122867 (689272), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

где П_нар - скорость коррозии с наружной стороны от воды (пара). Значение ее принимается по таблице А1 приложения А.

С₂ - прибавка для компенсации минусового допуска листа стали при изготовлении. Минусовый допуск выбираем по таблице Г1 приложения Г). Для толщины S_R = (8…24) мм С₂=0,4 мм. В нашем расчете S_R = 3,68 мм, поэтому мы приняли диапазон размеров больше 3мм.

С₃ - прибавка технологическая (учитывает утончение листа при вальцовке), для толщины от 3 до 30 мм принимают С₃=0,3 мм.

В итоге получаем:

С = С₁+С₂ + С₃ = 0,75+0,4+0,3 =1,45 мм.

Толщина стенки обечайки с учетом прибавок

S^'= S_R+С = 3,68+1,45 = 5,13 мм. (23)

Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса, принятая по стандарту (табл. Г1 приложения Г) S=6 мм.

2.3 Расчет эллиптического днища

Согласно заданию в аппарате предусмотрены эллиптические днище и крышка.

Для днища и крышки принята сталь 08Х18Н10Т (см. п.1.2) с допускаемым напряжением [σ] =168 МПа и модулем упругости Е=2·10⁵ МПа.

В процессе работы аппарата днище корпуса испытывает следующие деформации:

растяжение от внутреннего давления,

сжатие (потеря устойчивости формы днища) от наружного давления - давления в рубашке.

2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутренним расчетным избыточным давлением, определяется выражением

Рисунок 3 - Внутреннее давление Р_р, действующее на днище корпуса.

=

2,39 мм (24)

Здесь R - радиус кривизны в вершине днища. Для стандартного эллиптического днища R = D = 800 мм.,

φ - коэффициент прочности сварного шва. Принимаем днище не сварное, а цельное штампованное, поэтому φ = 1.

Рисунок 4 - Внешнее давление Р_Н, действующие на днище корпуса.

2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением, рассчитывается по формуле

(25)

где К_Э - коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

Предварительно принимаем К_Э =0,9.

2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщине днища

С' = С₁ + С₂ + С₃.

Здесь также С₁= П∙τ+С_Э = 0,1∙5+0 = 0,5 мм - прибавка на коррозию,

С₂ = 0,4 мм (для толщины 6 мм по табл. Д1, приложение Д) - прибавка на минусовой допуск изготовления листа,

С₃ =0,3 мм (см. п.2.2.5) - прибавка на утончение при изготовлении днища.

В результате получаем:

С' = 0,5 + 0,4 + 0,3 = 1,2 мм.

2.3.4 Толщина днища с учетом прибавок

S₁^’= S_1R + C^’= 2,17+ 1,2 = 3,37 мм ≈ 4,0 мм.

Исполнительная толщина стенки днища, принятая по стандарту (табл. Д1, приложение Д) S₁= 4 мм.

2.3.5 Для эллиптических днищ, если длина цилиндрической отбортованной части h, больше параметра

, т.е. < h, то толщина стенки днища S₁ должна быть не менее толщины стенки обечайки, т.е. S₁ ≥ S.

Длину (высоту) отбортованной части при D=800 мм и S₁=4 мм принимаем по таблице Д1 приложения Д: h = 25 мм.

Определяем параметр

(26)

Замечаем, что = 47,33> h=25, поэтому можно принять S₁ <S. Принимаем S₁=4 мм.

Толщину крышки аппарата принимают такой же как и толщину днища S₁=4 мм.

2.4 Расчет рубашки аппарата

Согласно заданию рубашка гладкая приварная (не отъемная).

Для рубашки выбрана (см. п.1.1, 1.2) качественная углеродистая конструкционная сталь 20К, у которой допускаемое напряжение [σ] _руб. =147 МПа и модуль упругости Е_руб. =1,99·10⁵ МПа.

2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметр рубашки D_р=900 мм, параметр а = 30 мм

Рисунок 5 - К расчету высоты рубашки

2.4.2 Высота рубашки с учетом днища (без толщины днища)

(27)

h₁=650мм (см. п.2.1 1), =150 (см. п.2.2.3.1)

Получаем: h_p=650+30-150=830 мм

2.4.3 Расчет обечайки рубашки

В процессе работы аппарата обечайка рубашки испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления в рубашке, растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы.

2.4.3.1 Внутреннее избыточное давление в рубашке

.

2.4.3.2 Расчетное давление в рубашке

, (28)

где Р^′_р - заданное давление в рубашке (0,4 МПа),

Р_Г - гидростатическое давление в нижней части рубашки.

Учитывая, что нагрев аппарата может производиться горячей водой, имеем:

(29)

где ρ_В=1000 кг/м³ - плотность воды.

Оцениваем величину гидростатического давления

. (30)

Если ∆Р% ≤ 5%, то гидростатическое давление не учитывают. В нашем примере ∆Р%=2,035%, поэтому расчетное давление в рубашке

= 0,5 МПа. (31)

2.4.3.3 Толщина стенки обечайки рубашки от внутреннего расчетного давления

(32)

Здесь [σ] _руб. =147 Н/мм² - допускаемое напряжение материала рубашки (см. п.1.2), φ=0,9 - коэффициент прочности сварного шва.

2.4.3.4 Осевая растягивающая сила для рубашки

(33)

2.4.3.5 Толщина стенки обечайки рубашки от осевой растягивающей силы

(34)

Из двух полученных значений расчетной толщины стенки принимаем большее S_R=1,70 мм.

2.4.3.6 Прибавки к толщине стенки рубашки (см. п.2.2.5)

(35)

= 0,1∙5+0 = 0,5 мм (36)

П_руб=0,1 мм/год (принимаем по табл. Б1 приложения Б при 100°С).

С₂=0,4 мм, С₃=0,3 мм

Получаем:

С_руб = 0,5+0,4+0,3 = 1,2 мм

2.4.3.7 Толщина стенки обечайки рубашки с учетом прибавок

(37)

2.4.3.8 Исполнительная толщина стенки обечайки рубашки, принятая по стандарту (табл. Г1 приложения Г) S_руб= 4 мм.

2.4.4 Расчет днища рубашки

Поскольку корпус аппарата имеет эллиптическое днище, то и для рубашки тоже принимаем эллиптическое днище с диаметром D_руб=900 мм.

Толщина стенки днища рубашки при нагружении внутренним давлением определяется по формуле:

(38)

Здесь R - радиус кривизны в вершине днища. Для стандартных эллиптических днищ R=D_р=900 мм,

φ - коэффициент прочности сварного шва. Поскольку днище

предполагаем изготовить из цельной заготовки, то φ =1.

Рисунок 6 - Внутреннее давление Р_руб, действующее на днище рубашки

Толщина стенки с учетом прибавок

.

Исполнительную толщину днища рубашки принимаем, согласуя с таблицей Д1 приложения Д: при диаметре 900 мм минимальная толщина стенки днища составляет 4мм, поэтому принимаем S_1руб = 4 мм. Длина отбортованной части h=25 мм.

2.5 Параметры штуцеров аппарата

Аппараты имеют технологические штуцера, а также штуцера для контрольно-измерительных приборов и предохранительных устройств.

Штуцера обозначаются прописными буквами русского алфавита, их расположение на крышке аппарата показано на рисунке Ж1 приложения Ж. По табл. Ж1 приложения Ж определяем условные диаметры штуцеров аппарата - d_у. Диаметр окружности, на которой расположены штуцера,

D₂ = 550 мм.

На крышке аппарата расположены следующие штуцера:

Г - патрубок штуцера смотрового люка d_У = 125 мм,

Д - патрубок технологического штуцера d_У= 80 мм,

Е - патрубки технологических штуцеров d_У=50 мм,

Ж - патрубок штуцера гильзы термометра d_У=50 мм,

И - патрубок штуцера манометра d_У=50 мм,

К - патрубок штуцера предохранительного клапана d_У=50 мм.

На рубашке аппарата предусмотрены штуцера ввода и вывода теплоносителя М и Н, их диаметры условного прохода d_У=32 мм,

В нижней части днища предусмотрен сливной штуцер из стали 08Х18Н10Т (сталь из которой изготовлен аппарат) - штуцер Л, его d_У =100 мм.

В таблице Ж2 приложения Ж даны размеры фланцев штуцеров в зависимости от условного прохода и условного давления в аппарате и рубашке. Таблица нужна при выполнения чертежей аппарата.

2.6 Подбор фланцевого соединения

Фланцевое соединение выбираем по табл. Ж3 приложения Ж. Принимаем фланцевое соединение, у которого уплотнительная поверхность выполнена в форме "шип-паз", фланцы плоские приварные без втулок.

Принимаем материал фланцев - сталь 08Х18Н10Т, материал прокладки - паронит, материал болтов - сталь 35Х.

Конструктивные размеры фланцев, зависящие от диаметра аппарата и давления внутри аппарата, принимаем по таблице Ж3 приложения Ж (они необходимы при выполнении чертежа общего вида аппарата).

2.7 Расчет перемешивающего устройства

Тип перемешивающего устройства задан в исходных данных на курсовой проект - мешалка турбинная.

Расчет перемешивающего устройства заключается в определении мощности, необходимой для перемешивания и выборе стандартного перемешивающего устройства.

2.7.1 Определение основных геометрических размеров мешалки

Основные расчетные размеры мешалки определяем по формулам, приведенным в приложении И, и округляем их до стандартных (они необходимы при выполнении чертежа общего вида аппарата).

Расчетный диаметр мешалки лопастной

Рисунок 7 - схема мешалки лопастной

(39)

По приложению К1 принимаем стандартную мешалку с размерами: d_м = 500 мм и

d = 25 мм. Диаметр вала мешалки принимаем больше диаметра ступицы по приложению Л: d_вал=28 мм.

Высота расположения мешалки над днищем аппарата

(40)

Остальные размеры мешалки (они необходимы при выполнении чертежей) представлены в приложении К1.

2.7.2 Мощность, необходимая на перемешивание

, (41)

где d_М - диаметр мешалки, м;

n - частота вращения мешалки, об/c;

ρ_С - плотность перемешиваемой среды, кг/м³;

К_N - критерий мощности.

Критерий мощности зависит от типа мешалки и центробежного критерия Рейнольдса и определяется по графикам, приведенным в приложении М.

Центробежный критерий Рейнольдса определяем по формуле

. (42)

Здесь ρ_с=1020 кг/м³ - плотность среды в аппарате,

µ_С = 4,4 Па∙с - динамический коэффициент вязкости среды. Они определяются по таблице Б1 приложения Б.

Расчетная частота вращения мешалки в об/сек в 60 раз меньше числа оборотов ее в минуту, т.е.

(43)

Находим критерий Рейнольдса

По приложению М находим критерий мощности К_N = 0,95.

Мощность, необходимая на перемешивание

При наличии различных устройств внутри аппарата мощность на перемешивание увеличивается:

, (44)

где - коэффициент, учитывающий соотношение высоты жидкости и диаметра аппарата:

при h_Ж > D , (45)

при h_Ж ≤ D Принимают К_н=1;

К₁ = 1,1 - коэффициент, учитывающий наличие гильзы термометра;

К₂ = 1,2 - коэффициент, учитывающий наличие давильной трубы (если она предусмотрена), устройства для замера уровня среды в аппарате.

Получаем:

Определяем необходимую мощность электродвигателя (Вт)

. (46)

Здесь η=0,9 - коэффициент полезного действия привода;

k_п=1,3 - коэффициент, учитывающий перегрузку двигателя в момент пуска;

Р_тр - затраты на трение в сальниковом уплотнении. Ориентировочно можно принять:

Р_тр= (3,5÷4,5) ∙d_вал (Вт). (47)

Здесь d_{вал -} диаметр вала мешалки в мм.

Тогда:

Р_тр= (3,5÷4,5) ∙d_вал = (3,5÷4,5) ∙28=98÷126 Вт.

Принимаем Р_тр =120Вт.

2.7.3 Выбор привода

Привод мешалки состоит из мотор-редуктора, установленного на стойке, в которой крепится опора вала мешалки, вал мешалки соединяется с валом привода с помощью муфты продольно-разъемной.

По заданному числу оборотов мешалки (n=85 об/мин) и необходимой мощности элекродвигателя Р`_э =834,57 Вт по таблице Н1 приложения Н принимаем мотор-редуктор типоразмера МРВ 0.4 с передаточным числом 16 и комплектующим электродвигателем типоразмера АИJ80А4 мощностью 1,1 кВт, габаритный размер электродвигателя (высота) L_дв= 300 мм. Условное обозначение мотор-редуктора МРВ04-16 1,1/85. Диаметр выходного вала мотор-редуктора 22 мм. Масса мотор-редуктора 41,3 кг.

Привод со стойкой выбираем по приложению П.

Масса стойки: 68кг,

Масса привода складывается из массы мотор-редуктора и массы стойки:

m_пр = 41,3+68 = 109,3 кг

2.8 Выбор опор аппарата

Для выбора опор необходимо определить массу всего аппарата, которую можно рассчитать по формуле:

, (48)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий вес неучтенных в этой формуле частей аппарата;

3 - коэффициент, учитывающий вес днища, крышки и днища рубашки;

2 - коэффициент, учитывающий вес обечайки аппарата и рубашки;

Сначала определим массы составных частей аппарата, а потом массу всего аппарата.

Массу днища определяем по таблице Д1 приложения Д.

m_дн = 24,0 кг.

_{Масса обечайки}

_{mоб= ρ ∙ V, (49)}

где ρ - плотность металла обечайки (ρ = 7,8∙10³ кг/м³),

V - объем металла, необходимого для изготовления обечайки.

V= π∙D∙H_об∙S = 3,14∙0,8∙0,55∙0,010 = 0,013816 м³. (50)

Здесь D = 0,8 м - внутренний диаметр аппарата,

Н_об = Н - 2Н_дн = 950 - 2∙200 =550 мм =0,55 м

Здесь Н_дн= 0,25∙D = 0,25∙800 = 200 мм =0,20 м - высота днища аппарата,

S = 0,010 м - толщина обечайки.

Тогда

_{mоб=7,8∙103∙0,013816= 107,7648 кг (51)}

Масса m_пр = 109,3 кг - вес привода

Масса жидкостной среды в аппарате

m_ж= 0,8∙V_ап ∙ρ =0,8∙0,40 ∙1020= 326,4 кг. (52)

_{Здесь 0,8 - коэффициент заполнения аппарата,}

_{Vап= 0,40 м3 - объем аппарата,}

_{ρ=1020 кг/м3 - плотность жидкостной среды в аппарате.}

Масса всего аппарата

m_ап= 1,1∙ (3∙m_дн+2∙m_об+m_пр +m_ж) = =1,1∙ (3∙24,0+2∙107,7648+109,3+326,4) =795,55256 кг.

Вес аппарата

G_ап = 9,81∙ m_ап = 9,81∙795,55256 ≈ 7804,4 Н

Обычно вертикальные аппараты устанавливаются с помощью опор на межэтажном перекрытии или на металлической раме.

В качестве опор рекомендованы опорные лапы подвесных сосудов и аппаратов (ГОСТ 26296-84 исполнения 2). Используем опорную лапу с подкладным листом для увеличения жесткости рубашки аппарата, к которой приваривается опора. Толщина подкладного листа равна толщине стенки обечайки рубашки.

Вес, который приходится на одну опору

(53)

Здесь К_Н = 1,5…2 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между опорами, принимаем К_Н=2.

Z - количество опор.

Принимаем Z =4.

Тогда

Опору подбираем по таблице Р1 приложения Р. Принимаем лапу опорную подвесных сосудов и аппаратов с максимальной нагрузкой на одну опору 6300 Н, ее обозначение "Опорная лапа 2-6300 ГОСТ 26296-84".

Геометрические размеры опоры приведены в таблице Р1 приложения Р.

Выводы

В курсовом проекте выбран конструкционный материал для корпуса аппарата и рубашки, рассчитаны основные элементы аппарата:

определены расчетные параметры аппарата,

рассчитаны и выбраны стандартные толщины стенок обечайки корпуса, эллиптического днища и рубашки аппарата,

выбрано стандартное фланцевое соединение аппарата,

рассчитано перемешивающее устройство,

определены геометрические размеры мешалки,

рассчитана мощность на перемешивание и выбран привод аппарата,

подобраны стандартные опоры аппарата,

в результате проектирования выбран стандартный вертикальный аппарат, соответствующий ГОСТ 20680 - 75.

Список литературы

1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. -Л.: / Машиностроение, 1970. -750с.

2. Прикладная механика. Курсовой проект. Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством / Сост.: Герасимов В.К., Лихачев А.И. - Рубежное: ИХТ ВНУ, 2008. -60 с.

3. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 79 с.

4. Михалев М.Ф., Третьяков Н.П. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи. - Л.: Машиностроение, 1984. - 300 с.

5. ГОСТ 20680 - 75 Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные.

6. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. - Л., Машиностроение, 1979 - 272 с.

7. Бакланов Н.А. Перемешивание жидкостей - Л., Химия, 1979 - 64с.

8. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов - М., Машгиз, 1946 - 600 с.

9. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками - Л., Химия, 1975 - 384с.

Приложения

Приложение А

Характеристики

Список файлов курсовой работы