Оболочки, нагруженные наружным давлением.
1) Толщину стенки цилиндрической обечайки предварительно определяют по формуле:
где S – толщина стенки аппарата, мм;
K2 – коэффициент устойчивости;
D – внутренний диаметр обечайки, мм;
Pр.н. – расчетное наружное давление, МПа;
[s] – допускаемое напряжение, МПа,
Ск – прибавка на коррозию, мм;
Со – прибавка на округление до стандартного размера, мм.
Коэффициент К2 находят по номограмме по вспомогательным коэффициентам К1 и К3. Коэффициент К1 находят:
где nу =2,4 - коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;
Pр.н. – расчетное наружное давление, МПа;
Е – модуль упругости, МПа.
Коэффициент К3:
где L – длина цилиндрической части оболочки, мм;
D – внутренний диаметр, мм.
Длина цилиндрической части корпуса находят:
где Нкорп=1300 мм;(табл.11, Расчет опор химических аппаратов)
Н6=340 мм.
По номограмме из УМП {2} находим К2=0,55.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 10 мм с учетом всех отклонений. (табл.7, Справочные таблицы)
После предварительного определения толщины стенки обечайки проверяют допускаемое наружное давление:
где давление из условия прочности:
,
а допускаемое давление из условия устойчивости:
Вспомогательный коэффициент B1 рассчитывают из соотношения:
Допускаемое давление равно:
Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0,45≥0,44 МПа.
2) толщина стенки эллиптического днища, работающего под наружным давлением, определяется:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
После этого проверяем допускаемое наружное давление:
Допускаемое давление из условия устойчивости находят:
Допускаемое давление равно:
Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0,48≥0,44 МПа.
3) расчет толщины рубашки:
Рр = Рруб
где S – толщина цилиндрической обечайки, мм;
Рр – расчетное внутреннее давление, МПа;
D – внутренний диаметр, мм;
[s] – допускаемые напряжения, МПа;
j – коэффициент сварного шва;
Ск – прибавка на коррозию, мм;
Со – прибавка на округление до стандартного размера, мм.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
Толщины обечайки, крышки и днища подобраны верно.
Толщина стенки обечайки, днища и крышки с учетом наружного и внутреннего давления равна 6мм.
Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
Для вращения мешалки подбирают стандартный привод в зависимости от частоты вращения мешалки и потребляемой ею мощности, внутреннему давлению и способу установки привода на аппарате.
Мощность привода рассчитывают:
где Nэл.дв. – мощность привода, кВт;
Nвых – мощность, потребляемая мешалкой, кВт;
η1 =0,97 – КПД механической части привода;
η2 =0,99– КПД подшипников;
η3 =0,98 – потери в уплотнении;
η4 =0,99 – потери в муфте.
Подбираем тип привода 2, исполнение 1 для установки на крышке аппарата, (табл.8, Справочные таблицы)
Мощность 3,0 кВт. (табл.15, Справочные таблицы)
Размер привода выбирается по диаметру вала. Найдём диаметр необходимого вала. Минимальное значение диаметра находят:
где d – диаметр вала, м;
Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;
[τ] – допускаемые напряжения кручения, Па.
Крутящий момент рассчитывают:
где Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙м;
Кσ =2 – коэффициент динамической нагрузки;
Nэл.дв. – мощность привода, Вт;
n – частота вращения, об/мин.
Следовательно, подбираем габарит 1 с диаметром вала d=65 мм. (табл.24, Справочные таблицы)
Стандартный привод по условиям работы подшипников и наиболее слабых элементов конструкции рассчитан на определенное допустимое осевое усилие [F], которое для привода типа 2, исполнения 1, габарита 1 равно 14100. (табл.17, Справочные таблицы) Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
где Аупл – дополнительная площадь уплотнения, м;
G – масса части привода, кг;
Fм – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой, Н.
G=(mв + mмеш + mмуф)∙g
где mв – масса вала;
mмеш – масса мешалки, mмеш = 2,89 кг. (табл.3, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов)
mмуф – масса муфты, mмуф = 26,4 кг. (табл.26, Справочные таблицы)
Lв – длина вала;
ρ – плотность стали, 
.
Lв=Нкор.+l2+h1+30-hм
где Нкор –длина корпуса,мм; Нкор=1300мм. (табл.11, Расчет опор)
l2-расстояние между подшипниками, мм; l2=400мм. (табл.14, Справочные таблицы)
h1-длина вала мешалки, мм; h1=645мм. (табл.14, Справочные таблицы)
hм- расстояние от мешалки до днища корпуса,мм.
hм=0,3×dм=150мм. (табл.2.1 Расчет и конструирование аппаратов)
Lв=1300+400+645+30-150=2225 мм.
mв=57,93 кг.
Аупл.=3250, т.к. уплотнение торцевое(d = 65мм). (табл. 2, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов)
G=(57,93+2,89+26,4)×9,8=854,756 Н.
Fm=0,56× Т‛/ dм=0,56×644,6/0,5=722Н.
Fвверх.=0,9×(3,14×652/4 +3250)-854,756+722=5777Н.
Fвниз.=-(0,1-0,01)×(3,14×652/4+3250)-854,756+722=-1445,8Н.
Сравниваем полученные значения сил Fвверх и Fвниз с допустимой нагрузкой [F]:
5777H <14100H
-1445,8H<14100H. Условие выполняется
Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 1 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75 (табл. 14, Справочные таблицы):
В = 575 мм; l2 = 400 мм;
L = 235 мм; S = 14 мм;
H1 =630 мм; D = 300 мм;
h = 1150 мм; D1 = 390 мм;
h1 = 645мм; mприв = 308 кг.
d=65;
Эскиз привода представлен на рисунке 2.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
Выбор уплотнения.
Подбираем торцевое уплотнение. Выбор уплотнения обусловлен высоким внутренним избыточным давлением:
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
Причем торцевое уплотнение обладает рядом преимуществ:
1) они работают с незначительной утечкой газа;
2) в период нормальной работы не требует обслуживания;
3) является более надежным, чем сальниковое уплотнение;
4) правильно подобранное торцевое уплотнение отличаются большой устойчивостью и долговечностью.
Самый ответственный элемент торцевого уплотнения – пара трения, состоящая из двух колец – подвижного( вращающегося) и неподвижного, которые прижимаются друг к другу по торцевой поверхности с помощью пружин. Обычно одно кольцо изготовляют из более твердого материала. Герметичность обеспечивается путем контакта двух кольцевых поверхностей. Наиболее широко применяются следующие материалы в различных комбинациях: кислотостойкая сталь, бронза, керамика, графит, фторопласт и твердая резина. Трущиеся поверхности должны быть отшлифованы и тщательно притерты. Одинарное торцевое уплотнение состоит из следующих основных деталей: сильфона 1, приваренного к стакану 2 и неподвижному кольцу, вращающегося кольца 3 и водила 5. Трущиеся кольца закрыты кожухом 6, связанным с фланцем. Водило крепится на валу аппарата и связано винтами с подвижной втулкой 4. Торцевое уплотнение подбираем по диаметру проходного вала, в нашем случае составляет 65мм. Основные размеры торцевого уплотнения представлены на рисунке 3.
Основные размеры торцевого уплотнения (табл. 2, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов):
d= 65 мм; H= 260 мм;
D= 270 мм; 
220 мм;
240 мм; h= 60 мм;
165 мм; 
18 мм;
235 мм; m= 50 кг.
3.4. Расчёт элементов механического перемешивающего устройства.
Расчет вала мешалки.