2.9.2 Механические расчеты

Исходные данные для плавильного аппарата:

Высота корпуса Н=1450 мм

Диаметр аппарата (внутренний) D_B = 1000 мм

Объем аппарата V=807 л

Частота вращения мешалки n =300 об/мин

Давление в аппарате p = 1 атм

Мощность электродвигателя N =3КВт.

Расчет толщины обечайки плавильника

Расчет толщины стенки плавильного аппарата можно произвести по формуле:

(2.4 )

где S– расчетное значение толщины стенки, м;

р – расчетное давление в аппарате, МПа;

[τ] – допускаемое напряжение, МПа;

Dвнутренний диаметр аппарата, м;

φ – коэффициент прочности сварочного шва.

Допустимое напряжение зависит от марки стали и рабочей температуры. Марка стали выбирается в зависимости от свойств перерабатываемой среды по таблице. Таким образом, для стали Х19Н9Т [τ] = 144 МПа.

Для стыковых и тавровых двухсторонних швов при D ≥ 700 мм

φ= 0,95.

Значение давления (р) в нижней части обечайки цилиндрического вертикального аппарата определяется с учетом гидростатического давления столба жидкости :

р = р+gρH·10

р- рабочее давление в аппарате, МПа;

g – 9,81 м/с- ускорение силы тяжести;

ρ- плотность жидкости (эмульсии);

H- высота столба жидкости.

Величину H можно определить по формуле:

H= 0,8·1,45 = 1,16 (м)

р= 1 атм = 1,013·10Па = 0,101 МПа

р = 0,101+ 9,81 ·1000 ·1,16· 10= 0,114 (МПа)

Округляем до большего целого значения S = 1 мм.

Определяем толщину стенки с учетом прибавки на коррозию

S = S+C

Добавку на коррозию определяют по формуле :

С = V · T ,

Где V – скорость коррозии ;

Т – скорость службы.

Принимаем V = 0,10,2 ; Т = 1012 (лет).

Для материалов, стойких к перерабатываемой среде, при отсутствии данных о проницаемости рекомендуют принимать С =2 мм.

Следовательно: S = 1+ 2=3 мм

Определим допускаемое внутреннее избыточное давление, которое находится по формуле:

(2.5)

Условие 0,274>0,114 выполняется [р] > р.

Проведем расчет по допускаемому наружному давлению, которое определяется по формуле :

(2.6)

где [р]- допускаемое давление, соответствующее условию прочности. Находим по формуле:

(2.7)

[р]_Е - допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругих деформаций. Определяется по формуле:

(2.8)

где Е – модуль упругости, Е = 2·10МПа ;

n - коэффициент устойчивости ( для рабочих условий = 2,4) ;

l - расчетная длина обечайки;

Для аппаратов типа ВЭП :

l = l – h + H/ 3 ;

l – длина цилиндрической части корпуса, l = 940 мм ;

h – расстояние от поверхности фланца до рубашки, h = 140 мм ;

Н- высота днища , Н= 250 мм ;

l = 940 – 140 + 250 /3= 883,3 мм ;

= 0,055·10⁵ МПа;

Условие не выполняется [р]< р ; 0,0055<0,144), следовательно необходимо увеличить толщину стенки обечайки.

При S = 4 мм и S = 5 мм условие также не выполняется. Поэтому принимаем S = 6мм. Сделаем проверочный расчет на избыточное допустимое внутреннее давление и допускаемое наружное давление.

Условие 1,1> 0,144 выполняется [р]< р

= 0,172 МПа;

Условие выполняется 0,17> 0,114 ,следовательно, толщина стенки обечайки аппарата равна 6 мм.

Расчет толщины днища плавильника

Толщину стенки эллиптического днища определяют по формуле:

(2.9)

Округляем до целого значения S= 1 мм.

Находим S = 1+2 =3 мм.

Полученное значение толщины стенки проверяем на допускаемое внутреннее избыточное давление и допускаемое наружное давление.

Условие выполняется при 0,273> 0,114

Допускаемое наружное давление определим по формуле:

, (2.10)

=0,0062МПа

Условие выполняется 0,006<0,144.

Нужно увеличить толщину днища. Принимая S = 4 мм и S = 5 мм, условие также не выполняется. Примем S = 6мм. Сделаем проверочный расчет на допускаемое наружное давление.

=0,197 МПа

Условие выполняется 0,195> 0,114 , значит толщина днища плавильника равна 6 мм.

Расчет элементов рубашки плавильника

Толщину стенки плавильника определяем по формуле (2.9):

Для корпусов с значением D≤ 1800 мм. D (наружный диаметр) принимаем больше D на 100 мм, следовательно, D= 1100 мм.

Округляем величину Sдо целого значения S= 1 мм. Тогда S=1 +2 =3мм

Сделаем проверочный расчет на допустимое внутреннее избыточное давление по формуле:

Условие выполняется 0,249> 0,114.

Расчет толщины днища рубашки плавильника

Толщина днища рубашки определяется по формуле:

Округляем величину Sдо целого значения S= 1 мм. Тогда S=1 +2 =3мм.

Сделаем проверочный расчет на допустимое внутреннее избыточное давление ранее использованным формулам:

= 0,061 МПа

Условие не выполняется 0,006<0,114, следовательно, необходимо увеличить толщину днища. Принимаем S= 6 мм. Сделаем повторный проверочный расчет.

= 0,005 МПа

Условие выполняется 0,52 > 0,114 , значит толщина днища рубашки равна 6 мм.

Материал, используемый для изготовления рубашки аппарата сталь Ст3. Для внутренней поверхности аппарата и мешалки, а также экструдера используем нержавеющую сталь Х18Н10Т.

Расчет мешалки плавильника

Определяем габаритные размеры мешалки.

Диаметр мешалки определяют по следующей формуле:

d =D/( 1,41,7) (2.11)

d =1: 1,6 = 0,63 м

Толщина лопасти мешалки рассчитывается по формуле:

b = 0,1 d (2.12)

b = 0,1·0,63 = 0,063 м

Расстояние от днища до лопасти мешалки можно определить по формуле:

h= (0,10,3)d (2.13)

h= 0,2·0,63 = 0,126 м

Мощность электродвигателя рассчитывают по формуле:

N =(K·K·N + N)/ η , (2.14)

где K - коэффициент, учитывающий заполнение сосуда перемешиваемой средой;

K=2 - коэффициент, учитывающий движение потребляемой мощности при пуске или повышении сопротивления среды в процессе перемешивания.

N - мощность, затрачиваемая при перемешивании;

N - мощность, теряемая в сальнике;

Η =0,850,9 – коэффициент действия привода.

Коэффициент K рассчитывается по следующей формуле:

K= Н/D (2.15)

K=1,0875/ 1 =1,0875

Мощность ,теряемая на трение в сальнике определяется:

Н=9,84(Р+ 0,98 ·10)f ·l·n ·d , (2.15)

где Р – избыточное давление в аппарате ,(Н/м) ;

f=2 – коэффициент трения набивки сальника;

l - длина набивки сальника, м ;

d - диаметр вала мешалки, м;

n – число оборотов мешалки в секунду.

Определим внутреннее избыточное давление по формуле:

Р = 2· l - (6 – 2)/1000 (6 – 2))=0,09004 МПа;

Диаметр вала мешалки определяется по таблице, d= 32мм.

Длина набивки сальника определяется по формуле:

l= 4 d ; (2.16)

l= 4 ·32=128 мм.

Рассчитываем мощность, теряемую на трение в сальнике по формуле:

N= 9,84(1,09·10+ 0,98 ·10)·0,2·0,128·0,001024·= 1,532 кВт.

Зная, N = 3 кВт, расчетная мощность N потребляемая перемешивающим устройством, определяется по формуле:

N= (N· η - Н)/K·K ; (2.17)

N= (3000· 0,85 – 1532) / 1,0875· 2 = 0,468 кВт.