Конструирование трёхлопастной мешалки

     ВВЕДЕНИЕ

     

     

     Объектом  проектирования по дисциплине «Детали машин», является ёмкостной аппарат с механическим перемешивающим устройством. 

     Разработка  конструкции аппарата будет выполнена в соответствии со следующим техническим заданием: 

     - внутренний объём  8 м³

     - внутренний диаметр 1600 мм

     - тип корпуса аппарата ВЭЭ

     - исполнение 2

     - давление среды внутри аппарата 0,6 МПа

     - давление пара в рубашке 0,2 МПа

     - среда вод. р-р AlCl₃

     - температура среды 30 ⁰С

     - концентрация раствора 10%

     - диаметр мешалки 710 мм

     - частота вращения мешалки 135 об/мин.

     - мощность на валу мешалки 8 кВт

     - тип мешалки трёхлопастная

 

     

     

     1 РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА НА  ПРОЧНОСТЬ, ВЫБОР МАТЕРИАЛА КОРПУСА.

     Тип аппарата ВЭЭ исполнения 2 означает – аппарат с цилиндрической обечайкой, с рубашкой, крышка и днище эллиптические, для монтажа используются лапы для подвеса аппарата на несущие конструкции.

     Согласно  таблицы 2.1 [1] основные размеры корпуса  имеют следующие значения:

     Внутренний  объём  - 8 м³, внутренний диаметр – 1600 мм, Длина цилиндрической части – 3450 мм, внутренняя поверхность корпуса – 22.9 м².

     Поскольку аппарат работает под избыточным внутренним давлением в 0,6 МПа рассчитываем толщину стенок по следующей формуле (2.1) [1]: 

     Толщина стенки вычисляется с прибавкой  на коррозию с: 
 

     Выбираем  марку стали по таблице 2.7, там  же находим скорость коррозии:

     Сталь марки – 08Х18Н10Т, скорость коррозии  - 0,1 мм/год, срок службы аппарата принимаем 10 лет.

     Коэффициент принимаем равным 1, поскольку применим автоматическую сварку. Допускаемое напряжение для стали марки 08Х18Н10Т по таблице 2.8 [1] составляет 140 МПа. Отсюда: S_R =3,44 мм. Поправка на коррозию С = 0,1* 10 = 1мм. 

     Толщину стенки округляем до стандартной  толщины листа согласно ГОСТ 10885-75, принимаем S = 6 мм.

     Рассчитываем допускаемое внутреннее избыточное давление по формуле   (2.2) [1]:

      = 0.87 МПа

     Рабочее давление в аппарате составляет 0,6 МПа

     

     

     Поскольку днище и крышка данного типа эллиптически отбортованные, расчет толщины стенок проводим по формуле (2.7) [1]

     = 3,43 мм 

     Толщину стенки округляем до стандартной  толщины эллиптически отбортованного днища согласно ГОСТ 6533-82, принимаем S = 6 мм.

     Расчёт  рубашки

     Поскольку рубашка работает под избыточным внутренним давлением в 0,2 МПа рассчитываем толщину стенок по следующей формуле (2.1) [1]: 

     Толщина стенки вычисляется с прибавкой  на коррозию с: 
 

     Выбираем  марку стали по таблице 2.7, там  же находим скорость коррозии:

     Сталь марки – 08Х18Н10Т, скорость коррозии  - 0,1 мм/год, срок службы аппарата 10 лет. Внутренний диаметр рубашки для корпуса диаметром 1600 мм составит 1700 мм (п.2.4) [1].

     Коэффициент принимаем равным 1, поскольку применим автоматическую сварку. Допускаемое напряжение для стали марки 08Х18Н10Т по таблице 2.8 [1] составляет 138 МПа. Отсюда: S_R =1,23 мм. Поправка на коррозию С = 0,1* 10 = 1мм.                        

     Толщину стенки округляем до стандартной  толщины листа согласно ГОСТ 10885-75, принимаем S = 6 мм.

     Рассчитываем  допускаемое внутреннее избыточное давление по формуле   (2.2) [1]:

      = 0.87 МПа

     Рабочее давление в рубашке составляет 0,2 МПа

     

     Поскольку днище данного типа эллиптически отбортованные, расчет толщины стенок проводим по формуле (2.7) [1]

     =1,23 мм 

     Толщину стенки округляем до стандартной  толщины листа эллиптически отбортованного днища согласно ГОСТ 6533-82, принимаем S = 6 мм.

     Выбор фланцев крышки и прокладки крышки

     Выбор фланцев осуществляем по внутреннему  диаметру и давлению в аппарате по таблице 2.11 [1], исполнение 2 по тех. заданию: Фланец 2 – 1600 – 6 ОСТ 26-426-82 с размерами:

     - D_ф – 1730 мм;

     - D_Б – 1690 мм;

     - D₁ – 1648 мм;

     - h – 55 мм;

     - s – 10 мм;

     - d – 23 мм;

      - d_Б – М20;

      - z – 60 отв.

     Выбор материала прокладки осуществляем по таблице 2.7 [1] – резина

     Выбор размеров стандартной прокладки  по таблице 2.12 [1]

     Прокладка 2 – 1600 – 6 ОСТ 16-430-79, с размерами:

     D_n – 1646 мм.,

     d_n – 1607 мм.,

     h  - 3 мм.

     D_cn – 1626.5 мм.

     b_n – 19.5 мм.

     Выполним  проверочный расчёт болтов в соответствии с ОСТ 26-373-82:

     1. Определим нагрузку действующую на фланцевое соединение от внутреннего давления:

     Н

     2. Рассчитываем реакцию прокладки 

     Н

     3. Определим болтовую нагрузку  при сборке:

     Н

     - максимальное значение

     Н

     4. Проверяем прочность болтов при  монтаже по условию: 
 

     Размещение  штуцеров выбираем по рис 2.8 а [1], 2.9 а[1].

     

     Подбор  ДУ штуцеров производим по таблице 2.22 [1], размеров по таблице 2.23[1].

 
 

     Выбор опор аппарата: используем 3 тип опор – стойки, в количестве 3 шт.

     Определим расчётную нагрузку на 1 опору:

1. Количество стоек – 3;
2. Определим вес металла:

 

3. Определим вес металлоконструкций устанавливаемых  на крышке аппарата:

 

4. Рассчитываем вес воды заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях:

     

       

5. Определяем  максимальную нагрузку на 1 опору:

     32,60 kH

     По  таблице 2.24[1] выбираем опору (стойку) с  размерами и параметрами:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

     2 РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО  УСТРОЙСТВА.

       

     Поскольку избыточное давление в аппарате не превышает 0.6 МПа, выбираем исполнение привода с жёстким соединением  валов, однако ввиду значительной высоты корпуса аппарата и длины вала, для повышения виброустойчивости  используем однопролётный вал мешалки  с нижней опорой скольжения.

     Поскольку перерабатываемая среда нетоксична и не взрыво-, пожароопасная, а избыточное давление 0,6 МПа, выбираем сальниковое уплотнение.

     Выбор мотор-редуктора производим по таблице 3.1 [1], предварительно рассчитав необходимую мощность, исходя из данных таблицы 3.2 [1], используя следующую формулу:               

     В соответствии с техническим заданием и полученной необходимой мощностью выбираем мотор-редуктор типа ВОМ III на 10 кВт и скоростью вращения тихоходного вала 135 об/мин. Размеры берём по таблицам 3.3, 3.4, 3.11 [1]. 

     Подбор  муфты:

1. Определяем угловую скорость вращения вала:

 

2. Вычисляем вращающий момент на валу:

=565,77 нм

3. Определяем величину расчётного момента:

 

     Муфта продольно-разъёмная, размеры из таблицы 3.12 [1].

     Стойку  выбираем исходя из присоединительных  размеров мотор-редуктора по таблице 3.15 [1]. Опору по таблице 3.16 [1], с кольцом  для эллиптической крышки.

     Мешалка трёхлопастная выбирается по таблице 3.17 [1], размещение на h_m= d_m, диаметр мешалки 0,5 м, масса мешалки 4,95 кг.

     Проектный расчёт вала

     Расчёт  выполняется по напряжениям кручения. Целью расчёта является определение  наименьшего диаметра вала.

     Определяем  угловую скорость вала: 

     Вычисляем вращающий момент:

=565,77 нм

     Определяем  наименьший диаметр вала: 

     Поскольку выходной вал редуктора диаметром 50 мм и применена продольно-разъёмная муфта, то диаметр вала принимаем равным 50 мм.

     В месте посадки мешалки диаметр  вала уменьшается до 45 мм таблица 3.17 [1]

     Посадочный  диаметр вала в концевую опору  скольжения составит 30 мм таблица 3.27 [1].

     Проверочный расчёт вала.

     Расчёт  на виброустойчивость:

1. Определяем массу единицы вала:

 

2. Вычисляем  момент инерции поперечного сечения  вала: 

3. Определим  значения коэффициентов:

0,12

0,91

4. Коэффициент = 4 П 2.8 [1]
5. Определяем критическую скорость вала:

 

     Условие по виброустойчивости выполняется.

     

     Расчёт  на прочность. 

     1.Определяем эксцентриситет центра массы перемешивающего устройства 

     2.Определяем  значение приведённой массы мешалки  и вала: 

     120,91 кг 

     1,91 
 
 

     3.Определяем  радиус вращения центра тяжести  приведённой массы мешалки и  вала: 
 

     4. Определяем центробежную силу:

     Н

     5.Определяем  радиальные реакции в опорах:

     Н

      Н

     6.Строим  эпюры изгибающих и крутящих  моментов.

     Изгибающие  напряжения по двум взаимно перпендикулярным плоскостям одинаковы, т.к. вал работает вертикально: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Опасным сечением вала является место посадки мешалки, напряжение изгиба М_и= 607,10 Н

     

     

     7. Определяем напряжение изгиба и кручения в опасном сечении:

     *10⁶ Па 

      *10⁶ Па 

     8. Рассчитываем эквивалентное напряжение  и проверяем выполнение условия: 
 
 

       МПа

     Условие выполнено. 

     Проверочный расчёт шпонок. 
 
 

     Проверка  пригодности подшипника скольжения: 
 

     Условие по износостойкости подшипника выполнено. 
 
 
 
 

     Условие по ограничению нагрева подшипника выполнено.

     Ввиду агрессивности среды применяем  графитовый вкладыш.

 

     

ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ 

      В данном проекте спроектирован ёмкостной аппарат с механическим перемешивающим устройством, произведены проверочные расчёты основных узлов и деталей аппарата. Выполнены: сборочный чертёж аппарата, сборочный чертёж привода перемешивающего устройства.

                                             

3. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

     1. Расчёт и конструирование химических аппаратов с мешалками: учебное пособие к курсовому проектированию./ Э.Н. Островская, Т.В. Полякова.; Казан.гос.технол.ун-т. Казань, 2006.