аппарат вертикальный с трехлопастной мешалкой - пояснительная записка и чертежи

Задание к расчету
Таблица 1.Параметры проектируемого аппарата.
№
Характеристика
аппарата
28
№
28
Внутренний
объем,
м3
5
Внутренний
диаметр,
мм
1800
Тип
ВЭЭ
Параметры
среды
Наимено ТемпераКонцен-вание
тура
трация,
%
нефть
50
Давление
в
аппарате,
МПа
Исполнение
2
Диаметр,
мм
1500
1,0
Давление
в
рубашке,
МПа
0,2
Параметры
мешалки
Частота МощТип
враще- ность
ния,
на
об/мин валу,
кВт
47
5,1 рамная
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................... 4
Задание на проектирование ................................................ Ошибка! Закладка не определена.
1. Выбор и расчет элементов корпуса ........................................................................................... 5
1.1. Цилиндрические обечайки .................................................................................................. 5
1.1.1. Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением ....................... 5
1.1.2. Расчет обечаек, нагруженных наружным избыточным давлением ......................... 5
1.2. Днища и крышки приварные ........................................................................................... 6
1.3. Расчет элементов рубашки ............................................................................................... 7
1.4. Крышки отъемные ............................................................................................................ 8
1.5. Фланцевые соединения .................................................................................................... 9
1.6. Выбор штуцеров ............................................................................................................. 11
1.7. Опоры аппаратов............................................................................................................. 13
2. Выбор и расчет комплектующих элементов привода .. Ошибка! Закладка не определена.
2.1. Выбор типа мотор-редуктора ............................................................................................ 14
2.2. Выбор типа муфты ............................................................................................................. 15
2.3. Выбор стойки и опоры ....................................................................................................... 16
2.4. Выбор уплотнения .............................................................................................................. 18
3. Проектирование и расчет перемешивающего устройства..................................................... 19
3.1. Определение размеров мешалки ....................................................................................... 19
3.2. Проектный расчет вала ................................................................................................... 19
3.3. Конструирование вала и подшипникового узла .......................................................... 19
3.4. Конструирование корпуса и крышек подшипникового узла ..................................... 21
3.5. Проверочный расчет вала .............................................................................................. 22
3.5.1. Выбор расчетной схемы ............................................................................................. 22
3.5.2. Определение длины расчетных участков для схемы 3 ............................................ 22
3.5.3. Расчет на виброустойчивость..................................................................................... 23
3.5.4. Расчет на прочность .................................................................................................... 23
3.5.5. Проверочный расчет шпонок ..................................................................................... 25
3.5.6. Проверка пригодности подшипников ....................................................................... 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................. 28
Список использованной литературы ........................................................................................... 29
Изм. Лист
Разраб.
№ докум.
Захарова Е.В.
Провер.
Островская Э.Н
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Островская Э.Н
Подпись
Дата
ДМ
028.00. 00. ПЗ
Аппарат вертикальный
с трехлопастной
мешалкой
Лит.
Лист
Листов
2
28
КНИТУ гр 6281-11
Введение
Аппараты Выполнение курсового проекта является заключительным
этапом изучения студентами дисциплины «Прикладная механика». Объектами
проектирования
являются
емкостные
аппараты
с
механическими
перемешивающими устройствами.
При выполнении курсового проекта студенты решают следующие
основные задачи:
А) выбор материалов и конструктивное оформление аппарата в
соответствии с заданными технологическими параметрами протекающего
процесса;
Б)
выполнение
проверочных
расчетов,
позволяющих
выявить
соответствие аппарата требованиям эксплуатации.
В данной работе приводится инженерная методика расчета элементов
химического оборудования в соответствии с современными нормативными
документами.
Таблица 1.Параметры проектируемого аппарата
№
28
Характеристика
аппарата
Внутренний
объем,
м3
5
№
28
Наиме
нование
нефть
Параметры
среды
ТемпераКонцентура
трация,
%
50
Изм. Лист
Разраб.
Захарова Е.В.
Провер.
Островская Э.Н
№ докум.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Внутренний
диаметр,
мм
1800
Островская Э.Н
Подпись
Дата
Тип
Давление
в
аппарате,
МПа
Исполнение
ВЭЭ
2
Давление
в
рубашке,
МПа
1,0
0,2
Параметры
мешалки
Диам Частота
Мощ-ность
Тип
етр, враще-ния,
на
мм
об/мин
валу, кВт
1500
47
5,1
рамная
ДМ
028.00. 00. ПЗ
Лит.
Аппарат вертикальный
с трехлопастной
мешалкой
Лист
Листов
3
28
КНИТУ гр. 6281-11
г
1. Выбор и расчет элементов корпуса
1.1. Цилиндрические обечайки
Расчет на прочность и устойчивость проводится по ГОСТ 14249-89.
1.1.1. Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением
PD
; S  SR  C
2       P
2       ( S  C )
Допустимое внутреннее избыточное давление P 
,
D  (S  C )
Толщина стенки определяется по формуле S R 
где Р-давление в аппарате, МПа; SR-расчетное значение толщины стенки, мм;
D-внутренний диаметр обечайки, мм;   -допускаемое напряжение,
МПа(зависит от марки стали и рабочей температуры).
Марку стали выбирают в зависимости от свойств перерабатываемой
среды. Для стыковых и тавровых двусторонних швов, выполняемых
автоматической сваркой, коэффициент прочности сварного шва   1 , для тех
же швов, выполняемых вручную,   0,9 .
Прибавка на коррозию С определяется по формуле С=V∙T, где V-скорость
коррозии (обычно принимают 0,1-0,2 мм/год), Т-срок службы аппарата
(обычно принимают 10-12 лет). Для материалов, стойких к перерабатываемой
среде, при отсутствии данных о проницаемости рекомендуют принимать С=2
мм.
Согласно таблице коррозионной стойкости материалов, для глицерина
выбираем марку стали 35ХМ, которая к данной среде устойчива к коррозии
при 80°С.Нормативное допускаемое напряжение для данной стали возьмем
при 100°С.   =134 МПа. Коэффициент прочности сварного шва примем   1 .
SR 
P D
1 , 0  1800

 6,74 мм
2       P
2  134  1  1 , 0
Срок службы 10 лет. Скорость коррозии 0,2 мм/год. Прибавка на коррозию
С=V∙T=0,2∙10=2 мм/год
SR+C=6,74+2мм; S  S R  C . Толщину стенки, вычисленную по этой формуле,
округляют в сторону увеличения до ближайшей стандартной толщины листа
(4, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 20 мм). Примем S=6 мм.
P  2      ( S  C )  2 134 1  (10  2)  1,19МПа
D  (S  C )
1800  (10  2)
Условие надежной эксплуатации Р  P (1МПа < 1,19 МПа) соблюдается.
Изм. Лист
Разраб.
№ докум.
Захарова Е.В
Провер.
Островская Э.Н
Реценз.
Н. Контр.
Утв.
Островская Э.Н
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00.
ПЗ
Лит. 00 Лист
Аппарат вертикальный
с трехлопастной
мешалкой
5
Листов
28
КНИТУ гр.6281-11
1.1.2. Расчет обечаек, нагруженных наружным избыточным давлением
Расчет обечаек, нагруженных наружным избыточным давлением,
заключается в определении допускаемого наружного давления, так как
толщина стенки обечайки была определена ранее.
Рр
, где допускаемое
2
 Р  р 

1  
 Р Е 
2       ( S  C )
давление, соответствующее условию прочности P 
.
Допускаемое
наружное
давление: Р  
р
D  (S  C )
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругих
18  10 6 Е D 100( S  C ) 
деформаций РЕ 
 

nи
lR 
D

5/ 2
, где Е-модуль упругости, nи –
коэффициент устойчивости (для рабочих условий nu=2,4), lR-расчетная длина
обечайки.
Для
аппаратов
типа
ВЭЭ:
l R  l  2hц 
HD
,
3
где
l-длина
цилиндрической части корпуса; hц – высота отбортовки днища, HD-высота
днища.
Pр  2      ( S  C )  2 134 1  (10  2)  1,19МПа
D  (S  C )
1800  (10  2)
Е=1,91∙10 МПа
l=1370 мм
HD=450 мм
hц =40 мм
5
l R  l  2hц 
HD
450
 1370  2  40 
 1440 мм
3
3
18 10 6 1,91 10 5 1800 100  (10  2)  100  (10  2)
РЕ 

 0,23МПа

2,4
1440 
1800
1800
Рр
1,19
Р 

 0,23МПа
2
2
 Р р 
 1,19 
1 

1 
 Р  

 0,23 
Е 

2
Условие надежной эксплуатации Р  P (0,2МПа < 0,23МПа) соблюдается.
1.2.
Днища и крышки приварные
Толщина стенки эллиптического днища, нагруженного внутренним давлением
определяется по формулам
PD
1,0  1800
; S  S R  C . Тогда S R 
 6,74  8 мм
2       0,5  P
2  134  1  0,5  1,0
S R  C  8  2  10 мм Примем S=10 мм.
SR 
Толщина днища, нагруженного наружным давлением определяется по
формулам
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00.
033.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
6
PD
1,0  1800
 6,74 мм
; S  S R  C .Тогда S R 
2  134
2   
SR  C  6,74  2  8,74  10 мм
SR 
Примем S=10 мм.
Толщину необходимо проверить по формуле Р  
случае
допускаемое
наружное
давление
Р р
. В этом
2
 Р р 

1  
 Р Е 
из
условия
Pр  2      (S  C ) , а допускаемое наружное давление
D  (S  C )
прочности
из условия
2
26  10 6 Е 100( S  C ) 
устойчивости в пределах упругих деформаций РЕ 
 0,9  D  .
nи


P р  2 134  8  1,19МПа
1808
6
5
РЕ  26  10  1,91  10 100  (10  2)   0,35МПа
2,4
1620


Р р
1,19
Р  

 0,35МПа
2
2


Р

 1,19 
р 
1 


1  
 0,35 
 Р Е 
2,5
Условие надежной эксплуатации Р  P (0,2 МПа < 0,35 МПа) соблюдается.
1.3.
Расчет элементов рубашки
Толщину стенки цилиндрической части рубашки определяют по формуле
SR 
PD
; S  SR  C .
2       P
В качестве расчетного давления принимают давление в рубашке. Для
корпусов с внутренним диаметром D ≤ 1800 мм диаметр рубашки принимают
больше диаметра D на 100 мм.
SR 
PD
0,2  1900

 1,42  2 мм , S R  C  2  2  4 мм
2       P
2  134  1  0,2
Примем S=4 мм.
Допустимое внутреннее избыточное давление P 
P  2      ( S  C )  2 134 1 (4  2)  0,28МПа
2       ( S  C )
,
D  (S  C )
D  (S  C )
1900  (4  2)
Условие надежной эксплуатации Р  P (0,2МПа < 0,28 МПа) соблюдается.
Эллиптическое днище рассчитывают по формуле
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
7
1.4.
Крышки отъемные
Отъемные крышки присоединяются к корпусу аппарата с помощью фланцев.
Эллиптические крышки состоят из стандартных днищ, сваренных со
стандартными фланцами. При определении толщины стенки эллиптической
крышки используют формулу S R 
PD
; S  SR  C
2       0,5  P
1,0  1800
 6,74 мм ,
2  134  1  0,5  1,0
S R  C  6,74  2  10 мм . Примем S=10 мм.
SR 
Допустимое внутреннее избыточное давление P 
2       ( S  C )
,
D  (S  C )
P   2 134  8  1,19МПа
1808
Условие надежной эксплуатации Р  P (1 МПа < 1,19 МПа) соблюдается.
1.5.
Фланцевые соединения
Выбираем фланцы плоские приварные с гладкой уплотнительной
поверхностью, т.к их применяют при Р ≤ 2,5 МПа и t ≤ 300°С
(1,0 МПа<2,5 МПа и 50°С< 300°С). Размеры фланцев выбирают по
внутреннему диаметру аппарата и условному давлению:
Таблица 2.Фланцы для аппаратов стальные плоские приварные исполнения 2
(с гладкой исполнительной поверхностью ОСТ 26-426-82).
D,
Ру,
Размеры, мм
Число
мм
МПа
отверстий,
Dф
Dб
D1
h
s
d
z
1800
1,0
1980
1930
1882
80
16
27
84
Примечание: dб=М24
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
8
Рис.1. Фланец с гладкой уплотнительной поверхностью.
Для уплотнения во фланцах применяют прокладки различной конструкции.
Плоские неметаллические прокладки применяют для уплотнения гладких
поверхностей фланцев. Выберем прокладки из асбестового картона, т.к их
применяют в диапазоне температур до 550°С и давлении до 1,6 МПа. Размеры
прокладок выбирают по внутреннему диаметру аппарата и условному
давлению:
Таблица 3. Прокладки из неметаллических материалов для стандартных
фланцевых соединений стальных аппаратов(ОСТ 26-430-79).
D, мм
Dn для прокладок на
dn для прокладок на
1,0 МПа, мм
1,0 МПа, мм
1800
1880
1837
Толщина прокладок из асбестового картона h=2 мм.
Рис.2.Конструкция неметаллической прокладки.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
9
Фланцы и прокладки, подобранные по стандартам в расчете, не нуждаются.
При конструировании аппаратов выполняется проверочный расчет болтов в
соответствии с ОСТ 26-373-82 по следующей методике:
1. Определим нагрузку, действующую на фланцевое соединение от
Q D  0,785 Dcn2 P , где средний диаметр
внутреннего давления Р:
прокладки Dcn  0,5( Dn  d n ) .
Dcn  0,5(1880  1837)  1858,5 мм
QD  0,785 1858,52 1  2711,4кН
2. Реакция прокладки , где b0-эффективная ширина прокладки(b0=0,5 bn
-при ширине прокладки bn=0,5(Dn-dn) ≤15мм и при bn>15мм), m=2,5
для прокладок из асбеста
Bn=0,5(Dn-dn)=0,5(1880-1837)=21,5мм, значит b0  0,6 bn  0,6 21,5  2,78 мм
Rn  2Dcn b0 mPR  2  3,14  1858,5  2,78  2,5  1,0  81,1кН
3. Определим болтовую нагрузку при сборке РБ1 . Это значение выбирают
наибольшим из трех.
а) РБ1  Dcn b0 q , где q=20 МПа – для асбеста.
РБ1  Dcn b0 q  3,14 1858,5  2,78  20  324,5кН
б) РБ1  0,4 Б 20 n Б f Б , где  Б 20 -допускаемое напряжение для материала
болта при 20°С, f Б -площадь поперечного сечения болта(мм2), nБ -число
болтов, равное числу отверстий Z во фланце. Материал болтов сталь ВСт3.
 Б 20  130 МПа
d 2
3,14  24 2
fБ 

 452,16 мм 2
4
4
20
РБ1  0,4 Б  nБ f Б  0,4 130  84  452,16  1975кН
в) РБ1  1,2QD  Rn  1,2  2711,4  81,1  3334,78кН
Выбираем РБ1  3334,78кН .
Проверяем прочность болтов при монтаже по условию:  Б 
РБ1
20
  Б 
nБ f Б
NБ=84
4.  Б 
3334780
 87,8МПа  130МПа
84  452,16
5. Проверяем прочность болтов в период эксплуатации по условию:
Б 
РБ 2
t
t
  Б  , где  Б   126 МПа ,болтовая нагрузка в рабочих
nБ f Б
условиях РБ 2  1,3РБ1МАХ  1,3  3334,78  4335,214МПа .
Б 
4335214
 114,14МПа  126МПа
84  452,16
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
10
1.6.
Выбор штуцеров
Выбираем штуцера с плоскими приваренными фланцами (гладкая
уплотнительная поверхность), т.к их применяют при t≤300°С и давлении до
1,6 МПа. Размеры штуцеров выбирают по внутреннему диаметру аппарата и
условному давлению:
Таблица 4. Диаметры условного прохода и установочные размеры штуцеров.
Диаметры условного прохода Dу, мм
Внутренний
диаметр
аппарата,
мм
А
1800
Б
В
Г
Д
Е
Ж
М
Установочные
размеры, мм
D2
R1 R2
l1
И
К,К1
Л
200 100 100 100 50 250 50 150
80
150 80 1200 580 540 250
Таблица 5. Размеры штуцеров с фланцами стальными плоскими
приварными(ОСТ 26-1404-76).
Ру,
Dу,
Размеры, мм
Число
d т,
Sт ,
МПа
мм
мм
Dф
Dб
D1
h
d
1,0
50
80
100
150
200
250
57
89
108
159
219
273
130
185
205
260
315
370
110
150
170
225
280
335
90
128
148
202
258
312
13
15
15
17
19
20
14
18
18
18
18
18
отверстий,
z
4
4
4
4
8
12
мм
3
3
4
6
6
8
Нт ,
Н,
мм
мм
155
155
155
155
155
160
120
120
120
120
120
120
Таблица 6. Диаметр резьбы болтов(шпилек) штуцерных фланцев.
14
18
d, мм
М12
М16
dб, мм
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
11
Рис.3. Расположение штуцеров на эллиптической крышке при D=18003000мм.
Рис.4.Расположение штуцеров на эллиптическом днище.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
12
Рис.5. Конструкция штуцера с плоским приваренным фланцем.
1.7.
Опоры аппаратов
1. Количество опор – 2(лапы-опоры 1 типа для аппаратов с рубашками
без теплоизоляции).
2. Вес металла, из которого изготовлен аппарат: G1  1,1FS м ,
где внутренняя поверхность корпуса F=14,8м2, S=0,01м-исполнительная
толщина стенок,  м  78,5кН / м 3 -удельный вес металла. Коэффициент 1,1
учитывает вес фланцев, штуцеров и т.д.
G1  1,1FS м  1,1  14,8  0,01  78,5  12,78кН
3. Вес металлоконструкций, установленных на крышке аппарата:
G2  0,5G1  0,5 12,78  6,39кН
4. Вес воды, заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях:
G3  V м , где V=5м3-внутренний объем аппарата,  м  10кН / м 3 -удельный
вес воды.
G3  V м  5  10  50кН
5. Максимальная нагрузка на одну опору: Q рас  
число опор,   1 (при z=2).
(G1  G2  G3 )
, где z=2z
(G1  G2  G3 ) 12,78  6,39  50

 34,585кН
z
2
Выбираем опоры по условию Qтабл  Q рас :
Q рас  
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
13
Таблица 7. Основные размеры(в мм)опор(лап) для вертикальных аппаратов,
ОСТ 26-665-79.
Q,
а
а1 в
h
h1
S
К
K1
d
dб fмах
кН
40 150 190 185 360 20 10 30 60 35 М24 50
Рис.6. Конструкция лап.
2. Выбор и расчет комплектующих элементов привода
2.1. Выбор типа мотор-редуктора
Номинальная
мощность
потребляемой: Рдв 
Рм
1 2 3 4
электродвигателя
должна
быть
не
менее
, где Рдв -мощность электродвигателя, кВт, Р м -
мощность на валу мешалки, кВт. По таблице 2.7 по частоте вращения
тихоходного вала n=47об/мин определяем, что мотор-редуктор типа ВДМ.
Значения КПД элементов привода: 1  0,93 -КПД механической передачи
редуктора, 2  0,99 -КПД подшипников качения, в которых крепится вал
мешалки,  3  0,99 -КПД, учитывающий потери мощности в торцевом
уплотнении, 4  0,99 -КПД, учитывающий потери в компенсирующих
муфтах.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
14
Рдв 
Рм
1 2 3 4

5,1
 5,65кВт . Выбираем мотор-редуктор
0,93  0,99  0,99  0,99
ВДМ-IV (мощность 7,5кВт).
Таблица 8. Технические данные мотор-редуктора ВДМ-IV
Число оборотов Мощность Р, кВт
Передаточное
Типоразмер
тихоходного
число
комплектующего
вала, об/мин
электродвигателя
47
7.5
30.8
4А132S4
Таблица 9. Основные размеры (в мм) мотор-редуктора ВДМ-IV:
D1
D
D2
D3
D4
S
L1
L2
L
h1
d2
d1
A
350 400 440 570 195
5
140 280 1250 36 М12 65 150
Таблица 10. Габаритные размеры (в мм) двигателей серии 4А по
ГОСТ 19523-81 :
Типоразмер двигателя
132S
Lдв
480
Dдв
300
Рис.7. Мотор-редуктор ВДМ-IV.
2.2. Выбор типа муфты
1. Угловая скорость вращения вала:  
n
30
, с 1 , где n-частота вращения
мешалки.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
15

n
30

3,14  47
 4,92с 1
30
2. Вращающий момент на валу: Т 
Р  10 3

, Н  м , где Р - мощность на валу
мешалки, кВт.
5,1  103
Т 
 1036,59 Н  м
4,92
3. Величина расчетного момента: Т р  k рТ , где k р -коэффициент режима
работы, учитывающий условия эксплуатации( k р  1,2  1,5 для рамных
мешалок).
Т р  k рТ  1,2  1036,59  1243,902 Н  м
Выбираем втулочно-пальцевую муфту:
Таблица 11. Основные размеры втулочно-пальцевых муфт
(ГОСТ 21424-93), мм.
d
Т,Н  м
d1
B
С
60…70
2000
150 250 288 140 55
8
D
L
l
Рис.8. Конструкция втулочно-пальцевой муфты.
2.3. Выбор стойки и опоры
По диаметру D расположения центров отверстий в опорном
фланце(опорной поверхности) мотор-редуктора выбирают стойку, у
которой центры отверстий в верхней опорной поверхности выполнены на
том же диаметре D. Опору с помощью шпилек и гаек соединяют со
стойкой. Поэтому диаметр центров отверстий D 1 под шпильки,
выполненных на нижней опорной поверхности стойки, должен быть
согласован с диаметром D 1 центров отверстий с резьбой в опоре.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
16
Таблица 12. Размеры стойки под редуктор (в мм) :
D0
D1
D2
D3
D
D 1
№
B
стойки
2
670 500 610 350 440 400 360
Н
h
h1
S
650
24
28
12
Примечание: Высота стоек Н принимается конструктивно, поэтому в таблице
указана минимальная высота Н.
Таблица 13. Размеры опоры под стойку (в мм):
D1
D2
D 2
D 1
№
d
D
B
d1
h
h1
опоры
2
65
670
500
178
200
610
360
70
22
40
Рис.9. Стойка под редуктор.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
17
Рис.10. Опора под стойку.
2.4. Выбор уплотнения
Выбираем торцевое уплотнение (торцевые уплотнения применяются при
переработке пожаро- и взрывоопасных сред при давлении до 2,5 МПа), т.к
среда пожароопасная, а давление 1,0 МПа.
В опоре предусмотрен ряд отверстий с резьбой М16 для установки
уплотнения. Геометрические размеры уплотнения подбираются по диаметру
вала в месте его входа в крышку и по диаметру D 2 центров отверстий с
резьбой в опоре, который должен быть равен диаметру D1 в уплотнении.
Таблица 14. Параметры и размеры торцевых уплотнений (в мм),
ОСТ 26-01-1243-81:
Р,
D1
D2
Тип
d
D
Н
Н1
h
МПа
уплотнения
УТ 65-16
1,0
65
235
200
178
250
210
48
Масса.
кг
14,9
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
18
Рис.11. Конструкция торцевого уплотнения.
3. Проектирование и расчет перемешивающего устройства
3.1. Определение размеров мешалки
Таблица 15. Размеры (в мм) рамных мешалок по
ОСТ 26-01-1245-83:
dм
d1
h
H
H1
H3
H4
H5
b
s
Масса,
кг
1500 60
130 1400 580 1500 750 600 110 12
73
Положение ступицы мешалки на валу определяется расстоянием hм от
середины ступицы до днища аппарата. Для корпусов с эллиптическими
днищами рамную мешалку располагают на расстоянии hм, равном 0,1
диаметра мешалки. dм=1500 мм.
1.2.
Проектный расчет вала
Расчет выполняется по напряжениям кручения. Целью расчета является
определение наименьшего диаметра вала. Исходными данными являются
мощность на валу и частота вращения мешалки.
Угловая скорость вала:  
 n
3,14  47


 4,92с 1
30
30
n
30
, с 1 , где n-частота вращения мешалки.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
19
Вращающий момент на валу: Т 
Р  10 3

, Н  м , где Р - мощность на валу
мешалки, кВт.
Т 
5,1  103
 1036,59 Н  м
4,92
Наименьший диаметр вала: d min  3
d min 
3
Т  10 3
, мм . Здесь    25МПа .
0,2   
1036,59 103
 59,18 мм
0,2  25
1.3.
Конструирование вала и подшипникового узла
1. d1=60 мм, l1  1,5d1  1,5  60  90 мм .
2. d2=d1+(3…8)мм, d2=d1+3=63 мм
Размеры манжет выбирают по диаметру вала d2:
Таблица 16.Резиновые армированные манжеты для валов(ГОСТ 8752-79).
Основные размеры (в мм).
Диаметр вала d
Dупл
63
90
Толщина крышки S в месте установки манжеты S=8 мм.
в
10
l2  (в  s)  10  10  8  10  28мм
3.d3=d2+(2…5)мм, d3=d2+5=63+5=68 мм.
Размеры гайки:
Таблица 17. Гайки круглые шлицевые, мм. ГОСТ 11871-80.
D1
Резьба d
D
Н
в
h
М68×2
100
85
15
10
5
С
1,6
Размеры шайбы стопорной многолапчатой
Таблица 18.Шайбы стопорные многолапчатые, мм. ГОСТ 11872-80.
D1
Резьба
d1
D
l
в
h
S
d
М68×2
69
102
85
65
9,5
6
1,6
l3  ( Н  S )  5  15  1,6  5  21,6 мм
4. d4>d3, d4=70 мм , l4  В  5  24  5  29 мм
Таблица 19. Размеры шарикоподшипников радиально-упорных однорядных
ГОСТ 831-75:
Условное
Размеры, мм
Грузоподъемность, кН
обозначение
Динамическая Сr Статическая С0
36214
d
D
B
80,2
54,8
70
125
24
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
20
Рис.12. Подшипник радиально-упорный шариковый.
5. dвт = d4+(6…8)=70+6=76мм
6. d5 ≈ dвт≈75мм
Размеры манжет выбирают по диаметру вала d5 :
Таблица 20.Резиновые армированные манжеты для валов(ГОСТ 8752-79).
Основные размеры (в мм).
Диаметр вала d
Dупл
в
75
100
12
l5  (в  s)  10  12  8  10  30 мм
7. d6 =65мм
8. d7=dст=60мм.
1.4.
Конструирование корпуса и крышек подшипникового узла
Толщина стенки корпуса   10 мм . Диаметр dв и число винтов z для
крепления крышек к корпусу назначают в зависимости от диаметра
отверстия под подшипник (равного наружному диаметру подшипника):
Таблица 21.
D, мм
dв
z
100-140
10
6
Наружный диаметр крышки Dк  D  4d в  125  4  10  165 мм . Диаметр
центров отверстий под винты Dв  D  2d в  125  2  10  145 мм . Толщина
крышки в месте установки винтов   10 мм .
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
21
Таблица 22. Размеры винтов с цилиндрической головкой
ГОСТ 1491-80:
d
D
H
l
l0
10
16
6
20-70
l0=l при l≤30
l0=26 при l≥35
Рис.13. Крышка подшипникового узла.
1.5.
Проверочный расчет вала
Основными критериями работоспособности валов
устройств является виброустойчивость и прочность.
перемешивающих
1.5.1. Выбор расчетной схемы
Выбираем подвижное соединение валов мотор-редуктора и мешалки
втулочно-пальцевой муфтой. Т.к. при этом вал опирается на два радиальноупорных подшипника качения, установленных в стойке привода, то такому
конструктивному решению соответствует расчетная схема 3.
1.5.2. Определение длины расчетных участков для схемы 3
Длина вала L  l1  l2 определяется от середины верхнего подшипника до
середины ступицы мешалки. Длина l1 -длина участка вала от середины
ступицы мешалки до середины нижнего подшипника. l 2 -расстояние от
середины нижнего подшипника до середины верхнего подшипника. l 2 =164
мм, L =2078 мм.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
22
1.5.3. Расчет на виброустойчивость
 d 2 
  , где   7,85  10 3 кг / м 3 -плотность
4


1. Масса единицы длины вала: m  
материала вала, d-диаметр вала в месте установки уплотнительного
 d 2 
 3,14  0,065 2 
   
  7,85  10 3  26,04кг / м
4
 4 


устройства, м. m  
2. Момент
d 4
инерции
поперечного
сечения
вала
I
d 4
64
,
3,14  0,065 4
 0,876  10 6 м 4
64
64
M
l
3. Коэффициенты: K  м , а1  1 , где Мм – масса мешалки, кг; l1 , LmL
L
I

значение
K
длины
соответствующих
участков
l
2078  164
а1  1 
 0,92
L
2078
коэффициент   1,1
Критическая
вала
в
метрах.
Mм
73

 1,35 ,
mL 26,04  2,078
4. Определим
 
 кр   
2
 
 кр   
 L
2
EI
L
m
скорость
вала
, с 1 , где Е  2  1011 -модуль продольной упругости вала.
2
2  1011  0,876  10 6
 22,98с 1
26,04
5. Проверка выполнения условия   n   кр ,   n  3,14  47  4,92с 1 <
30
30
30
1
22,98с
EI ,   1,1 
m  2,078 
1.5.4. Расчет на прочность
1.
Эксцентриситет
центра массы перемешивающего устройства
е  0,5  10  0,03  d м ,
d м -диаметр
где
мешалки,
м.
3
е  0,5  10  0,03  1,5  0,0455 м.
Приведенная масса мешалки и вала М пр  М м еш  qmL , где q коэффициент
приведения
распределенной
массы
вала
к
сосредоточенной массе мешалки. Для расчетной схемы 3
3
2.
12
12

 1,24 ,
4 2
(4,6  3а1 ) а1 (4,6  3  0,92) 4  0,92 2
М пр  М м еш  qmL  73  1,24  26,04  2,078  140,1кг
q
3.
Центробежная
r
e
1  (
 кр
)
2

сила
0,0455

1   4,92
22,98 

2
 0,0477 м -
Fц  М пр 2 r ,
радиус
вращения
где
центра
тяжести приведенной массы. Fц  М пр 2 r  140,1 4,92 2  0,0477  161,77Н
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
23
4.
Радиальные
реакции
в
опорах
 l1 
RВ  1    Fц ц ,
 l2 
RА  
l1
 Fц ,
l2
1,914
161,77  1887,97 Н , RВ  2049,74Н Построим
0,164
эпюры
изгибающих и крутящих моментов и определим
изгибающих моментов в опасном сечении вала.
величины
RА  
Рис.14. Эпюры изгибающих и крутящих моментов.
1 участок:
0  z1  l 2 , Qy   Ra
Qy  1887,97 H
Mx   z1  Qy
Mx (0)  0 Н  M
Mx (0,164)  309,63H  M
2 участок:
0  z 2  l1, Qy   Fц
Qy  161,77 H
Mx  z 2  Fц
Mx (0)  0 H  M
Mx (1,914)  309,63H  M
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
24
Для расчетной схемы 3 опасным является сечение под опорой B.
5. Напряжение изгиба  и и кручение  в опасном сечении:
Ми
Т
, Н / мм 2 ,  
, Н / мм 2
3
3
0,1d
0,2d
Ми
309630
и 

 11,27 Н / мм 2
3
3
0,1d
0,1  65
Т
1036590
 

 18,87 Н / мм 2
3
3
0,2d
0,2  65
и 
6.
Расчет
эквивалентного
напряжения
и
проверка
условия:
 экв   и2  3 2    .
Значение
допускаемого
напряжения
рассчитывается
по
формуле:
  
 1
,
К  S min
где
К  -коэффициент
концентрации напряжения, S min -минимальный запас прочности вала
(ориентировочно S min =2),
выносливости
материала.
 1 -предел
 1  (0,4  0,5) в . Для 3 расчетной схемы в сечении с подшипником К 
=1,5-2. Для ВСт3  в  500МПа  500Н / мм 2
  
 1
0,5  500

 83,33Н / мм 2
К  S min
1,5  2
 экв   и2  3 2  11,27 2  3 18,87 2  34,57 Н / мм 2  83,33Н / мм 2
1.5.5. Проверочный расчет шпонок
Призматические шпонки проверяют на смятие. Проверке подлежат 2 шпонкив месте посадки полумуфты и в месте посадки мешалки. Условие прочности
 см 
2Т
  см  , где d-диаметр вала в месте установки шпонки, l р  (l  в )
d (h  t1 )l р
-рабочая длина шпонки со скругленными торцами, мм,  см  =80-150 Н/мм2допускаемое напряжение на смятие, в, h, t1 -стандартные размеры.
Таблица 23. Шпонки призматические, мм, ГОСТ 23360-78.
Диаметр
Сечение шпонки
фаска
Глубина паза
вала d
в
h
t1
t2
60,65
18
11
0,4-0,6
7
4,4
Длина l
50-200
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
25
Рис.15. Шпонка призматическая.
Выберем длину шпонок при 100 мм.
1. при диаметре вала 60 мм:
 см 
2Т
2  1036590

 105,34Н / мм 2  150Н / мм 2
d (h  t1 )l р 60(11  7)(100  18)
при диаметре вала 65 мм:
2.
 см 
2Т
2  1036590

 97,24Н / мм 2  150Н / мм 2
d (h  t1 )l р 65(11  7)(100  18)
1.5.6. Проверка пригодности подшипников
Радиальные нагрузки на подшипники равны радиальным реакциям в опорах.
При установке вала в шариковых радиальных подшипниках осевая сила Fa ,
нагружающая подшипник, равна внешней осевой силе FA , действующей на
вал: FA 
2
Pd рас

4
 G , где Р - давление в аппарате, G-вес вала и мешалки,
d рас  d  5 мм -расчетный диаметр вала в месте уплотнения, установленного на
крышке аппарата.
1 70 2  3,14
Fa  FA 
 530,83  3315,67 Н , C r  80,2кН , С0  54,8кН
4
Fa / C0  3739,36 / 54800  0,061
По таблице 3.24 определяем значение коэффициента осевого нагружения
е=0,68.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
26
Осевые составляющие:
S1  eFr1  eR A  0,35 10487,51  3670,63Н
S 2  eFr 2  eRB  0,35 11303,58  3956,25Н
Т.к.
и
то
осевые
S1  S 2
FA  0 ,
Fa1  S1  3670,63Н
Fa 2  Fa1  FA  3670,63  1685,2  5355,83Н
FA
5355,83

 0.47  e
Fr 2 11303,58
S  eFr1  eR A  0,68 1887,97  1283,82 Н
Осевые составляющие: 1
S 2  eFr 2  eRB  0,68  2049,74  1393,82 Н
Т.к
S1
 S2
Fa1  S1  1283,82 Н
нагрузки
и FA  S2  S1 , то осевые нагрузки
Fa 2  Fa1  FA  1283,82  3315,67  4599,49 Н
FА 3315,67

 0,72  e
Fr 2 4599,49
По таблице : x=0,41 и y=0,87.
Эквивалентная динамическая нагрузка: РЕ  (VxFr  yFa )  k kT , где k  1,5 коэффициент безопасности при круглосуточной работе,
k T  1температурный коэффициент.
РЕ  (VxFr  yFa )  k kT  (1  0.41 1887,97  0,87 1283,82) 1,1 1  2,08кН
РЕ  (VxFr  yFa )  k kT  (1  0.41  2049,74  0,87  4599,49) 1,1 1  5,33кН
Динамическая грузоподъемность: С р  РЕ 3 6 10 5 nLh , где Lk=10 ∙ 103 - срок
службы(ресурс) узла, n-число оборотов вала.
С р  РЕ 3 6  10 5 nLh  5,333 6  10 5  47  10  103  16,22кН  80,2кН
Подшипник пригоден.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
ДМ 028.00. 00. ПЗ
АВЛ
015. 00. 00 ПЗ
27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основной целью проекта являлась разработка документации, чертежей
для сооружения аппарата по заданным параметрам. При этом необходимым
условием было учесть экономическую сторону проектирования, то есть
экономию конструкционного материала.
В ходе исследования был выбран материал, максимально подходящий
условиям, а так же составлена схема аппарата, состоящего из корпуса и
перемешивающего устройства. При определении габаритных аппарата, так же
были учтены основные критерии работоспособности. Расчет производится на
самые необходимые условия, возможные при эксплуатации.
Результатом проведенной работы стал чертеж, на котором представлен
общий вид аппарата. Спецификация составляется для чертежа общего вида. В
записке приведены основные размеры элементов химического аппарата.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
ДМ
028.00. 00. ПЗ
28
Список использованной литературы
1. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета
химико-
технологического и природоохранного оборудования. Справочник
в 3 т./ Тимонин А.С. – Калуга, 2002.
2. Шкляр Ю.Л., Островская Э.Н.: Проектирование химических
аппаратов с механическими перемешивающими устройствами.
Учебно-справочное пособие по курсовому проектированию;
Казан.гос.технол.ун-т Казань, 2001. 2-е изд., перераб. и доп. 90с.
3. Попова Г.Н., Алексеев С.Ю. Машиностроительное черчение
справочник. Л.:Машиностроение, 1986.
4. Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками:
Учебное пособие к курсовому проектированию/ Э.Н.Островская,
Т.В.Полякова; Казан.гос.технол.ун-т. Казань, 2007.
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись Дата
ДМ
028.00. 00. ПЗ
29