Проверка прочности стенки аппарата под опорой-лапой

Осевое напряжение от внутреннего давления:

;

,

где s₀ – толщина стенки рубашки в конце срока службы;

s – исполнительная толщина стенки рубашки;

с – прибавка для компенсации коррозии;

с₁ – дополнительная прибавка.

Окружное напряжение от внутреннего давления:

;

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок:

;

;

где К₁ = f(γ) – коэффициент, определяемый по рис. 14.6 [2, с.287],

γ – безразмерный параметр,

е – расстояние от наружной поверхности аппарата до оси элемента крепления опоры.

К₁ = 0,55

;

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

К₂ = 0,5 – коэффициент, определяемый по рис. 14.7 [2, с.287]

Условие прочности имеет вид:

;

условие выполняется.

где s_т = 252МПа [4, с.25],

А = 1 – для эксплуатационных условий [2, с.287].

Построение эпюр напряжений и деформаций для корпусных элементов аппарата

Цилиндрическая часть аппарата

Анализ геометрии:

Первый и второй главные радиусы кривизны соответственно равны:

R₁ = ¥;

R₂ = D/2 = 1,1м;

j = p/2 = сonst,

φ – является постоянной величиной, следовательно, не может служить текущей координатой. Принимаем новую текущую координату dx = R₁×dj.

Компоненты внешней поверхностной нагрузки: Х = 0; Z = - P = сonst.

Нагрузка свободного края: ;

Внутренние силы

Меридиональная сила: ;

Кольцевая сила: .

Напряжения

Меридиональное напряжение: ;

Кольцевое напряжение: ;

Эквивалентное напряжение: ;

Первое главное напряжение: ;

Третье главное напряжение: ;

Радиальная деформация

.

Эллиптическое днище

Анализ геометрии: j [0;p/2].

А = f(φ), В = f(φ),

;

;

при j = p/2:

;

;

при j = 0:

Рисунок 16 – Эллиптическое днище

;

Проекции внешних сил

Х = 0; Z = - P_R; Q = 0.

Внутренние силы

при j = p/2, т.е. в точках экватора:

;

.

при j = 0, т.е. в точках полюса:

;

.

Напряжения:

при j = p/2:

при j = 0:

Радиальные деформации

при j = p/2:

.

при j = 0

.

Найдем координату φ, где напряжения от кольцевых сил равно нулю:

при Т = 0;

;

;

;

4sin²φ + cos²φ = 2;

3sin²φ + 1 = 2;

3sin²φ = 1;

sin²φ = 1/3;

.

Коническая часть аппарата

Анализ геометрии: R₁ = ¥; R₂ = x×tga; j = p/2 - a = сonst; R₂ = D/2; φ – является постоянной величиной, следовательно, не может служить текущей координатой. Принимаем новую текущую координату dx = R₁×dj.

Проекции внешних сил

Х = 0; Z = - P_R; Q = 0.

Внутренние силы

при x = x_max:

при x = 0:

Рисунок 17 – Расчётная схема конического днища

Напряжения

при x = x_max:

при x = 0:

Деформации

при x = x_max:

.

при x = 0:

.

Торовая часть аппарата

Анализ геометрии: j = p/4; j₁ = p/2;

R₁ = R_б = 0,2м = const; j [(p/2)-a; p/2].

при j_i = j:

;

при j_i = j₁:

;

Проекции внешних сил

Х = 0; Z = - P_R; Q = 0.

Внутренние силы

при j_i = j:

при j_i = j₁:

Напряжения

при j_i = j:

при j_i = j₁:

Деформации

при j_i = j:

.

при j_i = j₁:

.

Рисунок 18 – Эпюра меридиональных Рисунок 19 – Эпюра кольцевых

напряжений, МПа напряжений, МПа

Рисунок 20 – Эпюра радиальных Рисунок 21 – Эпюра эквивалентных

Деформаций, мм напряжений, МПа

Заключение

В результате проделанной работы рассчитан и спроектирован стальной сварной аппарат с перемешивающим устройством объемом V_н = 10м³.

Поддержание оптимальной температуры проведения процесса в аппарате осуществляется с помощью теплоносителя циркулирующего внутри рубашки. Рубашка крепится к корпусу с помощью сварки. Аппарат устанавливается и крепится с помощью трех сварных опорных лап. Перемешивающее устройство (мешалка лопастная) приводится в действие от мотор-редуктора типа МПО1–10–64/3–Ф1В–ТУ2–056–223–84.

В процессе выполнения курсового проекта был:

1. произведен подбор основных элементов аппарата (обечайка цилиндрическая, днище эллиптическое, днище коническое) и рубашки;

2. рассчитаны толщины стенок основных элементов аппарата и рубашки;

3. подобраны и рассчитаны штуцера для всех технологических отверстий, предусмотренных в аппарате;

4. сконструированы и подобраны фланцевые соединения;

5. проверено на прочность и жесткость фланцевое соединение между эллиптическим днищем и цилиндрической обечайкой;

6. произведено конструирование и расчет укрепления отверстий аппарата;

7. подобраны опоры и проведена проверка прочности стенки аппарата под опорой;

8. выбран привод и уплотнение вала мешалки;

9. произведен расчет вала на виброустойчивость, жесткость и прочность;

10. построены эпюры напряжений для корпусных элементов аппарата.

Список использованной литературы

1. ГОСТ 14249—89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
2. Лащинский А. А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1981. - 382с.
3. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752с.
4. Оборин В.Н., Родный М.В., Веткин Ю.А. Конструирование и расчет технологического оборудования: Учеб. пособие / ЯГТУ - Ярославль, 2003.