Ім'я файлу: primer_apparata_s_meshalkoy.rtf
Розширення: rtf
Розмір: 4278кб.
Дата: 21.10.2022
скачати
Пов'язані файли:
Diplomnaya_rabota_Proektirovanie_vertikalnogo_apparata_s_privodo


Федеральное агентство по образованию

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра деталей машин (теории машин и механизмов)


Аппарат вертикальный

с трехлопастной мешалкой

Исходные данные


  1. Корпус:

а) Внутренний объём: 6,3

б) Внутренний диаметр:1800 мм

в) Тип: ВЭП

г) Исполнение: 2

д) Давление в аппарате: 0,4 МПа

е) Давление в рубашке: 0,15 МПа

  1. Параметры среды:

а) Наименование: NH4OH водный раствор

б) Температура: 40 ºC

в) Концентрация 30%

  1. Параметры мешалки:

а) Диаметр: 900 мм

б) Частота вращения: 120 об/мин

в) Мощность на валу: 6,3 кВт

г) Тип: трехлопастная

1. Выбор элементов корпуса аппарата
Корпус аппарата состоит из цилиндрической обечайки, днища и крышки. Для нагревания или охлаждения обрабатываемых в аппарате продуктов аппарат снабжен приваренной рубашкой. Типы и основные размеры ёмкостных аппаратов стандартизованы. Общим критерием для выбора элементов корпуса является внутренний номинальный объем V и внутренний диаметр D, которые приведены на 3 странице пояснительной записки. Конструктивная схема прибора с рубашкой:


На основании исходных данных выбираем длину цилиндрической части: мм. Внутренняя поверхность корпуса: .
1.1 Расчет элементов корпуса
Корпуса аппаратов чаще всего работают в условиях стратегических нагрузок под внутренним избыточном давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением.
1.2 Цилиндрической обечайки
Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ 14249-89

1. Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением

Выбираем материал аппарата по таблице 7 [1]: сталь 35ХМ. По таблице 8 [1] определяем [σ]=230 МПа и Е=2·105 МПа

Толщину стенок рассчитываем по следующей формуле:
,

условие выполняется.

Принимаем минимальное стандартное значение S=6мм.







Условие не выполняется, увеличиваем толщину стенки до S=10 мм.





Условие выполняется. S=10мм.
1.3 Днища и крышки
Расчёт толщины эллиптического днища, нагруженного наружным давлением
,
Проверим толщину S=8мм:





Принимаем S=10 мм







Условия выполняются при S=10 мм.

Расчёт толщины отъемной крышки нагруженного внутренним давлением

Толщину стенок рассчитываем по следующей формуле:
,
где


1.4 Расчёт элементов рубашки
Рассчитаем толщину стенки цилиндрической части рубашки:
, .
Рассчитаем толщину стенки эллиптической части рубашки:
, .

1.5 Расчет фланцевых соединений и штуцеров
Фланцевые соединения применяют для разъёмного соединения составных частей корпусов, крышек. На фланцах присоединяют к аппаратам трубы, арматуру. Соединение состоит из двух фланцев, болтов (шпилек), гаек, шайб и прокладки, которую размещают между уплотнительными поверхностями.

Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов. В моём варианте используется фланец плоский приварной с гладкой уплотнительной поверхностью. Размеры фланца по табл. 11 [1]:

Dф=1930ммh=60мм

Dб=1890 ммS=10мм

D1=1848ммd=27мм

z=68мм dБ=М24

Для уплотнений во фланцах применяют прокладки различной конструкции. Для плоских приварных фланцев используется плоская неметаллическая прокладка. Так как давление в аппарате – 0.4 МПа, перерабатываемая среда –NH4ОН и Т=400С, выбирается прокладка, изготовленная из фторопласта. При внутреннем диаметре аппарата D=1800 мм, условном давлении Py=0,4 МПа, прокладка будет иметь диаметр Dn=1846мм, dn=1807мм.

Проверочный расчёт болтов в соответствии с ОСТ 26-373-82:

  1. Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления :





  1. Реакция прокладки:









  1. Болтовая нагрузка при сборке:







Наибольшее значение -

  1. Прочность болтов при монтаже:


,
удовлетворяет условию.

  1. Прочность болтов в период эксплуатации:



Удовлетворяет условию z=68.
1.6 Устройство для подсоединения трубопроводов
Присоединение трубопроводов для подвода и отвода различных жидкостей и газов, а так же измерительных приборов и предохранительных устройств к аппарату производят с помощью штуцеров. Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют собой патрубки, выполненные из труб с приваренными к ним фланцами. Штуцера с плоскими приваренными фланцами имеют гладкую уплотнительную поверхность (соединительный выступ):

Для входа и выхода теплоносителя на рубашке устанавливают два штуцера.

А=200 В=100 Е=250 Г=100 R1=580 D2=1200

Б=100 Ж=50 И=150 К,К1=50 R2=540 Л=200

М=50

1.7 Опоры аппарата
Химические аппараты устанавливаются на фундаменты или специальные несущие конструкции с помощью опор. В моём варианте я выбралa в качестве опор – 1-ый тип (лапы).

Лапы применяют при установки аппаратов на несущих конструкциях или между перекрытиями. Лапы размещают на корпусе или рубашке на расстоянии мм от уплотнительной поверхности фланцев:

Рассчитаем нагрузку на одну опору:

  1. Зададимся количеством опор: 2 лапы.

  2. Определим вес металла, из которого изготовлен аппарат:






  1. Определим вес металлоконструкций, установленных на крышке аппарата:





  1. Определим вес воды, заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях:



Определим максимальную нагрузку на одну опору:
.
Из табл. 26 [1] я выбираю такие опоры, у которых . Данному условию соответствуют лапы, с .

аппарат мешалка привод

2. Выбор комплектующих элементов привода
Привод состоит из мотор-редуктора, муфты, соединяющей выходной вал мотор-редуктора с валом мешалки. Мотор-редуктор устанавливается на стойке, которая крепится к опоре (бобышке) привариваемой к крышке аппарата. В бобышке установлено уплотнение, предназначенное для герметизации аппарата в месте прохождения вала мешалки через крышку.
2.1 Выбор типа мотор-редуктора
Мотор-редуктор – это агрегат, в котором конструктивно объединены электродвигатель и редуктор. По исходным данным (мощность на валу и частота вращения мешалки) по таблице 27 [1] определяем типоразмер мотор-редуктора по условию Р=6,3кВт n =120 об/мин. По исходным данным подходит мотор-редуктор типа ВОМ-III. Определяем мощность электродвигателя Рдв по условию:
кВт
где РМ – мощность на валу мешалки, а цифры в знаменателе – это КПД подшипников, в которых установлен вал, КПД редуктора, КПД, учитывающий потери мощности в уплотнении, КПД, учитывающий потери в муфте, соответственно.

Технические данные редуктора ВОМ-III:

Число оборотов = 120

Мощность Р = 7 кВт

Передаточное число u = 8,25

Типоразмер комплектующих электродвигателя = 4А132М6

Основные размеры редуктора ВОМ-III:

LДВ=530мм
D1=275мм
D2=360мм
L1=100мм

DДВ=350мм
h1=36мм
S=5мм
D4=165мм

D=320мм

L2=235мм
d2=M12

L=1200
D3=490мм

d1=50мм




2.2 Выбор типа муфты
Для соединения вала мешалки с валом мотор-редуктора я использую продольно-разъёмную муфту. С её помощью можно соединять валы одинакового диаметра.

Тип муфты определяется конструктивной схемой опорного узла вала. Размеры подбирают по диаметру вала мотор – редуктора d и расчётному моменту ТР следующим образом:

  1. Определим угловую скорость вращения вала:



  1. Определим вращающий момент на валу:



  1. Определим величину расчётного момента:



По таблице выбираем размеры соответствующей муфты, мм:


d=50
d3=48
H3=24
M=8,38кг

T=630
H=170
d4=110



d1=130
H1=70
d5=95



d2=42
H2=24
dБ=М10




2.3 Выбор стойки и опоры
Стойка имеет вид усечённого конуса, выполняемого из чугуна, с тремя опорными поверхностями:


На верхней опорной поверхности монтируют мотор-редуктор, для чего в этой поверхности предусмотрены сквозные отверстия. Средняя поверхность служит для установки подшипникового узла, нижняя опорная поверхность предназначена для соединения стойки с опорой (бобышкой). Опора представляет собой бобышку с центральным отверстием размером d для вала и двумя рядами периферийных отверстий с резьбой для крепления стойки и уплотнений.

Для установки опоры на эллиптической крышке путём сварки предусмотрено кольцо. Высота стойки H принимается конструктивно, поэтому в таблице указана минимальная высота.
Размеры стойки:

D=320мм
Do=670мм
D1=500мм
Dδ1=610мм

D2=275мм
D3=440мм
B=360мм
H=650мм

h=24мм
h1=28мм
S=12мм




Размеры опоры под стойку:

d=65мм
D=670мм
D1=500мм

Dδ1=610мм
D2=178мм
Dδ2=200мм

B=360мм
h=22мм
h1=40мм

d1=70мм
2.3 Выбор типа уплотнения
В моём варианте, давление в аппарате 0,4 МПа и щелочная среда – NH4ОН, следовательно, необходимо использовать торцевое уплотнение.


Параметры и размеры торцевого уплотнения:

Тип уплотнения: УТ 656

d=65ммD1=200ммН=180ммh=48мм

D=235ммD2=178ммМасса 14,9кг
Размеры трехлопастной мешалки, мм

dM=900
d3=100
b=180
MM=24кг

d1=60
h=110
S=10





3. Проектирование и расчёт перемешивающего устройства
Перемешивающее устройство состоит из вала, размещённого в подшипниках, торцевого уплотнения и мешалки. В моём аппарате применяется консольный вал. Опорами консольного вала служит один подшипник качения. Он расположен в подшипниковом узле, установленном в стойке.
3.1 Проектный расчёт вала
Расчёт выполняется по напряжениям кручения. Целью расчёта является определение наименьшего диаметра вала. Исходными данными являются мощность на валу кВт и частота вращения мешалки мин-1.

Определим угловую скорость вращения вала:

Определим вращающий момент на валу:



Определим наименьший диаметр вала:

мм
3.2 Конструирование вала и подшипникового узла
Конструкция вала определяется деталями, которые на нём крепятся, конструктивным оформлением подшипниковых узлов и способом соединения вала перемешивающего устройства с валом мотор-редуктора.

Соединение валов мотор-редуктора и перемешивающего устройства продольно-разъёмной муфтой образует подвижное соединение.

Подшипниковый узел состоит из корпуса 1, внутри которого установлен один радиальный подшипник качения 2. Для фиксации вала в осевом направлении предусмотрена круглая шлицевая гайка 4, которая предохраняется от развинчивания стопорной многолапчатой шайбой 5. Корпус закрыт крышками 6, в сквозных отверстиях которых установлены манжетные уплотнения.

Конструкция вала:

  1. Верхний конец вала соединен с валом мотор-редуктора стандартной муфтой. Поэтому его диаметр будет равным диаметру вала мм мотор-редуктора. Длина этого участка вала равна мм и уточняем по размерам муфты.

  2. Диаметр вала под уплотнение крышки подшипникового узла возьмем равным мм. Длина этого участка вала с учётом размеров верхней крышки мм, где b – это ширина манжеты (b=10мм), s – толщина крышки в месте установки манжеты(s= 8мм). мм. DУПЛ=80мм.

  3. Диаметр участка с резьбой под шлицевую гайку мм. Длина данного участка мм, где S – толщина шайбы (S=1,6мм, Н=12мм), мм,

  4. Следующий участок вала предназначен для посадки подшипника. Его диаметр нужно согласовать с диаметром отверстия внутреннего кольца подшипника. Для подшипника 313 мм. Длина этого участка вала мм, B =33мм– ширина подшипника.

  5. Диаметр следующего участок вала принимают равным : мм. DУПЛ=100мм.

  6. Диаметр согласуют с диаметром отверстия в торцевом уплотнения Соответственно мм.

  7. Участок вала в месте посадки мешалки принимают равным диаметру отверстия в ступице мешалки


3.3 Проверочный расчёт вала
Основными критериями работоспособности валов перемешивающих устройств является виброустойчивость и прочность. Прежде, чем приступить к расчёту вала, необходимо выбрать расчётную схему и определить длину расчётных участков вала.

Подвижное соединение валов зубчатой муфтой. Опорой является один радиальный подшипник качения. Такому решению соответствует расчётная схема №1.

l2 – расстояние между подшипником и серединой муфты l2 =160мм.

l1 – расстояние от середины подшипника качения до середины ступицы мешалки. l1 =2070мм. L= l1+l2=2230мм
3.4 Расчёт на виброустойчивость


  1. Определяем массу единицы длины вала:


,
где =7,85·103 кг/м3 – плотность материала вала в месте уплотнительного устройства (d=65мм).



  1. Вычисляем момент инерции поперечного сечения вала:




  1. Определяем значения коэффициентов: , где Мм – масса мешалки (24 кг);

,

  1. В соответствии с выбранной расчётной схемой определяем коэффициент α.

α =1,5.

  1. Определяем критическую скорость вала:


, с-1,
где Е – модуль продольной упругости вала (Е=2•1011)



Проверяем выполненные условия:

Условие выполняется.
3.5 Расчет на прочность
Вычисляем приведённую центробежную силу Fц, создающую изгибающий момент: , где Mnp – приведённая масса мешалки(кг), r – радиус вращения центра тяжести приведённой массы(м).

  1. Определяем эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства: dM – диаметр мешалки, м. dM=0,9м

м

  1. Определяем значение приведённой массы мешалки и вала: , где q – коэффициент приведения распределённой массы вала к сосредоточенной массе мешалки.


,




  1. Определяем радиус вращения центров тяжести:





  1. Определяем центробежную силу:





  1. Определяем радиальные реакции в опорах:





∑MA=0. -M-0,16RB+2,23FЦ

М=-187,33Нм

Построим эпюры изгибающих и крутящих моментов в опасном сечении вала: I участок 0 ≤ z1 ≤ 0,16 м
Qy(z1)=-RA=-3512,5 Н;

М(z1)=-М- RA z1;М(0)= 187,33;М(0,24)=-374,67 H∙м
II участок 0 м ≤ z2 ≤ 2.07м
Qy(z2)=Fц =181Н

М(z2)=-Fц z2 ;

M(0)= 0 H∙м

M(2.07)= -374,67 H∙м



  1. Определяем напряжение изгиба σи и кручение τ в опасном сечении:



,d=65


Ми=374,67Н*м



МПа


  1. Рассчитываем эквивалентное напряжение и проверяем выполнение условия:




, где σ-1 = 0,5 • σв = 0,5 • 500 МПа = 250 МПа
Кσ=1,5 – коэффициент концентрации напряжения

Smin=2 – минимальный запас прочности вала





условие выполняется.
3.6 Проверочный расчет шпонок
Проверяем шпонку в месте посадки мешалки. Условия прочности:

где d – диаметр вала в месте установки шпонки;

lp=(l - b) – рабочая длина шпонки со скруглёнными торцами;

[σcм]=150н/мм2

Проверка шпонки на прочность в месте посадки мешалки:



В месте посадки полумуфты



Шпонки удовлетворяют проверочному расчёту.
3.7 Проверка пригодности подшипников
Рассчитываем динамическую грузоподъемность:
,
где срок службы узла Lh=10•103 ÷ 20•103 часов, n – число оборотов вала, PE – эквивалентная динамическая нагрузка, m=3 (для шарикоподшипников).

Определяем осевые нагрузки

Внешняя осевая сила:
,
где P – давление в аппарате, G – вес вала и мешалки, dрас=d+5 мм – расчётный диаметр вала в месте уплотнения, установленного на крышке аппарата. Р=0,4 МПа, dрас=70.


3.9 Подбор подшипников по динамической грузоподъемности
Динамическая грузоподъёмность подшипника 313 Сr=72,2 статическая грузоподъёмность С0=56,7 кH (табл. 48 )

По отношению FА/C0=127/56700=0,002 выписываем значение коэффициента осевого нагружения е=0,19 по табл. 50 [1]; х=0,56 и у=2,3
FА/(VFr)=127/(1*3693,5)=0,03≤e=0,19. Значит х=1, у=0.
Вычисляем эквивалентные динамические нагрузки:
,
где кδ=1,1 ÷ 1,5; кт=1,(при 40оС)



Рассчитаем динамическую грузоподъёмность:



условие выполняется, подшипник пригоден.


скачати

© Усі права захищені
написати до нас