спхфу Метода Расчет и проект аппаратов с мешалкой Иванов, Алферова 2016

Параметры метрической резьбы болтов (шпилек) приведены в «Методических указаниях и заданиях», в таблице 16.

Рекомендуемые марки сталей крепежных деталей фланцевых соединений с учетом рабочих условий указаны в «Методических указаниях и заданиях», в таблице 17.

Выбор типа и материала уплотнительной прокладки определяется рабочей температурой, давлением и потребной частотой разборки соединения. Так, только одноразовую разборку допускают картонные и асбестокартонные прокладки. Несколько разборок допускают прокладки из паронита, фибры, фторопласта, комбинированные армированные прокладки с мягким наполнением (асбестоалюминиевые, асбестостальные). Многократные разборки требуют применения высоко эластичных материалов (резина, прорезиненная ткань, кожа, пластикат) либо цельно механических прокладок.

Характеристики наиболее часто применяемых прокладочных материалов приведены в «Методических указаниях и заданиях» в таблице 18. Размеры металлических и асбестометаллических прокладок для фланцевых соединений указаны в «Методических указаниях и заданиях» в таблицах 19 и 20.

Проверочный расчет фланцевого соединения сводится к определению прочности болтов (шпилек) для двух различных состояний – при монтаже соединения и в рабочих условиях и к проверке прочности уплотнительных прокладок [6].

Расчетная нагрузка на все болты (шпильки) фланцевого соединения в условиях монтажа Рб1 принимается наибольший из трех значений:

Здесь F– внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (–) сила (рис. 4), Н; М – внешний изгибающий момент (рис. 4), Нм; Q – равнодействующая внутреннего давления в аппарате, Н:

Q = 0,25πДсп2 Ррв ;

Кж – коэффициент жесткости фланцевого соединения, который при резиновой прокладке принимается равным 1,0; в остальных случаях 1,3;

Дсп – средний диаметр прокладки, м;

Дсп = 0,5(Д1 + Д2 ),

величины диаметров Д1 и Д2 приведены в «Методических указаниях и заданиях» (таблицы 19 и 20).

21

Rn – реакция прокладки (сила осевого сжатия фланцев, требующаяся для обеспечения герметичности соединения), Н:

Rп = Кпр π Дспb0 Ррв,

где Кпр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки (см. «Методические указания и задания» таблица 18); b0 – эффективная ширина прокладки, м;

bn = 0,5(Д1 – Д2) – ширина прокладки; Рпр – минимальное давление обжатия прокладки (см. «Методические указания и задания» таблица 18), Па ; [σ]σ20 – допускаемое напряжение для материала болтов при 20ºС, Па; Z – число болтов (шпилек) фланцевого соединения; fσ – площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы, м2 (см. «Методические указания и задания» таблица 16).

Внешняя осевая сила F и внешний изгибающий момент М могут возникать в результате, например, эксцентрических весовых, ветровых (для аппаратов колонного типа) и других внешних нагрузок. Для обычных условий эксплуатации внешние воздействия при расчете не учитываются,

т.е. F = 0, М = 0.

Расчетная нагрузка на все болты (шпильки) фланцевого соединения в

рабочих (эксплуатационных) условиях Рσ2 принимается равной:

Pσ2 = Pσ1 + (1 – Кж) ∙ (Q ± F) + Ft.

Здесь Ft – усилие, возникающее от разницы температур фланца и болтов в период эксплуатации, определяемое по выражению:

Ft = EσγZfσt(αtφ – 0,95αtσ),

где Еσ – модуль упругости материала болта при расчетной температуре, Па, (см. «Методические указания и задания» таблица 9); γ – коэффициент пропорциональности, принимаемый в соответствии с таблицей 21; t – расчетная температура фланца, принимаемая равной температуре рабочей среды в аппарате, ºС; ασt, αφt – коэффициенты линейного расширения материалов болтов и фланцев соответственно, по данным таблицы 12, (см. «Методические указания и задания»).

22

Рис. 4. Расчетная схема определения нагрузки на фланцевое соединение

Условие прочности болтов проверяется для обоих состояний – при монтаже и в рабочих условиях:

Pσ1 /(Z fσ ) ≤ [σ]σ20 ,

Pσ2 /(Z fσ ) ≤[σ]σ ,

где [σ]σ – допускаемое напряжение для материала болтов при расчетной температуре, Па.

Величины допускаемых напряжений [σ]σ20 и [σ]σ для материалов, наиболее часто используемых для фланцевых болтов, приведены в «Методических указаниях и заданиях» таблица 22. Для материалов, не вошедших в эту таблицу, допускаемое напряжение можно определить как:

23

[σ]σ= σTσ /nTσ,

где σTσ – предел текучести при данной температуре, Па; nTσ – коэффициент запаса прочности болтов по пределу текучести, принимаемой при контролируемой затяжке 2,4, при неконтролируемой – 2,8.

Величина предела текучести для некоторых углеродистых, низколегированных, теплостойких и кислотостойких сталей в зависимости от температуры приведена в таблице 23, (см. «Методические указания и задания»).

Условие прочности определяется по выражению:

Рσmax/ (πДспb) ≤ [Рпр],

где [Рпр] – допускаемое давление обжатия прокладки, принимаемое по данным таблицы 18, (см. «Методические указания и задания»).

2.6. Штуцера и люки

Для присоединения к аппаратам различных трубопроводов, установки арматуры и контрольно-измерительных приборов, как правило, используются разъемные фланцевые и резьбовые штуцера и бобышки, размеры которых унифицированы в соответствии со стандартными условными проходами Dу.

Фланцевыештуцераиспользуютсядляприсоединениятруб,арматуры и контрольно-измерительных приборов при Dу >10 мм, а резьбовые штуцера при Dу > 32 мм.

При наличии тепловой изоляции аппарата, вылет штуцеров должен быть таким, при котором фланцевое или резьбовое соединение штуцера находилось бы за пределами изоляции (снаружи), с целью доступа к этим соединениям для осмотра и подтяжки.

Кроме того, вылет штуцера должен обеспечивать удобную заводку фланцевых болтов со стороны аппарата.

При выполнении курсового проекта следует, оценив назначение и режим эксплуатации аппарата, выбрать необходимое количество штуцеров и разместить их на аппарате в соответствии с приведенными рекомендациями.

При определении назначения штуцеров можно, например, руководствоваться таблицей 24, (см. «Методические указания и задания»), где приведены также рекомендуемые условные проходы штуцеров для корпусов с эллиптическими крышками. Размеры фланцев для штуцеров приведены в таблице 25, (см. «Методические указания и задания»).

Люки аппаратов, размещаемые обычно на их крышках, предназначаются для очистки, профилактического осмотра и ремонта внутренней

24

полости аппарата, а также для монтажа и демонтажа перемешивающих

ииных устройств, находящихся внутри аппарата. В ряде случаев люки используются для загрузки технологического сырья.

Люки для проведения осмотра и монтажа внутренних устройств, как правило,должныустраиватьсяваппаратах,диаметромболее800мм.При необходимости залезания в аппарат, диаметр люка должен быть не менее 450 мм. Если производство внутренних работ возможно без залезания в аппарат, то устраивают люки диаметром не менее 150 мм, через которые должна свободно проходить рука человека. Конкретные рекомендации по выбору условного прохода люка приведены в таблице 24, (см. «Методические указания и задания»).

Конструкция крышки люка и способ ее крепления определяются тем, насколько часто предстоит пользоваться люком. Крепление крышки на обычных болтах (рис. 8 и табл. 27 см. «Методические указания

изадания») применяют в тех случаях, когда люком пользуются редко. При необходимости часто открывать и закрывать люк (например, при загрузке сырья) крышку крепят откидными болтами (рис. 7 и табл. 26, см. «Методические указания и задания») или предусматривают быстродействующие прижимы различных конструкций (бигельные, байонетные и др.).

Обечайки люков изготовляют из тех же материалов, что и обечайки аппаратов, фланцы люков – из тех же материалов, что и фланцы аппаратов.

2.7. Опорные устройства

Для установки аппарата на фундамент или на специальные несущие конструкции могут быть использованы опоры двух типов: опоры-стой- ки или опоры-лапы. Типовые конструкции опор нормализованы и размеры их подбирают по нагрузке, приходящейся на одну опору и по величине удельного давления, оказываемого на фундамент (несущую поверхность).

Расчётная нагрузка, воспринимаемая опорами аппарата, определяется максимальной его массой (брутто) в условиях эксплуатации либо при гидравлических испытаниях (при заполнении водой) с учетом дополнительных нагрузок от массы монтируемых на аппарате трубопроводов, арматуры и проч. Опоры изготовляются из стали Ст3.

Типовые конструкции опор обоих типов приведены в «Методических указаниях и заданиях» на рис. 9 и 10, а их размеры – в таблицах 28 и 29.

Присоединительные размеры опор-стоек и опор-лап рекомендуется принимать согласно таблице 31 и рисунку 11 (см. «Методические указания и задания»).

25

Проверочный расчет опор следует выполнять в такой последовательности:

а) Определяется расчетная нагрузка на одну опору G:

G = Gmax / non,

где Gmax – максимальный вес аппарата (при эксплуатации или гидравлических испытаниях), Н. Gmax определяется с учетом веса среды в аппарате

Gmax = (Ga + mж) g,

где Ga – масса аппарата, кг; mж – масса жидкой среды, кг. Масса жидкой среды

mж = Vж ∙ ρж ,

где Vж – объем жидкой среды в аппарате, м3.

Vж = 0,8 Vа ,

где Vа – объем аппарата, м3; определяется по размерам аппарата.

non– число опор, обычно принимаемое равным 3 или 4.

С достаточной для практики степенью точности, массу (Ga) аппаратов с эллиптическими и коническими днищами можно определить по графикам рис. 12 и 13 (см. «Методические указания и задания»), построенным в соответствии с таблицами каталога ЦИНТИ Химнефтмаш «Вертикальные аппараты с перемешивающими устройствами».

б) По данным таблиц 28 и 29 (см. «Методические указания и задания») выбирается типовая опора по условию G ≤ [G].

в) Проверяется опорная площадь опоры Fоп из условия прочности материала фундамента:

Fоп ≥ G /[σ]Ф ,

где [σ]Ф – допускаемое напряжение сжатия для материала фундамента, Па (МПа), (по данным таблицы 30 в «Методических указаниях и заданиях»).

Для подвесных опор-лап типа 2 опорная площадь Fоп определяется как площадь прокладного листа.

г)Проверяютсяребра(косынки)опорнаустойчивостьповыражению:

σ = 2,24G /(Z p Sb) ≤ Кс[σ],

где σ – напряжение сжатия при продольном изгибе ребра, Па; 2,24 – коэффициент, характеризующий действие неучтенных факторов; Zp – число ребер в опоре, обычно равное 2;S – толщина ребра (из таблицы 28 или 29, см. «Методические указания и задания»), м; b – вылет ребра (из таблицы

26

28 или 29, см. ««Методические указания и задания»), м;Кс – коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном изгибе, который для опор-стоек принимают равным 0,6, а для опор-лап – 0,4; [σ] – допускаемое напряжение для материала ребер опоры (по данным таблицы 7, см. «Методические указания и задания»), Па.

д) Проверяется прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата:

τс = G /(0,7K lш ) ≤ [τс ],

где τc – напряжение среза в швах, Па; К = (0,85…1,2) S – катет сварного шва, м; lш – общая длина швов, м (определяется конструктивно по конкретным опорам аппарата); [τc] – допускаемое напряжение среза для материала швов, принимаемое [τc] = 0,6 [σ], Па.

Масса самих опор типов 1, 2, 3 приведена в таблице 32 в «Методических указаниях и заданиях».

3. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Какотмечалось в разделе1, во многих отрасляхпромышленности широко применяется механическое перемешивание жидких сред. Это обстоятельство требует унификации как самих перемешивающих устройств, так и комплектующих частей привода к ним.

3.1. Типы и характеристики мешалок

Типы мешалок регламентированы ОСТ 26–01–1245–83 [37], извлечения из которого приведены на рис. 5...8 и таблицах 33–36 «Методических указаний и заданий». Наибольшее распространение в фармацевтической промышленности получили трехлопастная мешалка – тип 1 (рис. 5), лопастная мешалка – тип 3 (рис. 6), открытая турбинная мешалка – тип 6 (рис. 7) и рамная мешалка – тип 9 (рис. 8).

Тип, размеры (dм) и скорость вращения (nм) перемешивающего устройства инженер-проектировщик получает из опытных данных или по аналогии с подобным существующим процессом. В данной работе эти параметры приведены в техническом задании на проектирование.

27

Рис. 5. Трехлопастная мешалка типа 1.

28

Рис. 6. Лопастная мешалка типа 3.

29

Рис. 7. Турбинная открытая мешалка типа 6.

30