Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством

Спецификация Лист 2.spw

Отражательная перегородка
Опора стойки привода

Лист 3 Ребро опоры.cdw

1. *Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14 IT142
Б-ПН-18 ГОСТ 19903-74
Сталь 45 ГОСТ 1055-88

Лист 3 Крышка люка 5.cdw

Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14
Б-ПН-6 ГОСТ 19903-74

Лист 3 Фланец люка.cdw

1. Неуказанные радиусы скруглений R1max
Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14
Б-ПН-26 ГОСТ 19903-74

Спецификация Лист 1 5.spw

Аппарат вертикальный
перемешивающим устройством
Болт М6-6gx20 ГОСТ 7798-70
Болт М12-6gx75 ГОСТ 7798-70

Лист 3 Крышка люка.cdw

Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14
Б-ПН-6 ГОСТ 19903-74

Лист 3 Опора стойки.cdw

Опора стойки привода
* Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14

Лист 3 - Основание опоры 5.cdw

1. * Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14 IT142
Б-ПН-18 ГОСТ 19903-74
Сталь 45 ГОСТ 1055-88

Спецификация Лист 2 5.spw

Отражательная перегородка
Опора стойки привода

Спецификация Лист 1.spw

Аппарат вертикальный
перемешивающим устройством
Болт М6-6gx20 ГОСТ 7798-70
Болт М12-6gx75 ГОСТ 7798-70

Лист 3 - Основание опоры.cdw

1. * Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14 IT142
Б-ПН-18 ГОСТ 19903-74
Сталь 45 ГОСТ 1055-88

Лист 3 Мешалка.cdw

*Размеры для справок
После сварки швы зачистить металлической щёткой и
проконтролировать ультразвуком по ГОСТ 14782-86
Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14

Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством 5.cdw

Технические характеристика аппарата
Давление в аппарате МПа 03
Давление в рубашке МПа 06
Мощность привода кВт 55
Число оборотов мешалки обмин 250
Среда: водный раствор KHSO
Технические требования
Провести гидравлические испытания в течении 10 мин при
давлении в корпусе 06 МПа и при давлении в рубашке 1 МПа.
Давление в корпус и рубашку подавать раздельно.
Испытания работы перемешивающего устройства проводить не
Истинное положение штуцеров на виде А.
Условное давление МПа
Вход и выход теплоносителя
Аппарат вертикальный
перемешивающим устройством

Лист 2 5.cdw

Технические требования:
Автоматическую сварку под слоем флюса деталей из стали
Х22Н6Т проводить при помощи проволоки.
Кромки под сварку зачистить до металического блеска и
обезжирить на ширине не менее 20 мм.
После сварки сварные швы зачистить
Контроль и оценка качества сварных швов ГОСТ 7512-82
ГОСТ 23053-78 ОСТ 26-2044-83 ОСТ 26-2079-80 и ОСТ 26-11-14-88.
Ручную дуговую сварку деталей из стали 08Х22Н6Т производить
при помощи электродов ЭА-1 ГОСТ 9467-60 с покрытием ОЗЛ-14 и
проволоки СВ-04Х19Н9 ГОСТ 2246-60.
Условное давление МПа
Вход и выход теплоносителя

Лист 3 Опора стойки 5.cdw

Опора стойки привода
* Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14

Лист 3 Фланец люка 5.cdw

1. Неуказанные радиусы скруглений R1max
Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14
Б-ПН-26 ГОСТ 19903-74

Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством.cdw

Технические характеристика аппарата
Давление в аппарате МПа 03
Давление в рубашке МПа 06
Мощность привода кВт 55
Число оборотов мешалки обмин 250
Среда: водный раствор KHSO
Технические требования
Провести гидравлические испытания в течении 10 мин при
давлении в корпусе 06 МПа и при давлении в рубашке 1 МПа.
Давление в корпус и рубашку подавать раздельно.
Испытания работы перемешивающего устройства проводить не
Истинное положение штуцеров на виде А.
Условное давление МПа
Вход и выход теплоносителя
Аппарат вертикальный
перемешивающим устройством

Лист 3 Ребро опоры 5.cdw

1. *Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров H14 h14 IT142
Б-ПН-18 ГОСТ 19903-74
Сталь 45 ГОСТ 1055-88

Записка (11) (Автосохраненный).docx

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
(технический университет)»
УГС240000 Химическая и биотехнологии
Специальность240801 Машины и аппараты химических
ФакультетМеханический
Кафедра Машин и аппаратов химических производств
Учебная дисциплинаКонструирование и расчет элементов оборудования отрасли
Тема: Аппарат с механическим перемешивающим устройством
(подпись руководителя)
Выбор составных частей аппарата4
2.Привод перемешивающего устройства5
5.Выбор материала для изготовления аппарата8
1.Расчет цилиндрической обечайки сосуда9
1.1От внутреннего избыточного давления9
1.2От внутреннего избыточного давления11
2.Расчет эллиптической крышки15
2.1От внутреннего давления16
2.2От наружного давления17
3.Расчет эллиптического днища19
3.1От внутреннего давления19
3.2От наружного давления20
4Расчет рубашки аппарата22
4.1Цилиндрическая часть22
4.2Эллиптическая часть23
5Расчет вала перемешивающего устройства24
5.1Расчет на виброустойчивость25
5.2Расчет на жесткость27
5.3Расчет на прочность29
6Расчет фланцевого соединения30
8Укрепление отвестий39
Список использованных источников45
Химические аппараты предназначены для ведения в них одного или нескольких химических физических или физико-химических процессов. Перерабатываемые в аппарате вещества могут быть в любом агрегатном состоянии и различной химической активности. Различными могут быть температурные режимы и давления.
Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).
Аппараты с перемешивающими устройствами являются наиболее распространенным видом оборудования используемого в химической технологии для проведения различных физических и химических процессов. Выбор аппаратов с перемешивающими устройствами и конструктивные особенности аппаратов определяются характеристикой процесса свойствами перемешиваемой среды производительностью технологической линии температурными параметрами процесса и давлением при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов влияющих на выбор конструкции затрудняют задачу оптимального проектирования аппаратов. Решение этой задачи требует знания гидродинамических физических и химических механизмов процесса зависит от наличия конструкционных материалов степени разработки стандартных конструкционных решений и от возможностей расчета нетривиальных конструкций в тех случаях когда стандартные методы конструирования становятся неприемлемыми.
Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основе детального изучения отдельных характеристик оборудования с тем чтобы на этой основе выбрать те основные параметры аппарата которые ответственны за скорость протекания процесса в целом и оказывают влияние на конструктивное его оформление. Расчет заключается в определении конструктивных размеров аппарата и в выборе на их основе стандартной конструкции аппарата.
Выбор составных частей аппарата
По исходным данным в зависимости от заданных объёма V=5 м3 и диаметра аппарата D=1800 мм при условии что крышка и днище аппарата – эллиптические а корпус неразъемный в соответствие с [2] выбираем корпус аппарата неразъёмный с эллиптическим днищем и гладкой рубашкой (тип 1 исполнения 1) по ГОСТ 20680-2002.
Рисунок 1 - Корпус аппарата:
-корпус 2 – рубашка А
Данный аппарат представленный на рисунке 1 состоит из неразъёмного корпуса в который поступает среда которая попадая в аппарат перемешивается открытой турбинной мешалкой и далее выходит через сливной штуцер. Аппарат оснащен рубашкой. Мешалка вращается с помощью привода который оснащен уплотнением для избегания попадания перемешивающей среды в подшипниковый узел.
На крышке аппарата расположены штуцера различного назначения и люк лаз для технического осмотра внутренних устройств аппарата. Схема расположения штуцеров на крышке выглядит следующим образом:
Рисунок 2 – Схема расположения штуцеров опор-лап и цапф на корпусе аппарата с эллиптической крышкой.
Приведём таблицу в которой указаны назначение штуцеров и их условные диаметры:
Таблица 1 - Назначения штуцеров
Вход и выход теплоносителя
Привод перемешивающего устройства
Привод перемешивающего устройства включает в себя стойку установленную на крышке аппарата для размещения внутри неё подшипниковых опор и уплотнения вала. Выбираем стойку вертикальную по [2] тип 2 исполнение 1. Уплотнение вала исходя из давления в аппарате выбираем торцовое по [6] типа ТД-6. Вращательное движение валу передаётся через муфту от закреплённого на стойке мотор-редуктора.
В соответствии с частотой вращения мешалки n=250 обмин и потребляемой мощностью N=55 кВт выбираем габарит 1.
Рисунок 3 – Привод 21-1-50-55250-А: 1 – привод 2 – вал мешалки
Таблица 2 - Размеры привода перемешивающего устройства
По ОСТ 26-01-1226-75 [5] выбираем фланцевую муфту с размерами приведенными в таблице 3.
Таблица 3 - Размеры фланцевой муфты:
В месте входа вала в аппарат с целью передачи механической энергии внутрь аппарата возникает задача обеспечения герметичности. Решаем эту задачу с помощью установки уплотнительного устройства. В зависимости от технологических параметров – давления P=03 МПа по [2] табл.12 выбираем торцовое уплотнение ТД-6. Торцовые уплотнения обеспечивают повышенную герметичность по сравнению с манжетными и сальниковыми уплотнениями. Торцовые уплотнения с подводом уплотняющей жидкости исключают возможность утечки среды в атмосферу или попадание воздуха в аппарат. В основном торцовыми уплотнениями комплектуются аппараты предназначенные для работы с токсичными взрыво- и пожароопасными средами а также средами содержащими абразивные частицы.
5 Выбор материала для изготовления аппарата
При конструировании химической аппаратуры конструкционные материалы должны отвечать следующим основным требованиям:
Достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными параметрами по концентрации среды ее температуре и давлению при которых осуществляется технологический процесс а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения.
Достаточная механическая прочность для заданного давления и температуры технологического процесса с учетом специфических требований предъявляемых при испытании аппаратов на прочность герметичность и т.д. и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка прогиб от собственного веса и т.д.).
Наилучшая способность материала свариваться обеспечивая высокие механические свойства сварных соединений и коррозионную стойкость их в агрессивной среде обрабатываться резанием давлением подвергаться сгибу и т.п.
Низкая стоимость материала не дефицитность и возможность получения без освоения промышленностью.
Для заданной среды – калий сернистокислый (KHSO4) концентрацией 25% в соответствии с [1] табл.1 выбираем конструкционную легированную сталь 08Х22Н6Т которая является вполне стойкой в данной среде и её скорость коррозии П01 ммгод.
В таком случае для элементов аппарата добавку на коррозию из условия эксплуатации оборудования в течение =15 лет принимаем равной:
Для элементов с двухсторонним контактом с коррозионной средой таких как вал мешалка обечайка в случае если есть рубашка принимается двойная добавка с1=2с.
В процессе эксплуатации аппарата с рубашкой возможно не одновременное действие давлений в рубашке и внутри аппарата поэтому необходимо произвести расчёт от каждого давления в отдельности.
Расчет производится по ГОСТ Р 52857.2-2007 “Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность” [3]
Основные исходные данные для расчета:
Плотность обрабатываемой среды
Плотность среды в рубашке
Рабочая температура
Внутренний диаметр аппарата
Срок эксплуатации аппарата
Высота аппарата находящаяся под рубашкой
1 Расчет цилиндрической обечайки
1.1 От внутреннего избыточного давления
При наличии внутреннего давления и отсутствии его в рубашке обечайка нагружена только внутренним давлением.
Рисунок 4 – Расчётная схема нагрузок на цилиндрическую обечайку от действия внутреннего давления.
Гидростатическое давление в аппарате:
где ρ – плотность среды в аппарате кгм3;
H – высота обечайки м;
так как гидростатическое давление составляет больше 5 % от давления в аппарате то расчётное давление в аппарате равно:
Толщина стенки цилиндрической обечайки:
где - допускаемое напряжение при расчётной температуре МПа; - коэффициент прочности продольного шва цилиндрической обечайки
Расчётную температуру стенки принимаем равной температуре обрабатываемой среды соприкасающейся со стенкой Тр=95°С.
Прибавка на коррозию:
где - скорость коррозии
Минусовой допуск на листовой прокат:
Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки с3=0.
Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки:
Условие применяемости формулы:
- условие выполняется
1.2 От наружного давления
При отсутствии давления внутри аппарата и наличии давления в рубашке цилиндрическая обечайка корпуса нагружена наружным давлением pр и осевым сжимающим усилием F с которым к обечайке прижимается днище корпуса от действия на него наружного давления.
Рисунок 5 – Расчётная схема нагрузок на цилиндрическую обечайку от действия наружного давления
Расчётную толщину стенки определяют по формуле:
где lp – расчетная длина гладкой обечайки м
В – безразмерный коэффициент
Е – модуль упругости для данной стали при расчетной температуре.
Модуль упругости для стали 08Х22Н6Т E=2.15105 МПа при Тр=95°С.
где l - длина обечайки находящейся под действием наружного давления l=1265 м.
h0 - высота цилиндрической части (отбортовки) днища h0=004 м
Hд – внутренняя высота выпуклой части днища Hд=049 м.
Рисунок 6 – К определению расчетной длины гладкой обечайки
lp=1265+004+0493=1468 м
Коэффициент В вычисляют по формуле:
B=ma0.47pp10-5E0.067lpD0.4
470610610-52.151060.0671.4681.80.4=0.184
S2p1=1.0610-21810610610-5E1468180.4=105610-4 м
S2p2=1.2061061821782108-06106=364210-3 м
Из двух значений выбираем наибольшее
Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
Допускаемое наружное давление:
Допускаемое наружное давление из условия прочности:
Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости:
где - =24 – коэффициент запаса прочности
B1=m9.45DlpD100(S-c)
451.81.4681.8100(610-3-210-3)=23.169
Допускаемое наружное давление с учетом обоих условий:
Условие устойчивости обечайки
Поскольку обечайка работает под совместным действием наружного давления и осевой сжимающей силой то условие устойчивости обечайки принимает вид:
Осевая сжимающая сила:
F=(D+2S)24Pp=3.14(1.8+2610-3)240.6106=1.447106 Н
Рисунок 7 – Действие осевой сжимающей силы на корпус
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности Н:
Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в пределах упругости:
Допускаемое осевое сжимающее усилие с учетом обоих условий
Для работы аппарата под воздействием внешних и внутренних сил толщина цилиндрической обечайки должна быть не менее 6 мм.
2 Расчет эллиптической крышки
Крышка аппарата подвергается воздействию избыточного давления pаp=0.3245 МПа внутри аппарата и атмосферному давлению – снаружи.
Рисунок 8 – Расчётная схема действия нагрузок на эллиптическую крышку
2.1 От внутреннего давления
Радиус кривизны в вершине эллиптической крышки
Толщина стенки эллиптической крышки:
где - расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления
Технологическая добавка для эллиптической крышки и днища:
Допускаемое внутреннее избыточное давление
Проверяем не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения
Для работы аппарата под воздействием внутреннего давления толщина эллиптической крышки и днища должна быть не менее 6 мм.
2.2 От наружного давления
Снаружи на крышку действует атмосферное давление pатм=0.1 МПа и также усилие создаваемое от веса привода - F.
Расчётную толщину стенки приближённо определяем по формуле:
где Кэ=0.9 – для эллиптических крышек.
Исполнительная толщина рассчитывается с учётом поправки на коррозию и эрозию c:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
а допускаемое давление [p]E из условия устойчивости в пределах упругости
где Кэ в соответствии с рис. 9 [4] при HD=0.25 для эллиптических днищ и D(sk-c)=1.8(0.006-0.0021)=462 получаем Кэ=0.98.
Усилие от привода составляет F=кН где m=308 кг – масса привода.
Допускаемое усилие можно определить по формуле:
где φ1 и φ2 определим в соответствии с черт. 8 и 9 [4] стр.16 при и D(sk-c)=460 получим φ1=0.5
Проверка условия устойчивости производится по формуле:
По проведённым расчетам окончательно принимаем толщину стенки эллиптической крышки sк=6 мм.
3 Расчёт эллиптического днища
Днище соединённое с цилиндрической обечайкой сваркой и находящееся вместе с ней внутри рубашки может оказаться под действием либо внутреннего либо наружного давления.
3.1 От внутреннего давления
Тогда расчётная толщина стенки эллиптического днища:
Рисунок 9 – Расчетная схема нагрузок на эллиптическое днище от действия внутреннего давления
Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее sд=7 мм.
3.2 От наружного давления
Рисунок 10 – Расчетная схема нагрузок на эллиптическое днище от действия наружного давления
где Кэ в соответствии с рис. 9 [4] при HD=0.25 для эллиптических днищ и D(sk-c)=1.8(0.013-2·0.0021)=205 получаем Кэ=0.92.
По проведённым расчетам окончательно принимаем толщину стенки эллиптического днища sд=13 мм.
4 Расчет рубашки аппарата
В рубашку подаётся теплоноситель – горячая вода. Так как снаружи давление атмосферное то основной нагрузкой на рубашку является внутреннее давление – рр=06 МПа. Определим величины толщин стенок цилиндрической и эллиптической частей рубашки.
4.1 Цилиндрическая часть
Рисунок 11 – Расчётная схема действия нагрузок на цилиндрическую часть рубашки
Коэффициент прочности сварных швов принимаем равным – =09.
Определяем расчётную толщину стенки обечайки:
D=1.9 м – диаметр рубашки;
Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки рубашки:
sр=sрр +c=32+2=52 мм
Округляя принимаем исполнительную толщину стенки обечайки равной s=6 мм.
Допускаемое избыточное внутреннее давление рассчитываем по формуле:
4.2 Эллиптическая часть
Рисунок 12 – Расчётная схема действия нагрузок на эллиптическую часть рубашки
Расчётная толщина стенки конической части рубашки:
Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее sд=6 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
5 Расчёт вала перемешивающего устройства
Для вертикального аппарата снабжённого открытой турбинной мешалкой произведём расчёт вала постоянного поперечного сечения на жёсткость прочность и виброустойчивость.
Основные действующие нагрузки на вал – это центробежная сила приложенная к центру тяжести закреплённой на нём массы (мешалки) и гидродинамические силы.
В результате расчёта по [4] определим диаметр вала перемешивающего устройства с учётом поправки на коррозионные и эрозионные воздействия оказываемые на вал обрабатываемой средой.
Исходными данными для расчёта вала являются следующие величины в соответствии с рис. 13 и данными к курсовому проекту:
Рисунок 13 – Расчётная схема консольного вала постоянного сечения
Координата центра тяжести мешалки
Координата опасных сечений
где z11 – место посадки подшипника
Частота вращения вала
Перемешиваемая среда
калий сернистокислый (KHSO4)
Мощность потребляемая при перемешивании
5.1 Расчет на виброустойчивость
Относительная длина консоли
Относительная длина пролёта
Относительная координата центра тяжести мешалки
Безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести мешалки в соответствии с графиком – рис.3.17 [2] стр. 175:
Угловая скорость вала
Безразмерный коэффициент учитывающий приведённую массу вала
где =7800кгм3 – плотность материала вала E=215 Па – модуль упругости материала вала.
Приведённая масса мешалки
Суммарная приведённая масса
Тогда расчётный диаметр вала
Исполнительный диаметр вала с учётом поправок— мм принимаем d=50 мм.
Относительная масса мешалки
Корень частотного уравнения в соответствии с рис. 3.12 [2]:
Момент инерции сечения вала
Первая критическая угловая скорость вала
Условие виброустойчивости
Условие выполняется.
5.2 Расчет на жёсткость
Эксцентриситет массы мешалки
Относительная координата опасного по жёсткости сечения
Безразмерный динамический прогиб вала в соответствии с рис. 3.17 [2]:
Приведённый эксцентриситет массы мешалки
Приведённая масса вала
Смещение оси вала от оси вращения за счёт зазоров в опорах
где ΔА=13 мкм – радиальный зазор в опоре А в соответствии с табл. 3.5 [2] для радиального двухрядного роликового подшипника в верхней опоре и ΔБ=50мкм – радиальный зазор в опоре Б в соответствии с табл. 3.6 [2] для радиального подшипника скольжения нижней опоры.
Смещение оси вала от оси вращения за счёт начальной изогнутости вала
В месте установки мешалки:
В месте установки уплотнения вала:
где В=0.06мм – начальная изогнутость вала в точке приведения В [2] табл.3.7.
Смещение оси вала от оси вращения в точке приведения В за счёт зазоров в опорах
Приведённый эксцентриситет массы вала с мешалкой
Динамический прогиб оси вала в точке приведения В
Динамическое смещение центра тяжести мешалки
Динамическое смещение оси вала в опасном по жёсткости сечении в месте установки уплотнения вала
Динамическое смещение оси вала в точке приведения В
где =0.25 мм – допускаемое смещение вала в зоне торцового уплотнения при частоте вращения 250 обмин [1] стр. 178.
Условие выполняется.
5.3 Расчет на прочность
Сосредоточенная центробежная сила
Приведённая центробежная сила действующая на вал в точке приведения В
Изгибающий момент в опасном по прочности сечении
Крутящий момент в опасном сечении по прочности
Момент сопротивления вала в опасном по прочности сечении
Эквивалентное напряжение в опасном по прочности сечении
Допускаемое напряжение
где м=0.7 - масштабный фактор в зависимости от диаметра вала для легированной стали рис. 3.19 [1] стр. 179;
-1=0.5В=0.5500106=250МПа – предел выносливости материала вала В=500МПа – предел прочности материала вала [1] стр. 181;
38 – коэффициент концентрации напряжений для вала со шпоночной канавкой выполненной торцовой фрезой [1] стр.179;
n=2 – запас прочности
6 Расчет фланцевого соединения
Для соединения крышки люка и корпуса мы выбрали плоский приварной фланец с гладкой уплотнительной поверхностью. Произведём расчёт фланца на прочность и герметичность. Учитывая что толщина стенки обечайки – s=6 мм материал фланца выбираем такой же как и у самого аппарата 08Х18Н6Т коэффициент прочности сварных швов φ = 0.9 а внешняя осевая сила и изгибающий момент отсутствует.
Расчет производится по [4].
Расчетная температура элементов фланцевого соединения (по табл. 1.37).
tф=0.96t=0.9695=91.2 °C
где tф tб t - расчетная температура соответственно фланцев болтов и обечайки.
Допускаемое напряжение для болтов из стали 40Х (по табл. 1.38):
Толщина s0 втулки фланца из условия:
где s – исполнительная толщина штуцера люка.
Принимаем - s0=6 мм.
Рисунок 14 – Плоский приварной фланец
Высота втулки фланца:
hв≥0.5Ds0-c=0.5400(6-1.5)=21.2 мм
Диаметр Dб болтовой окружности фланцев:
где u – нормативный зазор между гайкой и втулкой (u=4÷6 мм) принимаем u=5 мм.
dб – наружный диаметр болта выбираем по табл. 1.40 dб=20 мм
Dб≥400+226+20+5=474 мм
Принимаем - Dб=480 мм.
Наружный диаметр фланца:
где a – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца принимаем по табл. 1.41 a=40 мм.
Принимаем - Dн=520 мм.
Наружный диаметр прокладки:
где e - нормативный параметр зависящий от типа прокладки и принимаемый по табл. 1.41 e=30 мм.
Принимаем - Dн.п=450 мм.
Средний диаметр прокладки:
где b - ширина прокладки принимаемая по табл. 1.42 b=13 мм.
Количество болтов необходимое для обеспечения герметичности соединения
где tш - рекомендуемый шаг расположения болтов выбираемый в зависимости от давления по табл. 1.43
Принимаем - nб=16 шт.
Высота (толщина) фланца ориентировочно
где λф – принимается согласно рис. 1.40 λф=0.37;
sэк – эквивалентная толщина втулки для плоского приварного фланца - sэк=s0=6 мм.
hф≥0.374006=18.13 мм
Принимаем - hф=22 мм.
Болтовая нагрузка необходимая для обеспечения герметичности соединения. Расчет сводится к определению нагрузок для двух различных состояний: при монтаже - Fб1 и в рабочих условиях - Fб2.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа
Fб1=max0.5Dс.пb0pпр0.4б20nбfб
где b0 - эффективная ширина прокладки; при b≤15 мм b0=b
pпр – минимальное давление обжатия прокладки;
б20- допускаемое напряжение для материала болтов при 20;
fб - расчетная площадь поперечного сечения болта.
pпр=3 МПа (по табл. 1.44)
б20=230 МПа (по табл. 1.38)
fб=2.3510-4 м2 (по табл. 1.45)
5Dс.пb0pпр=0.53.140.4370.0133106=26.76 кН
4б20nбfб=0.4230106162.3510-4=345.9 кН
Линейная податливость прокладки:
где hп - высота (толщина) прокладки hп=2 мм; kп- коэффициент обжатия прокладки: kп=0.09; Eп - модуль упругости материала прокладки.
yп=0.090.002171063.140.4370.013=5.9410-10 мН
Угловая податливость фланца:
yф=1-v1+0.9λф'2(hф3E)
где v λф' - безразмерные параметры:
v=11+0.9λф'(1+1hф2sэк2) λф'=hфDsэк
2 – коэффициенты определяемые по формулам:
=1.28lg(DнD) 2=Dн+DDн-D
=1.28lg520400=0.146 2=(520+400)(520-400)=7.67
v=11+0.90.45(1+0.14622262)=0.554
yф=1-0.5541+0.90.457.6722321011=7.9810-7мН
E=2105 МПа - модуль упругости материала фланца (табл. VII)
Линейная податливость болтов:
где Eб=2105 МПа – модуль упругости материала болтов (табл. VII)
lб- расчетная длина болта.
где lб.о – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки lб.о=52 мм d – диаметр отверстия под болт d=23 мм.
yб=0.05821011162.3510-4=7.7710-11мН
Тогда коэффициент жесткости фланцевого соединения:
kж=yб+0.5yфDб-D-sэк(Dб-Dс.п)yп+yб+0.5yф(Dб-Dс.п)2
kж=7.7710-11+0.57.9810-70.48-0.4-0.006(0.48-0.437)5.9410-10+7.7710-11+0.57.9810-7(0.48-0.437)2=0.769
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
где Ft- усилие возникающее от температурных деформаций:
Ft=yбnбfбEб(αфtф-αбtб)yп+yб+0.5yф(Dб-Dс.п)2
где αф αб - соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев и болтов (табл. XI); tф tб - соответственно температура фланца болтов (табл. 1.37).
Ft=7.7710-11162.3510-421011(9.610-691.2-13.110-690.3)5.9410-10+7.7710-11+0.57.9810-7(0.48-0.437)2=-12.74 кН
Fб2=345900+1-0.769-12740=333.16 кН
При Ft0 должно выполнятся условие:
0106162.3510-4-12740=852.1 кН>333.16 кН
Условие прочности болтов:
Fб1(nбfб)≤б20 и Fб2(nбfб)≤б20
5.9103162.3510-4=92106≤230106 333.16103162.3510-4=91.9106≤230106
Условие прочности прокладки:
где pпр - допускаемое давление на прокладку pпр=20 МПа
Fбma Fб2 Fбmax=Fб1=345.9103 Н.
5.91033.140.4370.013=19.39 МПа ≤20 МПа
Условие прочности втулки фланца для сечения ограниченного
Максимально напряжение в сечении ограниченном размером s0:
D*=D при D≥20s1=206=120 мм
где fф Tф- безразмерные параметры определяемые соответственно по рис. 1.42 и формуле:
Tф=Dн2(1+8.55lg(DнD))-D21.05D2+1.945Dн2(DнD-1)
Tф=5202(1+8.55lg(520400))-40021.054002+1.9455202(520400-1)=0.413
M0- приведенный изгибающий момент вычисляемый из условия:
M0=0.5(Dб-Dс.п)Fб10.5Dб-Dс.пFб2+Dс.п-D-sэкFд20
где Fд- равнодействующая внутреннего давления.
Fд=0.31063.140.43724=44.97 кН
50.48-0.437345.9103=7436.85 Нм
50.48-0.437333.16103+0.437-0.4-0.00644.97103198106198106==7982.87 кН
Принимаем M0=7982.87 кН.
=0.4137982870 0.554(4006-1.52)=225.5 МПа
к=M0(1-v(1+0.9λф'))2(Dhф2)
к=79828701-0.5541+0.90.457.670.40.0222=70.1 МПа
Допускаемое напряжение для фланца в сечении s0 принимается равным пределу текучести материала фланца т.е. 1=Т (табл. I и II)
5.51062+70.11062-225.510670.1106=199 МПа≤240 МПа
Условие прочности втулки фланца для сечения ограниченного
где o- максимальное напряжение в сечении ограниченном размером s0
определяемое по формуле:
t и m- соответственно тангенциальное и меридиональное напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:
t=ppD(2(s0-c)); m=ppD4s0-c;
t=0.31060.426-1.5=13.3 МПа m=0.31060.446-1.5=6.67 МПа
o- допускаемое напряжение для фланца в сечении s0 принимаемое при количестве нагружений соединения (сборка-разборка) не более 2103 из условий: o=0.003Е=600 МПа φ- коэффициент прочности сварных швов.
(225.5106+6.67106)2+(13.3106)2-(225.5106+6.67106)13.3106==225.81 МПа≤540 МПа
Условие герметичности фланцевого соединения определяется углом поворота фланца:
где - допускаемый угол поворота фланца принимаемый для плоских фланцев =0.013 рад.
=(70.110621011)(40022)=0.00121≤0.013
Опоры-лапы служат для установки аппаратов на фундамент и несущие конструкции. Размеры и форма которых зависит от величины и характера нагрузок. Опоры-лапы испытывают нагрузку от общего веса аппарата в рабочих условиях а цапфы только от веса корпуса аппарата при монтаже (без привода и среды). Максимальный вес аппарата рассчитывается с учётом веса всех составных частей аппарата и максимального веса среды.
Вес составных частей принимаем по таблицам содержащим информацию о массе типовых элементов либо вычислен приближённо.
Масса привода: mпр=308 кг;
Масса эллиптической крышки аппарата: mкр=178 кг;
Масса цилиндрической обечайки корпуса: mоб=332 кг;
Масса эллиптического днища аппарата: mд=360 кг;
Масса цилиндрической части рубашки: mцр=315 кг;
Масса эллиптической части рубашки: mэр=197 кг;
ma=178+332+360=870 кг
При расчёте максимального веса рабочей среды предполагаем что аппарат заполнен полностью рабочей средой
где ρ=1560 кгм3 – плотность рабочей среды V = 5 м3 – номинальный объём аппарата тогда:
Масса теплоносителя в рубашке:
mс.руб=Dр-Dоб4Hρc.руб
mс.руб=31419-184161000=464 кг
G=ma+mр+mпр+mс+mс.рубg
G=870+512+308+7800+4649.81=97.65103 Н
Выбранный типоразмер опоры-лапы проверяется на грузоподъёмность по условию:
где nоп=4 – число опор-лап.
Gдоп – допускаемая нагрузка на опору выбираем опору с Gдоп=25кН для опоры с увеличенным вылетом так как аппарат с теплоизоляцией.
условие выполняется.
Рисунок 15 – Опора по ОСТ 26-01-153-82
– косынка 2 – основание
Окончательно принимаем по ОСТ 26-01-153-82 [7] опоры с размерами:
Таблица 4 - Размеры опор
Допускаемая нагрузка на одну опору Н
8 Укрепление отверстий
Расчет производится по ГОСТ Р 52857.3-2007 “Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий” [8].
Толщина стенки штуцера люка
где - Расчетная толщина стенки штуцера
Технологическая добавка для цилиндрического штуцера равна нулю т.к. штуцер изготавливается методом вальцовки с3=0.
Sш=408110-4+210-3=24110-3 м
Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее значение
Диаметр укрепляемого элемента
Dp=2D1-3xD2=21.81-30.51.82=3.156 м
где х=05 – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптической крышки.
Расчетный диаметр одиночного отверстия не требующего укрепления
Условие не выполняется. Следовательно требуется укрепление
где - внутренний диаметр люка
Условие укрепления отверстия только штуцером.
(l1p+Sk-Skp-cк)Sш-Sшр-сш+l3p(Sш-2сш)1+Dp(Sk-cк)(Sk-Skp-cк)≥05(dp-d0p)Skp
где 1= ш=1 так как материал штуцера и корпуса одинаков
Расчетные длины внешней и внутренней части штуцера
5+610-3-3.510-3-2.110-3310-3-4.0510-4-210-3+00159(310-3-2210-3)1+3.156(610-3-2.110-3)(610-3-3.510-3-2.110-3)≥05(0.404-0.0443)3.510-3
где dp=d+2сш=0.4+2210-3=0.404 м
d0p=0.4Dp(Sk-cк)=0.43.156(610-3-2.110-3)=0.0443 м
84710-5 м2≥6.29510-4 м2
Условие не выполняется необходимо дополнительное укрепление накладным кольцом.
Рисунок 16 – Укрепление отверстия накладным кольцом
При укреплении отверстия штуцером и накладным кольцом должно выполняться условие.
(l1p+S2+Sk-Skp-cк)Sш-Sшр-сш+l3p(Sш-2сш)1+Dp(S2+Sk-c)(3S2+Sk-Skp-cк)≥05(dp-d0p)Skp
Для накладного кольца используем - Сталь10
где 2=шк=07 - отношение допускаемого напряжения материала кольца и корпуса аппарата.
S2- расчетная толщина накладного кольца
Ширина зоны укрепления Lo=Dp(Sk-cк)=3.156(610-3-2.110-3)=0.111 м
Исполнительная ширина накладного кольца ничем не ограничена тогда
При этом должно выполняться условие
13≥0.111 условие выполняется
Расчетную толщину накладного кольца принимаем из условия
Принимаем S2=5 мм тогда
5+610-3+510-3-3.510-3-2.110-3310-3-4.0510-4-210-3+00159(310-3-2210-3)1+3.156(610-3+510-3-2.110-3)(610-3+510-30.7-3.510-3-2.110-3)≥05(0.404-0.0443)3.510-3
70710-4 м2≥6.29510-4 м2
p=2K1(Sk-cк)φDp+(Sk-cк)V
где K1=2- для выпуклых крышек.
V- коэффициент понижения прочности.
V=mL02S2+Sk-cк+l1p+S2+Sk-Skp-cкSш-сш+l3pSш-2сшL0+0.5(d-d0p)+K1l1p+S2+Sk-Skp-cк(d+2сш)Dp(Sk-cк)
V=0.1110.7510-3+610-3-2.110-3+0.05+510-3+610-3-3.510-3-2.110-3310-3-210-3+0.0159310-3-2210-30.111+0.50.4-0.0443+20.05+510-3+610-3-3.510-3-2.110-30.4+2210-33.156(610-3-2.110-3)
p=22610-3-2.110-30.91.7821083.156+(610-3-2.110-3)1=0.79106
Для нормальной работы аппарата толщина стенки штуцера люка должна быть не менее 3 мм а толщина эллиптической крышки аппарата должна быть не менее 6 мм.
По результатам расчетов можно утверждать что спроектированный аппарат прослужит указанный срок при условии соблюдения рабочих параметров указанных в техническом задании:
Рабочее давление в аппарате 03 МПа
Давление в рубашке 06 МПа
Число оборотов мешалки 250 обмин
Обрабатываемая среда – KHSO4 (калий сернистокислый)
Все элементы аппарата расчет которых приведен в курсовом проекте удовлетворяют условиям прочности жесткости и устойчивости.
Исполнительные толщины стенок элементов аппарата учитывающие внутренние и внешние воздействия на аппарат приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Исполнительные толщины стенок
Аппарат устанавливается на четырех лапах: Опора 1-25000 ОСТ 26-01-153-82
Вращение вала мешалки приводится в движение приводом:
Привод 21-1-50-55250 ОСТ 26-01-1225-75
Список использованных источников
Михалев М.Ф. и др. Аппарат с вертикальным перемешивающим устройством. Методические указания. – Л.:ЛТИ им. Ленсовета 1986.- 60 с.
ОСТ 26-01-1225-75 Приводы вертикальные для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы параметры конструкции и основные размеры
ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. – Л.: Машиностроение 1984. – 300 с.
ОСТ 26-01-1226-75 Полумуфты фланцевые
ОСТ 26-02-1243-75 Уплотнения валов торцевые для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы параметры конструкции и основные размеры. Технические требования.
ОСТ 26-01-153-82 Опоры (лапы стойки) аппаратов. Конструкция и размеры
ГОСТ Р 52857.3-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Укрепление отверстий
ГОСТ 13716-73 Устройства строповые для сосудов и аппаратов.
ОСТ 26-01-1245-75 Мешалки. Типы параметры конструкции и основные размеры
ГОСТ 23360-78 Соединения шпоночное с призматическими шпонками
Романов А.Б. и др.: Выбор посадок и требования точности. Учебное пособие.- СПб: СПбГТИ(ТУ) 2005. – 93 с.

Лист 3 Мешалка 5.cdw

*Размеры для справок
После сварки швы зачистить металлической щёткой и
проконтролировать ультразвуком по ГОСТ 14782-86
Неуказанные предельные отклонения размеров : H14 h14

Лист 2.cdw

Технические требования:
Автоматическую сварку под слоем флюса деталей из стали
Х22Н6Т проводить при помощи проволоки.
Кромки под сварку зачистить до металического блеска и
обезжирить на ширине не менее 20 мм.
После сварки сварные швы зачистить
Контроль и оценка качества сварных швов ГОСТ 7512-82
ГОСТ 23053-78 ОСТ 26-2044-83 ОСТ 26-2079-80 и ОСТ 26-11-14-88.
Ручную дуговую сварку деталей из стали 08Х22Н6Т производить
при помощи электродов ЭА-1 ГОСТ 9467-60 с покрытием ОЗЛ-14 и
проволоки СВ-04Х19Н9 ГОСТ 2246-60.
Условное давление МПа
Вход и выход теплоносителя