Оболочки, нагруженные наружным давлением.

1) Толщину стенки цилиндрической обечайки предварительно определяют по формуле:

где S – толщина стенки аппарата, мм;

K₂ – коэффициент устойчивости;

D – внутренний диаметр обечайки, мм;

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

[s] – допускаемое напряжение, МПа,

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Коэффициент К₂ находят по номограмме по вспомогательным коэффициентам К₁ и К₃. Коэффициент К₁ находят:

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

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

Е – модуль упругости, МПа.

Коэффициент К₃:

где L – длина цилиндрической части оболочки, мм;

D – внутренний диаметр, мм.

Длина цилиндрической части корпуса находят:

где Н_корп=1300 мм;(табл.11, Расчет опор химических аппаратов)

Н₆=340 мм.

По номограмме из УМП {2} находим К₂=0,55.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 10 мм с учетом всех отклонений. (табл.7, Справочные таблицы)

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверяют допускаемое наружное давление:

где давление из условия прочности:

,

а допускаемое давление из условия устойчивости:

Вспомогательный коэффициент B₁ рассчитывают из соотношения:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0,45≥0,44 МПа.

2) толщина стенки эллиптического днища, работающего под наружным давлением, определяется:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 10 мм с учетом всех отклонений. (табл.7, Справочные таблицы)

После этого проверяем допускаемое наружное давление:

Допускаемое давление из условия устойчивости находят:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0,48≥0,44 МПа.

3) расчет толщины рубашки:

Р_р = Р_руб

где S – толщина цилиндрической обечайки, мм;

Р_р – расчетное внутреннее давление, МПа;

D – внутренний диаметр, мм;

[s] – допускаемые напряжения, МПа;

j – коэффициент сварного шва;

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

По сортаменту листовой стали выбираем толщину S=10 мм с учетом допускаемых отклонений от стандартной толщины и С_о=3,92 мм. (табл.7, Справочные таблицы)

Толщины обечайки, крышки и днища подобраны верно.

Толщина стенки обечайки, днища и крышки с учетом наружного и внутреннего давления равна 6мм.

Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3.2 Подбор привода.

Для вращения мешалки подбирают стандартный привод в зависимости от частоты вращения мешалки и потребляемой ею мощности, внутреннему давлению и способу установки привода на аппарате.

Мощность привода рассчитывают:

где N_эл.дв. – мощность привода, кВт;

N_вых – мощность, потребляемая мешалкой, кВт;

η₁ =0,97 – КПД механической части привода;

η₂ =0,99– КПД подшипников;

η₃ =0,98 – потери в уплотнении;

η₄ =0,99 – потери в муфте.

Подбираем тип привода 2, исполнение 1 для установки на крышке аппарата, (табл.8, Справочные таблицы)

Мощность 3,0 кВт. (табл.15, Справочные таблицы)

Размер привода выбирается по диаметру вала. Найдём диаметр необходимого вала. Минимальное значение диаметра находят:

где d – диаметр вала, м;

Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;

[τ] – допускаемые напряжения кручения, Па.

Крутящий момент рассчитывают:

где Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;

К_σ =2 – коэффициент динамической нагрузки;

N_эл.дв. – мощность привода, Вт;

n – частота вращения, об/мин.

Следовательно, подбираем габарит 1 с диаметром вала d=65 мм. (табл.24, Справочные таблицы)

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 1 равно 14100. (табл.17, Справочные таблицы) Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

где А_упл – дополнительная площадь уплотнения, м;

G – масса части привода, кг;

F_м – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой, Н.

G=(m_в + m_меш + m_муф)∙g

где m_в – масса вала;

m_меш – масса мешалки, m_меш = 2,89 кг. (табл.3, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов)

m_муф – масса муфты, m_муф = 26,4 кг. (табл.26, Справочные таблицы)

L_в – длина вала;

ρ – плотность стали, .

L_в=Н_кор.+l₂+h₁+30-h_м

где Н_кор –длина корпуса,мм; Н_кор=1300мм. (табл.11, Расчет опор)

l₂-расстояние между подшипниками, мм; l₂=400мм. (табл.14, Справочные таблицы)

h₁-длина вала мешалки, мм; h₁=645мм. (табл.14, Справочные таблицы)

h_м- расстояние от мешалки до днища корпуса,мм.

h_м=0,3×d_м=150мм. (табл.2.1 Расчет и конструирование аппаратов)

L_в=1300+400+645+30-150=2225 мм.

m_в=57,93 кг.

А_упл.=3250, т.к. уплотнение торцевое(d = 65мм). (табл. 2, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов)

G=(57,93+2,89+26,4)×9,8=854,756 Н.

F_m=0,56× Т‛/ d_м=0,56×644,6/0,5=722Н.

F_вверх.=0,9×(3,14×65²/4 +3250)-854,756+722=5777Н.

F_вниз.=-(0,1-0,01)×(3,14×65²/4+3250)-854,756+722=-1445,8Н.

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

5777H <14100H

-1445,8H<14100H. Условие выполняется

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 1 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75 (табл. 14, Справочные таблицы):

В = 575 мм; l₂ = 400 мм;

L = 235 мм; S = 14 мм;

H₁ =630 мм; D = 300 мм;

h = 1150 мм; D₁ = 390 мм;

h₁ = 645мм; m_прив = 308 кг.

d=65;

Эскиз привода представлен на рисунке 2.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Выбор уплотнения.

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

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Причем торцевое уплотнение обладает рядом преимуществ:

1) они работают с незначительной утечкой газа;

2) в период нормальной работы не требует обслуживания;

3) является более надежным, чем сальниковое уплотнение;

4) правильно подобранное торцевое уплотнение отличаются большой устойчивостью и долговечностью.

Самый ответственный элемент торцевого уплотнения – пара трения, состоящая из двух колец – подвижного( вращающегося) и неподвижного, которые прижимаются друг к другу по торцевой поверхности с помощью пружин. Обычно одно кольцо изготовляют из более твердого материала. Герметичность обеспечивается путем контакта двух кольцевых поверхностей. Наиболее широко применяются следующие материалы в различных комбинациях: кислотостойкая сталь, бронза, керамика, графит, фторопласт и твердая резина. Трущиеся поверхности должны быть отшлифованы и тщательно притерты. Одинарное торцевое уплотнение состоит из следующих основных де­талей: сильфона 1, приваренного к стакану 2 и неподвижному кольцу, вращающегося кольца 3 и водила 5. Трущиеся кольца закрыты кожухом 6, связанным с фланцем. Водило крепится на валу аппарата и связано вин­тами с подвижной втулкой 4. Торцевое уплотнение подбираем по диаметру проходного вала, в нашем случае составляет 65мм. Основные размеры торцевого уплотнения представлены на рисунке 3.

Основные размеры торцевого уплотнения (табл. 2, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов):

d= 65 мм; H= 260 мм;

D= 270 мм; 220 мм;

240 мм; h= 60 мм;

165 мм; 18 мм;

235 мм; m= 50 кг.

3.4. Расчёт элементов механического перемешивающего устройства.

Расчет вала мешалки.