Материал: 7.Методичка УГНТУ

Таким образом, выбор материала должен производиться из учёта его коррозионной стойкости в заданной среде и рабочих условий [18] .

Для таких параметров, как:

• наименование среды: водный раствор серной кислоты;

• концентрация 40%;

• температура среды:60 °С.

Наиболее рациональным выбором является сталь ОХ23Н28М3Д3Т, т.к. она химически и коррозионноустойчива в данной среде при данной температуре (П < 1,0· мм/год), наиболее экономически целесообразна, достаточно прочная и относительно дешёвая, а также широко распространённая. Такой вид стали подходит для изготовления не только оболочки аппарата, но и мешалки и её приводного вала, а также для изготовления фланцевого соединения.

Коэффициент линейного расширения в интервале температур от 20 до 100°С для стали 0Х23Н28М3Д3Т: α^t=15,4×10^-6 1/^oC.

7.3. Расчетная часть

Расчетная часть курсового проекта включает в себя проверочные расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

7.3.1. Расчет элементов корпуса аппарата

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов выполняется в соответствии с ГОСТ 14249-80.

Определение расчетного давления в аппарате

Расчетное давление – давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата. По стандарту за рабочее давление принимается внутреннее давление среды в аппарате. Расчетное давление – это рабочее давление в аппарате без учета кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительных устройств.

МПа,

МПа,

где – избыточное давление среды. Задается условиями технологического процесса.

– гидростатическое давление;

– плотность жидкой среды, .

.

=9,8 - ускорение свободного падения.

– высота столба жидкости.

учитывается, если оно превышает 5% от давления .

- не учитывается.

Расчетное внутреннее давление

.

Расчет наружного давления для проверки стенок корпуса на устойчивость:

для элементов, находящихся под рубашкой:

,

где – атмосферное давление, =0,1МПа;

– остаточное давление. =0,05МПа;

– избыточное давление в рубашке. = 0,35МПа;

Определяем допускаемое напряжение для выбранного материала:

, где - допускаемое напряжение ;

– поправочный коэффициент, учитывающий взрывоопасность среды ;

– нормативное допускаемое напряжение .

Поправка на коррозию

, где П – скорость коррозии в рабочей среде. П = 0,1 ;

- срок службы аппарата. лет

7.3.2. Подбор и расчет привода

Определение мощности потребляемой приводом

,

где – мощность, потребляемая приводом, кВт;

– мощность, потребляемая на перемешивании, кВт;

– КПД подшипников, в которых крепится вал мешалки, = 0,91…0,99

– КПД, учитывающий потери в компенсирующих муфтах, = 0,99;

– КПД механической части привода, = 0,85…0,97;

– КПД, учитывающий потери мощности в уплотнении, = 0,96…0,98.

Выбираем стандартный по мощности двигатель. Для двигателя полученной мощности по таблице рекомендован привод типа 2, привод со встроенными в редуктор опорами вала мешалки. Исполнение привода – 1 (для установки на крышке). Номинальное давление в аппарате – 3,2 МПа.

Определение расчетного крутящего момента на валу:

,

где – коэффициент динамической нагрузки для рамных мешалок =2,0

Определение диаметра вала.

Размер привода выбирается по диаметру вала:

,

где [τ_кр] – допускаемое напряжение при кручении, МПа.

[τ_кр]=50 МПа.

d_станд. = 60 мм по ОСТ 26-01-1225-75.

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 2 равно 23400. Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

А_упл – дополнительная площадь уплотнения, м;

G – масса части привода;

F_м – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой.

G=(m_в + m_меш + m_муф)∙g,

где – масса вала;

m_меш. – масса мешалки, m_меш. = 75 кг.

m_муф. – масса муфты, m_муф. = 16 кг.

– длина вала;

ρ – плотность стали, .

h_м=0,3d_м=0,3*1600=480;

L_в = 2660 +400+645 + 30 – 480 = 3255 мм.

G = (75+16+72.24)∙9,81 = 1601H.

Осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой находится по следующей формулам:

Сравниваем полученные значения сил F_вверх и F_вниз с допустимой нагрузкой [F]:

5148 H < 23400 H,

׀-1080׀ H < 23400 H.

Условие выполняется.

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75.

В = 575 мм; l₂ = 400 мм;

L = 235 мм; S = 14мм;

H₁ = 630 мм; D = 300 мм;

h = 1150 мм; D₁ = 390 мм;

h₁ = 645мм; m_прив = 308 кг.

Конструкция привода представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1.

Конструкция привода

7.3.3. Расчет оболочек, нагруженных внутренним давлением

Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

,

где – внутренний диаметр корпуса;

- расчетное давление;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки, для стыковых и тавровых швов с двусторонним проваром и выполненных автоматической сваркой:

– поправка на коррозию;

– прибавка для округления до стандартного значения.

По сортаменту выбираем толщину стенки S=10^-0,8мм;

S_min=9,2-2=7,2 мм;

Расчет эллиптической крышки и конического днища.

По сортаменту S=10^-0,8 мм, S_min = 9,2, S_min= 9,2 - 2= 7,2 мм

Расчетный диаметр конического днища:

По сортаменту S=10мм.

7.3.4. Расчет обечайки, нагруженной наружным давлением

Определяем предварительно толщину стенки цилиндрической обечайки.

Внутренний диаметр D=2000 мм. Длина обечайки h_u=1800 мм. От крышки аппарата обечайка отделена фланцем толщиной > 80 мм. Для уменьшения краевых напряжений между днищем аппарата и обечайкой вварено тороидальное кольцо толщиной 30 мм (рис. 7.1), длиной 50 мм, радиусом 50мм.

Корпус аппарата выполнен из стали 0X23H28. Допускаемое напряжение [σ]=122 Мпа. Избыточное давление в рубашке P_н.р.=0,4 МПа. Модуль упругости Е=1,86∙10⁵ МПа. Коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии n_у=2,4.

Обечайка благодаря фланцу и тороидальному кольцу работает независимо от конического днища [14, с. 43].

Определяем коэффициенты номограммы [14].

Расчетная длина обечайки (без отбортовки) L_p=1800.