Аппараты с механическими перемешивающими устройствами

РЕФЕРАТ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
«АППАРАТЫ С МЕХАНИЧЕСКИМИ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ»
ВВЕДЕНИЕ
1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ОБЕЧАЙКИ КОРПУСА
1.1. Исходные параметры
1.2. Допускаемые напряжения и модуль упругости
1.3. Геометрические размеры корпуса
1.4. Расчет обечайки корпуса
1.5. Проверочные расчеты для обечайки корпуса
2. РАСЧЕТ ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ДНИЩА
2.1. Определение толщины стенки днища, нагруженного внутренним давлением
2.2. Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением
2.3. Прибавка для днища
2.4. Толщина стенки с учетом прибавок
2.5. Проверочные расчеты для днища корпуса
3. РАСЧЕТ РУБАШКИ
3.1. Основные характеристики и геометрические размеры.
3.2. Расчет обечайки рубашки.
3.3. Проверочные расчеты для обечайки корпуса
3.4. Расчет днища рубашки
4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ
4.1. Определение размеров
4.2. Проверка необходимости применения специальных мер по укреплению отверстий
5. ВЫБОР ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
5.1. Выбор фланцевого соединения
5.2. Конструктивные размеры фланцев, прокладки, болтов
6. РАСЧЕТ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
6.1. Выбор мешалки
6.2. Расчет вала
6.3 Проверочный расчет вала на усталость…………………………………………………… 30
7. ВЫБОР ПРИВОДА ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
8. ВЫБОР ОПОР АППАРАТА
8.1. Подбор опор
8.2. Проверка прочности выбранных опор
ЛИТЕРАТУРА

Фланцы плоские приваренные, неизолированные, т.к. этот вид уплотнения рекомендуется даже при Р < 0,6 МПа, если среда ядовитая, взрывопожароопасная.
DВН = 2200 мм,
Рр = 0,344 МПа
S1 = 16 мм – толщина стенки обечайки,
Принимаем материал фланцев – сталь 10Г2С1, как и для корпуса аппарата. Для болтов – сталь 35Х. Материал прокладки – фторопласт.

5.2. Конструктивные размеры фланцев, прокладки, болтов
5.2.1. Диаметр болтов для крепления фланцев принимаем по табл. П3.1. [2]c. 29. Выбираем ds = 20 мм, болт М20. Диаметр отверстий под болты в фланце d = 23 мм
5.2.2. Диаметр болтовой окружности
, [2] c. 29, табл. П3.1.
5.2.3. Наружный диаметр фланцев
, [2] c. 29, табл. П3.1.
5.2.4. Наружный диаметр прокладки
, [2] c. 38, табл. П3.6.
5.2.5. Внутренний диаметр прокладки
, [2] c. 38, табл. П3.6.
5.2.6. Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения.
Принимаем n = 80 болтов – это стандартная величина для D = 2200 мм. [2] c. 29, табл. П3.1.
5.2.7. Высота (толщина) фланца ориентировочно
, мм
где (ф – коэффициент, зависящий от давления в аппарате (табл.12)
(ф = 0,35 при Р до 0,6 МПа
Sэкв – эквивалентная толщина втулки фланца.
Для конструкции без втулки фланца Sэкв = S = 16 мм
Принимаем ближайшее стандартное значение h по [2] c. 29,табл. П3.1. h = 70 мм
5.2.8. Расчетная длина болта
, мм
где lбо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки при толщине прокладки hп = 2 мм
Принимаем стандартную длину болта 170 мм
5.2.9. Диаметр Д2 = Дн.п = 2244 мм
5.2.10. Диаметр Д3 = Д2 + 4 = 2244 + 4 = 2248 мм
5.2.11. Высота h* = h + 5 = 70 + 5 = 75 мм
5.2.12. Высота выступа h1 = 16 мм
5.3. Проверочный расчет фланцевого соединения
5.3.1. Расчетная нагрузка на все болты в условиях монтажа принимается наибольшей из трех значений:
где кж – коэффициент жесткости фланцевого соединения; кж = 1,3 [1] c.29$;
ДСП – средний диаметр прокладки;
ДСП = 0,5·(Днп + Двп ) = 0,5·(2244 + 2212) = 2228 мм
в0 – эффективная ширина прокладки, м;
z – число болтов; z = 80
- площадь поперечного сечения болта; [2] c.36
рпр – минимальное давление обжатия прокладки, Па; рпр = 10 МПа [2] c.37
RП – реакция прокладки, Н;
Выбираем большее значение
5.3.1. Расчетная нагрузка на все болты в рабочих условиях
, Н
где Ft – усилие, возникающее от разницы температуры фланца и болтов в период эксплуатации
5.3.2. Условие прочности при монтаже
условие выполняется
5.3.2. Условие прочности в рабочих условиях
; условие выполняется
5.3.4 Условие прочности прокладки
условие не выполняется.
Принимаем решение заменить фторопластовую прокладку на асбестную в алюминевой оболочке.
6. РАСЧЕТ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
6.1. Выбор мешалки
Расчет заключается в определении мощности, необходимой для перемешивания и проверке прочности самого перемешивающего устройства при конструктивных разработках геометрических размеров.
В данной работе тип, диаметр, мощность и скорость вращения приведены в техническом задании на проектирование (см. п. 8 задания на проектирование).
Остальные размеры трехлопастной мешалки принимаем по ОСТ 26-01-1245-83 [2] табл. П7.1, c. 56:
- диаметр ступицы под вал - 60 мм
- длина ступицы – 110 мм
- ширина лопасти – 160 мм
- толщина лопасти – 8 мм
- масса – 17,1 кг
При этом расстояние hм мешалки от эллиптического днища принимаем по [1] c.37:
6.2. Расчет вала
Предварительно диаметр вала мешалки рассчитывается по пониженным допускаемым напряжением на кручение :
где = 20…25 МПа – допускаемое напряжение [3] c. 28
Ткр – расчетный крутящий момент, Нм
Расчетный крутящий момент учитывает пусковые нагрузки и находится из выражения:
где кd – коэффициент динамической нагрузки; кd = 1,5 – для трехлопастной мешалки [1] c.46;
ω - угловая скорость вала мешалки, с-1; ;
NМ – мощность перемешивания, Вт
Принимаем как в [2] табл. П7.1, c. 56
6.3. Проверочный расчет вала мешалки на усталость
Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений
Коэффициент запаса прочности


При d = 60 мм, b = 18 мм, t1 = 7,0 мм (по табл. 8.5 [7])



Примем kτ = 1,4 [1] с. 51, ετ = 0,71[1] с. 51, ψτ = 0 [1] с. 52
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям
s≥[s] = 1,3…1,5.
7. ВЫБОР ПРИВОДА ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Привод мешалки включает в себя мотор-редуктор, стойку, муфту, вал и уплотнение места его ввода в крышку аппарата. По таблице приложения П-15 [3] c. 58 выбираем мотор-редуктор тип МПО2-18, число оборотов на выходе которого 64 об/мин, а мощность – 5,5 кВт.
Мотор-редуктор устанавливаем на крышке аппарата при помощи стойки. Для стальных аппаратов объемом 1…50 м3 рекомендован первый тип стоек исполнение 1 с торцовым уплотнением [2] табл. П8.2, с. 64.
габарит dв l1 l h D D1 D2 L D5 α 02 65 280 420 595 500 540 430 350 430 720
После выбора комплектующих частей привода проверяется выполнение условия:

где – мощность, потребляемая двигателем мотор-редуктора на перемешивание.
Потребляемая двигателем мощность больше заданной на величину потерь в уплотнении, подшипниках стойки, планетарном редукторе и может быть рассчитана с учетом КПД в этих устройствах
где КПД редуктора; , [1] c. 47
КПД подшипника качения; , [1] c. 47
КПД торцового уплотнения; , [1] c. 47
кВт
8. ВЫБОР ОПОР АППАРАТА
8.1. Подбор опор
Вес, который приходится на одну опору
,
где Кn – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между опорами. Кn = 1,5…2. Принимаем к расчету Кn = 2.
Z – количество опор. Принимаем к расчету Z = 3.
- вес аппарата, Н; = 27000 Н [2] c. 54
Подбираем по табл. П5.2 [2] с. 49 опору, близкую по нагрузке к расчетной.
Принимаем к расчету опору-стойку, тип 3 с Gоп = 25 кН.
Геометрические размеры опоры даны в табл. П5.2 [2] с. 49
8.2. Проверка прочности выбранных опор
8.2.1. Проверка ребер на устойчивость
где - напряжение сжатия при продольном изгибе ребра, Па;
2,24 – коэффициент, характеризующий действие неучтенных факторов;
zp - число ребер в опоре; zp= 2 [1] c.35;
S – толщина ребра, м; S = 0,01 м, [2] табл. П5.2, c.49;
b – вылет ребра, м; b = 0,14 м, [2] табл. П5.2, c.49;
кс – коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном изгибе; кс = 0,6 [1] c.35;
[σ] – допускаемое напряжение для материала ребер опоры, Па; [σ]=140∙106
Па
8.2.2. Проверка прочности угловых сварных швов
,
где - напряжения среза в швах, Па;
к = (0,85…1,2)S – катет сварного шва, м
- допускаемое напряжение среза для материала швов, Па
8.2.2. Проверка прочности материала фундамента
, м2
где [σ]ф – допускаемое напряжение сжатия для материала фундамента; [σ]ф = 23 МПа для бетона марки 300 [2] табл. П5.8, c.52
Выбранные опоры удовлетворяют данному условию.
ЛИТЕРАТУРА
Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Прикладная механика». Л., ЛХФИ, 1987.
Приложения к методическим указаниям к выполнению курсового проекта по курсу «Прикладная механика». Л., ЛХФИ, 1987.
Расчет химического аппарата с механическим перемешивающим устройством. Методические указания. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005 – 88 с.
ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Издательство стандартов, 1989 – 79 с.
Лащинский А. А, Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. М.: Химия, 1970 – 750 с.
Смирнов Г. Г., Толчинский А. Р., Кондратьева Т. Ф. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств. Справочник - Л: Машиностроение, 1983 -303 с.
Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 2006.
39