Емкостных аппаратов 6 страница

Продолжение табл. 3.4

							1,5
							2,0
							2,0
							2,5
							2,5
							7,0
							7,0
							8,4
							10,0
							10,0
							12,0
							16,0
							16,0
							20,0
							20,0
							24,0

	Исполнение 1 (неразъемные), d = 18+32мм; d = 45∙100 мм		Исполнение 1 (разъемные), d = 45+100 мм

а)

2 - гайка по ГОСТ 5915-70

1- болт по ГОСТ 7798-70 3 - шайба по ГОСТ 13463-77

б)

Рис.3.6 Конструкция ступиц мешалок (а) и крепление ступиц на валу (б)

Таблица 3.6

Основные размеры ступиц мешалок

d (поле допус­ка пo H9)	h	d+t1 (поле до­пуска по H12)	b2 (поле до­пуска по Н9)	d3 Типы мешалок 1,1М,5 3, 4, 6, 10	d4
				Исполнение 1	Испол­нение 2
		20,8				-	М10x1,25
		20,8		-		-	M10xl,25
		28,3		-		-	M16x1,5
		28,3				-	M16x1,5
		28,3		-		-	M16x1,5
		28,3		-		-	Ml 6x1,5
		35,8		-		-	M24xl,5
		35,8		-		-	M24xl,5
		35,8		-		-	M24xl,5
		49,9					М36х2
		49,9					М36х2
							М36х2
		66,4					М48хЗ
							М48хЗ
		8,4		-			-
				-			-
				-	-	-	-
		88,4		-	-	-	-
		99,4		-			-
		99,4		-	-		-
		99,4		-	-		-
		110,4		-	-		-
		110,4		-			-
		110,4		-	-		-

Продолжение табл. 3.6

d (поле допуска по Н9)	h	d5	d6	d7	d8	d9	c	с1	h2	s2
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-		-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-	-	-
			М6					-
			М6
			М6
			М8
			М8					-
			M8					-
			М8
			М8
			М8					-
			М8					-
			М10
			М10
			М10
			М10
			М10
			М10

3.1.2 Расчет мешалок.

I. Расчет лопастных и рамных мешалок.

Лопасти мешалки рассчитывают на изгиб [2]. Для лопастей прямоугольной формы (рис. 3,7, а) равнодействующая сил сопро­тивления приложена в точке, расстояние которой от оси

, (3.1)

где R - радиус лопасти;

г - радиус ступицы;

Значение равнодействующей

, (3.2)

где Т’- крутящий момент на валу мешалки;

z - число лопастей (перекладин) у мешалки.

Для наклонной лопасти (рис. 3.7, б) сила, действующая пер­пендикулярно плоскости лопасти F₁=F/cosα,

α - угол наклона лопасти.

Изгибающий момент у основания лопасти

(3.3)

Из условия прочности необходимый момент сопротивления лопасти

, (3.4)

где [σ] - допускаемое напряжение на изгиб для материала лопас­ти.

Для лопасти прямоугольного сечения фактический момент со­противления поперечного сечения в месте присоединения ее к ступице равен

(3.5)

Расчетная толщина лопасти

(3.6)

Рис.3.7. Схемы к расчету лопастных и рамных мешалок:

а – схема нагрузок на двухлопастную мешалку;

б – усилия, действующие на наклонную плоскость;

в – схема к расчету мешалки с ребрами жесткости

При расчете мешалок с ребрами жесткости предварительно вы­бирают толщину мешалки и размеры ребер (рис. 3.7, в), затем оп­ределяют фактический момент сопротивления составного сечения ме­тодами сопротивления материалов и сравнивают его е необходимым моментом сопротивления.

Должно выполняться условие W_Ф≥W.

2. Расчет турбинной открытой мешалки.

Рис. 3.8. Схема к расчету на прочность турбинной открытой мешалки

Расчетный изгибающий момент лопатки М в Н.м в сечении, параллельном оси вала и находящимся от неё на расстоянии, рав­ном половине диаметра диска D (рис. 3.8), определяется по формуле

, (3.7)

где N - расчетная мощность, Вт;

n - частота вращения мешалки, c^-1.

, (3.8)

где l - длина лопатки, м.

Расчетный момент сопротивления лопатки при изгибе в расчет­ном сечении определяется по формуле (3.6).

Номинальная расчетная толщина лопатки S ׳ определяется ана­логично лопастным перемешивающим устройствам.

Конструктивная толщина лопатки

, (3.9)

где С и С₁ - прибавка на коррозию и округление размера соот­ветственно.

3.1.3 Определение осевого усилия вала.

Стандартный привод по условиям работ подшипников и наибо­лее слабых элементов конструкции рассчитан на определенное допустимое осевое усилие [F], значение которого приводится в стандарте [8].

Действующее осевое усилие на вал привода аппарата опреде­ляет по формуле

, (3,18)

где d - диаметр вала в зоне уплотнения, м;

А - дополнительная площадь уплотнения, воспринимающая давление р и передающая его на вал;

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

F_M - осевая составляющая силы, взаимодействия мешалки с рабочей средой.

Знак (⁺) обозначает направление силы вверх, знак (-) – направление силы вниз.

Таблица 3.7 Дополнительная площадь в торцовых уплотнениях, воспринимающая давление Аə10^-4,М²

Тип уплотнения	Диаметр вала d, мм
ТД   ТДП		32,5		48,2		69,6

3.1.4 Подшипники качения.

Для подшипников качения приводного вала мешалки установ­ленных в наиболее нагруженной верхней опоре, воспринимающей дей­ствие осевых и радиальных сил, выполняется проверочный расчет.

Радиальные нагрузки, действующие на подшипники валов стан­дартных аппаратов о мешалками, при соблюдении условия их виброустойчивости незначительны. Поэтому проверка нагрузочной способ­ности подшипников выполняется по ОСТ 26-01-1225-75 [8] в соот­ветствии с условием

F≤[F]

где F - расчетное осевое усилие, действующее на вал мешалки, Н;

[F] - предельное осевое усилие, установленное для каждого типа привода, Н.

3.2 Расчет вала вертикального перемешивающего устройства.

Условия, обеспечивающие работоспособность вала перемешивающего устройства, определяются его расчетом на виброустойчивость, жесткость и прочность.

В рассматриваемых методах расчета валов принят ряд допущений.

1. Разъемный вал, соединенный жесткой муфтой, принят эквивалент­ным целому.

2. Силовое воздействие на вал уплотнительного устройства (сальникового или торцевого) и податливость опор не учитываются.

3. Участки вала, расположенные выше верхней опоры, в расчете не учитываются.

4. Соединительные муфты и изменение диаметра вала в пределах при­вода, предусмотренные ОСТ 26-01-1225-75, не учитываются.

5. Расчет жесткости консольного ведется по диаметру наибольшей протяженности.

В качестве принципиальных схем для расчета валов (рис.3.9) верти­кальных аппаратов с механическими перемешивающими устройствами приняты наиболее распространенные в практике аппаратостроения схемы конструкций однопролетных и двухпролетных консольных валов, имеющих по одной шарнирно-неподвижной опоре А (подшипник качения одиноч­ный или сдвоенный, воспринимающий осевую и радиальную нагрузку) и по одной шарнирно-подвижной опоре В (рис. 5.4) (подшипник качения или скольжения, воспринимающий радиальную нагрузку). Концевой подшип­ник скольжения считается шарнирно-подвижной опорой, если его рабочая длина меньше или равна диаметру вала.

3.2.1 Расчет вала на виброустойчивость.

Расчет вала на виброустойчивость сводится к определению условий работы, при которых угловая скорость вынужденного вращения вала со на­ходится в определенном соотношении с частотой его собственных крутиль­ных колебаний ω₁, соответствующей критической частоте вращения вала.

Вал, вращающийся с частотой, меньшей чем первая критическая скорость (ω < ω₁), называется жестким. Если частота вращения вала превы­шает первую критическую скорость (ω>ω₁), то вал называется гибким.

В аппаратах с перемешивающими устройствами, как правило, применяются жесткие валы. Для предотвращения резонанса колебаний должно соблюдаться условие виброустойчивости для жесткого вала.

В принятых нерезонансных областях работы валов влияние сил со­противления рабочей среды незначительно.

Расчет первой критической скорости вала, соответствующей резонан­су при изгибных колебаниях, выполняется в такой последовательности.

На основании эскизной компоновки аппарата составляется расчетная схема вала (рис. 3.9). Первая критическая скорость вала определяется по формуле

рад/с (5.1)

где L- расчетная длина вала, м;

Е- модуль упругости материала вала, Па;

I - момент инерции поперечного сечения вала, м⁴,

;

m_B - масса единицы длины вала, кг/м,

ρ - плотность вала из стали, кг/м³, ρ= 7,85

α - корень частного уравнения, основной тон.

Величина α определяется по графикам, представленным на рис.52,53.

Для определения корня частного уравнения предварительно вычисляются относительная координата центра тяжести мешалки.

относительная масса мешалки

Рис. 3.9 Расчетные схемы валов мешалок:

а)-вал консольный; б)-вал однопролетный (приводы с концевой опорой)

Рис.3.10 Значение корня частного уравнения для консольного вала

Рис.3.11 Значение корня частного уравнения для однопролетного вала

где m - масса мешалки, кг

Если найденное значение не удовлетворяет условию, необходимо увеличить диаметр вала, который определяется по формуле

;

где [τ]- допускаемое напряжение при крученииД1а,

[τ] = 2*10⁷ Па;

T - расчетный крутящий момент на валу, Нм,

э

где К_δ - коэффициент динамичности нагрузки;

N - номинальная мощность, потребляемая мешалкой, Вт;

ω - угловая скорость вала мешалки, рад/с.

Для турбинных и трехлопастных мешалок и аппарата без перегородок K_δ=1,5; в аппарате с перегородками К_δ =1,2; для рамных и лопастных мешалок K_δ =2,0.

3.2.2. Проверка прочности на кручение и изгиб

Напряжения от крутящего и изгибающего моментов определяются по формулам:

(3.11)

(3.12)

Расчетный изгибающий момент М от действия приведенной центро­бежной силы F_Ц определяется в зависимости от расчетной схемы вала со­гласно табл.5.1. Приведенная центробежная сила (в Н) определяется по формуле

F_Ц = m_np-ω2r, (3.13)

где m_пр - приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства, кг;

r - радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и перемешивающего устройства, м.

Данные для расчета вала вертикального перемешивающего устройства

Таблица 3.7

Номер схемы	Расчетные схемы реального и приведенного валов	Уравнение упругой линии и угол поворота сечения вала в опорах	Коэффициент приведения q	Коэффициент приведения p
		при 0≤Х≤l1 θA=0		где ;
		; ; при θ≤х≤l1 при l1≤X≤l		, где

Конструкции опор вала

Рис. 3.12

Приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего уст­ройства определяется по формулам:

при одном перемешивающем устройстве

m_np = m + q∙m_B∙L; (3.13)

при двух перемешивающих устройствах

m_пр = m1+p∙m₂+q∙m_B∙L, (3.14)

где m₁ и m₂ - соответственно массы двух перемешивающих устройств, кг;

q - коэффициент приведения распределенной массы к сосредоточенной массе перемешивающего устройства;

р - коэффициент приведения массы m₁ в точку закрепления массы m₂

Коэффициенты q и р определяются по формулам табл. 3.7.

Радиус г определяется из формулы

, (3.15)

где е' - эксцентриситет массы перемешивающего устройства с учетом бие­ния вала, м,

е' = е + 0,5δ, (3.16)

где е - эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства, м;

е = 0,14…0,2 мм;

δ- допускаемое биение вала (обычно принимается в пределах I мм), м.

Результирующее напряжение на валу определится по формуле

(3.17)

3.2.3. Проверка на жесткость

Прогибы вала в паре трения уплотнения, а также углы поворота сече­ний вала в опорах рассчитываются по формулам табл. 5.1 и должны быть не больше допускаемых.

Допускаемое биение вала в сальниковом уплотнении 0,05... 0,1 мм.

Для радиальных шарикоподшипников наибольший допускаемый угол поворота θ=0,01 рад., для сферических θ= 0,05 рад.

Окончательно диаметр вала с учетом прибавок на коррозию и меха­нический износ округляется до ближайшего большего размера для валов соответствующего нормализованного привода [ 5].

Глава 4 РАСЧЕТ ОПОР КОРПУСА ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

4.1Расчет опор.

Методические указания содержат методику расчета опор вертикаль-ных аппаратов, конструкции, основные и присоединительные размеры опор-лап, опор-стоек; конструкции, основные размеры и требования к выбору мешалок в соответствии с ОСТ 26-01-1245-83, а также типы и параметры корпусов для аппаратов с перемешивающими устройствами в соот­ветствии с действующими отраслевыми стандартами Минхимнефтемаш России.

Методические указания будут полезны при выполнении курсового проекта на тему "Расчет и конструирование аппаратов с перемеши­вающими устройствами''

Настоящий раздел содержит данные но расчету опор аппаратов, справочные данные, необходимые для выполнения курсового проекта по расчету аппаратов с перемешивающими устройствами (типы и размеры корпусов и мешалок химических аппаратов).

Размер опоры лапы или опоры стойки выбирается в зависимости от внутреннего диаметра корпуса аппарата в соответствии с ОСТ 26-665-72. Затем проводится проверочный расчет элементов опоры по следующей ме­тодике [1].

Выбор типоразмера опоры (табл.4.1;4.2) и определение допускаемой нагрузки на опору [G], Основная величина для расчета - нагрузка на одну опору G₁, H:

, (4.1)

Дата добавления: 2015-07-19