Способы производства пищевых красителей (стр. 9 из 14)

м.

Определим величину

по формуле (4.26), зная остальные параметры болта:

м.

Податливость болтовых соединений окончательно определится по формуле (4.25):

Податливость прокладки рассчитываем по формуле:

, (4.28)

где к_п – коэффициент обжатия прокладки;

Е_п – модуль упругости материала прокладки, МПа.

Таким образом, податливость прокладки окончательно определится:

Определим податливость фланца по зависимости:

, (4.29)

где g, l_ф – безразмерные коэффициенты;

h_ф – толщина фланца, м;

Е_Ф – модуль упругости материала фланца, МПа.

Величина безразмерного коэффициента l_ф, в зависимости от величины давления и конструкции фланцевого соединения, равна 0,4.

Определим расчетную толщину фланца по формуле:

(4.30)

После подстановки известных параметров получим:

м.

Определяем коэффициент g по следующей формуле:

, (4.31)

где j₁ – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

, (4.32)

Подставив известные значения в формулу (4.32), получим:

j₁ = 1,28 ^.lg (0,696 / 0,595) = 0,087.

Для расчета величины безразмерного коэффициента l_ф будем использовать следующую формуле:

(4.33)

откуда получаем окончательное значение величины λ_ф

.

По формуле (4.31) окончательно определяем величину безразмерного коэффициента γ, которая равна:

Далее определяем величину безразмерного коэффициента φ₂ по следующей формуле:

(4.34)

Подставляя известные геометрические параметры корпуса мембранного фильтра, получим:

.

Окончательно податливость фланца, в соответствии с формулой (4.29), определится:

.

Усилие, возникающее от температурных деформаций, в соответствии с формулой (4.24), определится:

Н.

Находим коэффициент жесткости фланцевого соединения при условии, что стыкуемые фланцы одинаковой конструкции, используя следующую формулу:

, (4.35)

Подставляя известные параметры, окончательно получим:

.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи в аппарат сжатого диоксида углерода определится по следующей зависимости:

, (4.36)

где F – внешняя осевая растягивающая или сжимающая сила, Н;

М – внешний изгибающий момент, Н ^. м;

[s]₂₀ – допускаемое напряжение для материала болта при 20 ⁰С, Н /м²;

Р_пр – максимальное давление обжатия прокладки, МПа;

f_б – расчетная площадь поперечного сечения болта, м².

Подставляя данные в формулу (4.36) рассчитываем величину болтовой нагрузки F_s1:

Окончательно принимаем F_s1 = 560832 Н.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях определится по формуле:

, (4.37)

После подстановки величин в формулу (4.37), получим:

Н.

Определим приведенный изгибающий момент, используя формулу:

, (4.38)

После подстановки известных величин окончательно получим:

М_о = 0,5 ^. (0,661 – 0,626) ^. 560832 = 9814,56 Н ^. м.

М_о = 0,5 ^.[ (0,661-0,626) ^. 501723 + (0,626-0,595-0,005) ^. 92286,8]^. (230 ^. 10^-6/230 ^. 10^-6) = 9979,9 Н ^. м.

Окончательно принимаем максимальное значение изгибающего момента М = 9979,9 Н ^. м.

Проверяем условие прочности болтов по формуле:

, (4.39)

После подстановки величин F_s1 и F_s2 в формулу (4.39), получим:

МПа <[s] = 230 МПа;

МПа <[s] = 230 МПа.

Проверяем условие прочности неметаллических прокладок по следующей зависимости:

, (4.40)

где [Р_пр] - допускаемое давление на прокладку, МПа;

F_max – величина болтовой нагрузки, принимаемая максимальной из значений F_s1 и F_s2.

М < 130 МПа.

Максимальное окружное напряжение в кольце фланца определится по формуле:

, (4.41)

где М_о – максимальный приведенный изгибающий момент, Н ^. м.

МПа.

Напряжение во втулке от внутреннего давления определим по следующим формулам:

тангенциальное

, (4.42)

меридиональное

, (4.43)

Подставляя в формулы (4.42) и (4.43) известные величины, получим:

МПа;

МПа.

Проверяем условие прочности фланцевого соединения по следующей формуле:

, (4.44)

где [s]₀ – допускаемое напряжение, принимаемое при количестве нагружений фланцевого соединения (сборка - разборка) не более 2 ^. 10³ по формуле:

, (4.45)

Подставляя известные значения в формулу (4.45), получим:

[s]₀ = 0,003 ^. 2 ^. 10¹¹ = 600 ^. 10⁶ Па.

Тогда с учетом этого условие прочности запишется:

161,2 МПа < 600 МПа.

Проверим условие герметичности фланцевого соединения по углу поворота фланца по следующей формуле:

, (4.46)

где [q] = 0,013 рад. – допускаемый угол поворота фланца.

После подстановки известных параметров, получим:

рад.

Использовали для расчета величину h_ф = 35 мм, так как верхний фланец значительно ослаблен отверстиями под привод и ток.

3.6 Расчет конструкции опорных элементов мембранного фильтра

Для определения наибольшей массы аппарата в рабочем состоянии необходимо найти массы составляющих его корпус тел, фильтрующего элемента, мотор-редуктора, арматуры и т.д.

Принимаем массу аппарата в рабочем состоянии равной 200 кг. Аппарат выполнен из нержавеющей стали 12Н18Н9Т. Рабочая температура составляет 20-25 ⁰С. Монтаж аппарата производится на кирпичный фундамент [15].

Находим поверхность опор, используя формулу:

F³

(4.47)

где

максимальный вес аппарата, кг;

[s]_ф - допускаемое напряжение для фундамента, МПа.

м²

Принимаем из соображений устойчивости аппарата количество опор, равное 3. Тогда нагрузка на одну опору определится по формуле:

, (4.48)

где n – количество опор.

Н

Опоры будем изготовлять из стали Ст.3, для которой при заданных условиях работы аппарата допускаемое напряжение на сжатие можно принять равным допускаемому напряжению на растяжение, т.е. [s_сж] = 100 МПа.

Пусть площадь одной опоры составляет 57,0 см², которая будет изготавливаться с одним ребром (m = 1). Также следует принять отношение вылета опоры к ее ширине а : с = 0,72, тогда геометрические размеры опоры составят:

Г_i = К ^. Г_j, (4.49)