- •Методическое пособие к выполнению курсового проекта по механике Расчет и конструирование химических реакционных емкостных аппаратов
- •Глава 1. Справочные таблицы к курсовому проекту по механике 4
- •Глава 2. Расчет корпуса аппарата 38
- •Глава 3. Расчет элементов механического перемешивающего устройства 55
- •Глава 4. Расчет опор корпуса химических аппаратов 80
- •Глава 6. Уплотнение вращающихся валов 91
- •Глава 7. Фланцевые соединения аппаратов 95
- •Глава 1. Справочные таблицы
- •1.1 Задание кафедры
- •1.2 Этапы курсового проектирования
- •2) Сталь двухслойная
- •1) Сталь толсто- листовая
- •Глава 2 Расчет корпуса аппарата
- •2.1. Конструктивные особенности корпусов аппаратов
- •2.2 Выбор комплектующих элементов и материалов
- •2.3 Расчет корпуса аппарата на прочность
- •2.3 Расчет корпуса при нагружен наружным давлением.
- •Глава 3 Расчет элементов механического перемешивающего устройства
- •3.1 Расчет мешалок
- •3.1.1 Типы и параметры мешалок
- •3.1.2 Расчет мешалок.
- •3.1.3 Определение осевого усилия вала.
- •3.1.4 Подшипники качения.
- •3.2 Расчет вала вертикального перемешивающего устройства
- •3.2.1 Расчет вала на виброустойчивость.
- •3.2.2. Проверка прочности на кручение и изгиб
- •3.2.3. Проверка на жесткость
- •Глава 4 расчет опор корпуса химических аппаратов
- •4.1Расчет опор.
- •Глава 5 уплотнения врашающихся валов
- •5.1 Сальниковые уплотнения
- •5.2 Торцовое уплотнение
- •5.3 Расчет уплотнений
- •Глава 6 фланцевые сооединения аппаратов
- •6.1 Фланцы.
- •6.2 Расчет фланцевых соединений.
- •Пример расчета
- •1.Выбор материала.
- •Расчетная часть
- •3.3Подбор уплотнения
- •3.6.1 Подбор подшипников.
- •3.6.2 Проверочный расчет.
- •3.10 Расчет фланцевого соединения
2.2 Выбор комплектующих элементов и материалов
Эскизная разработка конструкции аппарата сводится к выбору унифицированных комплектующих элементов: корпуса с внутренними устройствами, привода, мешалки, уплотнения вала мешалки. Корпус аппарата с внутренними устройствами выбирается по ОСТ 26-01-1246-75 [7], опоры аппарата - по ОСТ 26-665-72 [9].
Высота цилиндрической обечайки определяется в соответствии с заданным диаметром и номинальным объемом V корпуса аппарата. Толщина стенок оболочки корпуса определяется из расчета.
Привод выбирается по ОСТ 26-01-3225-75 [8] в соответствии с частотой вращения мешалки и номинальным давлением в корпусе аппарата. Одновременно устанавливается тип уплотнения для вала мешалки: сальниковое или торцовое [5] . При выборе типа привода необходимо учесть, что привода типа 1 и 3 в исполнении с концевой опорой для вала мешалки в аппарате, ненадежны в эксплуатации при воздействии абразивной и коррозионно-активной среды на вал и вкладыш подшипника.
Типоразмер мотор-редуктора выбирается в соответствии с заданной частотой вращения выходного вала и потребляемой мощностью электродвигателя
,
где Nэл.дв.- мощность, потребляемая приводом, кВт;
Nвых - мощность, потребляемая на перемешивание (по техническому заданию), кВт;
η1 - к.п.д. механической части Привода, η1=0,85...0.97;
η2 - к.п.д. подшипников, в которых крепится вел мешалки,
η3 - к.п.д., учитывающий потери мощности в уплотнении,
η4 - к.п.д., учитывающий потери в компенсирующих муфтах,
Опорные фланцы стойки привода должны соответствовать размерам опорных бобышек на крышке корпуса аппарата.
Вал мешалки выбирается на основании данных эскиза компоновки. Диаметр вала непалки выбирается наименьшим для данного привода. Длины отдельных участков вала определяется из эскиза компоновки.
Положение ступицы мешалки на валу определяется в зависимости от расстояния мешалки до днища корпуса hM. Рекомендуемые значения hM - в зависимости от типа и диаметра hM мешалки, типа корпуса аппарата, табл. 2.2.
Таблица 2.3
Тип мешалки |
Корпус с эллиптическим днищем |
Корпус с коническим днищем |
Трехлопастная турбин- ная открытая |
hM= dM |
hM=1,5dM |
Лопастная |
hM=(0,1…0,3)dM |
hM=1,5dM |
Рамная |
hM=(0,01…0,05)dM |
hM=0,3dM |
Мешалка (конструктивные размеры) выбирается по ОСТ 26-01-1245-75 [8] в соответствии с заданным типом и диаметром dM.
Выбор материалов. Материалы, выбранные для деталей и сборочных единиц, должны обеспечить надежность аппарата с мешалкой в работе и экономичность в изготовлении.
При выборе материала необходимо учитывать рабочую (расчетную) температуру в аппарате, давление и коррозионную активность рабочей среды. Стали со скорость корразии более 0,1...0,5 мм/год применять не рекомендуется,
2.3 Расчет корпуса аппарата на прочность
Расчетная часть курсового проекта должна включать проверочные механические расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).
Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной о тонкости материалов должен выполняться в соответствии с ГОСТ 14249-80 [3, 10].
Для выполнения расчета предварительно необходимо определить ряд параметров.
Расчетное давление - давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата.
Расчетное давление для элементов аппарата принимается, как правило, равным рабочему или выше его. Под рабочим давлением понимается максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процессе, без учета гидростатического давления среды.
Еели на элемент аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление должно быть повышено на эту же величину.
, (2.1)
где рс - рабочее Иэбытачнве давдение ереды, Па;
g = 9,8 – ускорение свободного падения, м/с2;
ρ – плотность жидкости, кг/м3;
х – расстояние от уровня жидкости до нижней точки рассчитываемого элемента м.
При расчете на прочность стенокк рубашки принимается
рр=рруб
где рруб - рабочее давление теплоносителя, Па.
Расчетное наружное деление {три йроверке станок корпуса на устойчивость определяется по формулам:
для элементов корпуса без рубашки
, (2.2)
где ррн - расчетное наружное давление, Па;
ра =105 - атмосферное давление. Па;
рс - остаточное давление в корпуое (при работе аппарата в условиях вакуума), Па. Для элементов корпуса, находящихся под рубашкой,
, (2.3)
Расчетная температура. За расчетную температуру принимаемся температура среды в аппарате.
Допускаемое напряжение для выбранного материала определяется по формуле , (2.4)
где [σ] - допускаемое напряжение,
η - поправочный коэффициент, учитывающий пожароопасность
и взрывоопасность среды в аппарате;
[σ]* - нормативное допускаемое напряжение. Па.
Для взрыво- и пожароопасных сред η=0,9, в остальных случаях принимают η=1,0.
Прибавка для компенсации коррозии C к расчетным толщинам конструктивных элементов, находящихся в контакте с агрессивной средой, определяется по формуле
, (2.5)
где П - скорость коррозии я рабачей ореде, мм/год}
Lh - сpoк службы аппарата количество лет.
2.3.1. Оболочки, нагруженные внутренним давлением.
1) расчет толщины стенки цилиндрической обечайки (рис.2.1).
, (2.6)
при ,
где D - внутренней диаметр корпуса;
рр - расчетное давление;
[σ] - допускаемое напряжение г ^
φ - коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки;
С - прибавка на коррозию;
Рис. 2.3. Расчетные схемы корпусов аппаратов:
а) с эллиптическим днищем и крышкой;
б) со съемной крышкой, эллиптическим
днищем и рубашкой;
в) со съемной крышкой и коническим днищем
С1 - дополнительная прибавка на округление до стандартной толщины листа.
Для стыковых и тавровых сварных швов с двухсторонним проваром, выполненных автоматической сваркой, допускается принимать φ=1,0. а при ручной сварке φ≤0,95. Для односторонних сварных швов φ≤0,9 [7];
2) расчет эллиптической крышки (днища) (рис. 2.3. а).
Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки
, (2.7)
где SЭ – толщина стенки эллиптические крышки, м.;
3) расчет конического днища с тороидальным переходом (рис. 2.3., в).
Для стандартных днищ при угле конуса α=45е толщина тороидальной части So принимается равной толщине конического элемента
, (2.8)
где SK – толщина стенки конического днища, м.;
Dp=0.8D - расчетный диаметр конического днища, м.