дисциплина электрические аппараты. Механический расчет аппарата с мешалкой Цель

• Название: Механический расчет аппарата с мешалкой Цель
• Дата: 27.10.2022
• Размер: 0.62 Mb.
• Имя файла: дисциплина электрические аппараты.docx
• Тип: Методические указания; #757163

Механический расчет аппарата с мешалкой

Цель: приобрести навыки расчета колонного аппарата для усвоения пройденных тем: «Назначение и виды перемешивания. Аппараты с перемешивающими устройствами, их основные узлы. Типы конструкций мешалок. Способы крепления мешалок к валу.», «Уплотнения вращающихся валов, типы конструкций и их выбор. Приводы мешалок, их типы и конструкции.», а также выполнения курсового и дипломного проекта, умения пользоваться технической справочной литературой.

Задание: выполнить механический расчет аппарата с мешалкой по своему варианту согласно методическим указаниям.

Методические указания по выполнению практической работы:

Механическийрасчетаппарата с мешалкой

Реакторы с перемешиваю­щими устройствами наиболее распространены при проведении жидкофазных реакций. Кон­структивно они представляют собой вертикальные аппараты (см. рисунок 1) объемом 0,01 ... 100 , состоящие из корпуса 4, крыш­ки 6, днища 2, рубашки 5, вводных и выводных штуцеров 7, опор (стоек 1 или лап 15). На крышке установлен привод мешалки 3, состоящий из электродвигателя 10, редуктора 9, стоек12, муфты 11 и уплотнения 8. Привод вращает вертикальный вал 14, на котором укреплена мешалка. Аппарат снабжен люком 13, смотровыми окнами, бобышками и штуцерами.

Для поддержания температурного режима такие реакторы выполняют с теплообменными устройствами – наружными стандартными рубашками или внутренними змеевиками.

Типы, основные параметры и размеры корпусов таких аппаратов регламентированы ГОСТ 9931–85.



Рисунок 1 – Реактор с мешалкой

1 Данные механического расчета

1. 
   Объем аппарата V = 6,3
   
2. 
   Диаметр аппарата
   
3. 
   Диаметр рубашки
   
4. 
   Рабочее давление в аппарате
   
5. 
   Рабочее давление в рубашке
   
6. 
   Высота цилиндрической части обечайки
   
7. 
   Материал корпуса – сталь 20 ГОСТ 1050-88
   
8. 
   Материал рубашки – Ст3сп ГОСТ 380-2005
   
9. 
   Рабочая температура в корпусе
   
10. 
    Рабочая температура в рубашке
    
11. 
    Рабочая среда в корпусе – коррозионная, невзрывоопасная.
    
12. 
    Плотность среды в аппарате
    
13. 
    Вязкость продукта в аппарате
    
14. 
    Рабочая среда в рубашке – насыщенный водяной пар.
    
15. 
    Диаметр люка
    
16. 
    Частота вращения мешалки
    
17. 
    Тип мешалки – двухлопастная
    
18. 
    Материал мешалки 12Х18Н10Т
    

2 Механический расчет основных элементов аппарата с мешалкой

2.1 Расчет корпуса аппарата

Т.к. на корпус аппарата действует внутреннее и наружное давление, то его необходимо рассчитать на прочность и устойчивость (жесткость).



Рисунок 2 – Эскиз обечайки корпуса

2.1.1 Расчет корпуса на прочность от действия внутреннего давления

Расчетная толщина обечайки определяется по формуле:



где р – расчетное давление, МПа;

D – внутренний диаметр обечайки корпуса, мм;

[ ] – допускаемое напряжение для материала обечайки при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва.

В рассматриваемом случае имеем:

(см. п.1).

По Правилами Ростехнадзора расчетное давление принимают равным 90 % от давления срабатывания клапана или мембраны. При рабочем давлении от 0,3 до 6 МПа величина срабатывания на 15 % больше рабочего давления [2, с.36], следовательно расчетное давление определяется по формуле:



Допускаемое напряжение для материала обечайки при расчетной температуре определяется по формуле:

[2, с.36]

где - поправочный коэффициент;

- нормативное допускаемое напряжение для материала обечайки при

расчетной температуре, МПа.

Для стальных аппаратов [3, с.21]

Принимаем за расчетную температуру t = 150 ºС.

Для стали 20 ГОСТ 1050 – 88при t = 150ºC = 139 МПа [2, с.37].

[σ] = 1 × 139 = 139 МПа.

Коэффициент прочности сварного шва зависит от типа сварки.

Принимаем сварку электродуговуюстыковую с подваркой корня шва, следовательно

Окончательно расчетная толщина стенки обечайки равна:

= 4,48 мм

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки, работающая под внутренним избыточным давлением, определяется по формуле:

s≥s + с,

где s - расчетная толщина стенки обечайки корпуса, мм;

с – конструктивная прибавка к расчетной толщине, определяемая по формуле:



где – прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

мм – прибавкана минусовой допуск толщины листа, мм;

– технологическая прибавка, мм.

Прибавка на коррозию зависит от срока эксплуатации аппарата и скорости

коррозии и определяется по формуле:



Обычно лет, а мм/год, следовательно имеем:

мм

Принимаем .

с₂=0,8 мм.

= 1 + 0,8 + = 1,8 +

В нашем случае s = 4,48мм , следовательно исполнительная толщина стенки обечайки:

S ≥ 4,48 + 1,8 + ≥ 6,28 + , мм

Полученную величину толщины стенки округляем в сторону увеличения до стандартной толщины листа по ГОСТ 19904-94.

Вывод: принимаем исполнительнуютолщину стенки обечайки корпуса из расчета на прочность

s= 8мм.

2.1.2 Расчет корпуса на устойчивость (жесткость).

Рисунок 3 – Корпус аппарата с рубашкой.

Расчетную толщину стенки обечайки корпуса, нагруженной наружным давлением, определяем предварительно из двух величин выбирая наибольшую по формулам:



где К₂ – безразмерный коэффициент;

D – внутренний диаметр обечайки, мм;

р – расчетное наружное давление, МПа;

[ ] – допускаемое напряжение для материала обечайки при расчетной температуре, МПа.

Безразмерный коэффициент К₂ определяем по номограмме [ 2, с.41 рис. 2.2] в зависимости от коэффициентов К₁ и К₃, где К₁ и К₃ - безразмерные коэффициенты.

; [ 3 с.40]

где n_y – коэффициент устойчивости;

р – расчетное наружное давление, МПа;

Е – модуль продольной упругости для материала обечайки при расчетной температуре, МПа;

L – расчетная длина обечайки, мм.

Для рабочих условий n_y= 2,4 [3 стр.40].

р = р_руб. =0,3 МПа;

D = 1800 мм [см. п.1].

Е = 1,86×10⁵ МПа [2 с.38].

Расчетная длина обечайки определяется по формуле:



где - высота цилиндрической части обечайки, мм

- высота отбортовки днища, мм.

- высота выпуклой части днища, мм.

В рассматриваемом случае имеем:

мм.

h_отб = 50 мм (см. ГОСТ 6533-78)

мм (см. ГОСТ 6533-78)

мм

Принимаем L = 1940 мм.

Подставляя наши данные в формулы, получим:

;

Используя полученные коэффициенты, находим, используя номограмму, безразмерный коэффициент К₂ = 0,7 [3, с.41 рис. 2.2].

Окончательно имеем:

= max [12,6 ; 2,13] мм

Принимаем расчетную толщину стенки обечайки корпуса S_R =12,6 мм.

Определяем исполнительную толщину стенки обечайкикорпуса по формуле:

s≥s + с,

где s - расчетная толщина стенки обечайки корпуса, мм;

с – конструктивная прибавка к расчетной толщине, определяемая по формуле:



где – прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

мм – прибавкана минусовой допуск толщины листа, мм;

– технологическая прибавка, мм.

Принимаем .

с₂=0,8 мм.

= 1 + 0,8 + = 1,8 +

Окончательно исполнительная толщина стенки обечайки

S ≥ 12,6 + 1,8 + ≥ 14,4 + , мм

Вывод:принимаем исполнительнуютолщину стенки обечайки корпуса из расчета на устойчивостьs= 16мм.

2.1.3 Проверяем обечайку на устойчивость.

Допускаемое наружное давление определяем по формуле [3, с.42]:



где [р]_п– допускаемое давление из условия прочности, МПа;

[р]_Е – допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, МПа.

[р]_попределяется по формуле:

;

где с – сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, мм.

с = с₁ + с₂ = 1 + 0,8 = 1,8 мм.

Подставляя все известные данные, имеем:

МПа

[р]_Е определяется по формуле:

[3, с.42]

где В₁ – безразмерный коэффициент, который определяем, выбирая из двух полученных величин наименьшую, по формулам:



Подставляя все известные значения в данную формулу, получим:

= min[ 1,0; 8,51]

Принимаем В₁= 1,0.

Подставляя все известные данные, имеем:

= 0,71 МПа.

Находим допускаемое давление, подставляя в формулу полученные значения:

МПа.

Проверяем выполнение условий прочности и устойчивости :

Вывод: Условие прочности и устойчивости 1,18 МПа >0,3 МПа выполняется.

2.1.4 Расчет размеров заготовки корпуса

Длина заготовки корпуса определяется по формуле:



где - средний диаметр аппарата.

D–диаметр аппарата.

s – толщина стенки корпуса.

мм

Принимаем мм = 5,7 м.

Ширину (высоту) заготовки принимаем равной высоте цилиндрической части обечайки корпуса, т.е.

Н = 1950 мм. (см. данные)

Масса заготовки корпуса определяется по формуле



где - плотность стали;

V_заг - объем заготовки, ;



кг