Условие обеспечения работоспособности аппарата

Аппараты химического производства работают в сложных условиях, подвергаются действию высоких температур, что в присутствии кислорода приводит к коррозии, содержат ядовитые горючие и взрывоопасные вещества, поэтому при расчете аппаратов химического производства применяют запасы прочности более высокие, чем обычно принято в машиностроении, а также эти аппараты должны соответствовать следующим требованиям:

1. должны соответствовать прочностным требованиям при нагружении корпуса аппарата внутренним давлением газообразной или жидкой среды — должны выдерживать высокие давления;

2. соответствовать условиям герметичности, что реализуется геометрической формой оболочек корпуса аппарата при нагружении внешним давлением;

3. соответствовать требованиям коррозионной стойкости материалов деталей корпуса, находящихся в контакте с агрессивными средами;

4. материалы корпуса должны соответствовать теплостойкости при наличии повышенной температуры в аппарате;

5. должны соответствовать требованиям герметичности разъемных и неразъемных соединений деталей корпуса (фланцевых и сварных), что достигается благодаря высокому качеству сварных швов, уменьшению числа разъемных соединений и увеличению плотности подвижных соединений.

Расчетный срок службы аппаратов — 10-12 лет. Долговечность и надежность аппаратов возрастает за счет использования материалов, устойчивых к коррозии, действию высоких температур и за счет контроля за состоянием стенок аппарата, сварных швов и антикоррозийных покрытий.

Требования к химическому оборудованию (конструированию, изготовлению аппаратов, конструкционным материалам) регламентируется нормативными документами, основные из которых следующие:

1. Правила Гостехнадзора по устройству и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением

2. ГОСТ 26-291-71

3. Правила техники безопасности для проектирования и эксплуатации взрыво- и пожароопасных производств в химической и нефтехимической промышленности.

Расчёт кинематической схемы привода

Исходные данные:

Рабочая мощность P_p = 1,3 кВт

Рабочая частота вращения вала мешалки n_p­ = 120 об/мин

1. Определение требуемой мощности

Расчет требуемой мощности проведем по формуле

P_треб­ = Р­_р,/ŋ_общ­= 1,3/0,91 = 1,43 кВт

ŋ_общ =ŋ­_кон­­·ŋ­_кл/р­·_­­ŋ_подш²= 0,96·0,97·0,99² = 0,91

КПД зубчатой передачи (cконическими колесами) в закрытом корпусеŋ_кон­­= 0,97

(источник №1, стр. 5, табл. 1.1.)

КПД клиноременной передачи ŋ­_{кл/р­­­} = 0,96

(источник №1, стр. 5, табл. 1.1.)

КПД подшипников ŋ_{подш­­­}= 0,99

(источник №1, стр. 5, табл. 1.1.)

2. Подбор электродвигателя

Для данной установки, используя рассчитанное выше значение требуемой мощности, выберем электродвигатель 4А80B4Y3 по ГОСТ 19523-81

(источник №1, стр. 390, табл. П1)

Рабочая мощность P_эд = 1,5 кВт

(источник №1, стр. 390, табл. П1)

Синхронная частота n_эд^с= 1500 об/мин

(источник №1, стр. 390, табл. П1)

Коэффициент скольжения s = 5,8%

(источник №1, стр. 390, табл. П1)

n_эд= n_эд ^с·(1-s) = 1500·(1-0,058) = 1413 об/мин

3. Расчёт общего передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням

i_общ= n_эд./ n_p= 1413/120=11,78

i_общ= i­_кл/р· i_кон

i_кон= 2,8 - выбрано в соответствии со стандартным рядом согласно ГОСТ 2185-66 (источник №1, стр. 36)

i­_кл/р= i_общ/i_кон= 11,78/2,8=4,2

4. Определение силовых и кинематических характеристик на валах привода

1. Вал электродвигателя

n_эд= 1413 об/мин

P_треб­ = 1,43 кВт

Рассчитаем вращающий момент на валу электродвигателя:

М_эд = 9550·P_треб/n_эд = 9550·1,43/1413 = 9,66 Н·м

2. Ведущий вал редуктора

P₁ = P_треб∙_кл/р=1,43·0,96·=1,37 кВт

n₁ = n_эд /i_кл/р = 1413/3,2=336 об/мин

От вала мешалки:

P₁ = P_p/ŋ­_кон­­­·_­­ŋ_подш²= 1,3 / 0,97·0,99²=1,37 кВт

n₁= n_p· i_кон=120·2,8= 336об/мин

M₁ = 9550·P₁/n₁= 9550·1,37/336= 38,9 Н·м

3. Ведомый вал редуктора

P₂= P_p = 1,3 кВт

n₂= n_p­ = 120 об/мин

M₂ = 9550·P₂/n₂= 9550·1,3/120= 103,46 Н·м

Расчёт клиноременной передачи

Исходные данные:

Передаточное отношение для клиноременной передачи i­_кл/р= 4,2

Требуемая мощность электродвигателя, P_треб= 1,5 кВт

Номинальная частота вращения электродвигателя, n_эд= 1413 об/мин

Момент на валу электродвигателя М_эд=9,66 Н·м

1. Выбор сечения ремня

Согласно номограмме (стр. 134, источник №1), выбираем сечение А клинового ремня

2. Определение диаметра меньшего шкива

d₁ =(3 ~ 4)³√М_эд = 3,5³√9,66·10³=74,54 мм

Уточнив диаметр по ГОСТ 17383-73 (источник№1, стр. 120), получаем: d₁= 80 мм

3. Определение диаметра большего шкива

d₂=d₁·i_кл/р(1-) = 80·4,2(1-0,01) = 332,64 мм

Относительное скольжение ремня берем = 0,01 как для передачи с регулируемым натяжением ремня (источник№1, стр. 120)

Уточнив диаметр по ГОСТ 17383-73 (источник№1, стр. 120), получаем: d₂= 355 мм

4. Уточнение передаточного отношения для клиноременной передачи

i_кл/р =d_2ГОСТ/(d_1ГОСТ(1-)) = 355/(80(1-0,01)) = 4,39

∆ = (4,39-4,2)/4,2·100% = 4,5%<5% - разница передаточных отношений в установленных пределах

5. Определение межосевого расстояния клиноременной передачи

T₀=8 мм для типа ремня А, согласно ГОСТ 1284.1-80(источник №1, табл. 7.7, стр. 131)

Тогда минимальное межосевое расстояние определим по формуле:

a_min= 0,55(d₁+d₂)+T₀ = 0,55·(80+355)+8 = 225,5 мм

Максимальное межосевое расстояние:

a_max= 2(d₁+d₂) = 2(80+355) =870 мм

Принимаем предварительно близкое значение а = 540 мм.

6. Определение расчётной длины ремня

L_р= 2a+ 0,5(d₁+d₂) += 2·540 + 0,5(80+355) +(355-80)²/(4*540) = 1797,96 мм

Согласно ГОСТ 1284.1-80, длину ремня можно принять равной L_p = 1800 мм.

7. Уточнение межосевого расстояния

∆ = (541,05-540)/540·100% = 0,19%<3%

8. Определение угла обхвата меньшего шкива

180–57(355-80)/541,05 = 151⁰

9. Определение числа ремней

Число ремней определим по формуле (7.29) источник №1, стр.135.

z= (P_требC_P)/(P₀C_LC_C_z) = (1,43·1,4)/(1,50·0,95·1,01·0,95) = 1,5

Число ремней следует округлять в большую сторону, так как это требуется для запаса прочности. Требуется 2 ремня.

Ср = 1,4 (источник №1, стр. 136, табл. 7.10) - коэффициент режима работы, учитывая условия эксплуатации.

С_L= 1,01 по ГОСТу 1284.3-80 (источник №1, стр. 135, табл. 7.9) - коэффициент, учитывающий влияние длины ремня.

С_α= 0,95 (источник №1, стр. 135) - коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата.

С_ż= 0,95 (источник №1, стр. 135) - коэффициент, учитывающий число ремней в передаче.

Ро = 1,50 кВт (источник №1, стр. 132, табл. 7.8) - мощность, допускаемая для передачи одним ремнем.