prost edí.

2-13 Dekanta ní odst edivka

2.3.2.4

strana 26

2.3.2.5


2.3.2.5 Termické su ení Su ením (p i teplotách vy ích ne 100°C) lze z kalu odstranit podstatnou ást vody. i su ení v rota ních bubnových su kách se vyu ívá p ímého kontaktu su eného kalu s horkým vzduchem. P ed vlastním su ením je vhodné kal maximáln odvodnit. Termické su ení je v ak velmi energeticky náro né, proto se pou ívá jen z ídka. Dobré hygienizace je dosa eno p i kone ném obsahu su iny více ne 90 %, em teplota kalu p i su ení by m la p esáhnout 80°C.

2.4

2.4 Vyu ití kal a jejich finální likvidace Odvodn ný a stabilizovaný kal je t eba n jakým zp sobem z istírny odstranit. Nejlep ím ením je jeho dal í vyu ití, nap . v zem lství. To se provádí bu pou itím kalu jako hnojiva bez dal ích úprav, nebo zpracováním v pr myslových kompostech. Jinou variantou vyu ití kalu je jeho zakomponování do stavebních materiál . Finální likvidací kalu se rozumí jeho spalování nebo skládkování.

2-14 Kone né vyu ití kal

3 Izola ní materiály

3

strana 27

3

IZOLA NÍ MATERIÁLY

Izola ní materiály z minerálních vláken se vyráb jí ji více ne 30 let. V dne ní dob trh nabízí kompletní sortiment materiál z edi ových i sklen ných vláken a vedle tradi ních výrobk , umo ujících provád ní izolace podlah, p ek, st n, fasád, strop , podhled , plochých a ikmých st ech a potrubních rozvod , je sortiment roz en o dal í materiály jako jsou extrudovaný polystyren a minerální stropní podhledy. Výrobci jsou schopni produkovat materiály prvot ídní kvality, které jsou navíc vyrobeny z ekologicky nezávadných a p írodních surovin. Jednou z nejpou ívan ích tepelných izolací je tepelná izolace z minerální plsti. U nás zná odborná ve ejnost tyto výrobky dodávané na ná trh p edev ím od výrobc Saint- Gobain Isover Orsil, Rockwool nebo Izomat.

3.1

3.1 Vlastnosti izola ních materiál Vý et nejd le it • • • • • • •

ích vlastností izola ních materiál :

izolace (a z toho plynoucí úspora energie a financí) odolnost v i vysokým teplotám a ochrana p ed po árem vysoký bod tání (více ne 1000 °C), ím chrání p ed teplem i zimou pohlcova zvukové energie (výrazn tlumí hluk) hydrofobizaci zabra uje absorbování vlhkosti do izolace izolace zachovává sv j tvar, vlastnosti a objem i po n kolik desetiletí pomáhá sni ovat energii a tím chrání ivotní prost edí 3.2

3.2 Meziprodukty výroby Meziproduktem p i výrob izolací je: DOLOMIT

• •

edi ové vlákno skelné vlákno

EDI BRIKETA

3-1 Základní suroviny

3.2.1

edi ové vlákno

Výroba je zalo ena na metod rozvlák ování taveniny sm si hornin ( edi , dolomit) a dal ích p ím sí a p ísad (brikety, struska). Vytvo ená minerální vlákna se v rámci výrobní linky zpracují do finálního tvaru desek.

3.2.1

strana 28

3.2.2


3.2.2 Skelné vlákno Výroba je zalo ena na metod rozvlák ování taveniny skla a dal ích p ím sí a p ísad (k emi itý písek, ivec). Vytvo ená minerální vlákna se v rámci výrobní linky zpracují do finálního tvaru pásu. Minerální vlákna jsou spojována v p evá né mí e pojivem na bázi fenolformaldehydových prysky ic a modifika ních p ísad. Proti spra ování jsou vlákna chrán na lubrifika ním olejem. Do hydrofobizovaných výrobk se p idává silikonový olej a tím se výrobky stávají vodoodpudivé. Pozn. Z 1 m3 suroviny se vyrobí tém Podíl recyklát je a 70 %.

250 m3 izola ního materiálu.

3.3

3.3 Proces výroby

3.3.1

3.3.1 Výroba edi ového (skelného) vlákna Kamenná vlna vzniká tavením edi e v kupolové peci p i teplot nad 1500°C. Vznikne láva, která se p i vytékání na rotující (rozvlák ovací) válce zm ní odst edivou silou na malé kapky, které odlétávají do usazovací komory. Kapky této taveniny se vlivem velké rychlosti natáhnou a tím vznikne jemné vlákno - základ izolace. Do tohoto vlákna se vst ikuje pojivo, vodoodpudivé p ísady (hydrofobiza ní olej), protiplís ové a dal í p ísady. Vlákno se rovnom rn usadí na pás a pokra uje do vytvrzovací pece, kde se spolu s pojivem a v emi p ísadami teplem vytvrzuje. Z vytvrzovací pece vychází pás kamenné vlny p es p ítla né za ízení, které spolu s rychlostí posuvu pásu a intenzitou p ísunu vláken zaji uje po adovanou objemovou hmotnost a tlou ku konkrétního výrobku. P es chladící komoru se nekone ný pás kamenné vlny dostává k diamantové pile, která má naprogramovány po adované rozm ry konkrétního výrobku. Na ezané výrobky jdou bu jako polotovary na speciální linku pro speciální výrobky (potrubní pouzdra, ka írované desky, lamelové roho e apod.) nebo p es bali ku na pásový dopravník, sm ující p ímo do kamiónu nebo vagónu, který je dopraví ke kone nému zákazníkovi. Skelná vlna vzniká obdobn jako kamenná vlna s tím rozdílem, e výchozím materiálem je písek a drcené sklo. Dal í postup výroby a zpracování po adovaného polotovaru odpovídá výrob kamenného vlákna.


strana 29

3.3.1

3-2 Výroba edi ového vlákna

BÍLÉ SKLO

3-3 Výroba skelného vlákna

strana 30

4

4 Za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad

4

ZA ÍZENÍ PRO SNÍ ENÍ VLHKOSTI VLÁKNITÝCH ODPAD

Nápad na vznik tohoto za ízení vyvstal s pot ebou úpravy odpadního materiálu vznikajícího p i výrob izola ních desek firmy Orsil. P i výrob je odpadním produktem sm s mokrých vláken a granálií z edi ové lávy o vlhkosti cca 70 %, která se dále recykluje a vyu ívá k výrob briket. Od za ízení se po aduje sní ení této vlhkosti (vlákna mohou být vlhká – cca 30 %, ale nesmí z nich odkapávat voda). ebytková voda, která se z materiálu „odd lí“, se vrátí zp t do výrobního cyklu (vyu ití pro proces chlazení). Do úvahy se brala i mo nost zakoupení tohoto stroje (jeden z p edních prodejc v eské republice je nap . firma Kaplan spol. s.r.o). Odvod ovací za ízení je v ak svojí irokou kálou vyu ití vhodn í pro men í isti ky odpadních vod. Navíc je jeho po ízení finan nákladné. Po adavkem zadavatele bylo co nejvíce zjednodu it konstrukci stroje (pro daný výrobní cyklus) a sní it tím finan ní náklady na po ízení. 4.1

4.1 Po adavky na konstrukci Po adavky zadavatele byly specifikovány následovn : • • • • •

4.1.1

za ízení se musí vejít do vymezeného prostoru rozm ry za ízení by nem li p esáhnout 2000 x 1000 mm (d x ) za ízení má být jednoduché (jak konstruk , tak i funk ) finan nenáro né (provoz i konstrukce) s mo ností vyu ití pracovního média (stla ený vzduch)

4.1.1 Umíst ní i p edb ném konstruk ním ení bylo t eba myslet na to, e za ízení musí být svojí velikostí a montá í p izp sobeno daným výrobní podmínky, které se, vzhledem k nákladnosti estavby, nesm jí zm nit. Za ízení je nutno umístit do výrobní haly, mezi výstup z mokrého dopravníku dopravní pás.

4-1 Místo pro za ízení


4.1.2

strana 31

4.1.2

edb ný návrh za ízení

i konstrukci se vycházelo z p edb ného ná rtu za ízení dodaného zadavatelem. Z nabízených mo ných ení (pásový lis, nekový nebo rota ní zahu ova ) jsem zvolil tento ideový návrh pásového lisu (4-2), který odpovídal vý e uvedeným po adavk m.

4-2 P edb ný návrh za ízení

4.1.3 Princip innosti Materiál je dopravován zpod pece na mokrém dopravníku k místu odvodn ní odkud je usm rn n do zubového drti e. Ten jej zpracuje na men í áste ky. Po pr chodu drti em jsou áste ky posunovány po d rovaném pásu a k místu, kde mají pásy od sebe minimální vzdálenost. Zde za íná proces odvodn ní a zahu ní. Materiál vta ený mezi válce je vyma káván, velikost p ítlaku plnoplá ového bubnu je ovládána pneumatickým válcem umíst ným na svislé konstrukci. Po odvodn ní (zahu ní) materiál p epadává na dopravníkový pás (nachází se pod za ízením) a odtud pokra uje k dal ímu zpracování. Ovládání pneumatických válc se d je pomocí pracovního média, kterým je stla ený vzduch. Pohon je ený elektromotorem uchyceným ke spodní ásti základní konstrukce.

4-3 Princip innosti

4.1.3

strana 32

4.1.4


4.1.4 Technický popis Hlavními ástmi za ízení jsou dva horizontáln nad sebou umíst né pásy (d rovaný dopravní pás [9] s nosnou konstrukcí [2] a na n m kyvn uchycený [10] p ítla ný pás [9] s konstrukcí [3]). Tyto mají souhlasný smysl otá ení, který zaji uje tzv. „lyra“ (za ízení regulovatelné p ítlakem pneumatického válce). Na elních stranách obou konstrukcí jsou uchyceny dva bubny [5]. Buben, na kterém je nasunutý rovaný dopravní pás je d rovaný, druhý buben (p ítla ný pás) je plnoplá ový. Bubny jsou ulo eny ve valivých lo iskách v dome cích [3] uzav enými víky [4]. Tyto jsou ustaveny na elních stranách profil konstrukcí. Na koncových ástech nosných konstrukcí jsou uchyceny vále ky [7], které jsou propojeny pásem s odpovídajícím si bubnem. Napínání pás je umo eno napínacím mechanismem [8], umíst ným takté na konci obou konstrukcí. Pohon pás je uskute ován elektromotorem se nekovou p evodovku [6], uchyceným torzním ramenem ke konstrukci. Sou ástí za ízení je vana umíst ná pod d rovaným pásem a podava (zubový drti , viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 19)), jeho cílem je rozm lnit a rovnom rn uspo ádat vstupní materiál na d rovaný dopravní pás. Pozn. Hmotnost bubnu je p ibli Hmotnost horní konstrukce je p ibli Hmotnost celé konstrukce je p ibli Hmotnost celého za ízení je p ibli

4-4 Technický popis

30 kg 75 kg 250 kg 800 kg


4.1.5 Parametry zadání • • • • • • •

dopravní rychlost mokrého dopravníku je 0,35 m/s-1 zadané rozm ry dle výkresu (max. 2000 x 1000 mm, (d x ) dopravní rychlost pásového dopravníku je 1 m/s-1 dopravované mno ství materiálu je 6 tun/ hod dopravovaným materiálem jsou mokrá vlákna a granálie z edi ové lávy vlhkost vstupního dopravovaného materiálu je p ibli 70 % vlhkost výstupního dopravovaného materiálu po adujeme p ibli 30 % (materiál m e být vlhký, ale nesmí z n j odkapávat voda)

strana 33

4.1.5

strana 34

4.2

4.2.1

4.2.1.1


4.2 Výpo et hlavních parametr , návrh mechanism a pohon 4.2.1 Výpo et elního ozubeného soukolí Kolo 1 … viz. výkresová dokumentace 3-S96-5/15 (pozice 2) Kolo 2 … viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 22) 4.2.1.1 Scéná e Typ ozubení: vn í Zp sob výpo tu geometrie: osové vzdálenosti dle modulu, po tu zub a sklonu zub Zp sob výpo tu zatí ení: z p íkonu a otá ek ur en vstupní moment Zp sob pevnostního výpo tu: pevnostní kontrola

4.2.1.2

4.2.1.2 Základní parametry Po adovaný p evodový pom r

3.8889

Skute ný p evodový pom r

3.8889

Úhel záb ru

α

20°

Vý ka hlavy zubu

ha*

1 (= 3 mm)

Hlavová v le

c*

0.25 (= 0.75 mm)

Zaoblení paty

0.38 (= 1.14 mm)

Vý ka hlavy nástroje

1.25 (= 3.75 mm)

Úhel sklonu zub

β

0°

Modul

m

3 mm

Vzdálenost os

aw

132 mm

Rozte ná vzdálenost os

a

132 mm

Celková jednotková korekce

0

Provozní úhel záb ru

αw

20°

Normálná rozte

p

9.425 mm

Základní rozte

ptb

8.856 mm

Sou initel trvání záb ru

1.6687 (1.6687 + 0)

Ozna ení p esnosti

6

Mezní úchylka sklonu zubu

Fb

0.011 mm

Mezní úchylka rovnob nosti os

fx

0.011 mm


fy

0.0055 mm


strana 35

Kolo 1

Kolo 2

Po et zub

18

70

Jednotkové posunutí

0

0

rd

54 mm

210 mm

r základní kru nice db

50.743 mm

197.335 mm

60 mm

216 mm

46.5 mm

202.5 mm

54 mm

210 mm

4.712 mm

4.712 mm

0.6817 (= 2.045 mm)

0.7932 (= 2.3795 mm)

ka ozubení

20 mm

15 mm

kový pom r

0.2778

0.0714

Tlou ka zubu na t tiv sk

4.161 mm

4.161 mm

Rozm r p es zuby W

22.897 mm

78.221 mm

Rozm r p es vále ky (kuli ky) M

58.707 mm

214.709 mm

4.5 mm

4.5 mm

18

70

Mezní obvodové házení ozubení Fr

0.021 mm

0.028 mm

Mezní úchylka elní rozte e fpt

0.0085 mm

0.009 mm

Mezní úchylka základní rozte e fpb

0.008 mm

0.0085 mm

Rozte ný pr Pr

Hlavový pr Patní pr

r da r df

Pracovní rozte ný pr

r dw

Tlou ka zubu s ka hlavy zubu

Pr

r vále ku (kuli ky) dw

Virtuální po et zub zv

4.2.1.3

4.2.1.3 Zatí ení

Výkon innost

P

Kolo 1

Kolo 2

1.5 kW

1.455 kW

η

0.97 -1

77.0657 min-1

Otá ky

n

299.7 min

To ivý moment

Mk

47.7943 Nm

Obvodová síla

Ft

1770.1584 N

Radiální síla

Fr

644.285 N

Osová síla

Fa

0N

Normálná síla

Fn

1883.7632 N

Obvodová rychlost

v

Rezonan ní otá ky

180.2906 Nm

0.8474 m/s

nE1

24862.09 min

-1

-

4.2.1.4

4.2.1.4 Pevnostní výpo et (dle ISO 6336:1996) Trvanlivost

4.2.1.2

Lh

10000 hod

strana 36

4.2.1.5


4.2.1.5 Materiálové hodnoty Kolo 1

Kolo 2

Mez únavy v dotyku

σHlim

1270 MPa

1140 MPa

Mez únavy v ohybu

σFlim

700 MPa

450 MPa

Mez pevnosti v tahu

785 MPa

785 MPa

Mez kluzu v tahu

588 MPa

539 MPa

Tvrdost v jád e zubu

250 HV

250 HV

Tvrdost na boku zubu

650 HV

600 HV

Bázový po et zat ovacích cykl v dotyku [10^6]

100

100

Bázový po et zat ovacích cykl v ohybu [10^6]

3

3

Exponent Wöhlerovy k ivky pro dotyk

10

10

Exponent Wöhlerovy k ivky pro ohyb

9

6

206 MPa

206 MPa

0.3

0.3

4

2

Modul pru nosti v tahu [10^3] Poissonovo íslo Zpracování materiálu

Zvolený materiál: Kolo 1 … Kolo 2 4.2.1.6

…

konstruk ní ocel slitinová, ozna ení 14 220 zpracování: cementování, kalení konstruk ní ocel slitinová, ozna ení 14 140 zpracování: povrchové kalení

4.2.1.6 Sou initelé pro dotyk Kolo 1 Vn

ích dynamických sil

Kolo 2

KA

1.25

KHv

1.018

KHb

1.27

Podílu zatí ení jednotlivých zub

KHa

1.021

Celkový

KH

1.651

Jednorázového p etí ení

KAS

1

Mechanických vlastností materiálu

Ze

189.812

Tvaru spoluzabírajících zub

Zh

2.495

Délky dotykových k ivek

Zeps

0.882

Jednopárového záb ru

ZB

1.105

1

Zn

1

1.08

Vnit ních dynamických sil Nerovnom rnosti zatí ení zub po

ivotnosti

ce

Maziva

Zl

0.967

Výchozí drsnosti zub

Zr

1

Obvodové rychlosti

Zv

0.953

Sklonu zubu

Zb

1

Velikosti

Zx

1

1


strana 37

4.2.1.7

4.2.1.7 Sou initelé pro ohyb Kolo 1 Vn

Kolo 2


KA

1.25

Vnit ních dynamických sil

KFv

1.018

KFb

1.18


KFa

1.021

Celkový

KF

1.534


KAS

1

Tvaru zubu

YFa

2.897

2.253

Koncentrace nap tí

YSa

1.506

1.659

1

1

Nerovnom rnosti zatí ení zub po

ce

ídavného vrubu v pat zubu

YSarel

Sklonu zubu

Yb

Vlivu záb ru profilu

Yeps

St ídavého zatí ení

Ya

1

1

Technologie výroby

Yt

1

1

Yn

1

1

Vrubové citlivosti

Yd

1.223

1.105

Velikosti

Yx

1

1

Drsnosti povrchu

Yr

ivotnosti

1 0.699

1

4.2.1.8 Výsledky

4.2.1.8

Kolo 1

Kolo 2

Koeficient bezpe nosti v dotyku

SH

1.191

1.276

Koeficient bezpe nosti v ohybu

SF

6.198

3.152

Statická bezpe nost v dotyku

SHst

2.648

1.698

Statická bezpe nost v ohybu

SFst

12.676

7.132

Pevnostní kontrola

Vyhovuje

Copyright: (c) 2003 MechSoft, Inc.

Pozn. Výpo et elních ozubených soukolí je proveden nadstavbou MechSoft.com pro AutoCAD 2002.

strana 38

4.2.2

4.2.2.1


4.2.2 Výpo et elního ozubeného soukolí Kolo 1 … viz. výkresová dokumentace 3-S96-5/15 (pozice 3) Kolo 2 … viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00(pozice 23) 4.2.2.1 Scéná e Typ ozubení: vn í Zp sob výpo tu geometrie: osové vzdálenosti dle modulu, po tu zub a sklonu zub Zp sob výpo tu zatí ení: z p íkonu a otá ek ur en vstupní moment Zp sob pevnostního výpo tu: pevnostní kontrola

4.2.2.2

4.2.2.2 Základní parametry Po adovaný p evodový pom r

3.6842


3.6842

Úhel záb ru

α

20°

Vý ka hlavy zubu

ha*

1 (= 3 mm)

Hlavová v le

c*

0.25 (= 0.75 mm)

Zaoblení paty

0.38 (= 1.14 mm)


1.25 (= 3.75 mm)

Úhel sklonu zub

β

0°

Modul

m

3 mm

Vzdálenost os

aw

133.5 mm


a

133.5 mm


0


αw

20°

Normálná rozte

p

9.425 mm

Základní rozte

ptb

8.856 mm


1.6757 (1.6757 + 0)

Ozna ení p esnosti

6


Fb

0.011 mm


fx

0.011 mm


fy

0.0055 mm


strana 39

Kolo 1

Kolo 2

Po et zub

19

70


0

0

rd

57 mm

210 mm


53.562 mm

197.335 mm

63 mm

216 mm

49.5 mm

202.5 mm

57 mm

210 mm

4.712 mm

4.712 mm

0.6886 (= 2.0657 mm)

0.7932 (= 2.3795 mm)

ka ozubení

20 mm

15 mm

kový pom r

0.2632

0.0714


4.161 mm

4.161 mm

Rozm r p es zuby W

22.939 mm

78.221 mm


61.512 mm

214.709 mm

4.5 mm

4.5 mm

19

70

Mezní obvodové házení ozubení Fr

0.021 mm

0.028 mm


0.0085 mm

0.009 mm


0.008 mm

0.0085 mm

Rozte ný pr Pr


r da r df


r dw


Pr


Virtuální po et zub zv

4.2.2.3

4.2.2.3

Zatí ení

Výkon innost

P

Kolo 1

Kolo 2

1.5 kW

1.455 kW

η

0.97 283.9263 min

-1

77.0657 min-1

Otá ky

n

To ivý moment

Mk

Obvodová síla

Ft

1770.1585 N

Radiální síla

Fr

644.285 N

Osová síla

Fa

0N

Normálná síla

Fn

1883.7633 N

Obvodová rychlost

v

Rezonan ní otá ky

50.4495 Nm

180.2906 Nm

0.8474 m/s

nE1

22431.84 min

-1

4.2.2.4


4.2.2.2

Lh

10000 hod

strana 40

4.2.2.5



Kolo 2

Mez únavy v dotyku

σHlim

1270 MPa

1140 MPa

Mez únavy v ohybu

σFlim

700 MPa

450 MPa

Mez pevnosti v tahu

785 MPa

785 MPa

Mez kluzu v tahu

588 MPa

539 MPa


250 HV

250 HV


650 HV

600 HV


100

100


3

3


10

10


9

6

206 MPa

206 MPa

0.3

0.3

4

2


Zvolený materiál: Kolo 1 … Kolo 2 4.2.2.6

…

konstruk ní ocel slitinová, ozna ení 14 220 zpracování: cementování, kalení konstruk ní ocel slitinová, ozna ení 14 140 zpracování: povrchové kalení



Kolo 2

KA

1.25

KHv

1.019

KHb

1.271


KHa

1.028

Celkový

KH

1.665


KAS

1


Ze

189.812


Zh

2.495


Zeps

0.88


ZB

1.093

1

Zn

1

1.08


ivotnosti

ce

Maziva

Zl

0.967


Zr

1

Obvodové rychlosti

Zv

0.953

Sklonu zubu

Zb

1


strana 41

4.2.2.7


Kolo 2


KA

1.25


KFv

1.019

KFb

1.181


KFa

1.028

Celkový

KF

1.546


KAS

1

Tvaru zubu

YFa

2.845

2.253

Koncentrace nap tí

YSa

1.513

1.659

1

1


ce


YSarel

Sklonu zubu

Yb


Yeps


Ya

1

1

Technologie výroby

Yt

1

1

Yn

1

1

Vrubové citlivosti

Yd

1.223

1.105

Velikosti

Yx

1

1

Drsnosti povrchu

Yr

ivotnosti

1 0.698

1 4.2.2.8

4.2.2.8 Výsledky Kolo 1

Kolo 2


SH

1.227

1.3


SF

6.249

3.135


SHst

2.727

1.73


SFst

12.773

7.093

Pevnostní kontrola

Vyhovuje



strana 42

4.2.3

4.2.3.1


4.2.3 Výpo et elního ozubeného soukolí Kolo 1 … viz. výkresová dokumentace 3-S96-5/15, pozice 2 Kolo 2 … viz. výkresová dokumentace 3-S96-5/15, pozice 3 4.2.3.1 Scéná e Typ ozubení: vn í Zp sob výpo tu geometrie: osové vzdálenosti dle modulu, po tu zub a sklonu zub Zp sob výpo tu zatí ení: z p íkonu a otá ek ur en vstupní moment Zp sob pevnostního výpo tu: pevnostní kontrola

4.2.3.2

4.2.3.2

Základní parametry

Po adovaný p evodový pom r

1.0556


1.0556

Úhel záb ru

α

20°

Vý ka hlavy zubu

ha*

1 (= 3 mm)

Hlavová v le

c*

0.25 (= 0.75 mm)

Zaoblení paty

0.38 (= 1.14 mm)


1.25 (= 3.75 mm)

Úhel sklonu zub

β

0°

Modul

m

3 mm

Vzdálenost os

aw

55.5 mm


a

55.5 mm


0


αw

20°

Normálná rozte

p

9.425 mm

Základní rozte

ptb

8.856 mm


1.5368 (1.5368 + 0)

Ozna ení p esnosti

6


Fb

0.011 mm


fx

0.011 mm


fy

0.0055 mm


strana 43

Kolo 1

Kolo 2

Po et zub

18

19


0

0

rd

54 mm

57 mm


50.743 mm

53.562 mm

60 mm

63 mm

46.5 mm

49.5 mm

54 mm

57 mm

4.712 mm

4.712 mm

0.6817 (= 2.045 mm)

0.6886 (= 2.0657 mm)

ka ozubení

20 mm

20 mm

kový pom r

0.2778

0.2632


4.161 mm

4.161 mm

Rozm r p es zuby W

22.897 mm

22.939 mm


58.707 mm

61.512 mm

4.5 mm

4.5 mm

18

19

0.021 mm

0.021 mm


0.0085 mm

0.0085 mm


0.008 mm

0.008 mm

Rozte ný pr Pr


r da r df


r dw


Pr


Virtuální po et zub zv Mezní obvodové házení ozubení

4.2.3.3

Fr

4.2.3.3

Zatí ení

Výkon innost

P

Kolo 1

Kolo 2

1.5 kW

1.455 kW

η

0.97 -1

283.9263 min-1

Otá ky

n

299.7 min

To ivý moment

Mk

47.7943 Nm

Obvodová síla

Ft

1770.1584 N

Radiální síla

Fr

644.285 N

Osová síla

Fa

0N

Normálná síla

Fn

1883.7632 N

Obvodová rychlost

v

Rezonan ní otá ky

48.936 Nm

0.8474 m/s

nE1

32056.83 min

-1

-

4.2.3.4


4.2.3.2

Lh

10000 hod

strana 44

4.2.3.5



Kolo 2

Mez únavy v dotyku

σHlim

1270 MPa

1270 MPa

Mez únavy v ohybu

σFlim

700 MPa

700 MPa

Mez pevnosti v tahu

785 MPa

785 MPa

Mez kluzu v tahu

588 MPa

588 MPa


250 HV

250 HV


650 HV

650 HV


100

100


3

3


10

10


9

9

206 MPa

206 MPa

0.3

0.3

4

4


Zvolený materiál: Kolo 1, 2 … 4.2.3.6

konstruk ní ocel slitinová, ozna ení 14 220 zpracování: cementování, kalení



Kolo 2

KA

1.25

KHv

1.013

KHb

1.21


KHa

1

Celkový

KH

1.532


KAS

1


Ze

189.812


Zh

2.495


Zeps

0.906


ZB

1.031

1.017

Zn

1

1


ivotnosti

ce

Maziva

Zl

0.967


Zr

1

Obvodové rychlosti

Zv

0.953

Sklonu zubu

Zb

1

Velikosti

Zx

Párování materiálu

Zw

1

1 1


strana 45

4.2.3.7


Kolo 2


KA

1.25


KFv

1.013

KFb

1.141


KFa

1

Celkový

KF

1.445


KAS

1

Tvaru zubu

YFa

2.897

2.845

Koncentrace nap tí

YSa

1.506

1.513

1

1


ce


YSarel

Sklonu zubu

Yb


Yeps


Ya

1

1

Technologie výroby

Yt

1

1

Yn

1

1

Vrubové citlivosti

Yd

1.223

1.223

Velikosti

Yx

1

1

Drsnosti povrchu

Yr

ivotnosti

1 0.738

1

4.2.3.8 Výsledky

4.2.3.8

Kolo 1

Kolo 2


SH

1.035

1.049


SF

6.235

4.74


SHst

2.301

2.333


SFst

12.75

9.689

Pevnostní kontrola

Vyhovuje



strana 46

4.2.4


4.2.4 Výpo et epu EP 16 x 60 x 52 SN 02 2111.10, viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 63)

4.2.4.1

4.2.4.1 Zadání výpo tu sobící síla

F

150 N

r epu

d

16 mm

Délka epu

L

60.00 mm

Funk ní délka epu

Lf

52.00 mm

ka vidlice

a

12.5 mm

ka táhla

b

15 mm

Pr

Dovolený tlak v táhle

30 MPa

Dovolený tlak ve vidlici

30 MPa

Dovolené nap tí kolíku v ohybu

80 MPa

Dovolené nap tí kolíku ve smyku

50 MPa

4.2.4.2 Výsledky výpo tu Minimální pr

r epu

d

4.571 mm

Tlak v táhle

0.625 MPa

Tlak ve vidlici

0.375 MPa

Ohybové nap tí v epu

1.865 MPa

Smykové nap tí v epu

0.373 MPa

Kontrola epu

Vyhovuje

Pozn. Výpo et epu je proveden nadstavbou MechSoft.com pro AutoCAD 2002.


strana 47

4.2.5

4.2.5 Výpo et pera PERO 12 e7 x 8 x 40 SN 02 2562 viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 47)

4.2.5.1

4.2.5.1 Zadání výpo tu Výkon

P

1.5 kW

Otá ky

N

77 min-1

To ivý moment

Mk

186.02 Nm

Pr

d

40.00 mm

L

40 mm

Lf

28 mm

gl

50 mm

r h ídele

Délka pera inná délka pera Délka drá ky Pero

12 x 8 4.2.5.2

4.2.5.2 Výsledný výpo et Dovolený tlak

110 MPa

Redukovaný dovolený tlak

110 MPa

Po et per Minimální inná délka pera

1 Lf

21.14 mm

Výsledný redukovaný tlak

83.05 MPa

Pevnostní kontrola

Vyhovuje

Pozn. Výpo et pera je proveden nadstavbou MechSoft.com pro AutoCAD 2002.

strana 48

4.2.6


4.2.6 Výpo et pera PERO 10 e7 x 8 x 63 SN 02 2562 viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 42)

4.2.6.1

4.2.6.1 Zadání výpo tu Výkon

P

1.5 kW

Otá ky

N

77 min-1

To ivý moment

Mk

186.02 Nm

Pr

d

25.00 mm

L

63 mm

Lf

53 mm

gl

63 mm

r h ídele

Délka pera inná délka pera Délka drá ky Pero 4.2.6.2

10 x 8

4.2.6.2 Výsledný výpo et Dovolený tlak

110 MPa

Redukovaný dovolený tlak

110 MPa

Po et per Minimální inná délka pera

1 Lf

28.19 mm

Výsledný redukovaný tlak

58.498 MPa

Pevnostní kontrola

Vyhovuje

Pozn. Výpo et pera je proveden nadstavbou MechSoft.com pro AutoCAD 2002.


4.2.7

4.2.7 Návrh pneumatického válce viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 14) • •

strana 49

maximální p ítla ná (kritická) síla F = 1500 N (odhad) zdvih pneumatického válce po adován minimáln 50 mm

Tab. 4-5 Vzp rová pevnost

Na základ tabulky (4-6) volím z katalogu Stránský & Petr ík pneumatický válec s ozna ením: 116.07.50 kde: 116 … ozna ení pneumatického válce bez tlumení 07 … ozna ení pr ru pístu (φ 40 mm) 50 … zdvih (mm)

strana 50

4.2.8


4.2.8 Návrh pohonu viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 19) Vstupní údaje: • • •

výkon elektromotoru P = 1500 W p evodové íslo i = 30 otá ky n = 47 ot/ min

Na základ t chto údaj volím z katalogu NordCAD 5.6 (firma NORD) tento 4 – pólový elektromotor s násuvkou a torzním ramenem s ozna ením: SK1 SI63 D1 270 C2- IEC 90 L T4 viz. výkresová dokumentace 0-S96-5/00 (pozice 19)

4-6 SK1 SI63 D1 270 C2-IEC 90L T4

4-7 Ilustrativní obrázek

Pozn. Motor jsem dále pou il ve formátu DWG ( pro AutoCAD) a SAT ( pro SolidWorks).

5 3D model

5

strana 51

5

3D MODEL

Nedílnou sou ástí této diplomové práce je i vytvo ení 3D modelu za ízení. Nabídka kvalitního software pro 3D modelování je iroká a proto mi v samém za átku vyvstala otázka, pro který modelovací systém se rozhodnout. 5-1 Logo SolidWorks

Ve výuce jsme m li mo nost vyzkou et si práci s tzv. „velkými“ systémy jako jsou nap . Autodesk Inventor, Catia, Pro/ENGINEER a SolidWorks a musím konstatovat, e mo nosti program jsou obrovské a na vysoké úrovni a umo ují konstruktérovi odvád t kvalitní práci. V echny tyto programy se adí do skupiny parametrických CAD systém , které vyu ívají adaptivní technologie modelování. Práce v SolidWorks je rychlá a intuitivní. Modelování se v principu neli í od jiných 3D systém . Nejd íve je nutné nakreslit ná rt, se kterým se provádí dal í geometrické operace (vysunutí, rotování, atd.). Systém obsahuje spoustu dal ích nástroj pro zjednodu ení práce. u se jedná o tvorbu d r, zkosení, 5-2 Prost edí SolidWorks zaoblení nebo o moduly známé nap . z AutoCADu, Inventoru (a jiných) a to vkládání sou ástí z knihovny programu. B hem chvilky tak získáme detailn vymodelované lo isko, roub i ozubené kolo. Bohu el, jsou to jen malé st ípky toho, s ím se musíme v praxi utkat a poskládat je do výsledného díla. Provázanost mezi výkresem a 3D modelem zaru uje aktualizaci modelu p i ka dé zm geometrie. Nakonec jsem se rozhodl pro SolidWorks se kterým mám asi nejv v oblasti 3D modelování.

í zku enosti

strana 52

5.1

5.1.1

5 3D model

5.1 Vytvo ení modelu 5.1.1 Fáze první V první fázi modelování jsem se zam il na vytvo ení nosné konstrukce, vymodelování „ko e“, vále ku a napínacího za ízení. Pro modely roub , matic, podlo ek, lo isek, ep , ozubených kol apod. jsem pou il nadstavbu SolidWorks – ToolBox. Horní a dolní ást konstrukce byly v SolidWorks definované jako jednotlivé podsestavy.

5-3 P ítla ná ást konstrukce

Dal í obrázky viz. p íloha 5.1.2

5.1.2 Fáze druhá V druhé fázi modelování jsem se musel potýkat s men ími problémy, které byly zp sobeny tím, e jsem jednotlivé party ásti podsestav) nakopíroval do jedné slo ky. Výsledek byl takový, e se mi v í polovina podsestav nena etla, resp. na etla , ale obsahovala minimum t chto ástí. Tento jev je zp sobený tím, e v podsestavách (i sestavách) program odkazuje cestou na ásti podsestav, ze kterých byly tyto vkládány. ení je dvojí – bu p ejmenovat adresá e p vodním názvem nebo zm nit cestu k jednotlivým ástem (co je pracn í). V modelování jsem pokra oval „vyrobením“ pneumatického válce, pás , ozubených kol. Horní a dolní ást konstrukce jsem vlo il do jedné hlavní sestavy, p adil barevné rozli ení jednotlivým prvk m.

5 3D model

strana 53

5.1.2

5-4 Bo ní pohled

5-5 Dome ek – detail

Dal í obrázky viz. p íloha

strana 54

5.1.3

5 3D model

5.1.3 Fáze t etí V této poslední fázi modelování jsem sestavil celé za ízení dohromady. Potýkal jsem se se zna nými problémy v na ítání jednotlivých ástí podsestav a sestav (by cesty k soubor m byly korektní). Jak ji bylo uvedeno (4.2.8) – k vymodelování motoru jsem pou il soubor ve formátu SAT (katalog NordCAD 5.6). Konstrukce zubového drti e je pouze orienta ní, k vymodelování pot ebných ástí jsem nem l pot ebná data.

5-6 3D model za ízení

Dal í obrázky viz. p íloha

6 Pevnostní výpo et sou ástí pomocí MKP

6

PEVNOSTNÍ VÝPO ET POMOCÍ MKP

6.1 Metoda kone ných prvk

strana 55

6

6.1

Metoda kone ných prvk (Finite Elements Method) je roz ený pojem ve v ech odv tvích pr myslu, zejména pak se strojírenství, stavebnictví, elektrotechnice a dal ích. Umo uje it úlohy deformací, nap tí, proud ní kapalin a plyn , simulace proces atd. Po átky vzniku souvisí s vyu ívání t chto metod v leteckém a vesmírném pr myslu. Rozvoj t chto metod byl uspí en vývojem kvalitní a levné výpo etní techniky. MKP pracuje zejména s 3D prvky. Tyto je mo né modelovat p ímo v MKP programu (jednodu í p ípad) nebo na íst pomocí r zných datových formát z CAD systému (slo it í p ípady). Mezi nej ast ji podporované a roz ené formáty pat í IGES, STEP, SAT. P i p enosu pomocí t chto formát m e dojít k chybám a nep esnostem. Pokud je MKP systém sou ástí CAD systému- data se nemusejí evád t do jiných formát .

6.2 Vyu ití MKP

6.2

S konstrukcí výrobku roste pot eba získat také základní p edstavu o jeho namáhání i deformaci. Znalost metod kone ných prvk , výpo etního software a jejich pou ití je hlavn doménou specialist . „Oby ejný“ konstruktér v ak pot ebuje jednoduchý nástroj, který mu poskytne odpov di na otázky týkající se nap . hodnot maximálního nap tí a deformací, p estup tepla, atd. Na základ t chto informací je konstruktér schopen výrobek optimalizovat nebo zm nit. Obvykle nepot ebuje hluboké znalosti velkých systém MKP. Vysta í si s jednoduchým a rychlým nástrojem s jednodu e ovládanými funkcemi.

6.3 Software

6.3

Nástrojem, který spl uje tyto po adavky na výpo et je nap . ANSYS DesignSpace nebo COSMOS DesignStar. Oba tyto produkty pat í do kategorie malých MKP systém disponující nástroji pro analýzu nap tí a deformace, výpo et koeficient bezpe nosti, p estupu tepla a dal í. Ovládání program je intuitivní a jednoduché, vizuáln p sobí stejn jako 3D CAD systémy. Pro srovnání jsem výpo ty provedl v obou systémech.

6.4 Specifikace zadání Zadání výpo tu je specifikované jako pevnostní výpo et exponovaných (aktivních) sou ástí. Vzhledem k velikosti za ízení bylo problematické ur it vhodnost výb ru chto ástí, ale nakonec jsem se po konzultaci rozhodl pro výpo et spodní h ídele a celé konstrukce.

6.4

strana 56

6.4.1

6.4.1.1


6.4.1 ídel viz. výkresová dokumentace 3-S96-5/19, 0-S96-5/00 (pozice 33) 6.4.1.1 Vstupní údaje (h ídel) Výpo et h ídele jsem provedl na základ t chto údaj : • • • •

velikost tíhové síly místo, ve kterém síla p sobí vzdálenost od kraj h ídele materiál ocel (nízkolegovaná s vysokou pevností)

i ur ení velikosti p sobící síly jsem vycházel z p edpokladu, e celkové zatí ení sobící na spodní buben je ovliv ováno hmotností horního bubnu a velikostí ítla né síly pneumatického válce, kterým se nachází na konstrukci umíst né kolmo na hlavní konstrukci (svisle). Proto e jsem p i návrhu pneumatického válce uva oval zát nou sílu o velikosti 1500 N (co odpovídá hmotnosti p ibli 150 kg), vlastní tíhu vrchního bubnu jsem zanedbal (hmotnost bubnu je p ibli 27,5 kg). Výsledek ovlivn ný tímto postupem bude zhruba odpovídat skute nosti. Data modelu byla p evedena do formátu SAT.

Zadání: Tíhová síla … FG = 1500 N Celková délka h ídele … l = 625 mm Ur it: Velikost síly … FA = ? FB = ?

MB = 0 :

0 = FG · l/ 2 FA · l FA · l = FG · l/2 FA = FG / 2 FA = 1500 N / 2 FA = 750 N

Velikost síly FA = 750 N. Proto e p sobi velikost síly FB = 750 N.

FG = FA + FB FB = FG FA FB = 1500 N 750 N FB = 750 N

tíhové síly je v polovin délky l bude

Pro výpo et byl pou it zjednodu ený model, ve skute nosti je pot eba sílu FG=1500N uva ovat jako m rný tlak rozlo ený po celé délce bubnu. Je pot eba také po ítat s tíhou zav eného elektromotoru s p evodovkou.


strana 57

6.4.1.2

6.4.1.2 Materiál Pro výpo et volím: ocel (nízkolegovaná s vysokou pevností) Název

Typ

Hodnota

Modul pru nosti

Teplotn nezávislý

200 000,0 MPa

Poissonovo íslo

Teplotn nezávislý

0.29

Hustota

Teplotn nezávislý

7.84 x 10-6 kg/mm3

Mez kluzu v tahu

Teplotn nezávislý

275.8 MPa

Mez pevnosti v tahu

Teplotn nezávislý

448.0 MPa

Tab. 6-1 Vlastnosti materiálu

6.4.1.3 Výsledné

ení 6.4.1.3

ANSYS Design Space Name Equivalent Stress Deformation

Scope Model

Minimum 4.12 x 10

Model

-12

MPa

0.0 mm

Tab. 6-2 Hodnoty nap tí a deformace (Design Space)

6-3 Design Space – pr

h nap tí

Maximum

Alert Criteria

17.21 MPa

N/A

-3

6.38 x 10 mm

N/A

strana 58

6.4.1.3


COSMOS Design Star Name Equivalent Stress Deformation

Scope Model Model

Minimum 3.89 x 10

-12

MPa

0.0 mm

Maximum

Alert Criteria

17.09 MPa

N/A

-3

6.23 x 10 mm

N/A

Tab. 6-4 Hodnoty nap tí a deformace (Design Star)


6.4.2

h deformace

6.4.2 Nosná konstrukce Výpo et nosné konstrukce jsem provedl na základ t chto údaj : • • • •

velikost napínací síly pásu velikost p ítla né síly (od pneumatického válce) rozlo ení sil na horní konstrukci materiál ocel (nízkolegovaná s vysokou pevností)

ed výpo tem bylo t eba upravit stávající model za ízení tak, aby byla konstrukce co nejjednodu í a aby tvo ila celek. Op t byla data modelu vytvo ená v SolidWorks evedena do formátu SAT. Tento soubor jsem otev el v programu Autodesk


strana 59

Inventor a vytvo il v n m tzv. odvozený prvek, který m l stejný tvar a tvo il jednolitý díl. Tento prvek jsem op t p evedl do formátu SAT, se kterým jsem dále pracoval jako s p edchozím modelem h ídele. Silové pom ry na roubu napínacího mechanismu Napínací mechanismus ur uje, jak velkou osovou sílu lze vyvodit na roubu (v na em p ípad tj. závitová ty ka). Hodnota této osové síly odpovídá síle, kterou bude pás napínán.

Zadání: Pr r závitu … d = 18 mm Pr r závitu st ední … d2 = 16,376 mm Stoupání závitu … s = 2,5 Hnací síla Fm = 30 N (volím) Rameno … a = 150 mm Úhel stoupání roubovice … γ = 2,78° Sou initel t ení … f = 0,1 (ocel) Ur it: Osová síla Fo = ?

 d  Fm = Fo ⋅  2  ⋅ (tgγ − f )  2⋅a 

Fo =

Fo =

6-6 Silové pom ry na roubu

Fm  d2    ⋅ (tgγ − f )  2⋅a  30 N  16,376 mm   ⋅ (tg 2,78 − 0,1)  2 150 mm ⋅  

Velikost osové síly Fo = 3700 N.

Fo = 3698,6 N

strana 60

6.4.2.1


6.4.2.1 Vstupní údaje (konstrukce) Abych mohl vypo ítat pomocí metody MKP zatí ení a deformaci na prvku konstrukce, je zapot ebí dopo ítat n které neznámé síly (Obr, síla FPA a FPB). Zadání: hmotnost bubnu … mB = 27,5 kg hmotnost vále ku … mV = 6,6 kg hmotnost p ítla né konstrukce … mHK = 35 kg hmotnost celé p ítla né sestavy … mG = 69 kg délka p ítla né konstrukce … L = 720 mm ítla ná síla … FP = 1500 N napínací síla … FN = 3700 N Ur it: síla p ítla ná FPA = ? síla p ítla ná FPB = ?

6-7 Rozlo ení sil na konstrukci

Výpo et vzdálenosti

místa p sobení síly FG MB =0 L + FG ⋅ x 2 L F B ⋅ L + FHK ⋅ 2 ⇒ x=− FG

0 = F B ⋅ L + F HK ⋅

x=−

275 N ⋅ 720 mm + 350 ⋅

6-8 Rozlo ení sil na p ítla né konstrukci

x = 469 N

Vzdálenost „x“ místa p sobení síly FG je x = 469 mm.

690 N

720 mm 2


Výpo et velikosti síly FPA a FPB

6.4.2.1

a = 277 mm b = 443 mm c = x = 469 mm

6-9 Rozlo ení sil na p ítla né konstrukci

FX = 0 FN − FN = 0 FN = FN

⇒ 3700 N = 3700 N

FY = 0

− FPA − FP − FG − FPB = 0 ⇒ FPA = −( FP + FG + FPB ) MB = 0 FPA ⋅ L + FP ⋅ b + FG ⋅ c = 0 ⇒ FPB =

FPB =

strana 61

− (FP ⋅ L + FG ⋅ L ) + FP ⋅ b + FG ⋅ c L

− (1500 N ⋅ 720 mm + 690 N ⋅ 720 mm ) + 1500 N ⋅ 443 mm + 690 N ⋅ 469 mm 720 mm

FPB = −818 N ⇒ FPA = −( FP + FG + FPB )

FPA = −(1500 N + 690 N + 818 N )

FPA = −1372 N Velikost síly FPA = 1372 N a velikost síly FPB = 818 N. Proto e mají síly FPA a FPB záporné znaménko, znamená to, e byly zvoleny opa .

strana 62

6.4.2.2


6.4.2.2 Materiál Pro výpo et volím: ocel (nízkolegovaná s vysokou pevností) Název

Typ

Hodnota

Modul pru nosti

Teplotn nezávislý

200 000,0 MPa

Poissonovo íslo

Teplotn nezávislý

0.29

Hustota

Teplotn nezávislý

7.84 x 10-6 kg/mm3

Mez kluzu v tahu

Teplotn nezávislý

275.8 MPa

Mez pevnosti v tahu

Teplotn nezávislý

448.0 MPa

Tab. 6-10 Vlastnosti materiálu 6.4.2.3

6.4.2.3 Výsledné

ení

ANSYS Design Space Name

Scope

Minimum

Maximum

Alert Criteria

Equivalent Stress

Model

0.880 MPa

7.920 MPa

N/A

Deformation

Model

0.0 mm

0.228 mm

N/A


h deformace


strana 63

COSMOS Design Star Name

6.4.2.3

Scope

Minimum

Maximum

Alert Criteria

-4

Equivalent Stress

Model

2.312 x 10 MPa

7.796 MPa

N/A

Deformation

Model

0.0 mm

0.237 mm

N/A

6-12 Design Star – pr

h deformace

Na základ údaj , které jsem m l k dispozici jsem provedl výpo tovou analýzu MKP na h ídeli a nosné konstrukci za ízení. ení jsem provedl ve dvou r zných systémech (ANSYS Design Space a COSMOS Design Star), abych si ov il správnost mého výsledku. Dosp l jsem k záv ru, kdy p edpokládám, e postup mého ení byl správný a proto výsledky vyplývající z tohoto výpo tu mohu pova ovat za p ibli stejné. Výsledky neukázaly ádné extrémní namáhání ani deformaci. Výsledek analýzy se dal p edpokládat, nebo elní ást základní konstrukce je zatí ena jak vahou horního bubnu, vále ku a p ítla né konstrukce, tak i tlakem, kterým p sobí p ítla ná konstrukce na základní konstrukci. Deformace není velká (0,23 mm), dala by se v ak eliminovat nap . pou itím v ího profilu (stávající UE50) nebo posunutím výztu e nosných profil vý e (nyní je vzdálenost od zem 0,5m).

strana 64

7

7 Záv r

7

Záv re né shrnutí

Výsledkem diplomové práce na téma „Za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad “ je za ízení umo ující splnit po adavky zadavatele. Vzhledem k rozm m za ízení [2000 x 654 x 3296 mm (d x x v)] je mo né jej umístit do vytáp né haly, mezi mokrý dopravník a dopravníkový pás. Kone ná vý ka je závislá na typu násuvky pro zubový drti , který zále í na daných výrobních po adavcích. Konstruk i funk se jedná o jednoduchý stroj, který by m l zvládat provoz, pro který byl navr en. S jistotou lze íct, e za ízení m e dokonale nahradit stávající nekový protla ova , který je vzhledem k jeho velikosti, mo nosti opot ebení neku a slabé efektivnosti nedosta ující. Vyu ití pracovního média (stla eného vzduchu) zvy uje u ivatelský komfort a bezpe nost za ízení, které svojí cenou doká e konkurovat na trhu. Cenová analýza: Nosná konstrukce Motor s p evodovkou Pásy Vále ky (2x) Plech (d rovaný) Plech (ned rovaný) Pneumatické válce (2x) Rezerva a ostatní Celkem

… 240 kg x 50 K / kg … subdodavatel … subdodavatel … subdodavatel … subdodavatel … subdodavatel … subdodavatel …

cca cca cca cca cca cca cca …

12 000,- K 20 000,- K 20 000,- K 5 000,- K 3 000,- K 2 000,- K 3 600,- K 15 000,- K 80 600,- K

Ceny pro srovnání: Dekanta ní odst edivka Sítopásový lis nekový protla ova

… … …

1 300 000,- K 600 000,- K 350 000,- K

Ceny jsou orienta ní, zále í na p esné specifikaci daného za ízení. Ceny jsou uvedeny v . DPH.

8 Seznam literatury

8

Seznam literatury

[1] BOHÁ EK, F. aj. ásti a mechanismy stroj I. Zásady konstruování. Spoje. 3. vydání. Brno: Vysoké u ení technické, 1992. 319 s. [2] ERNOCH, S. Strojn technická p íru ka. Svazek 1. 13. upravené vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1977. 1294 s. [3] ERNOCH, S. Strojn technická p íru ka. Svazek 2. 13. upravené vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1977. s. 1296-2568. [4] HLAVÍNEK, P. – MI ÍN, J. – PRAX, P. Stokování a ní odpadních vod. 1. vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003. 284 s. ISBN 80-214-2535-0 [5] PARDUS, I. Zahu ování a odvod ování vodárenských kal . Praha, 1980 [6] PALOU EK, D. Cazone_CAD/CAM/CAE [online]. c2005. Dostupné z: [6] RE ETKA, D. Komplexní projekt ZI : stokování a ní odpadních vod. 1. vydání. Brno: Vysoké u ení technické, 1988. 95 s. [7] ASA, J. – VERCL, J. Strojnické tabulky 1. 1. vydání. Praha: Scientia, 2004. 754 s. ISBN 80-7183-312-6 [8] SOBEK, E. aj. Základy konstruování. Návody pro konstruk ní cvi ení. 6. epracované vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. 53 s. ISBN 80-7204-331-5 (bro .) [9] SVOBODA, P. – BRANDEJS, J. – PROKE , F. Základy konstruování. 2. epracované vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2001. 186 s. ISBN 80-7204-212-2 [10] SVOBODA, P. – BRANDEJS, J. – KOVA ÍK, R. – SOBEK, E. Základy konstruování. Výb r z norem pro konstruk ní cvi ení. 4. vydání. Brno: CERM, 2001. 288 s. ISBN 80-7204-214-9 [11] VÁVRA, P. a kol. Strojnické tabulky pro SP strojnické. 2. vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1984. 672 s. [12] Zahu ování istírenských kal : sborník p edná ek celostátního odborného seminá e . 045 R 11.12.1987, 1. vydání. Praha: eský výbor vodohospodá ské spole nosti, 1987. 95 list [13] Katalog firmy Saint – Gobain Isover – Orsil [14] Katalog firmy Kaplan spol. s r.o.

strana 65

8

strana 66

9

9.1

9 P ílohy

9

ílohy

9.1 3D model

9-1 ISO pohled

9 P ílohy

strana 67

9.1

9-2 Detailní pohled (bo ní)

strana 68

9 P ílohy

9.1

9-3 Zadní pohled

9 P ílohy

strana 69

9.1

9-4 ISO pohled

strana 70

9 P ílohy

9.1

9-5 Pohled bo ní

9 P ílohy

strana 71

9.1

9-6 Detailní pohled (bo ní)

strana 72

9 P ílohy

9.1

9-7 Detailní pohled (ozubená kola a „lyra“)

9 P ílohy

strana 73

9.1

9-8 Detailní pohled (vidlice, táhlo a napínací mechanismus

strana 74

9.2

9.2.1

9 P ílohy

9.2 Pevnostní výpo et MKP 9.2.1 ANSYS Design Space

9-9 ANSYS Design Space – „Meshovací“ sí

9 P ílohy

strana 75

9.2.1

9-10 ANSYS Design Space – Koeficient bezpe nosti

strana 76

9 P ílohy

9.2.1

9-11 ANSYS Design Space – Nap tí

9 P ílohy

9.2.2 COSMOS Design Star

9-12 COSMOS Design Star – „Meshovací“ sí

strana 77

9.2.2

strana 78

9 P ílohy

9.2.2

9-13 COSMOS Design Star – Statická pevnost

9 P ílohy

strana 79

9.2.2

9-14 COSMOS Design Star – Nap tí

Za ízení pro sní ení vlhkosti vláknitých odpad

Recommend Documents