Проектирование аппарата с мешалкой (стр. 2 из 10)

В соответствии с техническим заданием, используя при этом справочные таблицы [1, таблицы Б.1, Б.1а, Б.5, Б.6, с.106-114], подбираем конструкционные материалы для соответствующих элементов аппарата с мешалкой.

Среда в аппарате – глицерин.

Марки материалов выбранных для изготовления аппарата приведены в таблице 1.

2.2. Определение расчётной температуры

Механические характеристики материалов существенно изменяются в зависимости от температуры.

Расчётная температура стенки – температура, при которой определяются физико-механические характеристики, допускаемые напряжения и проводится расчёт на прочность элементов сосуда.

При положительных температурах за расчётную температуру стенки элемента аппарата следует принимать наибольшее значение температуры. Таким образом,

t_P = t_C = 20 ⁰С, (1)

где t_P – расчётная температура стенок корпуса аппарата, ⁰С;

t_C – температура среды, соприкасающейся со стенкой аппарата, ⁰С.

Для элементов аппарата не имеющих контакта с рабочей средой t_P = 20 ⁰С.

2.3. Выбор допускаемых напряжений конструкционного материала

Допускаемые напряжения для рабочих условий определяются по формуле:

[σ] = η₁ · η₂ · σ*, (2)

где σ* - нормативное допускаемое напряжение при расчётной температуре для выбранного материала;

η₁ – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента;

η₂ – поправочный коэффициент, учитывающий взрыво- и пожароопасность среды.

Для изготовления корпуса аппарата, опор, вала, мешалки и других элементов используются заготовки из проката, для которых η₁ =1 [1, c. 21].

Среда в аппарате – глицерин – пожаробезопасная, поэтому принимаем η₂ =1.

В соответствии со справочными таблицами определим для выбранных материалов нормативные допускаемые напряжения при расчетной температуре и при температуре 20°С [1, таблица Б.2, с.110-111], затем по формуле (2) определим допускаемые напряжения. Результаты вычислений приведены в таблице 1.

Таблица 1. Материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата

Элементы аппарата	Марка материала	Допускаемые напряжения, МПа
		σ*	[σ]	σ20*	[σ]20
Есть контакт с рабочей средой
1. Корпус: а) обечайка, днище, крышка; б) люк, штуцеры	15Х5М ГОСТ 20072-74	146	146	146	146
2. Внутренние устройства: а) отражательные перегородки; б) змеевик	15Х5М ГОСТ 20072-74	146	146	146	146
3. Мешалка	15Х5М ГОСТ 20072-74	146	146	146	146
4. Вал
5. Крепежные изделия мешалки: болты, гайки, шайбы, шпонки
Нет контакта с рабочей средой
6. Опоры аппарата, цапфы	Ст3сп ГОСТ 380-94	154	154	154	154
7. Крепежные изделия: а) люка, штуцеров; б) для стойки привода, уплотнения, муфты	37Х12Н8Г8МФБ ГОСТ5632-72	230	207	230	207

2.4. Определение рабочего, расчётного, пробного и условного давлений

Рабочее давление – максимальное внутреннее избыточное p_И давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса без учёта гидростатического давления среды и без учёта допустимого кратковременного повышения давления во время срабатывания предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

p_И = 0.8 МПа

Расчётное внутреннее давление p_РВ – давление на которое производится расчёт на прочность. Расчётное давление принимают, как правило, равным рабочему или выше него.

p_РВ = p_И + p_Г (3)

p_Г = ρ_С · g · H_C (4)

где p_И, p_Г – соответственно рабочее и гидростатическое давление, Па;

ρ_С – плотность рабочей среды, кг/м³;

g = 9.81 – ускорение свободного падения, м/с²;

H_C – уровень жидкости в аппарате, м.

p_Г = ρ_С · g · H_C = 1200 · 9,81 · 2.6 = 0.03 МПа,

Гидростатическое давление составляет менее 5% от рабочего

p_Г / р_И = 0.1,

поэтому при дальнейшем расчете учитывается [1, с.22]

p_РВ = p_И = 0,8 МПа;

Наружное давление – основная нагрузка для тех элементов аппаратов, которые находятся под рубашкой или работают при остаточном давлении, т.е. под вакуумом.

Расчётное наружное давление – p_РН определяется по формуле:

p_РН = p_a – p₀ (5)

где p_a = 10⁵ – атмосферное давление, Па;

p₀ – остаточное давление в корпусе, Па;

p_РН = 0.1·10⁶ – 0,05 · 10⁶ = 0,05 · 10⁶ Па.

Пробное давление p_ПР – максимальное избыточное давление, создаваемое при гидравлических (пневматических) испытаниях сосудов и аппаратов с целью проверки их на прочность и герметичность. Проверку проводят в соответствии с требованиями Госгортехнадзора на заводе изготовителе и на предприятии при периодическом освидетельствовании.

Пробное давление определяется по формуле

p_ПР = 1,25 · р_РВ · [σ]₂₀ / [σ], (6)

Отношение [σ]₂₀ / [σ] принимается по тому из использованных материалов элементов (корпуса, фланцев, крепежа, штуцеров) сосуда, для которого оно является наименьшим.

p_ПР = 1,25 · 0.8 · 146 / 146 = 1 МПа

Условное давление p_У – расчётное давление при температуре 20 ⁰С, используемое при выборе и расчёте на прочность стандартных элементов аппарата (узлов, деталей, арматуры). Условное давление рассчитывается по формуле:

p_У ≥ р_РВ · [σ]₂₀ / [σ] (7)

p_У ≥ 0.8 · 146 / 146 = 0,8 МПа

Выбираем из стандартного ряда ближайшее большее значение p_У = 1,0 МПа [1, с.24].

Для удобства использования определенных величин при дальнейшем расчете все рассчитанные значения давлений сведем в таблицу 2.

Таблица 2. Расчетное, пробное, условное давление в аппарате

Элементы аппарата		Расчетное внутреннее давление рРВ, МПа	Расчетное наружное давление рРН, МПа	Пробное давление рПР, МПа	Условное давление рПР, МПа
Корпус	Крышка	0,8	0,05	1,0	1,0
	Обечайка	0,8	0,05	1,0	1,0
	Днище	0,8	0,05	1,0	1,0
	Фланцы	0,8	0,05	1,0	1,0
	Люк	0,8	0,05	1,0	1,0
	Штуцеры	0,8	0,05	1,0	1,0

2.5. Выбор и определение параметров комплектующих элементов

Для уменьшения трудоемкости работы и исключения последующих ошибок выбирая типовые элементы аппарата, используется алгоритм, приведенный в [1, с.25]. Основные характеристики выбранных элементов приведены в таблицах 3 - 14.

1. Корпус аппарата – корпус ВКЭ-1-6,3-1800 ГОСТ 9931-85 по ГОСТ 9931-85 [1, таблица В.7, с.128].

Эскиз корпуса аппарата приведен на рис.1, основные размеры в таблице 3

Рисунок 1. Корпус аппарата

Таблица 3. Размеры корпуса аппарата

V, м3	D, мм	D1, мм	D2, мм	Н, мм	Н1, мм	Н2, мм	Н3, мм	L, мм	L1, мм	L2, мм
6,3	1800	1260	2960	3222	1700	1785	630	520	790	133

Таблица 3. Продолжение

a, мм	h, мм	h1, мм	h2, мм	h3, мм	dхs, мм	t, мм	n, мм	s1, мм	s2, мм
35	450	40	160	50	76х4	115	7	12	8

1. Крышка – днище эллиптическое отбортованное ГОСТ 6533-78

Внутренний диаметр D =1800мм, высота отбортовки h₁ = 40мм. [1, таблица В.9, с.132].