49257

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).

Русский

2014-01-12

10.69 MB

50 чел.

Минобрнауки России

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

УГС     240000 Химическая и биотехнологии

Специальность   240801 Машины и аппараты химических              

          производств

Факультет    Механический

Кафедра     Машин и аппаратов химических производств

Учебная дисциплина  Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли

Курс 4        Группа 3393

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Студент   _______________   Васильев М.П.

Руководитель   _______________   Тур А.В.

Оценка за курсовую работу  ____________  _____________

Санкт-Петербург

2013

Содержание

Введение 3

1. Выбор составных частей аппарата 4

1.1. Корпус аппарата 4

1.2. Привод перемешивающего устройства 5

1.3. Выбор муфты 7

1.4. Уплотнение вала 7

1.5. Выбор материала для изготовления аппарата 8

2. Расчет аппарата 8

2.1. Расчет цилиндрической обечайки сосуда 9

2.1.1 От внутреннего избыточного давления 9

2.1.2 От внутреннего избыточного давления 11

2.2. Расчет эллиптической крышки 15

2.2.1 От внутреннего давления 16

2.2.2 От наружного давления 17

2.3. Расчет эллиптического днища 19

2.3.1 От внутреннего давления 19

2.3.2 От наружного давления 20

2.4 Расчет рубашки аппарата 22

2.4.1 Цилиндрическая часть 22

2.4.2 Эллиптическая часть 23

2.5 Расчет вала перемешивающего устройства 24

2.5.1 Расчет на виброустойчивость 25

2.5.2 Расчет на жесткость 27

2.5.3 Расчет на прочность 29

2.6 Расчет фланцевого соединения 30

2.7 Подбор опор 37

2.8 Укрепление отвестий 39

Заключение 44

Список использованных источников 45


Введение

Химические аппараты предназначены для ведения в них одного или нескольких химических, физических или физико-химических процессов. Перерабатываемые в аппарате вещества могут быть в любом агрегатном состоянии и различной химической активности. Различными могут быть температурные режимы и давления.

Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).

Аппараты с перемешивающими устройствами являются наиболее распространенным видом оборудования, используемого в химической технологии для проведения различных физических и химических процессов. Выбор аппаратов с перемешивающими устройствами и конструктивные особенности аппаратов определяются характеристикой процесса, свойствами перемешиваемой среды, производительностью технологической линии, температурными параметрами процесса и давлением, при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов, влияющих на выбор конструкции, затрудняют задачу оптимального проектирования аппаратов. Решение этой задачи требует знания гидродинамических, физических и химических механизмов процесса, зависит от наличия конструкционных материалов, степени разработки стандартных конструкционных решений и от возможностей расчета нетривиальных конструкций в тех случаях, когда стандартные методы конструирования становятся неприемлемыми.

Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основе детального изучения отдельных характеристик оборудования с тем, чтобы на этой основе выбрать те основные параметры аппарата, которые ответственны за скорость протекания процесса в целом и оказывают влияние на конструктивное его оформление. Расчет заключается в определении конструктивных размеров аппарата и в выборе на их основе стандартной конструкции аппарата.

  1.  
    Выбор составных частей аппарата

1.1. Корпус аппарата

По исходным данным, в зависимости от заданных объёма V=5 м3 и диаметра аппарата D=1800 мм, при условии, что крышка и днище аппарата – эллиптические, а корпус неразъемный, в соответствие с [2],  выбираем корпус аппарата неразъёмный с эллиптическим днищем и гладкой рубашкой (тип 1, исполнения 1) по ГОСТ 20680-2002.

Рисунок 1 - Корпус аппарата:

1-корпус,  2 – рубашка,

3- лапа опорная ,

4 – люк-лаз.

Данный аппарат, представленный на рисунке 1, состоит из неразъёмного корпуса, в который  поступает  среда, которая попадая в аппарат, перемешивается открытой  турбинной мешалкой, и далее выходит через сливной штуцер. Аппарат оснащен рубашкой. Мешалка вращается с помощью привода, который оснащен уплотнением, для избегания попадания перемешивающей среды в подшипниковый узел.

На крышке аппарата расположены штуцера, различного назначения и люк лаз для технического осмотра внутренних устройств аппарата. Схема расположения штуцеров на крышке выглядит следующим образом:

Рисунок 2 – Схема расположения штуцеров, опор-лап и цапф на корпусе аппарата с эллиптической крышкой.

Приведём таблицу, в которой указаны назначение штуцеров и их условные диаметры:

Таблица 1 - Назначения штуцеров

Назначение штуцера

Обозначение

Условный диаметр, мм

Для загрузки

А

200

Резервный

Б, В, Л

100

Технологический

Г

100

Для манометра

Е

50

Для термометра

Ж

М27х2

Технологический

З

150

Вход и выход теплоносителя

М, М1, Н, Н1

50

Для слива

О

100

Люк

П

400

  1.   Привод перемешивающего устройства

Привод перемешивающего устройства включает в себя стойку, установленную на крышке аппарата, для размещения внутри неё подшипниковых опор и уплотнения вала. Выбираем стойку вертикальную, по [2] тип 2, исполнение 1. Уплотнение вала, исходя из давления в аппарате, выбираем торцовое по [6] типа ТД-6. Вращательное движение валу передаётся через муфту от закреплённого на стойке мотор-редуктора.

В соответствии с частотой вращения мешалки n=250 об/мин и потребляемой мощностью N=5,5 кВт,  выбираем габарит 1.

Рисунок 3 – Привод 21-1-50-5,5/250-А: 1 – привод, 2 – вал мешалки,

3 - уплотнение

Таблица 2 - Размеры привода перемешивающего устройства

Габарит

1

d

B

C

L

H1

H2

H3

50

575

380

235

630

300

25

H4

h

S

S1

l

l1

l2

7

1150

14

20

343

645

400

l3

l4

D

D4

t

b

Масса

21

105

350

80

26,25

12

308

1.3 Выбор муфты

По ОСТ 26-01-1226-75 [5] выбираем фланцевую муфту с размерами приведенными в таблице 3.

Таблица 3 - Размеры фланцевой муфты:

Габарит

1

Исполнение

2

d

D

D1

d0

d1

d2

d3

50

190

150

90

110

90

80

d4

n

t

L

l

l1

l2

13

6

26.25

110

22

55

26

b

r

r1

r2

c

c1

Масса

12

8

3

0.5

2.5

1

7.9

1.4 Уплотнение вала

В месте входа вала в аппарат, с целью передачи механической энергии внутрь аппарата, возникает задача обеспечения герметичности. Решаем эту задачу с помощью установки уплотнительного устройства. В зависимости от технологических параметров – давления P=0,3 МПа по [2], табл.12, выбираем торцовое уплотнение ТД-6. Торцовые уплотнения обеспечивают повышенную герметичность по сравнению с манжетными и сальниковыми уплотнениями. Торцовые уплотнения с подводом уплотняющей жидкости исключают возможность утечки среды в атмосферу или попадание воздуха в аппарат. В основном, торцовыми уплотнениями комплектуются аппараты, предназначенные для работы с токсичными, взрыво- и пожароопасными средами, а также средами, содержащими абразивные частицы.

1.5 Выбор материала для изготовления аппарата

При конструировании химической аппаратуры конструкционные материалы должны отвечать следующим основным требованиям:

Достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными параметрами по концентрации среды, ее температуре  и давлению, при которых осуществляется технологический процесс, а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения.

Достаточная механическая прочность для заданного давления и температуры технологического процесса с учетом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т.д. , и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т.д.).

Наилучшая способность материала свариваться, обеспечивая высокие механические свойства сварных соединений и коррозионную стойкость их в агрессивной среде, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться сгибу и т.п.

Низкая стоимость материала, не дефицитность и возможность получения без освоения промышленностью.

Для заданной среды – калий сернистокислый (KHSO4), концентрацией 25% в соответствии с [1], табл.1, выбираем конструкционную  легированную сталь 08Х22Н6Т, которая является вполне стойкой в данной среде, и её скорость коррозии П<0,1 мм/год.

В таком случае для элементов аппарата добавку на коррозию, из условия эксплуатации оборудования в течение τ=15 лет, принимаем равной:

с=Пмм

Для элементов с двухсторонним контактом с коррозионной средой, таких как вал, мешалка, обечайка, в случае, если есть рубашка, принимается двойная добавка с1=2с.

  1.  Расчет аппарата

В процессе эксплуатации аппарата с рубашкой возможно не одновременное действие давлений в рубашке и внутри аппарата, поэтому необходимо произвести расчёт от каждого давления в отдельности.

Расчет производится по ГОСТ Р 52857.2-2007 “Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность” [3]

Основные исходные данные для расчета:

Плотность обрабатываемой среды   

Концентрация                                                          

Плотность среды в рубашке                            

Давление в рубашке                                 

Давление в аппарате     

Рабочая температура                  

Внутренний диаметр аппарата   

Срок эксплуатации аппарата   

Высота аппарата находящаяся под рубашкой 

2.1 Расчет цилиндрической обечайки

2.1.1 От внутреннего избыточного давления

При наличии внутреннего давления и отсутствии его в рубашке, обечайка нагружена только внутренним давлением.

Рисунок 4 – Расчётная схема нагрузок на цилиндрическую обечайку от действия внутреннего давления.

Гидростатическое давление в аппарате:

где  ρ – плотность среды в аппарате, кг/м3;

 H – высота обечайки, м;

кг/м3

так как гидростатическое давление составляет больше 5 % от давления в аппарате, то расчётное давление в аппарате равно:

Толщина стенки цилиндрической обечайки:

где  - допускаемое напряжение при расчётной температуре, МПа;      - коэффициент прочности продольного шва цилиндрической обечайки

Расчётную температуру стенки принимаем равной температуре обрабатываемой среды, соприкасающейся со стенкой, Тр=95°С.

 

Прибавка на коррозию:

где - скорость коррозии

Минусовой допуск на листовой прокат:

Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки с3=0.

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:

Условие применяемости формулы:

  - условие выполняется

2.1.2 От наружного давления

При отсутствии давления внутри аппарата и наличии давления в рубашке, цилиндрическая обечайка корпуса нагружена наружным давлением pр и осевым сжимающим усилием F, с которым к обечайке прижимается днище корпуса от действия на него наружного давления.

Рисунок 5 – Расчётная схема нагрузок на цилиндрическую обечайку от действия наружного давления

Расчётную толщину стенки определяют по формуле:

где расчетная длина гладкой обечайки, м,

В – безразмерный коэффициент,

Е – модуль упругости для данной стали при расчетной температуре.

Модуль упругости для стали 08Х22Н6Т , при Тр=95°С.

где   - длина обечайки, находящейся под действием наружного давления,  м.

- высота цилиндрической части (отбортовки) днища,  м

внутренняя высота выпуклой части днища,  м.

Рисунок 6 – К определению расчетной длины гладкой обечайки

1,468 м

Коэффициент В вычисляют по формуле:

Принимаем B=1.

Условие применяемости формулы:

 - условие выполняется

Из двух значений выбираем наибольшее

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

 условие выполняется

Допускаемое наружное давление:

Допускаемое наружное давление из условия прочности:

Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости:

где - =2,4 – коэффициент запаса прочности

 

Принимаем

Допускаемое наружное давление с учетом обоих условий:

Условие устойчивости обечайки

Поскольку обечайка работает под совместным действием наружного давления и осевой сжимающей силой, то условие устойчивости обечайки принимает вид:

Осевая сжимающая сила:

Рисунок 7 – Действие осевой сжимающей силы на корпус

Допускаемое осевое сжимающее усилие:

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности, Н:

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в пределах упругости:

Допускаемое осевое сжимающее усилие с учетом обоих условий

.

Условие устойчивости обечайки

 условие выполняется

Для работы аппарата под воздействием внешних и внутренних сил, толщина цилиндрической обечайки должна быть не менее 6 мм.

2.2 Расчет эллиптической крышки

Крышка аппарата подвергается воздействию избыточного давления pаp=0.3245 МПа внутри аппарата и атмосферному давлению – снаружи.

Рисунок 8 – Расчётная схема действия нагрузок на эллиптическую крышку

2.2.1 От внутреннего давления

Радиус кривизны в вершине эллиптической крышки

Толщина стенки эллиптической крышки:

где - расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Прибавка на коррозию:

Минусовой допуск на листовой прокат:

Технологическая добавка для эллиптической крышки и днища:

 

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:

Условие применяемости формулы:

 условие выполняется

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее

Допускаемое внутреннее избыточное давление 

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

 условие выполняется

Для работы аппарата под воздействием внутреннего давления толщина эллиптической крышки и днища должна быть не менее 6 мм.

2.2.2 От наружного давления

Снаружи на крышку действует атмосферное давление pатм=0.1 МПа и также усилие, создаваемое от веса привода - F.

Расчётную толщину стенки приближённо определяем по формуле:

где Кэ=0.9 – для эллиптических крышек.

Исполнительная толщина рассчитывается с учётом поправки на коррозию и эрозию c:

мм

Принимаем sk=6 мм

Допускаемое наружное давление:

[p]=

где допускаемое давление [p]п из условия прочности:

а допускаемое давление [p]E из условия устойчивости в пределах упругости

где Кэ в соответствии с рис. 9, [4], при H/D=0.25 для эллиптических днищ и D/(sk-c)=1.8/(0.006-0.0021)=462, получаем Кэ=0.98.

[p]=

Усилие от привода составляет F=кН, где m=308 кг – масса привода.

Допускаемое усилие можно определить по формуле:

где φ1 и φ2 определим в соответствии с черт. 8 и 9, [4], стр.16, при и D/(sk-c)=460 получим φ1=0.5,

Проверка условия устойчивости производится по формуле:

По проведённым расчетам, окончательно принимаем толщину стенки эллиптической крышки sк=6 мм.

2.3 Расчёт эллиптического днища

Днище, соединённое с цилиндрической обечайкой сваркой и находящееся вместе с ней внутри рубашки, может оказаться под действием либо внутреннего, либо наружного давления.

2.3.1 От внутреннего давления

Тогда расчётная толщина стенки эллиптического днища:

Рисунок 9 – Расчетная схема нагрузок на эллиптическое днище от действия внутреннего давления

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее sд=7 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

 условие выполняется

2.3.2 От наружного давления

Рисунок 10 – Расчетная схема нагрузок на эллиптическое днище от действия наружного давления

Расчётную толщину стенки приближённо определяем по формуле:

где Кэ=0.9 – для эллиптических крышек.

Исполнительная толщина рассчитывается с учётом поправки на коррозию и эрозию c:

мм

Принимаем sk=13 мм

Допускаемое наружное давление:

[p]=

где допускаемое давление [p]п из условия прочности:

а допускаемое давление [p]E из условия устойчивости в пределах упругости

где Кэ в соответствии с рис. 9, [4], при H/D=0.25 для эллиптических днищ и D/(sk-c)=1.8/(0.013-2·0.0021)=205, получаем Кэ=0.92.

[p]=

 условие выполняется

 

По проведённым расчетам, окончательно принимаем толщину стенки эллиптического днища sд=13 мм.

2.4 Расчет рубашки аппарата

В рубашку подаётся теплоноситель – горячая вода. Так как снаружи давление атмосферное, то основной нагрузкой на рубашку является внутреннее давление – рр=0,6 МПа. Определим величины толщин стенок цилиндрической и эллиптической частей рубашки.

2.4.1 Цилиндрическая часть

Рисунок 11 – Расчётная схема действия нагрузок на цилиндрическую часть рубашки

Коэффициент прочности сварных швов  принимаем равным – =0,9.

Определяем расчётную толщину стенки обечайки:

sрр.= =

D=1.9 м – диаметр рубашки;

Прибавка на коррозию:

где - скорость коррозии

Минусовой допуск на листовой прокат:

Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки с3=0.

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки рубашки:

sр=sрр +c=3,2+2=5,2 мм

Округляя, принимаем исполнительную толщину стенки обечайки, равной s=6 мм.

Допускаемое избыточное внутреннее давление рассчитываем по формуле:

[p]= =

 условие выполняется

2.4.2 Эллиптическая часть

Рисунок 12 – Расчётная схема действия нагрузок на эллиптическую часть рубашки

Расчётная толщина стенки конической части рубашки:

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее sд=6 мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

 условие выполняется

2.5 Расчёт вала перемешивающего устройства

Для вертикального аппарата, снабжённого открытой турбинной мешалкой, произведём расчёт вала постоянного поперечного сечения на жёсткость, прочность и виброустойчивость.

Основные действующие нагрузки на вал – это центробежная сила, приложенная к центру тяжести закреплённой на нём массы (мешалки) и гидродинамические силы.

В результате расчёта по [4], определим диаметр вала перемешивающего устройства, с учётом поправки на коррозионные и эрозионные воздействия оказываемые на вал обрабатываемой средой.

Исходными данными для расчёта вала являются следующие величины, в соответствии с рис. 13 и данными к курсовому проекту:

Рисунок 13 – Расчётная схема консольного вала постоянного сечения

Длина вала

L2=2.7 м

Длина консоли

L1=1.655 м

Длина пролёта

L=0.4 м

Координата центра тяжести мешалки

l11=L1=1.655 м

Координата опасных сечений

                       по жёсткости

по прочности

z12=0.645 м

z11=

где z11 – место посадки подшипника

Масса мешалки

m11=3,5 кг

Материал вала

08Х18Н6Т

Частота вращения вала

n=250 об/мин

Перемешиваемая среда

калий сернистокислый (KHSO4)

Диаметр аппарата

D=1.8 м

Тип мешалки

Турбинная открытая

Диаметр мешалки

dм=0.32 м

Число мешалок

nм=1

Мощность, потребляемая при перемешивании

N=5,5 кВт

2.5.1 Расчет на виброустойчивость

Относительная длина консоли

Относительная длина пролёта

       Относительная координата центра тяжести мешалки

Безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести мешалки, в соответствии с графиком – рис.3.17, [2], стр. 175:

Угловая скорость вала

рад/с

Безразмерный коэффициент, учитывающий приведённую массу вала

где =7800кг/м3 – плотность материала вала, E=2,15 Па – модуль упругости материала вала.

Приведённая масса мешалки

кг

Суммарная приведённая масса

кг

Комплексы

м2

м4

Тогда, расчётный диаметр вала

м

Исполнительный диаметр вала, с учётом поправок—         мм, принимаем d=50 мм.

Линейная масса вала

кг/м

Относительная масса мешалки

Корень частотного уравнения, в соответствии с рис. 3.12, [2]:

Момент инерции сечения вала

м4

Первая критическая угловая скорость вала

рад/с

Условие виброустойчивости

                          

Условие выполняется.

2.5.2 Расчет на жёсткость

Эксцентриситет массы мешалки

м

Относительная координата опасного по жёсткости сечения

Безразмерный динамический прогиб вала, в соответствии с рис. 3.17, [2]:

Приведённый эксцентриситет массы мешалки

м

Приведённая масса вала

кг

Смещение оси вала от оси вращения за счёт зазоров в опорах

где ΔА=13 мкм – радиальный зазор в опоре А, в соответствии с табл. 3.5, [2], для радиального двухрядного роликового подшипника в верхней опоре и ΔБ=50мкм – радиальный зазор в опоре Б, в соответствии с табл. 3.6, [2], для радиального подшипника скольжения нижней опоры.

Смещение оси вала от оси вращения за счёт начальной изогнутости вала

В месте установки мешалки:

м

В месте установки уплотнения вала:

м

где εВ=0.06мм – начальная изогнутость вала в точке приведения В, [2], табл.3.7.

Смещение оси вала от оси вращения в точке приведения В за счёт зазоров в опорах

м

Приведённый эксцентриситет массы вала с мешалкой

м

Динамический прогиб оси вала в точке приведения В

м

Динамическое смещение центра тяжести мешалки

Динамическое смещение оси вала в опасном по жёсткости сечении в месте установки уплотнения вала

м

Динамическое смещение оси вала в точке приведения В

м

Условие жёсткости

где =0.25 мм – допускаемое смещение вала в зоне торцового уплотнения, при частоте вращения 250 об/мин, [1], стр. 178.

Условие выполняется.

2.5.3 Расчет на прочность

Сосредоточенная центробежная сила

Н

Приведённая центробежная сила, действующая на вал в точке приведения В

Н

Реакция опоры А

Н

Реакция опоры Б

Н

Изгибающий момент в опасном по прочности сечении

Н∙м

Крутящий момент в опасном сечении по прочности

Н∙м

Момент сопротивления вала в опасном по прочности сечении

м3

Эквивалентное напряжение в опасном по прочности сечении

Па

Допускаемое напряжение

Па

где εм=0.7 - масштабный фактор в зависимости от диаметра вала для легированной стали, рис. 3.19, [1], стр. 179;

σ-1=0.5∙σВ=0.5∙500∙106=250МПа – предел выносливости материала вала, σВ=500МПа – предел прочности материала вала, [1], стр. 181;

1.38 – коэффициент концентрации напряжений, для вала со шпоночной канавкой, выполненной торцовой фрезой, [1], стр.179;

n=2 – запас прочности

Условие прочности:

Условие выполняется.

2.6 Расчет фланцевого соединения

Для соединения крышки люка и корпуса мы выбрали плоский приварной фланец с гладкой уплотнительной поверхностью. Произведём расчёт фланца на прочность и герметичность. Учитывая, что толщина стенки обечайки – s=6 мм, материал фланца выбираем такой же, как и у самого аппарата 08Х18Н6Т, коэффициент прочности сварных швов φ = 0.9, а внешняя осевая сила и изгибающий момент отсутствует.

Расчет производится по [4].

Расчетная температура элементов фланцевого соединения (по табл. 1.37).

где,  - расчетная температура соответственно фланцев, болтов и обечайки.

Допускаемое напряжение для болтов из стали 40Х (по табл. 1.38):

Толщина  втулки фланца из условия:

где s – исполнительная толщина штуцера люка.

Принимаем -

Рисунок 14 – Плоский приварной фланец

Высота втулки фланца:

Принимаем .

Диаметр  болтовой окружности фланцев:

где  – нормативный зазор между гайкой и втулкой (, принимаем .

– наружный диаметр болта, выбираем по табл. 1.40 

Принимаем - .

Наружный диаметр фланца: 

где a – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, принимаем по табл. 1.41, .

мм

Принимаем - .

Наружный диаметр прокладки:

где  - нормативный параметр, зависящий от типа прокладки и принимаемый по табл. 1.41, .

 мм

Принимаем -

Средний диаметр прокладки:

где   - ширина прокладки, принимаемая по табл. 1.42, .

.

Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения,

где  - рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления по табл. 1.43

Принимаем -

Высота (толщина) фланца ориентировочно

где   – принимается согласно рис. 1.40, ;

– эквивалентная толщина втулки, для плоского приварного фланца - .   

Принимаем -

Болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности соединения. Расчет сводится к определению нагрузок для двух различных состояний: при монтаже -  и в рабочих условиях - .

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

где  - эффективная ширина прокладки; при  

минимальное давление обжатия прокладки;

- допускаемое напряжение для материала болтов при 20 

- расчетная площадь поперечного сечения болта.

(по табл. 1.44)

(по табл. 1.38)

 (по табл. 1.45)

Тогда .

Линейная податливость прокладки:

где   - высота (толщина) прокладки, ; коэффициент обжатия прокладки: ;  - модуль упругости материала прокладки.

МПа

Угловая податливость фланца:

где  ,  - безразмерные параметры:

                      

– коэффициенты, определяемые по формулам:

                          

               

- модуль упругости материала фланца (табл. VII)

Линейная податливость болтов:

где   – модуль упругости материала болтов (табл. VII),

расчетная длина болта.

где   – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки, ,  – диаметр отверстия под болт,

мм.

Тогда коэффициент жесткости фланцевого соединения:

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

где  усилие, возникающее от температурных деформаций:

где   - соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев и болтов (табл. XI);  - соответственно температура фланца, болтов (табл. 1.37).

При  должно выполнятся условие:

Условие прочности болтов:

  и   

                        

Условие прочности прокладки:

где   - допускаемое давление на прокладку, ,

, .

Условие прочности втулки фланца для сечения, ограниченного

размером :

Максимально напряжение в сечении, ограниченном размером :

где безразмерные параметры, определяемые соответственно по рис. 1.42 и формуле:

приведенный изгибающий момент, вычисляемый из условия:

где равнодействующая внутреннего давления.

Принимаем .

Допускаемое напряжение для фланца в сечении  принимается равным пределу текучести материала фланца, т.е.  (табл. I и II),

Условие прочности втулки фланца для сечения, ограниченного

размером :

где  максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером

определяемое по формуле:

 

- по рис. 1.42

соответственно тангенциальное и меридиональное напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:

допускаемое напряжение для фланца в сечении , принимаемое при количестве нагружений соединения (сборка-разборка) не более  из условий: ,  коэффициент прочности сварных швов.

Условие герметичности фланцевого соединения определяется углом поворота фланца:

где  допускаемый угол поворота фланца, принимаемый для плоских фланцев

Условие выполняется.

2.7 Подбор опор

Опоры-лапы служат для установки аппаратов на фундамент и несущие конструкции. Размеры и форма, которых зависит от величины и характера нагрузок. Опоры-лапы испытывают нагрузку от общего веса аппарата в рабочих условиях, а цапфы только от веса корпуса аппарата при монтаже (без привода и среды). Максимальный вес аппарата рассчитывается с учётом веса всех составных частей аппарата и максимального веса среды.

Вес составных частей принимаем по таблицам, содержащим информацию о массе типовых элементов, либо вычислен приближённо.

Масса привода: ;

Масса эллиптической крышки аппарата: ;

Масса цилиндрической обечайки корпуса: ;

Масса эллиптического днища аппарата: ;

Масса цилиндрической части рубашки: ;

Масса эллиптической части рубашки: ;

Масса аппарата:

Масса рубашки:

При расчёте максимального веса рабочей среды, предполагаем, что аппарат заполнен полностью рабочей средой

где ρ=1560 кг/м3 – плотность рабочей среды, V = 5 м3 – номинальный объём аппарата, тогда:

Масса теплоносителя в рубашке:

Нагрузка на опоры:

Выбранный типоразмер опоры-лапы проверяется на грузоподъёмность по условию:

где

кН

где nоп=4 – число опор-лап.

Gдоп – допускаемая нагрузка на опору, выбираем опору с Gдоп=25кН, для опоры с увеличенным вылетом, так как аппарат с теплоизоляцией.

24.41кН < 25кН

условие выполняется.

Рисунок 15 – Опора по ОСТ 26-01-153-82

1 – косынка, 2 – основание

Окончательно принимаем по ОСТ 26-01-153-82 [7] опоры с размерами:

 

Таблица 4 - Размеры опор

Допускаемая нагрузка на одну опору, Н

Тип опоры

а

a1

b

c

h

S

K

K1

d

Масса, кг

25000

1

125

190

140

45

240

18

25

40

24

3,16

2.8 Укрепление отверстий

Расчет производится по ГОСТ Р 52857.3-2007 “Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий” [8].

Толщина стенки штуцера люка 

где  - Расчетная толщина стенки штуцера

Прибавка на коррозию:

где - скорость коррозии

Минусовой допуск на листовой прокат:

Технологическая добавка для цилиндрического штуцера равна нулю т.к. штуцер изготавливается методом вальцовки с3=0.

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:

Тогда

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее значение

Диаметр укрепляемого элемента

где х=0,5 – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптической крышки.

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления

Условие   не выполняется. Следовательно, требуется укрепление

где - внутренний диаметр люка

Условие укрепления отверстия только штуцером.

где , так как материал штуцера и корпуса одинаков  

Расчетные длины внешней и внутренней части штуцера

где  м

Условие не выполняется, необходимо дополнительное укрепление накладным кольцом.

Рисунок 16 – Укрепление отверстия накладным кольцом

При укреплении отверстия штуцером и накладным кольцом должно выполняться условие.

Для накладного кольца используем  - Сталь10

где  - отношение допускаемого  напряжения материала кольца и корпуса аппарата.

расчетная толщина накладного кольца

Ширина зоны укрепления

Исполнительная ширина накладного кольца ничем не ограничена, тогда

При этом должно выполняться условие

 условие выполняется

Расчетную толщину накладного кольца принимаем из условия

Принимаем тогда

Тогда

Условие выполняется.

где  для выпуклых крышек.

коэффициент понижения прочности.

 условие выполняется

Для нормальной работы аппарата толщина стенки штуцера люка должна быть не менее 3 мм, а толщина эллиптической крышки аппарата должна быть не менее 6 мм.

Заключение

По результатам расчетов можно утверждать, что спроектированный аппарат прослужит указанный срок при условии соблюдения рабочих параметров указанных в техническом задании:

Рабочее давление в аппарате 0,3 МПа

Давление в рубашке 0,6 МПа

Температура 95°С

Число оборотов мешалки 250 об/мин

Обрабатываемая среда – KHSO4 (калий сернистокислый)

Все элементы аппарата, расчет которых приведен в курсовом проекте, удовлетворяют условиям прочности, жесткости, и устойчивости.

Исполнительные толщины стенок элементов аппарата, учитывающие внутренние и внешние воздействия на аппарат, приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Исполнительные толщины стенок

Аппарат

Рубашка

Патрубок

под люк

Крышка

Обечайка

Днище

Обечайка

Днище

6

6

13

6

6

3

Аппарат устанавливается на четырех лапах: Опора 1-25000 ОСТ 26-01-153-82

Вращение вала мешалки приводится в движение приводом:

Привод 21-1-50-5,5/250 ОСТ 26-01-1225-75

Список использованных источников

  1.  Михалев М.Ф. и др. Аппарат с вертикальным перемешивающим устройством. Методические указания. – Л.:ЛТИ им. Ленсовета 1986.- 60 с.
  2.  ОСТ 26-01-1225-75 Приводы вертикальные для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры
  3.  ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
  4.  Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. – Л.: Машиностроение 1984. – 300 с.
  5.  ОСТ 26-01-1226-75 Полумуфты фланцевые
  6.  ОСТ 26-02-1243-75 Уплотнения валов торцевые для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры. Технические требования. 
  7.  ОСТ 26-01-153-82 Опоры (лапы, стойки) аппаратов. Конструкция и размеры
  8.  ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
  9.  Укрепление отверстий
  10.    ГОСТ 13716-73 Устройства строповые для сосудов и аппаратов.
  11.    ОСТ 26-01-1245-75 Мешалки. Типы, параметры, конструкции и основные размеры
  12.    ГОСТ 23360-78 Соединения шпоночное с призматическими шпонками
  13.    Романов А.Б. и др.: Выбор посадок и требования точности. Учебное пособие.- СПб: СПбГТИ(ТУ), 2005. – 93 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20926. ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОЕЛЕМЕНТІВ І ФОТОРЕЛЕ 806 KB
  Величина напруги необхідної для зняття характеристик встановлюється за допомогою відповідних потенціометрів а світлового потоку перемикачами розташованими під вікном з фотоелементами. Порядок виконання роботи Зібрати схему дослідження вакуумного фотоелемента СЦВ3 рис. Рис.
20927. ДОСЛІДЖЕННЯ МАЛОПОТУЖНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ 262 KB
  Накреслити осцилограми напруги на навантаженні при величині струму Iн = 60 мА. Виміряти за допомогою цифрового вольтметра змінну складову напруги на навантаженні і постійну напругу при струмі навантаження Iн = 60 мА. Обчислити коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги: де U m – амплітуда змінної складової вихідної напруги. Накреслити осцилограму напруги на навантаженні.
20928. ДОСЛІДЖЕННЯ БІПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА 378 KB
  Для зняття вхідних статичних характеристик транзистора необхідно: а включити тумблери B1 ВЗ В4 В6 В9 B11 вимкнути тумблери В2 В5; тумблер В12 поставити в положення ; б за допомогою ручки РЕГ. Для зняття вихідних статичних характеристик транзистора потрібно: а встановити необхідне значення базового струму регулятором РЕГ.2; б змінюючи напругу Uке через інтервали вказані викладачем вимірювати значення колекторного струму транзистора міліамперметром СТРУМ Iк .
20929. ДОСЛІДЖЕННЯ ОДИНОЧНИХ КАСКАДІВ ТРАНЗИСТОРНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ 97 KB
  Зібрати схему дослідження підсилювача із спільним емітером рис. а BI4 в положення Із спільним емітером ; тумблери В2 В5 В9 BI1 поставити в положення Вкл. Зібрати схему дослідження підсилювача із спільним колектором рис.
20930. ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ІНВЕРТУЮЧОГО І НЕІНВЕРТУЮЧОГО ПІДСИЛЮВАЧІВ 437.5 KB
  Величина напруги вимірюється вольтметром . Набуті значення вихідної напруги занести у відповідні рядки табл.1 і заносячи набуті значення вихідної напруги у відповідні рядки табл. Коефіцієнт підсилення напруги Ku характеризує здатність ОП усилювати диференціальний сигнал що подається на його входи: Вхідна напруга зсуву Uзс обумовлена в основному неідентичністю транзисторів вхідного каскаду ОП.
20931. Функции администратора, настройка параметров безопасности в пакете программ Вертикаль-Технология 1.88 MB
  Цели и задачи: Изучить функции администратора системы научится настраивать права пользователей в пакете программ ВертикальТехнология. После занятия студент должен: Знать: Функции администратора системы методику регистрации пользователей и групп в пакете программ ВертикальТехнология. Уметь: С помощью консоли управления настраивать пакет программ ВертикальТехнология.
20932. Модель технологического процесса в пакете программ Верти 2.79 MB
  Цели и задачи: Изучить методику управления классами модели атрибутами классов управления функциями управления связями между классами и управления фильтрами в пакете программ . После занятия студент должен: Знать: Методику управления классами модели атрибутами классов управления функциями управления связями между классами и управления фильтрами в пакете программ ВертикальТехнология.
20933. Администрирование в приложении «Система трудового нормирования по укрупненым нормам времени» 4.72 MB
  Уметь: Настраивать новые карты трудового нормирования редактировать справочник критериев поиска нормировочных карт настраивать справочные коэффициенты нормировочных карт. Проработать теоретический материал по теме:: администрирование в приложении Система трудового нормирования по укрупненым нормам времени [3] глава 16 [2] лекция №3 Индивидуальное задание: Настроить новую карту трудового нормирования. Система трудового нормирования по...
20934. Установка и настройка системы Вертикаль-Справочник 4.65 MB
  После занятия студент должен: Знать: Порядок установки и настройки Вертикаль Справочника подготовки системы работе. Проработать теоретический материал по теме: Настройка параметров в пакете программ Вертикаль Технология. [1] глава 1 [2] лекция №5 Индивидуальное задание: Настроить доступ индивидуальных пользователей и группы пользователей к ВертикальСправочнику.