Курсовой по прочности аппаратов. Механика Чиркунова. 1. 1 Расчётная температура

• Название: 1. 1 Расчётная температура
• Анкор: Курсовой по прочности аппаратов
• Дата: 11.04.2022
• Размер: 36.13 Kb.
• Имя файла: Механика Чиркунова.docx
• Тип: Документы; #461589

1.1 Расчётная температура

Механические характеристики материалов существенно изменяются в зависимости от температуры.

Расчётная температура стенки – температура, при которой определяются физико-механические характеристики, допускаемые напряжения и проводится расчёт на прочность элементов сосуда.

На практике часто за расчётную температуру принимают наибольшую температуру рабочей среды, но не ниже 20 С.

Таким образом, ;

где – расчётная температура стенок корпуса аппарата, С;

– температура среды, соприкасающейся со стенкой аппарата, С.

1.2 Выбор конструкционных материалов

Экономичность изготовления и надежность в работе аппарата с мешалкой в значительной мере зависят от правильного выбора материалов. В курсовом проекте материалы подбираются для тех элементов, которые рассчитываются по главным критериям работоспособности. Подбор материалов производится по коррозионной стойкости и применимости материалов, учитывающей технологию изготовления тех или иных элементов аппарата из стандартного проката.

Первоначально подбирается основной конструкционный материал, т.е. для корпуса, змеевика, опор корпуса, вала, мешалки. По марке материала определяют допускаемые напряжения [].

При выборе марки стали следует учитывать, прежде всего, ее коррозионную стойкость в рабочей среде.

Материал для уплотнительной прокладки, выбран с учетом рабочей среды – резина ТМКЩ ГОСТ 7338-90.

Марки материалов, а также значения допускаемых напряжений при расчётной температуре [] занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – материалы элементов аппарата

Элемент аппарата	Марка материала	Допускаемые напряжения, МПа
Обечайка, крышка, днище	Оргстекло СО-120-А ГОСТ 10677-90	77,5
Фланцы корпуса	Оргстекло СО-120-А ГОСТ 10677-90	77,5
Прокладка	Резина ТМКЩ ГОСТ 7338-90	4
Внутренние устройства	Полистирол ПСМ-151 ГОСТ 20282-86	49
Мешалка	Полистирол ПСМ-151 ГОСТ 20282-86	49
Вал	Полистирол ПСМ-151 ГОСТ 20282-86	49
Крепёж мешалки	12Х18Н10Т ГОСТ 5949-75	196
Опоры аппарата	Оргстекло СО-120-А ГОСТ 10677-90	77,5
Крепёж	Сталь 40 ГОСТ 4543-71	980
Шпонка	Сталь 40 ГОСТ 4543-71	980

1.3 Определение допускаемых напряжений конструкционного материала

На основании ГОСТ 34233.1-2017 допускаемые напряжения материала корпуса для рабочих условий определяются соответственно по формулам:

(1)

Где – предел прочности материала, Па (таблица 1);

η – коэффициент к допускаемым напряжениям материала;

n_в – запас прочности по пределу прочности.

1.4 Определение рабочего давления

Рабочее, давление относятся к параметрам, которые подлежат предварительному определению.

Рабочее давление – максимальное внутреннее избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время срабатывания предохранительного клапана или других предохранительных устройств. Таким образом, рабочее давление – это избыточное давление газа над слоем жидкости, т.е.:



Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:

(2)

где – плотность рабочей среды кг/ ;

g = 9,8 – ускорение свободного падения, м/ ;

– уровень жидкости в аппарате, м.

Расчётное внутреннее давление – давление, на которое производится расчёт элементов аппарата на прочность, Па. Так как р гидростатическое давление не учитывают:

2.1 Расчёт элементов корпуса аппарата

2.1 Определение коэффициентов прочности сварных швов и прибавки для компенсации коррозии

Оболочка аппарата с днищем соединяется односторонним стыковым сварным швом пайкой ручным экструдером. В прочностные расчёты вводится коэффициент прочности сварного шва, который несколько уменьшает допускаемые напряжения [ материала ( = 0,9 для одностороннего ручного сварного шва).

Прибавка из-за коррозии в нашем случае равняется 0, так как материалы корпуса не подвержены коррозии.



где с – прибавка для компенсации коррозии, мм;

2.2 Определение расчётной толщины стенок оболочек из условия прочности

Расчёту подлежат элементы корпуса: цилиндрическая обечайка, эллиптическая крышка, эллиптическое днище в местах сварки:

а) Расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки, м:

(3)

где D – внутренний диаметр обечайки, м;

б) расчётная толщина стенки эллиптического днища, м:

(4)

в) расчётная толщина плоской крышки, м

(5)

Где К = 0,4 – коэффициент, учитывающий условия закрепления;

– коэффициент, учитывающий наличие отверстий (одно отверстие под вал);

D_р = 0,345 – расчётный диаметр крышки, м

Полученные значения расчётных толщин стенок подлежат дальнейшему уточнению и округлению до стандартной толщины листов.

2.3 Определение исполнительной толщины стенок оболочек

Окончательную исполнительную толщину стенки подбирают из ряда значений стандартной толщины листов. Выражения для определения исполнительной толщины стенок оболочек корпуса имеют следующий вид:

а) для цилиндрической обечайки:



б) для эллиптического днища:



в) для плоской крышки:



Поскольку в последующих расчётах неоднократно будут использоваться значения расчётной и исполнительной толщины стенок оболочек аппарата, их сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Параметры толщины стенок оболочек

Оболочка аппарата	Расчётная толщина стенки, мм	Минусовой допуск, мм	Исполнительная толщина стенки, мм
Обечайка	0,54	2,0	20
Днище	2,406	2,0	20
Крышка	10,81	2,0	20

2.4 Определение допускаемых давлений

Важными техническими характеристиками аппарат являются максимально допускаемое внутренне давление, которое определяет возможные технологические резервы. Если допускаемое давление больше или равно расчётному, то условие прочности выполняется.

Допускаемые внутренние давления рассчитываются для каждого элемента корпуса, в том числе для фланцев корпуса, люка и штуцеров, а для уплотнения определяется максимально избыточное давление. Наиболее слабый элемент определяет работоспособность (несущую способность) всего аппарата.

Расчёт допускаемых внутренних давлений:

а) Для цилиндрической обечайки:

(6)

Следовательно, условие прочности и для цилиндрической обечайки выполнено.

б) Для эллиптического днища:

(7)

Следовательно, условие прочности для эллиптического днища выполнено.

в) для плоской крышки:

(8)

г) Для стандартных изделий (фланец корпуса, штуцеры), принимаем по их условному давлению из каталога. р_у = 0,6 МПа ≥ р_р.в

Следовательно, условия прочности и устойчивости для стандартных изделий выполнены.

д) для уплотнения вала мешалки:





Следовательно, условия прочности и устойчивости уплотнения вала мешалки выполнены.

3. Расчёт фланцевого соединения

Фланцевое соединение корпуса расчитывается на прочность соединения и герметичность.

3.1 Расчёт усилий, необходимых для обеспечения герметичности

Для расчётов вычислим эффективную ширину прокладки и расчётный диаметр прокладки.

b₀ = 3 мм;

(9)

Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке:

(10)

Так как в аппарате давление снаружи и внутри одинаковое, усилие, необходимое для обеспечения герметичности и нагрузку от давления приравниваем нулю. R_П = 0,
Q_д = 0.

Усилие, действующее на болты при затяжке в таком случае равняется усилию обжатия прокладки:

3.2 Проверка прочности болтового соединения

Проверяем болты по условию прочности. Усилие не должно превышать допускаемое. Для расчёта вычислим площадь болтов соединения:

(11)

Усилие на болтах вычисляем по формуле:

(12)

Согласно таблице 1, допускаемое напряжение для материала болтов 970 МПа, условие прочности выполняется.

Проверим условие прочности прокладки:

(13)

По приложению И ГОСТ 34233.4-2017 определяем допускаемое значение:

[q] = 18 МПа, условие прочности выполняется.

4. Расчёт опор аппарата

Рассчитаем, выдерживают ли опоры вес аппарата и среды, которая в него заливается. Для проверки вычислим полный вес аппарата G.

Примем, что аппарат состоит из обечайки, днища, крышки. Массу внутренних устройств учтём коэффициентом. Привод и перемешивающее устройство на аппарат не опираются, поэтому их вес при расчёте не учитываем.

Вычислим вес элементов:

а) обечайки

(14)

б) эллиптического днища

(15)

в) плоской крышки

(16)

Таким образом, суммарный вес аппарата составит:

	(17)
	(18)

Для проверки вычислим несущую способность обечайки:

	(19)
	(20)