3.2.2. Проверка прочности на кручение и изгиб

Напряжения от крутящего и изгибающего моментов определяются по формулам:

(3.11)

(3.12)

Расчетный изгибающий момент М от действия приведенной центро­бежной силы F_Ц определяется в зависимости от расчетной схемы вала со­гласно табл.3.7. Приведенная центробежная сила (в Н) определяется по формуле

F_Ц = m_npω²r, (3.13)

где m_nр - приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства, кг;

r - радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и перемешивающего устройства, м.

Данные для расчета вала вертикального перемешивающего устройства

Таблица 3.7

Номер схемы	Расчетные схемы реального и приведенного валов	Уравнение упругой линии и угол поворота сечения вала в опорах	Коэффициент приведения q	Коэффициент приведения p
1		при 0≤Х≤l1 θA=0		где ;
2		; ; при θ≤х≤l1 при l1≤X≤l		, где

Конструкции опор вала

Рис. 3.14

Рис. 3.13-Опора вала мешалки

Приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства определяется по формулам:

при одном перемешивающем устройстве

m_np = m + q∙m_B∙L; (3.13)

при двух перемешивающих устройствах

m_пр = m₁+pm₂+qm_B∙L, (3.14)

где m₁ и m₂ - соответственно массы двух перемешивающих устройств, кг;

q - коэффициент приведения распределенной массы к сосредоточенной массе перемешивающего устройства;

р - коэффициент приведения массы m₁ в точку закрепления массы m₂

Коэффициенты q и р определяются по формулам табл. 3.7.

Радиус г определяется из формулы

, (3.15)

где е' - эксцентриситет массы перемешивающего устройства с учетом бие­ния вала, м,

е' = е + 0,5δ, (3.16)

где е - эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства, м;

е = 0,14…0,2 мм ;

δ- допускаемое биение вала (обычно принимается в пределах I мм), м.

Результирующее напряжение на валу определится по формуле

(3.17)

3.2.3. Проверка на жесткость

Прогибы вала в паре трения уплотнения, а также углы поворота сечений вала в опорах рассчитываются по формулам табл. 3.7 и должны быть не больше допускаемых.

Допускаемое биение вала в сальниковом уплотнении 0,05... 0,1 мм.

Для радиальных шарикоподшипников наибольший допускаемый угол поворота θ=0,01 рад., для сферических θ= 0,05 рад.

Окончательно диаметр вала с учетом прибавок на коррозию и механический износ округляется до ближайшего большего размера для валов соответствующего нормализованного привода [17].

Глава IV. Расчет опор корпуса химических аппаратов

4.1. Расчет опор

Методические указания содержат методику расчета опор вертикальных аппаратов, конструкции, основные и присоединительные размеры опор-лап, опор-стоек; конструкции, основные размеры и требования к выбору мешалок в соответствии с ОСТ 26-01-1245-83, а также типы и параметры корпусов для аппаратов с перемешивающими устройствами в соот­ветствии с действующими отраслевыми стандартами Минхимнефтемаш России.

Методические указания будут полезны при выполнении курсового проекта на тему "Расчет и конструирование аппаратов с перемеши­вающими устройствами''.

Настоящий раздел содержит данные по расчету опор аппаратов, справочные данные, необходимые для выполнения курсового проекта по расчету аппаратов с перемешивающими устройствами (типы и размеры корпусов и мешалок химических аппаратов).

Размер опоры лапы или опоры стойки выбирается в зависимости от внутреннего диаметра корпуса аппарата в соответствии с ОСТ 26-665-72. Затем проводится проверочный расчет элементов опоры по следующей ме­тодике [18].

Выбор типоразмера опоры (табл.4.1;4.2) и определение допускаемой нагрузки на опору [G], Основная величина для расчета - нагрузка на одну опору G₁, H:

, (4.1)

где G_max - максимальный вес аппарата, включающий вес аппарата, футе­ровки, термоизоляции; различных конструкций, опирающихся на корпус аппарата, максимальный вес продуктов, заполняющих аппарат или массу воды при гидравлическом испытании, Н;

n - число опор (n = 3 при расчете опоры-стойки; n = 4 при расчете опоры-лапы) .

Проверка опоры на грузоподъемность по условию

G₁<[G]. (4.2)

Определение фактической площади подошвы подкладного листа опор (А_факт, мм²)

А_факт = , (4.3)

где a₂, b₂ - размеры подкладного листа в мм (табл. 4.1;4.2),

Определение требуемой площади подошвы подкладного листа (А_треб, мм²) из условия прочности бетона фундамента

A_треб = , (4.4)

где [q] - допускаемое удельное давление, МПа

для бетона марки 300 [q] = 23 МПа;

для бетона марки 200 [q] = 14 МПа;

для кирпичной кладки [q] = 1,6 МПа.

Проверка удовлетворения выбранного размера площади подклад­ного листа условию прочности материала фундамента

А_факт > А_треб. (4.5)

Проверка вертикальных ребер опоры на сжатие и устойчивость. Напряжение сжатия в ребре при продольном изгибе

(4.6)

где 2,24 - поправка на действие неучтенных факторов [18];

K₁- коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рис.4.1, в зависимости от гибкости ребра λ,

; (4.7)

l - гипотенуза ребра, - для опоры-лапы; для опо­ры-стойки 1 определяется из рис. 3.

Z_p - число ребер в опоре (Z_p = 2, рис. 2,3);

S₁ - толщина ребра;

b - вылет ребра;

[σ] - допускаемые напряжения для материала ребер опоры;

К₂ - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продоль­ном изгибе.

Для опор типа 1;3 К₂ = 0,6.

Для опор типа 2 К₂ = 0,4.

Для стали марки Ст.З напряжение в ребрах должно быть не более 100 МПа. Если оно больше допустимого, то увеличивают толщину ребра и рас­считывают повторно.

Проверка на срез прочности угловых сварных швов, соединяющих ребра с корпусом аппарата;

(4.8)

где Δ = 0,85 ∙ S₁ - катет шва;

L - общая длина швов;

[τ] - допускаемое напряжение в сварном шве ([τ] < 80 МПа).

Расположение опор-стоек и опор-лап для корпусов типа 0; 1; 2; 3 (см. табл. 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 14) и присоединительные размеры приведены на рис. 4; 5 и в табл. 3.

Опора приводов для корпусов типа 0; 1; 2; 3 представлена на рис. 4.6, присоединительные размеры приведены в табл. 4.4, где

D₅ - размер болтовой окружности для присоединения стоики привода:

D₁ - размер болтовой окружности для присоединения торцевого или сальникового уплотнения вала перемешивающего устройства;

d₁, d₂ - размеры болтов (шпилек) для крепления уплотнения вала и привода соответственно;

n и n₁ - количество болтов (шпилек) уплотнения и привода соответ­ственно.

Рис. 4.1. График к расчету ребра опоры

1 – косынка;

2 – основание;

3 – подкладной лист;

4 – регулировочный болт

Рис. 4.2 Конструкция опор- лап

типа 1, 2, по ОСТ 26-665-87. Исполнение 2

Таблица 4.1

Размеры опор-лап типа 1, 2 исполнения 2 по ОСТ 26-655-72 (для рис. 2)

Допуска­емая на­грузка на опо­ру, кН	Диа­метр аппа­рата	Тип	а	a1	a2	b	b1	b2	с	c1	h	h1	l	St	K	K1		R		r		d0		d1		f		Масса		Подкладной лист, кг
40	1000	1	170	190	120	185	150	400	40	100	285	20	100	10	30	50		800		20		35		М24		50		7,77		2,6
		2				315					390					80										160		16,43
63	1400	1	210	250	150	230	170	160		120	345	24	120	12	35	60		1100						М30		60		14		4,5
		2				380					470					100										210		28
100	2000	1	250	310	200	310	230	220		160	460	30		16	40	80		1400		30		42		М36		80		33,4		10
		2				520					620					130										280		69,3
160	2400	1	340	380	250	390	290	280	60	200	570	36	150	20	60	100		1600		40				М42		100		65,8		19,5
		2				650					780					180										360		137,8
250	2800	1	410	453	300	480	360	350		240	680	40		24	75	120		1800		50				М48		180		116,4		32,9
		2				800					940					220										435		245,6

1 – косынка;

2 – основание;

3 – подкладной лист;

4 – регулировочный болт

Рис. 4.3. Конструкция опор-стоек типа 3 по ОСТ 26-365-87.

Исполнение 2

Размеры, мм
Допуска­емая на­грузка на опору, кН	Диа­метр аппа­рата D	Тип	а	a1	а2	b	b1	b2	b3	с	c1	h	h1	l	S1	К	K1	r	d0	d1	Масса, кг	Подкладной лист
40	1000	3	170	200	120	180	150	140	240	40	100	420	20	100	12	50	125	20	35	М24	17,5	2,6
63	1400	3	280	230	150	200	170	160	280		120	490	24	120	14	15	150			М30	27,6	4,5
100	2000	3	270	310	200	250	230	220	360		160	630	30		18	20	180	30	42	М36	57,6	10
160	2400	3	360	400	250	340	290	280	480	60	200	840	35	150	24	25	250	40		М42	136,6	20
250	2800	3	500	550	300	490	360	350	620		240	1200	40		34	35	350	50		М48	394	33

Таблица 4.2

Размеры опор-стоек типа 3 исполнения 2 по ОСТ 26-655-72 (для рис. 3)

Примечание: Пример условного обозначения опоры типа 3 исполнения 2 с допускаемой нагрузкой 40 кн.

Опора 3-2-40 ОСТ 26-655-72

Рис. 4.4 Расположение опор- стоек для корпусов типа 0;1

Рис. 4.5 Расположение опор-лап для корпусов типа 0;1;2;3

Таблица 4.3

Присоединительные размеры опор- стоек и опор- лап для корпусов типа 0; 1; 2; 3 (см. рис. 4.4;4.5)

		D3, мм
Диаметр аппарата Dl, мм	Диаметр отверстий под бол­ты опор d0, мм	для опор-стоек		для опор-лап (норм)		для опор-лап (увеличенных)
		без ру­башки	с рубаш-кой	без ру­башки	с рубаш-кой	без ру­башки	с руба­шкой
1000	35	920	1000	1280	1390	1480	1590
1100	35	1020	1100	1380	1490	-	-
1200	35	1100	1200	1480	1390	1680	1790
1300	35	1200	1300	1580	1690	-	-
1400	35	1260	1360	1680	1790	1880	-
1500	42	1360	1450	1780	1890	-	-
1600	42	1410	1510	2000	2100	2300	2400
1700	42	1510	1610	198O	2090	-	-
1800	42	1610	1710	2220	2300	2500	2600
1900	42	1710	1810	2180	2290	-	-
2000	42	1810	2010	2560	2760	2980	3180
2200	42	2010	2210	2700	3090		3610
2400	42	2210	2410	3080	3290	3600	3810
2600	42	2410	2610	3470	3670	4110	4310
2800	42	2610	2810	3670	3880	4310	4520
3000	42	2810	2960	3870	4080	4510	4720
3200	42	2960	3160	4070	-	4710	-

Рис. 4.6. Опора приводов для корпусов типа 0; 1; 2; 3

Таблица 4.4

Присоединительные размеры привода к корпусам типа 0; 1; 2; 3 по ОСТ 26-01-1246-7 5 (рис. 6)

Габарит привода	Исполнение приво­да	Диаметр вала d1, мм	Диаметр корпуса аппарата D1, мм	D5, мм	d2, мм	n1	Для уплотнений на P9, МПа
							до 0,6				до 3,2
							D1	d1		n	D1	d1	n
1	11; 12	40	1000 и более	350	М16	6	150	М16	4		-	-	-
	11; 13; 21; 31÷34; 41	50					170				240	М16	12
	21; 31÷34; 41	65					200		8
2	11÷13; 21; 31÷34;		1200 и более	500	М20	8
	11;13; 21; 31÷34; 41	80					225				280	М24
	31÷34; 41	95					255
3	11÷13; 21; 31÷34;	80	1600 и более	600	М24		225
	11;13; 21; 31÷34; 41	95					255
	41	110					280				310
4	11÷13; 21; 31÷34;		2200 и более	900	М32	12
	11÷13; 31÷34;	130					340				340	М28
5	21