Конструирование химического аппарата с перемешивающим устройством

Условие прочности [см] см при расчёте выполняется (97,32 МПа < 122 МПа)

3.5 Выбор и проверочный расчёт опор аппарата

Для аппарата с эллиптическим днищем выбираем два типа опор: опоры- лапы, опоры-стойки. Расчёт ведётся по опорам-стойкам, так как они являются основными.

Для данного аппарата по таблице [8, табл. 1] выбираем: опоры-лапы типа 1 исполнения 2, опоры-стойки типа 3 исполнения 2.

3.5.1 Выбор типоразмера опоры и определение допустимой нагрузки на опору [G]

Основная величина для расчёта - нагрузка на одну опору G1 (Н), определяется по формуле:

,

где Gmax - максимальный вес аппарата, включающий вес аппарата, футеровки, термоизоляции различных конструкций опирающихся на корпус аппарата, максимальный вес продуктов, заполняющих аппарат или массу воды при гидравлическом испытании, Н;

n - число опор (n=3 при расчёте опоры-стойки; n=4 при расчёте опоры-лапы).

где mапп - масса аппарата, кг;

mпр - масса привода, кг; mпр=308 кг;

mмеш - масса мешалки, кг; mмеш =13,0 кг;

mв - масса вала, кг; mв =78,76 кг;

mупл - масса уплотнения, кг; mупл =58 кг;

mмуф - масса муфты, кг; mмуф = 32,2 кг;

mводы - масса воды, кг;

mзм - масса змеевика, кг;

mст - масса одной стойки, кг; mст=57,6 кг;

mлап - масса одной лапы, кг; mлап=33,4 кг.

,

где Vа - объём стенок аппарата, м 3;

_ст - плотность стали, ст = 7,8510 3кг/м 3.

,

где Vцил - объём цилиндрической обечайки, м 3;

Vэл - объём эллиптического днища (крышки), м 3.

,

где Dн - наружный диаметр аппарата, м;

Dвн - внутренний диаметр аппарата, м; Dвн = 1,2 м

= 9,3 ·10 - 2м 3

,

= 2,45 ·10 - 2 м 3

Va = 9,3 ·10 -2+2 ·2,45 ·10 -2 = 14,2·10 -2 м 3

= 1114,7кг

==4·10 3 кг.

mзм=l?р(R-r)2?ст = р2?(R-r)2?Dзм?n?ст,

mзм=3,142?(0,042-0,030)2?1,200?7?7,85?103=93,62 кг.

=61748,85 Н,

=20583 Н.

G1 ? [G]

где [G] - допустимая нагрузка, [G] = 100·10 3 Н,

G1 - нагрузка на одну опору.

Условие выполняется, 20583 Н < 100000 Н, следовательно, типоразмер опоры выбран верно.

3.5.3 Определение фактической площади подошвы подкладного листа опор

Афакт = а2· b2 ,

где а2 , b2 - размеры подкладного листа; а2 =200 мм, b2 = 220 мм по таблице [8, табл.2].

Афакт = 200 ·220 =44000 мм2

3.5.4 Определение требуемой площади подошвы подкладного листа опор

Атреб =,

где [q] - допускаемее удельное давление, МПа;

В качестве материала под фундамент для данной конструкции аппарата с перемешивающим устройством выбираем бетон марки 200, так как он по своим качествам ничем не уступает кирпичу и является более дешёвым материалом.

Для бетона марки 200 [q] = 14 МПа.

Таким образом:

Атреб = =1470,2

При этом должно выполняться условие Афакт ? Атреб. В нашем случае условие соблюдается (44000 мм2 > 1470,2)следовательно, размеры площади подкладного листа выбраны верно.

3.5.5 Проверка вертикальных рёбер опоры на сжатие и устойчивость

,

K1 - коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке [8, рис.1] в зависимости от гибкости ребра ,

;

- гипотенуза ребра;

Zp - число рёбер в опоре; Zp = 2;

S1 - толщина ребра; S1 = 18 мм по таблице [8, табл.2];

b - вылет ребра; b = 250 мм по таблице [8, табл.2];

- допускаемые напряжения для материала рёбер опоры; =40 МПа;

K2 - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном изгибе; K2 = 0,6.

Для опоры-стойки гипотенуза ребра определяется по формуле (из рисунка [8, рис.3]):

;

=463,25мм;

= 89,05

По графику, приведенному на рисунке [8, рис.1] учитывая что =89,05 определяем K1 = 0,68.

Таким образом:

= 7,53Па;

Проверим условие на напряжение сжатия в ребре и устойчивость при продольном изгибе:

,

7,53Па < (0,68·40) МПа

3.5.6 Проверка на срез прочности угловых сварных швов, соединяющих рёбра с корпусом аппарата

,

где - длина катета шва;

L - общая длина швов;

- допускаемое напряжение в сварном шве (80 МПа);

= 0,85 · S1 = 0,85 · 18 = 15,3 мм;

=769,4 мм;

=2,5 МПа.

,

2,5 МПа < 80 МПа.

Подбор муфт, выбор её габаритов и основных размеров осуществляется по крутящему моменту (T = 1637825 Нмм) и диаметру вала (dв = 65 мм ).

В данном аппарате с перемешивающим устройством для соединения валов между собой применим наиболее распространённую в химическом машиностроении фланцевую муфту.

По таблице [5, табл.26] по ОСТ 26-01-1226-75 определим основные размеры фланцевой муфты габарита 3, исполнения 2.

D = 260мм, D1 =220 мм, d0 =120 мм, d1 =140 мм, d2 =150 мм, d3 = 135 мм,

dб = М16, n=6, L=140 мм, l = 28 мм, l1 = 32 мм, b = 5мм, l2 = 28 мм,

mмуф = 32,2 кг.

3.7 Подбор фланцевого соединения. Эскиз

3.7.1 Расчёт уплотнения фланцевого соединения

В соответствии с условием давления и температуры среды принимаем плоские приварные швы.

Толщина Sо втулки фланца для плоских приварных швов:

Sо ? S,

где S - исполнительная толщина обечайки; S=12 мм;

Толщину Sо примем равной исполнительной толщине обечайки, Sо = 12 мм.

Определяем высоту втулки фланца:

hв = 0,5·,

hв = 0,5· =63,25 мм.

Dб >D +2· (2·So +dб +U),

где U - нормативный зазор между гайкой и втулкой; U=6мм;

dб - наружный диаметр болта; dб =30 мм по таблице [7, табл.2.2]

Dб >1600+2· (2·12+30 +6) = 1720 мм.

DН ? Dб + а,

где а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, а = 58 мм по таблице [7, табл.2.4].

DН ?1720 + 58 = 1778 мм.

DН.П = Dб - e,

где e - нормативный параметр, зависящий от типа прокладки, e = 41 мм по таблице [7, табл.2.4];

DН.П = 1720- 41 = 1679 мм.

DС.П = DН.П - b,

где b - ширина прокладки, b =20 мм принимается по таблице [7, табл.2.5].

DС.П = 1679 - 20 = 1659 мм.

nб =

где t ш - рекомендуемый шаг расположения болтов[7,табл. 2.3];

t ш =3,8· dб = 3,8 · 30 = 114 мм;

nб ==47,4

Для обеспечения герметичности соединения необходимо 48 болта.

Определяем расчётную высоту фланца:

hф ? ,

где = 0,53 согласно рисунку [7, рис.2.3];

- эквивалентная толщина втулки;

=,

где в1 = 2,5 [7,рис.2.2].

==18,17 мм.

hф ? = 90,37 мм.

Принимаем hф = 91 мм.

4. Подбор штуцеров и люков

Подбор штуцеров и люков осуществляется в соответствии с внутренним диаметром корпуса аппарата (DВН = 1600 мм) по таблице [5, табл.27];

Основные условные диаметры штуцеров для корпусов с эллиптической крышкой по ОСТ 26-01-1246-75 представлены на эскизе штуцеров.

В соответствии с внутренним диаметром аппарата (DВН = 1600 мм) выбираем люк с плоской крышкой и откидными болтами на PУ = 1,6 МПа.

По таблице [5, табл.28] определим основные размеры люка с плоской крышкой и откидными болтами:

DЛ = 250 мм, Sш = 11 мм, h = 20 мм, a1 = 10 мм, DН = 405 мм, D5 = 300 мм, D6 = 355мм, H = 190 мм, H1 = 130 мм, d = 20 мм, dб = М22, z = 12.

Основной целью проекта являлась разработка документации, чертежей для сооружения аппарата. При этом необходимым условием было учесть экономическую сторону проектирования, то есть экономию конструкционного материала: уменьшение массы элементов аппарата без ущерба их надежности и безопасности при эксплуатации.

В записке приведены основные размеры элементов химического аппарата. Конструирование химического оборудования необходимо производить с меньшим использованием стандартных узлов и деталей, простых в изготовлении и хорошо зарекомендовавших себя в процессе эксплуатации.

химический аппарат давление термостойкость

1. Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. - М: Высшая школа, 1985.

3. Лащинский А.А., Толчинский А,Р Основы коструирования и расчёта химической аппаратуры. Справочник - :Машиностроение, 1970.

4. Расчёт и конструирование аппаратов с перемешивающими устройствами: Методические указания к курсовому проекту по прикладной механике /Сост. В.Л. Хлёсткина - Уфа, 1988.

5. Материалы, типы приводов, муфты, люки: Справочные таблицы / сост. В.Л Хлёсткина - Уфа, 1991.

6. Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов: Справочные таблицы / сост. В.Л Хлёсткина - Уфа, 1885.

7. Фланцевые соединения: Методические указания / сост. В.Л Хлёсткина - Уфа, 1991.

8. Расчёт опор мешалки и корпуса химических аппаратов: Методические указания и справочные таблицы / сост. В.Л. Хлёсткина - Уфа, 1999.

10. Расчёт и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи / Под ред. М.Ф. Михалёва, 1984.