3. Расчетная часть

Расчетная часть курсового проекта включает в себя проверочные расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

3.1 Расчет геометрических частей аппарата

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов выполняется в соответствии с ГОСТ 14249-80.

3.1.1 Определение расчетного давления в аппарате:

Расчетное давление – давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата. По стандарту за рабочее давление принимается внутреннее давление среды в аппарате. Расчетное давление – это рабочее давление в аппарате без учета кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительных устройств.

,

где Р_изб – избыточное давление среды. Задается условиями технологического процесса.

- гидростатическое давление;

ρ – плотность жидкой среды, .

.

g=9,8 - ускорение свободного падения.

Н_ж – высота столба жидкости.

Р_гидр учитывается, если оно превышает 5% от давления .

- не учитывается.

Расчетное внутреннее давление:

3.1.2 Расчет наружного давления для проверки стенок корпуса на устойчивость:

Для элементов корпуса без рубашки:

,

где Р_а – атмосферное давление, Р_а=0,1МПа.

Р_о – остаточное давление. Р_о=0,01МПа.

3.1.3 Определяем допускаемое напряжение для выбранного материала

,

где - допускаемое напряжение;

- поправочный коэффициент, учитывающий взрывоопасность среды,

- среда безопасна[1.c.7];

- нормативное допускаемое напряжение [с.14, табл. 1.3].

Поправка для компенсации коррозии С к расчетным толщинам конструктивных элементов:

,

где П – скорость коррозии в рабочей среде. П=0,1 [с.13, табл. 1.2];

- срок службы аппарата.

3.1.4 Расчет оболочек, нагруженных внутренним давлением

Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки:

,

где D – внутренний диаметр корпуса;

- расчетное давление;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки, для стыковых и тавровых швов с двусторонним проваром и выполненных автоматической сваркой: [с.43]

C – поправка на коррозию;

– прибавка для округления до стандартного значения.

Округляем до рекомендуемого стандартного значения сортамента листовой стали: Сталь толсто-листовая по ГОСТ 5681-57, стандартная толщина =8. [с.13, табл. 1.7.1].

Отсюда находим мм.

3.1.5 Расчет эллиптической крышки и днища:

Так как днище неразъемное, то для удобства сварки и уменьшения краевых сил при переходе от одной толщины к другой, необходимо чтобы толщина стенок днища и цилиндрической обечайки была одинаковой.

3.1.6 Расчет оболочек, нагруженных наружным давлением:

При определении толщины оболочки аппарата проводят два расчета: предварительный и проверочный. При предварительном расчете определяют ориентировочное значение толщины стенки, а затем проверяют выбранную толщину на допустимое давление.

Предварительный расчет.

Толщину стенки определим по объединенной формуле из условия устойчивости и прочности:

n_у = 2.4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии [с.11];

Е = 2∙10⁵ МПа – модуль продольной расчетной упругости для материала обечайки при расчетной температуре стенки = 20ºС, выбираем легированную сталь [с.15, табл. 1.4];

L – длина гладкой обечайки;

D – внутренний диаметр аппарата;

L = H₂ – H₆ ,

где , при номинальном объеме [с.13, табл. 6]

ОСТ 26-01-1246-75.

K₂ определяем по номограмме в учебнике Лащинского , [с.44],

K₂ = 0,28.

Стандартная толщина по сортаменту листовой стали (сталь толсто-листовая по ГОСТ 5681-57), [с.16, табл. 1.7.1]. Отсюда величина допускаемого отклонения

мм.

Проверочный расчет.

При проверочном расчете находят допустимое наружное давление для данной толщины обечайки и проверяют условие .

Проверяем допускаемое наружное давление:

Допускаемое давление из условия прочности:

Вспомогательный коэффициент:

Допускаемое давление из условия устойчивости:

Определяем допускаемое наружное давление:

Условие выполняется если .

0.09 МПа < 0.138 МПа – условие выполняется.

Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.

Расчет толщины стенки стандартного эллиптического днища, работающего под наружным давлением

Стандартная толщина по сортаменту листовой стали (сталь толсто-листовая по ГОСТ 5681-57), [с.16, табл. 1.7.1]. Отсюда величина допускаемого отклонения

мм

3.2. Подбор и расчет привода

Для приведения во вращение механических перемешивающих устройств в химических аппаратах служат приводы, где в качестве движущей силы используется главным образом электроэнергия. в последнее время стали также применяться гидроприводы, где в качестве движущей силы используется находящаяся под давление жидкость (масло).

Обычно принятый термин «привод» соответствует в повседневном употреблении двум понятиям – функциональному и предметному. Кроме широко распространенного понятия двигателя или группы приводных двигателей, под приводом следует понимать конструктивную сборочную единицу, в состав которой входят: вал, передача, приводной двигатель и устройства, регулирующие работу всего комплекса.

Существует весьма много различных конструкций приводов, в которой большей частью применяются стандартные многооборотные двигатели и типовые механические редукторы для снижения числа оборотов вала перемешивающего устройства до требуемого по расчету.

Наибольшее распространение в химическом аппаратостроении получили выносные индивидуальные приводы со стандартными электродвигателями и типовыми редукторами, устанавливаемые на крышке или верхнем днище аппарата.

Ввод вала таких приводов в аппарат обычно должен быть уплотнен вследствие наличия избыточного давления или вакуума в аппарате. Уплотнение вала осуществляется различными способами, зависящими в основном от давления среды в аппарате, требуемой степени герметизации и других специфических условий, предъявляемых к тому или иному аппарату. Любое уплотнение вала в процессе эксплуатации не обеспечивает полную герметизацию указанного соединения и поэтому является «слабым» местом такого рода приводах, особенно для аппаратов, в которых перерабатываются взрывопожароопасные и токсичные вещества.

Механические условия работы приводов мешалок являются более легкими, чем в случае приводов других машин (например, танков, строительных машин и т.п.), поскольку большинство мешалок работает с постоянной окружной скоростью и без изменений нагрузки, что положительно влияет на к.п.д. привода и срок его службы. Отрицательно же влияние на привод оказывает химическая среда, действию которой он подвергается. Это вызывает необходимость применения коррозионностойких конструктивных материалов, что в значительной степени повышает стоимость привода.