Расчет и конструирование аппарата с перемешивающим устройством

где П – скорость коррозии в рабочей среде. П=0,1 ;

 - срок службы аппарата.

 

3.1.2.Расчет оболочек, нагруженных внутренним давлением

 

1) 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:

C – прибавка на коррозию;

С₀ – дополнительная прибавка на округление до стандартной толщины листа.

 

3.1.3. Расчет эллиптической  крышки и конического днища.

 

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

 

 

 

3.1.4. Расчет оболочек, нагруженных наружным давлением.

 

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

 

Предварительный расчет:

 

n_у = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

Е = 2,00∙10⁵ МПа – модуль продольной расчетной упругости

для легированной стали  обечайки при расчетной температуре (100⁰С);

L – расчетная длина гладкой обечайки;

D – внутренний диаметр аппарата.

 

при номинальном объеме 12,5 м³   L=2061 мм (H2-H6)

ОСТ 26-01-1246-75

 

 

 

 

 

 

K₂ определяем по номограмме в учебнике Лащинского

 

 

.

 

K₂ = 0,03

 

 

Проверочный расчет:

 

При проверочном расчете  находят допустимое наружное давление для данной толщины и проверяем  условие:

 

Проверяем допускаемое  наружное давление.

 

Допускаемое давление из условия прочности:

 

 

Вспомогательный коэффициент:

 

Допускаемое давление из условия устойчивости:

 

 

Определяем допускаемое наружное давление:

 

Условие выполняется, если

0,08 МПа < 0,105 МПа – условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема корпуса дана на рис. № 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Подбор и расчет привода

 

Определение мощности потребляемой приводом

 

,

где N_эл.дв. – мощность, потребляемая приводом, кВт;

N_вых. – мощность, потребляемая на перемешивании, кВт;

- К.П.Д. подшипников, в которых крепится вал мешалки,

- К.П.Д., учитывающий потери в  компенсирующих муфтах,

- К.П.Д. механической части  привода,

- К.П.Д., учитывающий потери мощности  в уплотнении,

 

 

Выбираем стандартный по мощности двигатель. N_ст=5,5 кВт. Для двигателя полученной мощности и заданной частоты выходного вала n=63 мин^-1 по таблице рекомендован привод типа 2, привод со встроенными в редуктор опорами вала мешалки. Исполнение привода – 1 ( для установки на крышке).

Номинальное давление аппарата 2,5МПа.

 

Определение расчетного крутящего момента на валу:

 

,

где k_д – коэффициент динамической нагрузки для рамных мешалок k_д=2,0

 

Определение диаметра вала.

 

Размер привода выбирается по диаметру вала

,

где [τ_кр] – допускаемое напряжение при кручении, МПа.

[τ_кр]=20 МПа.

d_станд. = 80мм по ОСТ 26-01-1225-75, стандартный диаметр вала в зоне уплотнения.

 

Стандартный привод по условиям работы подшипников и наиболее слабых элементов конструкции рассчитан на определенное допустимое осевое усилие [F], которое для привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 равно 21800. Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

где d – диаметр вала в зоне уплотнения;

А_упл – дополнительная площадь уплотнения, м;

G – масса вращающейся части привода;

F_м – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой.

 

G=(m_в + m_меш + m_муф)∙g

где m_в – масса вала;

m_меш – масса мешалки, m_меш = 47 кг, d_{станд.меш.} = 45 мм по ОСТ 26-01-1245-75

m_муф – масса муфты, m_муф = 18 кг, d_{станд.муф.} = 50 мм по ОСТ 26-01-1226-75

L_в – длина вала;

ρ – плотность стали, .

L_в = 2300+772= 3072мм.

G = (121,1 + 47 + 18)∙9,81 = 1826,2 H.

 

Осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой находится  по следующей формуле:

Сравниваем полученные значения сил F_вверх и F_вниз с допустимой нагрузкой [F]:

 

2966,4 H < 21800 H

-2856,8H < 21800 H.

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75.

В = 695 мм;     l₂ = 480 мм;

L = 280 мм;     S = 16 мм;

H₁ = 758 мм;     D = 430 мм;     

h=1375 мм     D₁ = 540 мм;

h₁ = 772мм;     m=615 кг;

Н=1850 мм;

Эскиз привода представлен на рисунке 2.

 

3.  Подбор и расчет уплотнения вращающихся валов

 

Подбираем торцевое уплотнение. Выбор уплотнения обусловлен высоким  внутренним избыточным давлением:

Р_изб=0,55МПа

Причем торцевое уплотнение обладает рядом преимуществ:

1. Они работают с незначительной утечкой газа.
2. В период нормальной работы не требуют обслуживания.
3. Является более надежным, чем сальниковое уплотнение.
4. Правильно подобранное торцевое уплотнение отличается большой устойчивостью и долговечностью.

 

Основные размеры торцевого уплотнения:

 

d=80 мм;     Н=280 мм;

D=330 мм;     Н₁=230 мм;

D₁=280 мм;     h=70 мм;

D₂=195 мм;     d₁=27 мм;

D₃=275 мм;     m=60 кг;

 

Расчет торцевого  уплотнения

 

Расчетное осевое усилие определяется по формуле:

где Р – избыточное давление в аппарате (со знаком плюс) или в вакууме (со знаком минус), Па;

d – диаметре вала мешалки в области уплотнения, м;

А_упл = 2500 мм – дополнительная площадь в уплотнении воспринимающая осевую силу давления;

G – вес вращающихся частей (мешалка, вал, соединительные муфты), Н;

F_м – осевая гидродинамическая сила мешалки, берется со знаком плюс при направлении вверх, в противном случае со знаком минус, Па;

Сравниваем полученные значения сил с допустимой нагрузкой

2966,4 H < 21800 H

-2856,8H < 21800 H.

 

Условие выполняется, выбранное уплотнение подходит.

 

Эскиз представлен на рисунке №3.