Выбор конструкционных материалов
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)
Кафедра теоретических основ
химического машиностроения
Факультет: 2
Курс: 3
Группа: 225
Учебная дисциплина: ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: АППАРАТ С МЕШАЛКОЙ
Пояснительная записка
ПЗ
Студент: Петров А.Г.
Руководитель: Шмакова Л.Н.
Оценка за курсовой проект____ подпись руководителя__________
Дата защиты проекта________________
Санкт - Петербург
Содержание
Введение……………………………………………………………..3
1 Цель и задачи проекта……………………………………………..3
2 Эскизный проект……………………………………………………………6
2.1 Выбор конструкционных материалов…………………………………….6
2.2 Расчётная температуры……………………………………………………7
2.3 Определение допускаемых напряжений…………………………………..7
2.4 Определение рабочего, расчётного, пробного и условного давления…..9
2.5 Выбор комплектующих элементов………………………………………..12
2.6 Оценка надежности выбранного варианта компоновки аппарата………13
3 Технический проект………………………………………………………….15
3.1 Расчёт элементов корпуса аппарата……………………………………….15
3.1.1 Определение коэффициентов сварных швов и прибавки для компенсации коррозии………………………………………………………….15
3.1.2 Расчёт толщины стенок из условия прочности………………………….16
3.1.3 Расчёт толщины стенок из условия устойчивости………………………17
3.1.4 Определение исполнительной толщины стенок оболочек……………...19
3.1.5 Определение допускаемых давлений……………………………………20
3.1.6 Укрепление отверстий……………………………………………………21
3.1.7 Фланцевые соединения…………………………………………………...25
3.1.8 Расчёт опор и монтажных цапф………………………………………….31
3.2 Расчёт элементов механического перемешивающего устройства………33
3.2.1 Валы мешалок……………………………………………………………...33
3.2.2 Мешалки……………………………………………………………………40
3.2.3 Шпоночное соединение ступицы мешалки с валом…………………….41
3.2.4 Муфта………………………………………………………………………42
3.2.5 Уплотнения…………………………………………………………..……43
Заключение……………………………………………………………………..45
Список использованных источников………………………………………46
Введение
Тематика курсового проекта - аппараты с мешалками. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами являются самыми распространенными в химической и смежных отраслях промышленности. Они могут служить в качестве аппаратурного оформления для большого числа разнообразных химико-технологических процессов (например, перемешивания, растворения, экстракции, флотации и т. д.). С методической точки зрения такие аппараты позволяют овладеть разработкой и проектированием широкого ряда химических аппаратов, поскольку включают многие элементы (корпус, фланцы, опоры, уплотнения, люк), широко применяемые в аппаратах других типов.
Современное технологическое оборудование включает в себя разнообразные машины, аппараты и приборы. Машинаэто устройство, совершающее механические движения с целью выполнения полезной работы за счет преобразования энергии. Кинематической основой любой машины является механизм, т.е. устройство в виде системы тел, преобразующее движение одних тел в целесообразное движение других тел. Под термином аппаратв химической промышленности понимают устройство, в котором технологический процесс осуществляется за счет физико-химических превращений. Технологические процессы протекают при определенном давлении и температуре обрабатываемой среды. Аппараты обычно оснащаются различными машинами, механизмами, приборами (устройствами, выполняющими функции контроля, измерения, регулирования и управления), а также теплообменными устройствами.
Цель и задачи проекта
При проектировании технологического оборудования необходимо учитывать следующие общие требования: экономичность и надежность.
Экономичностьопределяется общими затратами средств на проектирование, изготовление, монтаж, эксплуатацию и утилизацию оборудования после истечения его срока службы.
Надежность - это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного срока службы (10 - 15 лет).
Проектирование - это разработка общей конструкции изделия.
Конструирование - это определение формы и размеров всех элементов общей конструкции изделия.
Проект - комплекс текстовых и графических документов, полученных в результате проектирования и конструирования, и предназначенных для изготовления, контроля и эксплуатации изделия.
При проектировании необходимо соблюдать правила проведения проектных работ и оформления конструкторской документации.
Особое внимание при проектировании, изготовлении и эксплуатации уделяется аппаратам, работающим под давлением к которым, в частности, относятся аппараты с мешалками. На всех стадиях создания и эксплуатации эти аппараты должны удовлетворять таким документам как «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (Правила Госгортехнадзора), обязательные для всех предприятий и организаций, проектирующих, изготавливающих и эксплуатирующих сосуды, работающие под давлением; ГОСТы, имеющие силу закона; нормативно-техническая документация, распространяемая на данную отрасль или завод.
Правила Госгортехнадзора (Комитета по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору) определяют требования к устройству, изготовлению, монтажу, ремонту, испытаниям и эксплуатации сосудов работающих под давлением. За нарушения правил Госгортехнадзора предусматривается личная ответственность должностных лиц и инженерно-технических работников.
Правила Госгортехнадзора распространяются на сосуды, работающие под избыточным давлением свыше 0,07 МПа без учета гидростатического давления. Такие сосуды подлежат обязательной регистрации в органах Госгортехнадзора. Сосуды устанавливаются на открытых площадках или в отдельных зданиях, маркируются и оснащаются запорной арматурой (вентили, клапаны), приборами для измерения давления, температуры, уровня жидкости, а также предохранительными клапанами.
Правила проектирования, и оформления конструкторской документации стандартизованы. Согласно ГОСТ 2.103-68 установлены следующие этапы проектирования нового оборудования: техническое задание, техническое предложение (выполняется при проектировании оборудования из нестандартных элементов), эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация. Инженер химик-технолог участвует в проектировании современного технологического оборудования в качестве заказчика, с которым обсуждаются и согласовываются все принципиальные решения на всех этапах работ.
Техническое задание на проект содержит общие сведения о назначении, рабочих параметрах агрегата, эксплуатационных требованиях, сроках проектирования.
Эскизный проект (ГОСТ 2.119-73) предусматривает разработку одного или нескольких вариантов изделия, и дает общее представление об устройстве и принципе действия агрегата, его параметрах, габаритах и стоимости.
Технический проект (ГОСТ 2.120-73) опирается на результаты эскизного проекта и более подробно охватывает расчет и конструирование большинства деталей и узлов. После технико-экономического анализа с участием заказчика окончательно отбирается оптимальный вариант изделия,
Рабочая конструкторская документация (ГОСТ 2.109-73) - заключительная стадия выполнения проекта, предусматривает разработку сборочных чертежей машины или аппарата, их сборочных единиц и деталей; спецификации на материалы, стандартные и покупные изделия; чертежи на упаковку и транспортировку; технические условия на изготовление, приемку, транспортировку, монтаж, испытания и т.д.
На заводе изготовителе проектно-конструкторская документация используется для подготовки производства и непосредственного изготовления оборудования.
Цель курсового проектирования - развитие навыков практического применения знаний, полученных студентами в ходе изучения цикла общеинженерных дисциплин.
При выполнении курсового проекта студенты решают следующие основные задачи:
а) освоение основ методики проектирования;
б) выбор материалов и конструктивное оформление аппарата в соответствии с заданными технологическими параметрами процесса;
в) грамотное использование общероссийских и отраслевых нормативных материалов (ГОСТы, ОСТы, правила Госгортехнадзора и т.п.), касающихся устройства, выбора рабочих параметров и правил эксплуатации оборудования предприятий химической промышленности;
г) выполнение проектных и проверочных расчетов, позволяющих выявить соответствие аппарата требованиям эксплуатации (при этом особое внимание следует обращать на вскрытие резервов повышения несущей способности стандартизованных элементов и производительности оборудования);
д) грамотные доклад и защиту принятых технических решений на заседании комиссии по приему курсовых проектов.
Эскизный проект
Выбор конструкционных материалов
Экономичность изготовления и надежность в работе аппарата с мешалкой в значительной мере зависят от правильного выбора материалов. В проекте материалы подбираются для тех элементов, которые рассчитываются по главным критериям работоспособности. Первоначально подбирается основной конструкционный материал, т.е. для корпуса, теплообменной рубашки или змеевика, опор корпуса, вала, мешалки. По марке материала подбирают допускаемые напряжения [s].
В соответствии с условиями эксплуатации рассматриваемого элемента аппарата устанавливаются следующие характеристики материала по коррозионной и тепловой стойкости:
а) скорость коррозии в рабочей среде П, мм/год
б) предельные значения температуры по условиям морозостойкости и термостойкости tmin, °C; tmax ,°С
Основным конструкционным материалом корпусов аппаратов, работающих под давлением в коррозионной среде и при высокой температуре являются стали, отличающиеся высокой прочностью, коррозионной стойкостью и термостойкостью.
При выборе марки стали следует учитывать прежде всего ее коррозионную стойкость в рабочей среде. Рекомендуется применять углеродистые или легированные стали со скоростью коррозии не более 0,1 мм/год, т.е. вполне стойкие.Для экономии дефицитных и дорогостоящих легированных сталей допустимо использование двухслойных сталей (углеродистая сталь с защитным слоем из легированной стали). Возможно, также применение углеродистых сталей марок Ст3, 20 и т.п. с защитным покрытием из цветных металлов, пластмасс, эмали (если они обладают достаточной тепловой и коррозионной стойкостью в контакте с заданной рабочей средой аппарата).
Пластмассы и цветные металлы используют для изготовления уплотнительных элементов, вкладышей подшипников скольжения.
Поскольку одна часть элементов аппарата взаимодействует с рабочей средой (которая может быть агрессивной), а другая часть не взаимодействует - марки стали для этих групп элементов подбираются разными. Во избежание электрохимической коррозии в сварных швах, следует избегать соединения элементов из разнородных материалов. Например, свариваемые друг с другом корпус и рубашку, включая опоры, изготавливают из материала одной марки. Если таким материалом оказывается легированная сталь, то существенно возрастает стоимость аппарата. Коррозия не возникает в сварных швах, соединяющих оболочку корпуса из двухслойной стали (например, внутренний защитный слой из легированной стали марок I2X18H10Т, или 10Х17Н13М2Т, или 06ХН28МДТ, а наружный из углеродистой стали марок СтЗсп или 20К) с рубашкой из углеродистой стали. В этом случае сварка идет по углеродистой стали.
Расчетная температура
Механические характеристики материалов существенно изменяются в зависимости от температуры.
Расчетная температура стенки– температура, при которой определяются физико-механические характеристики, допускаемые напряжения и проводится расчет на прочность элементов сосуда. Расчетная температура определяется на основании тепловых расчетов или результатов испытаний.
При положительных температурах за расчетную температуру стенки элемента аппарата следует принимать наибольшее значение температуры стенки, а при отрицательных - необходимо принимать t = + 20 °С.
На практике часто за расчетную температуру принимают наибольшую температуру среды, но не ниже + 20 °С.
Таким образом,
tp= tc, (1)
где tp - расчетная температура стенок корпуса аппарата, °С;
tc - температура среды, соприкасающейся со стенкой аппарата, °С.
tp= 100 °С