7.Механический расчет.

Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление

7.36 кгс/см² > 7 кгс/см²

где допускаемое давление из условия прочности

кгс/см²

а допускаемое давление из условия устойчивости а пределах упругости:

B1 =min

Расчет эллиптического днища, нагруженного наружным давлением P_н = 7 кгс/см²

Допускаемое наружное давление:

кгс/см² > 7 кгс/см²

где допускаемое давление из условий прочности:

кгс/см²

R=D

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

К_э

Где x=10*

H=0.25D=0.25*100=25 см.

Расчет мешалки.

Для перемешивания применяем лопастную мешалку

Диаметр мешалки равен:

dм=Dв/(1,4 ÷1,7),мм

где Dв-внутренний диаметр аппарата

dм=

b=0.1dм

b=0.1*700=70мм

hм=(0,1 ÷0,3)dм

hм-расстояние от днища аппарата до мешалки,мм

hм=0,3*700=210мм

Стандартные параметры для лопастной мешалки dм=700мм

Скорость вращения:

ω=6,6 рад/сек

n=1,05сек^-1

n=63,0 об/мин

Мощность =0,16 кВт

Расчет мощности:

Расчетная мощность N_м(Вт), потребляемая перемешивающим устройством собственно на перемешивание определяется по формуле:

N_м=κ_N*ρ_с*h³*d_м⁵, Вт

где d_м-диаметр мешалки, м

ρ_с-плотность перемешиваемой среды, кг/м³

h- частота вращения мешалки, об/сек

κ_N- критерий мощности

κ_Nзависит от центробежного критерияRe_ц, отношениеDв/dм, типа перемешивающего устройства.

Центробежный критерий Re_ц

Re_ц=ρ_сhd_м²/μ_с

где μ_с- динамический коэффициент вязкости смеси,Hּсек/м²

Re_ц=(1130,75*1,05*(0,7)²)/3000*10^-6=2*10⁵

κ_N=0,18

N_м=0,18*1130,75*(1,05)³*(0,7)⁵=39,6 Вт

Мощность, определяемая с учетом влияния внутренних устройств:

N=к₁*к₂*к₃*N_м

N=1.3*1.2*1.1*39.6=68Bт

Мощность двигателя:

N_дв=

где - КПД редуктора (=0,93)

-коэффициент запаса (=1,25)

N_дв=

Выбирается электродвигатель типа ВАО-42-4 исполнение обычное с мощностью 3,0 кВт и числом оборотов 270 об/мин

Размеры мешалки:

d_м=700 мм

d=50мм

b=70 мм

s=8 мм

m=6,3 кг

М_к^*=84Hм

М_к^*- наибольший крутящий момент при спусковой мощности.

Проверочный расчет вала.

Предварительный минимальный диаметр вала:

d= 1.71^3, м

где М` _к- расчетный крутящий момент на валу с перемешивающим устройством, Н*м

τ – допускаемое напряжение на кручение для материала вала. Для стали τ=44*10⁶Н/м²

М`_к =, Н*м

где N`_м – расчетная мощность, расходуемая на перемешивание, Вт

ω – угловая скорость вращения перемешивающего устройства, рад/сек

М`_к =Н*м

d=1.71 м

Масса единицы длины сплошного вала:

m=

где ρ – плотность материала вала, кг/м³ . Для стали ρ=7,85*10³ кг/м³

m=7.85*10³

Определим момент инерции поперечного сечения вала:

y=

y=

Определим коэффициенты к и а₁:

к=

а₁=

где М_м- масса перемешивающего устройства, кг

l₁иL– длина соответствующих участков вала

к=

а₁=

По полученным значениям из графика на рис. находим корень Lчастного уравнения:

L= f(к,а₁)= f(4,05;0,7)=1,4

Первую критическую скорость определяем по формуле:

где L– расчетная длина вала, м

E- модуль упругости материала вала, Н/м². Для сталиE=2,2*10¹¹Н/м².

ω₀₁=рад/сек

ω≤0,7 ω₀₁

6,6<2.6

Условие не выполняется. Конструктивно диаметр вала принимаем 50 мм.

Расчет фланцевых соединений.

Конструктивные размеры фланца.

Толщина втулки принята s_о= 20 мм

s < s_o < l,3s (16 < 20 < 20,8)

s_o – s < 5 (20 – 16 = 4 мм < 5 мм)

Толщина втулки:

s₁=₁s_o= 1,420 = 28 мм

где ₁= 1,4 приD/s_о= 1600/ 20 = 80 мм

Высота втулки:

мм.

Принимаем h_в= 50 мм = 0,05 м

Эквивалентная толщина втулки фланца

мм

Диаметр болтовой окружности:

D_б> D + 2(s₁+d_б+ u) = 1600 + 2(28 + 24 + 5) = 1714 мм,

где u= 5 мм, d_б= 24 мм, при р_р= 0,6 МПа и D = 1600 мм.

Принимаем

D_б= 1730 мм = 1,73 м.

Наружный диаметр фланца D_н> D_б+ а = 1730 + 47 = 1777 мм,

где а = 47 мм - для шестигранных гаек М24.

Принимаем D_н= 1780 мм = 1,78 м.

Наружный диаметр прокладки: D_н.п.= D_б– е = 1730- 70 = 1670 мм,

где е = 70 мм - для плоских прокладок d_б= 1730 мм.

средний, диаметр прокладки D_с.п.= Д_н.п.-b= 1670-20 = 1650 мм = 1,67 м

где b= 20 мм - ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра аппарата D = 1600 мм.

Количество болтов

n_бD_б/t_ш= 3,141730/96 = 55,53,

где t_ш= 4d_б= 424 = 96 мм -шаг расположения болтов.

Принимаем n= 68 , кратное четырём.

Высота фланца: мм

где _ф= 0,22

Принимаем

h_ф= 42 мм = 0,042 м

Нагрузки, действующие на фланец.

Равнодействующая внутреннего давления:

МН

Реакция прокладки.

R_п=D_с.п.b_ok_прр_р= 3,141,670,0172,50,1 = 0,02 МН,

где k_пр= 2,5 - для паронита;

b_о- эффективная ширина прокладки

м

Коэффициент жесткости фланцевого соединения: k_ж= 1,26

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

F_б1= k_жF_Д+ R_П= 1,260,22 + 0,02 = 0,24 MН

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

F_б2=F_б1+ (1 –k_ж)F_Д= 0,3 + (1 – 1,26)0,22 = 0,3 МН

Приведённый изгибающий момент:

M_о= 0,5(D_б – D_с.п)F_б1= 0,5(1,73-1,67)0,24 = 0,0072 МНм.

Проверка прочности и герметичности соединения.

Условия прочности болтов

0,24/563,410^-4= 12,6 МПа < 130 МПа

0,3/563,410^-4= 15,7 МПа < 126 МПа

Условие прочности неметаллической прокладки:

0,3/3,141,670,02 = 2,8 МПа < 130 МПа

Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном размером s₁:

МПа

Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером s_о:

_о=f_ф₁= 1,256,9 = 8,6 МПа

Окружное напряжение в кольце фланца:

МПа

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное МПа

Меридиональное МПа

Условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером s₁= 76 мм

;

МПа < 195 МПа

Условие выполняется.

Условие прочности для сечения, ограниченного размером s_о= 20 мм,

МПа < 1170 МПа

Условие выполняется.

Условие герметичности:

рад < 0,009 рад

где [] = 0,009 рад приD= 1600 мм < 2000 мм.

Условие выполняется.

Расчёт сопряжения рубашки с корпусом.

Определение вспомогательных параметров.

- коэффициент осевого усилия

- коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

- коэффициент длины сопряжения

- коэффициент отношения прочности корпуса и рубашки

относительная эффективная несущая длина конуса

- коэффициент сопряжения при помощи конуса

Допускаемое избыточное давление вМПа

Толщина стенки конуса

м

s₂s_2R+c

s₂= 4 + 2 = 6 мм, принимаемs₂= 8 мм.

Условие применения формул

1,06 < 1,2 - условие выполняется

0,5 < 1,2. - условие выполняется.

Расчет опор.

Вес конструкции:

Вес, приходящийся на одну опору:

Материал корпуса аппарата и лап- сталь (); число ребер в лапе; вылет опоры; лапы опираются на деревянные подкладки (); толщина стенки цилиндрического корпуса аппарата(), диаметр корпуса.

Принимаем отношение вылета лапы к высоте ребра . Тогда:

Расчетную толщину ребра определяем по формуле:

где - коэффициент, зависящий от соотношения; предварительно принимаем.

Отношение . При этомполучается не менее, значит,является окончательной.

Принимаем с учетом прибавки на коррозию толщину ребра . Выбираем длину опорной плиты лапы, а толщину ее.

Расчетная ширина опорной плиты лапы:

Принимаем .

Ребра привариваются к корпусу сплошным круговым швом с катетом . Общая длина сварного шва:

Прочность сварного шва припроверяем по формуле:

,

т.е. прочность обеспечена.

Полагая и, определим максимальные напряжения сжатия в корпусе аппарата в месте присоединения к нему лап. Предварительно находим значения параметров:

;

;

Момент от реакции опоры, действующий на лапу при расчетном плече :

По графикам определяем значение коэффициентов К: для ии.

Параметр для нахождения моментов, действующих на корпус, определяем по формуле:

для определения меридиональных моментов:

;

для определения кольцевых моментов:

По графику при иопределяем параметр, откуда:

По графику при иопределяем параметр

, откуда:

Параметр для нахождения сил, действующих на корпус, определяем по формуле:

По графику определяем значение коэффициентов К: для ии.

Для инаходим: по графику; по графику, откуда значенияибудут равны:

Суммарные напряжения сжатия в корпусе аппарата при толщине стенки в месте присоединения лапы (сверху) определяем:

в меридиональном направлении по формуле:

в кольцевом направлении по формуле:

Оба напряжения меньше допускаемого, и, следовательно, лапа может быть применена без накладки – ребра привариваются непосредственно к корпусу.