3.1.1 Оболочки, нагруженные внутренним давлением.

1) расчет толщины стенки цилиндрической обечайки:

Толщину стенки цилиндрической обечайки, находящуюся под внутренним давлением рассчитывают:

,

где S – толщина цилиндрической обечайки, мм;

Р_р – расчетное внутреннее давление, МПа;

D – внутренний диаметр, мм;

 – допускаемые напряжения, МПа;

 – коэффициент сварного шва;

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Т.к. корпус аппарата сварной, то необходимо учитывать влияние сварного шва. Примем  =0,9 как для аппарата, сваренного ручной односторонней сваркой.

По сортаменту листовой стали выбираем толщину S=8 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины.

2) расчет эллиптической крышки:

Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки:

где S_э- толщина стенки эллиптической крышки, мм

По сортаменту листовой стали выбираем толщину S=8 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины.

3.1.2 Оболочки, нагруженные наружным давлением.

1) Толщину стенки цилиндрической обечайки предварительно определяют по формуле:

где S – толщина стенки аппарата, мм;

K₂ – коэффициент устойчивости;

D – внутренний диаметр обечайки, мм;

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

 – допускаемое напряжение, МПа,

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Коэффициент К₂ находят по номограмме по вспомогательным коэффициентам К₁ и К₃. Коэффициент К₁ находят:

где n_у =2,4 - коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

Е – модуль упругости, МПа.

Коэффициент К₃:

где L – длина цилиндрической части оболочки, мм;

D – внутренний диаметр, мм.

Длина цилиндрической части корпуса находят:

где Н=1100 мм;

Н₆=340 мм.

По номограмме находим К₂=0,21.

По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 4мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины.

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверяют допускаемое наружное давление:

где давление из условия прочности:

,

а допускаемое давление из условия устойчивости:

Вспомогательный коэффициент B₁ рассчитывают из соотношения:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0,13≥0,05 МПа.

2) толщина стенки стандартного днища, работающего под наружным давлением, определяется:

По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 4 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины.

С учетом наружного и внутреннего давления выбираем толщину стенки для цилиндрической части, днища и крышки равной 8 мм.

3.2 Подбор привода.

Для вращения мешалки подбирают стандартный привод в зависимости от частоты вращения мешалки и потребляемой ею мощности, внутреннему давлению и способу установки привода на аппарате.

Мощность привода рассчитывают:

где N_эл.дв. – мощность привода, кВт;

N_вых – мощность, потребляемая мешалкой, кВт;

η₁ =0,97 – КПД механической части привода;

η₂ =0,99– КПД подшипников;

η₃ =0,98 – потери в уплотнении;

η₄ =0,99 – потери в муфте.

Подбираем тип привода 4, исполнение 1 для установки на крышке аппарата, мощностью 5,5кВт. Найдём диаметр необходимого вала.

Минимальное значение диаметра находят:

где d – диаметр вала, м;

Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;

[τ] – допускаемые напряжения кручения, Па.

Крутящий момент рассчитывают:

где Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;

К_σ =1,5 – коэффициент динамической нагрузки;

N_эл.дв. – мощность привода, Вт;

n – частота вращения, об/мин.

По таблице применяемости приводов типа 4 (ОСТ 26-01-1225-75) подбираем габарит 2 мощностью 5,5кВт с диаметром вала 80 мм.

Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формулам:

,

где F_a – осевая сила, по направлению вверх и вниз от мешалки, Н;

Р_изб – избыточное давление в корпусе, МПа;

Р_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

d – диаметр вала, мм;

А_упл – дополнительная площадь уплотнения, мм²;

G – вес вращающихся частей, Н;

F_м – осевая гидродинамическая сила мешалки, Н.

Вес вращающихся частей находят:

G = (m_меш + m_муф + m_вала)∙g,

где G – вес вращающихся частей, Н;

m_меш – масса мешалки, кг;

m_муф – масса муфты, кг;

m_вала – масса вала, кг;

g = 9,8 – ускорение свободного падения.

Для d_м=320мм масса турбинной мешалки m_меш=3,72кг

Для d=80мм масса фланцевой муфты m_муф = 50,6кг

ρ = 7,85∙10³ – плотность материала вала, кг/м³.

Длина вала равна:

L_в=Н_кор-h_м+l₂+h₁+30, мм

где Н_кор – длина корпуса, мм

h_м – расстояние от мешалки до днища корпуса, мм

l₂ – расстояние между подшипниками, мм

h_м=d_м=320мм

L_в=1100-320+650+700+30=2160мм

G = (3,72+50,6+85,19) ∙9,8 = 1367,2Н

Осевая гидродинамическая сила мешалки:

где Т’ – расчётный крутящий момент, Н∙мм;

d_меш – диаметр мешалки, мм.

А_упл = 0мм², уплотнение сальниковое

Осевая сила при избыточном давлении в корпусе равна:

Осевая сила при наружном давлении равна:

Предельная осевая нагрузка на привод F= 5300Н

F >F – предельная осевая нагрузка на привод, условие выполняется.