2.2 Выбор комплектующих элементов и материалов

Эскизная разработка конструкции аппарата сводится к выбору унифицированных комплектующих элементов: корпуса с внутренними устройствами, привода, мешалки, уплотнения вала мешалки. Корпус аппарата с внутренними устройствами выбирается по ОСТ 26-01-1246-75 [7], опоры аппарата - по ОСТ 26-665-72 [9].

Высота цилиндрической обечайки определяется в соответствии с заданным диаметром и номинальным объемом V корпуса аппарата. Толщина стенок оболочки корпуса определяется из расчета.

Привод выбирается по ОСТ 26-01-1225-75 [8] в соответствии с частотой вращения мешалки и номинальным давлением в корпусе аппа­рата. Типоразмер мотор-редуктора выбирается в соответствии с за­данной частотой вращения выходного вала и потребляемой мощностью электродвигателя

,

где N_эл.дв.- мощность, потребляемая приводом, кВт;

N_вых - мощность, потребляемая на перемешивание (по техническо­му заданию), кВт;

η₁ - к.п.д. механической части Привода, η₁=0,85...0.97;

η₂ - к.п.д. подшипников, в которых крепится вел мешалки,

η₃ - к.п.д., учитывающий потери мощности в уплотнении,

η₄ - к.п.д., учитывающий потери в компенсирующих муфтах,

Опорные фланцы стойки привода должны соответствовать разме­рам опорных бобышек на крышке корпуса аппарата.

Вал мешалки выбирается на основании данных компонов­ки. Диаметр вала мешалки выбирается наименьшим для данного при­вода. Длины отдельных участков вала определяется из эскиза ком­поновки.

Положение ступицы мешалки на валу определяется в зависимос­ти от расстояния мешалки до днища корпуса h_M. Рекомендуемые зна­чения h_M - в зависимости от типа и диаметра h_M мешалки, типа корпуса аппарата, табл. 2.2.

Таблица 2.3

Тип мешалки	Корпус с эллиптическим днищем	Корпус с коническим днищем
Трехлопастная турбинная открытая	hM= dM	hM=1,5dM
Лопастная	hM=(0,1…0,3)dM	hM=1,5dM
Рамная	hM=(0,01…0,05)dM	hM=0,3dM

Мешалка (конструктивные размеры) выбирается по ОСТ 26-01-1245-75 [8] в соответствии с заданным типом и диаметром d_M.

Выбор материалов. Материалы, выбранные для деталей и сбороч­ных единиц, должны обеспечить надежность аппарата с мешалкой в работе и экономичность в изготовлении.

При выборе материала необходимо учитывать рабочую (расчет­ную) температуру в аппарате, давление и коррозионную активность рабочей среды. Стали со скоростью коррозии более 0,1...0,5 мм/год применять не рекомендуется.

2.3 Расчет корпуса аппарата на прочность

Расчетная часть курсовой работы должна включать провероч­ные механические расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов должен выполняться в соответствии с ГОСТ 14249-80.

Для выполнения расчета предварительно необходимо определить ряд параметров.

Расчетное давление - давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата.

Расчетное давление для элементов аппарата принимается, как правило, равным рабочему или выше его. Под рабочим давлением понимается максимальное внутреннее избыточное или наружное давле­ние, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды.

Если на элемент аппарата действует гидростатическое давле­ние, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление должно быть повышено на эту же величину.

, (2.1)

где р_с - рабочее избыточное давление среды, Па;

g = 9,8 – ускорение свободного падения, м/с²;

ρ – плотность жидкости, кг/м3;

х – расстояние от уровня жидкости до нижней точки рассчитываемого элемента м.

При расчете на прочность стенок рубашки принимается

р_р=р_раб

где р_раб - рабочее давление теплоносителя, Па.

Расчетное наружное деление при проверке стенок корпуса на устойчивость определяется по формулам:

Для элементов корпуса без рубашки

, (2.2)

где Ррн - расчетное наружное давление, Па;

р_α =10⁵ - атмосферное давление, Па;

р_о - остаточное давление в корпусе (при работе аппарата в условиях вакуума), Па.

Для элементов корпуса, находящихся под рубашкой,

, (2.3)

Расчетная температура. За расчетную температуру принимает­ся температура среды в аппарате.

Допускаемое напряжение для выбранного материала определяет­ся по формуле , (2.4)

где [σ] - допускаемое напряжение,

η - поправочный коэффициент, учитывающий пожароопасность

и взрывоопасность среды в аппарате;

[σ]* - нормативное допускаемое напряжение. Па.

Для взрыво- и пожароопасных сред η=0,9, в остальных слу­чаях принимают η=1,0.

Прибавка для компенсации коррозии C к расчетным толщинам конструктивных элементов, находящихся в контакте с агрессивной средой, определяется по формуле

, (2.5)

где П - скорость коррозии в рабочей среде, мм/год

L_h - сpoк службы аппарата, количество лет.

2.3.1. Оболочки, нагруженные внутренним давлением.

1) расчет толщины стенки цилиндрической обечайки (рис.2.1).

, (2.6)

при ,

где D - внутренней диаметр корпуса;

Рр - расчетное давление;

[σ] - допускаемое напряжение;

φ - коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки;

С - прибавка на коррозию;

Рис. 2.3. Расчетные схемы корпусов аппаратов:

а) с эллиптическим днищем и крышкой;

б) со съемной крышкой, эллиптическим днищем и рубашкой;

в) со съемной крышкой и коническим днищем

С₁ - дополнительная прибавка на округление до стандартной толщины листа, которую определяют по минимальному значению ближайшей меньшей толщины листа сортамента.

Для стыковых и тавровых сварных швов с двухсторонним про­варом, выполненных автоматической сваркой, допускается принимать φ=1,0. а при ручной сварке φ≤0,95. Для односторонних свар­ных швов φ≤0,9 [7];

2) расчет эллиптической крышки (днища) (рис. 2.3. а).

Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки

, (2.7)

где S_Э – толщина стенки эллиптической крышки, м.;

3) расчет конического днища с тороидальным переходом (рис. 2.3., в).

Для стандартных днищ при угле конуса α=45^е толщина торо­идальной части S_o принимается равной толщине конического элемента

, (2.8)

где S_K – толщина стенки конического днища, м.;

D_p=0.8D - расчетный диаметр конического днища, м.