3.3 Выбор уплотнения.

Сальниковые уплотнения широко применяют в аппаратах, работающих под давлением Р_и ≤ 0,6 МПа и при температуре в аппарате до 200⁰С. Если хотя бы одно из условий не выполняется, применяется торцевое уплотнение.

Торцовое уплотнение обладает рядом преимуществ: оно работает с незначительной утечкой газа; в период нормальной работы не требует обслуживания; правильно подобранное торцовое уплотнение отличается большой устойчивостью и долговечностью.

Самый ответственный элемент торцового уплотнения- пара трения. Обычно одно кольцо изготавливают из более твёрдого материала. Наиболее широко применяются следующие материалы в различных комбинациях: кислостойкая сталь, бронза, керамика, графит, фторопласт и твердая резина. Также выбор уплотнения обусловлен относительно высоким внутренним давлением. Торцовое уплотнение подбираем по диаметру проходного вала, в нашем случае он составляет 80 мм. Основные размеры торцового вала представлены на эскизе. Все размеры указаны в миллиметрах.

В данном аппарате Р_и = 1,4 МПа, следовательно уплотнение торцовое.

Схема уплотнения представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема торцевого уплотнения

3.4. Расчёт элементов механического перемешивающего устройства.

3.4.1 Расчет вала мешалки.

1) Расчет вала на виброустойчивость

Виброустойчивость вала мешалки проверяется по условию: ω ≤ 0,7∙ω₁

где ω₁ – первая критическая угловая скорость вала, рад/с.

Первая критическая скорость определяется: ,

где ω₁ – первая критическая скорость, рад/с,

α – корень частотного уравнения;

L – расчетная длина вала, м;

Е – модуль упругости, Па;

I – момент инерции поперечного сечения вала, м⁴;

m_в – масса единицы длины вала, кг/м.

Момент инерции поперечного сечения вала находят:

где I – момент инерции поперечного сечения вала, м⁴;

d – диаметр вала, м.

Масса единицы длины вала рассчитывают: ,

где m_в – масса единицы вала, кг/м;

d – диаметр вала, м;

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

Для определения корня частотного уравнения предварительно вычисляют:

1. Относительная координата центра тяжести мешалки:

где a₁ – относительная координата центра тяжести мешалки, мм;

L₁ – длина консольной части вала, мм;

L_в – длина вала, мм.

L₁= L_в- l₂=2160-650=1510мм

2. относительная масса мешалки:

где – приведенная масса вала;

m – масса мешалки, кг;

m_в – масса единицы вала, кг/м;

L – длина вала, м.

По графику α = 2,2

Таким образом, 41,87 < 73,31, условие виброустойчивости выполняется.

2) Проверка на прочность производится из расчета на кручение и изгиб.

Напряжения от крутящего момента определяется:

где τ – напряжения кручения, МПа;

T^’ – расчетный крутящий момент, Н∙мм²;

d – диаметр вала, мм.

Напряжения от изгибающего момента:

,

где σ – напряжения изгиба, МПа;

М – изгибающий момент, Н∙мм;

d – диаметр вала, мм.

Расчетный изгибающий момент М от действия приведённой центробежной силы F_ц определяется из эпюры:

приведённая центробежная сила определяется:

F_ц = m_пр∙ω²∙r,

где F_ц – центробежная сила, Н;

m_пр – приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства, кг;

ω – круговая частота вращения вала, рад/с;

r – радиус вращения центра тяжести приведённой массы вала и перемешивающего устройства, м.

Приведенную сосредоточенную массу вала и перемешивающего устройства находят:

m_пр = m + q∙m_в∙L_в,

где m_пр – приведенная масса вала и перемешивающего устройства, кг;

m – масса перемешивающего устройства, кг;

q – коэффициент приведения распределённой массы к сосредоточенной массе перемешивающего устройства,

m_в – масса единицы длины вала, кг/м;

L_в – длина вала, м.

Коэффициент q рассчитывают в зависимости от расчетной схемы:

,

где q – коэффициент приведения;

a₁ – относительная координата центра тяжести мешалки.

Радиус r определяется:

где r – радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и перемешивающего устройства, м;

e^’ – эксцентриситет массы перемешивающего устройства с учетом биения вала, м.

ω – циклическая частота вращения вала, рад/с;

ω_1­ – резонансная частота, рад/с.

Эксцентриситет находят:

e^’ = e + 0,5∙δ,

где e^’ – эксцентриситет массы перемешивающего устройства с учетом биения вала, м.

e = 0,14…0,2 – эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства, м;

δ =10^-3 – допускаемое биение вала, м.

m_пр = 3,72 + 0,17∙39,44∙2,16 = 18,2 кг

e^’ = (0,15 + 0,5∙1,0)∙10^-3 = 6,5∙10^-4 м

F_ц = 18,2∙41,87²∙7,74∙10^-4 = 24,7 Н

Находим реакции в опорах:

Σ М_B =0

F_ц∙L₁–R_А∙l₂=0

R_А=24,7∙1,51/0,65=57,38 H

Σ M_А =0

F_ц∙L_В–R_B∙l₂=0

R_B = 24,7∙2,16/0,65=82,08H

Проверка: ΣY=0

R_А– R_B+ F_ц=0

57,38-82,08+24,7=0

М_А=0

М_В= –R_А∙ l₂= –57,38∙650=37297 Н∙мм

М_С= –R_А∙L_в+ R_B∙L₁= –57,38∙2160+82,08∙1510=0

Напряжения от крутящего момента равны:

τ ≤ [τ] ; 1,92≤20 МПа, условие прочности кручению выполняется.

Напряжения от изгибающего момента равны:

σ ≤ [σ]; 0,73≤146 МПа, условие прочности изгибу выполняется.

Эквивалентные напряжения находят:

где σ_экв – эквивалентные напряжения, МПа;

σ – напряжения изгиба, МПа;

τ – напряжения кручения, МПа.

Условия прочности для вала выполняются.