Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусский государственный технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методички для специальности "Машины и аппараты..." / новосельская

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

26.03.2015

Размер:

2.64 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

кольцевым напряжениям; [s] – допускаемое напряжение от временного сопротивления материала при заданной температуре, МПа; jр – коэффициент прочности сварного шва (для стыкового сварного шва с двухсторонним проваром при автоматической сварке jр = 0,9); jотв – коэффициент ослабления конструкции отверстиями,

так как в обечайке нет отверстий, то jотв = 1.

Допускаемое напряжение вычисляется по следующей формуле:

	[s] = σв ,				(5.3)
		nв
где sв = 350 МПа –	временное сопротивление стали 12Х18Н10Т; пв –
коэффициент запаса по пределу прочности.
	[s] =	350 ×106	=146 ×106 Па.

	2,4
Тогда расчетная толщина стенки обечайки составит
sR =	0,125 ×1,6		= 0,76 ×10−3 м	= 0,76	мм.
	×146 × 0,9 ×1 - 0,125
2
Исполнительная толщина стенки элемента сосуда и аппарата
рассчитывается по формуле
	s ³ sR + с,				(5.4)

где с – величина прибавки к расчетной толщине, при неизвестной скорости коррозии для химических производств принимают с = 2 мм.

s ³ 0,76 + 2 = 2,76 мм.

Из конструктивных соображений принимаем s = 4 мм. Допускаемое внутреннее избыточное давление находится по

следующей формуле:

[ р] =	2	[s]jр (s - с)
			,	(5.5)

		D + (s - с)

[ р] = 2 ×146 × 0,9 × (0,004 - 0,002) = 0,33 МПа > р = 0,125 МПа.

1,6 + (0,004 - 0,002)

Следовательно, условие прочности выполнено.

5.1.2. Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением

К сосудам, работающим под наружным давлением, относятся сосуды с рубашками или сосуды, работающие под вакуумом.

Рубашки в химических аппаратах предназначаются для наружного нагревания или охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате главным образом жидких продуктов (рис.

5.1).

Расчет ведется по методике [2].

Расчетная толщина стенки рубашки вычисляется по формуле

				−2		1,1рR D
	sR	= max K2 D ×10			;			,	(5.6)
	sR	= max K2 D ×10			;			,	(5.6)
							2[s]
где K2	– коэффициент,	определяемый в зависимости от значения
коэффициентов K1 и K3 (рис. 3.3); D – внутренний диаметр рубашки,
м; рR –	расчетное давление, Па; 2 –		коэффициент, означающий, что

расчет ведется по максимальным кольцевым напряжениям; [s] – допускаемое напряжение, МПа.

Значение коэффициентов K1 и K3 находится по следующим формулам:

K =

пи рR

;

K =

(5.7)

2, 4 ×10−6 Е

где пи –

коэффициент запаса

устойчивости, пи = 2,4;

Е –

модуль

упругости материала стенки, Е = 2 × 1011 Па.

Расчетная длина аппарата определяется по формуле

= l

+ h +

Нд

- h ,

(5.8)

от

где lц –

высота цилиндрической части рубашки, м;

hот –

высота

отбортовки, м; Нд/3 –

высота днища, напряжение которого оказывает

влияние на цилиндрическую часть, м; hр –

высота рубашки, м.

Согласно ГОСТ 6533–83,

к проекту принимаем эллиптическое

днище с высотой отбортовки hот = 60 мм, высотой выпуклой части Нд = 400 мм и высотой рубашки hр = 150 мм [1]. Тогда

lR = 2,3 + 0,06 +		0, 4		- 0,15 » 2, 4 м;

			3
K =	2, 4 × 0,16 ×106				= 0,8;
	2, 4 ×10−6		× 2 ×1011
1

K3 = 2, 4 = 1,5. 1,6

По рис. 3.3 определяем K2 = 0,45, тогда

sR	= max	0, 45 ×1600 ×10−2	= 7, 2 мм;	1,1× 0,16 ×1600	=1,0 мм	= 7, 2 мм.
				2 ×146

Исполнительная толщина стенки обечайки находится по следующей формуле:

s ³ sR + с,

(5.9)

где с – величина прибавки к расчетной толщине, при неизвестной скорости коррозии для химических производств принимают

с = 2 мм.

s ³ 7,2 + 2 = 9,2 мм.

Окончательно принимаем по ГОСТ 14249–83 s = 10 мм. Допускаемое наружное избыточное давление вычисляется по

формуле

[р]=		[р]р			,	(5.10)

			[р]
				2
			р
	1 +		[р]
			е

где [р]р – допускаемое давление из условия прочности, МПа; [р]е – допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, МПа.

Допускаемое давление соответственно из условия прочности и устойчивости рассчитывается по следующим формулам:

[

р]

[s](s - с)

(5.11)

D + (s - с)

[ р]

2 ×146 × (0, 010 - 0, 002)

=1, 45 МПа;

1,6 + (0, 010 - 0,002)

18 ×10−6 Е

100(s - с)

[ р]

100(s - с)

(5.12)

nиB1

где

= min 1,0; 8,15

(5.13)

100(s - с)

1,6

= min 1,0; 8,15 ×

7,7 мм

=1,0

мм;

2, 4 100 × (0,010 - 0,002)

[ р]

= 18×10−6 × 2 ×1011

× 1,6 ×

100 ×(0,010 - 0,002) 2

100 ×(0,010 - 0,002)

2,4

×1,0

2,4

1,6

			= 0,177 МПа;
[р] =	1,45			= 0,18 МПа > рR = 0,16 МПа.


		1,45
			2
	1 +

		0,177

Следовательно, условия прочности и устойчивости выполнены.

5.2. Расчет корпуса резервуара шарового типа

Так как в химической промышленности широко используются резервуары шаровой формы и расчеты их затруднены, в качестве примера приводится расчет оболочки шаровой формы [10, 11].

Исходные

данные: внутренний

диаметр Dс = 10 500 мм

(рис. 5.2),

рабочее

давление

среды

р = 0,25 МПа,

плотность

среды

ρс = 1100 кг/м3,

t = 40°С.

рас-четная

температура

Материал

резервуара – двухслойная

сталь

(Ст3сп + 10ХГСН1Д),

скорость

коррозии

плакирующего

слоя из

стали 10ГСН1Д П= 0,053 мм/год, срок

служ-бы

τв = 20 лет, допускаемые

напря-жения для стали Ст3сп: [σ] =

= 152,9 МПа, [σ]20 = 154 МПа, [σ]и =

Рис. 5.2. Шаровой резервуар:

= 227 МПа;

коэффициент

1 –

корпус; 2 –

предохранительный

прочности сварных швов ϕр = 0,9.

клапан; 3 –

указатель уровня;

Расчетное

давление

4 – шлюзовая камера; 5 –

опора

определяется по формуле

pR = р + рг ,

(5.14)

где

рг – давление в

аппарате от действия веса

жидкости

(среды), МПа.

Давление в аппарате находится из уравнения

рг

= ρс gHж ,

(5.15)

где Нж – высота заполнения жидкостью шарового резервуара,

Нж = Dс = 10,5 м.

рг =1100×9,81×10,5 = 0,11 МПа > 0,05р = 0,05×0,25 = 0,0125 МПа.

Пробное давление при гидравлическом испытании (рR < 0,5 МПа и Нж > 8 м) вычисляется по следующей формуле:

pи = 1,5 р[R []σ]20 , (5.16)

pи = 1,5 × 0,36 ×154 = 0,54 МПа > 0,36 МПа. 152,9

Расчетная и исполнительная толщины основного конструкционного материала (сталь Ст3сп) без учета прибавки с, так как он защищен от воздействия среды плакирующим слоем, соответственно равны

рR Dс

4[σ]ϕр − рR

(5.17)

sR = max

риDс

4[σ]иϕр −

ри

0,36 ×10,5

= 6,9

×10−3 м

×152,9 × 0,9 -

0,36

= 7,0 ×10−3

= max

0,54 ×10,5

м;

= 7,0 ×10−3 м

× 227 × 0,9 - 0,54

sс = sR + с0 ,

(5.18)

где с0 – прибавка к расчетной толщине из условия округления величины до ближайшего большего стандартного значения

(ГОСТ 10885–85), мм.

sс = 7,0 + 1,0 = 8,0 мм.
Так как (s – с)/Dс = (0,008 – 0)/10,5 = 0,00076 < 0,1,	условие
применимости формул выполняется.
Толщина стенки плакирующего слоя из стали 10ХГСН1Д
находится по следующей формуле:
sпл = Пtв + с0/ ,	(5.19)

где с0/ – прибавка к расчетной толщине из условия округления величины до ближайшего большего стандартного значения (ГОСТ 10885–85), мм.

sпл = 0, 053 × 20 + 0,94 = 2 мм.

Исполнительная толщина стенки шарового резервуара из

двухслойной стали вычисляется по формуле
s = sс + sпл ,	(5.20)
sпл = 8 + 2 = 10 мм.

5.3. Расчет вала мешалки на виброустойчивость, жесткость и прочность

Расчет вала на виброустойчивость, жесткость и прочность ведется по методике, изложенной в справочных изданиях [9, 11, 14]. В качестве примера выполним расчет вала вертикального

аппарата с мешалкой.

Исходные данные: вал жесткий,

длина

вала

L = 3850 мм

(рис. 5.3),

координаты центра тяжести мешалок:

= 2080 мм,

l = 3080 мм;

координаты

опасных

сечений: по

жесткости z1 =

L/2

= 600 мм (торцовое уплотнение вала);

по прочности: z2 = 1925 мм (середина

пролета

вала),

z3 = 2080 мм

(шпоночная канавка); концентраторы

напряжений в опасных по прочности

сечениях:

–

отсутствуют; z3 –

шпоночная канавка; угловая скорость

Рис. 5.3. Аппарат с мешалками

вращения вала w = 25,5 рад/с; материал

и расчетная схема

вала

–

сталь

15ХМ (r = 7850 кг/м;

его однопролетного вала

Е = 2 × 1011 Па);

диаметр

аппарата

D = 1600 мм;

мешал-ки

–

пропеллерные; массы

мешалок

т1 = 66 кг,

т2 = 66 кг;

диаметр

мешалок: dм1 = 900,

dм2 = 900 мм; мощность,

потребляемая одной

мешалкой, N1 = N2 = 5300 Вт;

рабочая температура

аппарате

t = 80°С.

5.3.1. Расчет вала мешалки на виброустойчивость

Относительные координаты центра тяжести перемешивающих устройств соответственно равны

l1 = l1 = 2080 = 0,54 ; L 3850

l2 = l2 = 3080 = 0,8 . L 3850

Безразмерные динамические прогибы вала в центре тяжести перемешивающих устройств, согласно рис. 5.4, соствляют

yz3 = yl1 = f (l1) = f (0,54) = 0,96; yz 4 = yl 2 = f (l2 ) = f (0,8) = 0,5.

а	б

Рис. 5.4. Графики для определения безразмерных прогибов:

а – в пролете консольного вала yli =k1 L; yzj = k2 L, где k1 = f (li ; L), k2 = f ( z j ; L) ;
б – на консоли консольного вала yl1i	= f (l1i ; L);	yz1 j = f (z1 j ; L );
в – однопролетного вала yli	= f (li ); yzj	= f ( z j )
(L = L / L1, li = li / L, l1i = l1i / L1, z j = z j / L, z1 j = z1 j / L1 )
Безразмерный		приведенную
массу вала, определяется
		(5.21)

x = 7850 × 25,52 ×3,82 = 1,23×10−4. 3 × 2 ×1011

Приведенные к точке В (середина пролета вала) массы мешалок находятся по следующим формулам:

	m		= m		2 ,	m	= m		2 ;	(5.22)
				y				y
	1пp		1 l1			2пp	2 l 2
m	= 66 × 0,962	= 60,8 кг,				m	= 66 × 0,52			=16,5 кг.
1пp						2пp
Суммарная приведенная масса мешалок составляет
			mэ.пp = m1пp + m2пp ,							(5.23)

mэ.пp = 60,8 + 16,5 = 77,3 кг.

Расчетный диаметр вала определяется в соответствии с вспомогательными величинами А5 и А6:

А = 0,5xL2 ,

(5.24)

А = 0,5 ×1,23 ×10−4

×3,852 = 9,1×10−4 м2

;

А6 =

8mэ.пpxL

(5.25)

А =

8 × 77,3 ×1,23 ×10−4 ×3,85

=1,19 ×10−5

м4 .

3,14

× 7850

Тогда диаметр вала в опорном сечении Б равен

А +

А2

+ А ,

(5.26)

dб = 9,1×10−4 + (9,1×10−4 )2 +1,19 ×10−5 = 0,067 м = 67 мм.

Принимаем ближайший диаметр вала dб = 65 мм.

Масса единицы длины вала вычисляется по следующей формуле:

mл =	pd 2r	(5.27)
mл =	,	(5.27)
	4

mл = 3,14 × 0,0652 × 7800 = 26 кг/м. 4

Относительная масса мешалок рассчитывается из уравнения

	э.пр =	mэ.пр	,	(5.28)
m

		mлL

	э.пр =	77,3		= 0,77 .
m
		26	×3,850

Корень частотного уравнения a1, согласно рис. 5.5, находится по формуле

откуда a1 = 2,7.

		α1

1,9

1,8
1,8				L		= 0
				L

1,7				L1
				L1

1,6

	1,5

1,4

		1,3

	1,2

		1,1

	1,0

	0,9

		0,8

	0,7
			0		0,4
			0		0,4

a1 =

α1

2,5

0,2

0,4

0,6

0,8

0,8 1,2

mэ пр =

f .mл L

0,5

1,6 2,0

f (0,77) ,

(5.29)

	1			1,5 тэ.пр/тлL
				1,5 тэ.пр/тлL
	б
	б

2,4 2,8 3,2 тэ.пр/тлL1

Рис. 5.5. Корни α1 частотного уравнения для вала: а – консольного; б – однопролетного

Момент инерции сечения вала составляет

	I =	pd 4		(5.30)
			,
		64
I =	3,34 ×0,0654		= 8,72 ×10−7 м4 .

64

Первая критическая угловая скорость вала определяется по следующей формуле:

					a		1	2		El
				wкр =			1				,		(5.31)
				wкр =							,		(5.31)
						L				mл
		=		2
w			2,7	2	2 ×1011 × 8,72 ×10−7							= 40,3 рад/с.
w												= 40,3 рад/с.
кр		3,85							26
		3,85							26
Условие	виброустойчивости								w/wкр < 0,7 выполняется:				w/wкр =

=25,5/40,3 = 0,63 < 0,7.

5.3.2.Расчет вала мешалки на жесткость и прочность

Эксцентриситет массы мешалок вычисляется по формуле

= е

10−3

(5.32)

= е

10−3

= 1,98 ×10−4 м.

25,5

Относительная координата опасного по жесткости сечения в

месте установки уплотнения вала находится из уравнения

650

= 0,17 .

3850

Безразмерный динамический прогиб вала в опасном по жесткости сечении, согласно рис. 5.4, в, определяется по следующей формуле:

yz1 = f (z1 ) = f (0,17) = 0,38 .

Приведенные эксцентриситеты массы перемешивающих устройств соответственно равны

1,98 ×10−4

−4 м;

= 2,06 ×10

1пр

0,96

yl1

е2

1,98 ×10

−4

е2пр =

= 3,96 ×10

м.

0,5

yl 2

Приведенная масса вала составляет для однопролетного вала постоянного поперечного сечения

mв.пр =	0,5mлL,	(5.33)
mв.пр = 0,5 × 2,6	×3,85 = 50 кг.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 108 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Методички для специальности "Машины и аппараты..."

#
26.03.20153.6 Mб45Калишук_ПИАХТ.pdf
#
26.03.20151.04 Mб27Калишук_ПиАХТ_Ч.2.pdf
#
26.03.201531.06 Mб22Калишук_Процессы.pdf
#
26.03.2015682 Кб17Кулис_Основы управления.2010.pdf
#
26.03.20152.64 Mб45новосельская.pdf
#
26.03.2015297.48 Кб17Основы механизации_ Петров.pdf
#
26.03.2015715.93 Кб18Политология для з.о.2011.Крючек.pdf
#
26.03.2015883.99 Кб28Технология основных химических производств_Лихачева для з.о.pdf
#
26.03.2015239.18 Кб18экономика отрасли.2007 Сидорова Сюсюкина _Поз.141_.pdf
#
26.03.2015484.01 Кб21Экономика предприятияя отрасли для з.о.2006.pdf

		α1

1,9

1,8
1,8				L		= 0
				L

1,7				L1
				L1

1,6

	1,5

1,4

		1,3

	1,2

		1,1

	1,0

	0,9

		0,8

	0,7
			0		0,4
			0		0,4

		α1

1,9

1,8
1,8				L		= 0
				L

1,7				L1
				L1

1,6

	1,5

1,4

		1,3

	1,2

		1,1

	1,0

	0,9

		0,8

	0,7
			0		0,4
			0		0,4

		α1

1,9

1,8
1,8				L		= 0
				L

1,7				L1
				L1

1,6

	1,5

1,4

		1,3

	1,2

		1,1

	1,0

	0,9

		0,8

	0,7
			0		0,4
			0		0,4