Проектирование аппарата с мешалкой (стр. 5 из 10)
Продолжительность периодов эксплуатации аппарата между обслуживанием и плановыми ремонтами определяется по формуле:
ТЭ = -(1 / λ) · ln (PПРЕД), (12)
где PПРЕД – предельная вероятность отказов, определяется свойствами рабочей среды (токсичность, пожаро- и взрывоопасность) и рабочими параметрами процесса.
В нашем случае (рабочая среда – глицерин, tС = 20°С, рИ = 0,8 МПа) предельная вероятность отказов составляет PПРЕД = 0.6 [1, с.32].
По формуле (12) получим:
ТЭ = - (1 / λ) · ln (PПРЕД) = (1 / (13,5 · 10-5 час-1)) · ln (0.6) = 3784 часов.
3.1. Расчёт элементов корпуса аппарата
3.1.1. Определение коэффициентов сварных швов и прибавки для компенсации коррозии
Оболочки аппаратов изготавливаются из стальных листов сваркой. Прочность материала в зоне сварного шва снижается из-за термического воздействия электрической дуги и ряда других факторов. В прочностные расчёты вводится коэффициент прочности сварного шва φ = 0.9
Элементы аппарата, находящиеся в контакте с рабочей средой, из-за коррозии с течением времени уменьшаются по толщине. Прибавка для компенсации коррозии к расчётным толщинам конструктивных элементов определяется по формуле:
c = П · Та, (13)
где с – прибавка для компенсации коррозии, м;
П – скорость коррозии, м/год;
Ta – срок службы аппарата, лет.
c = П · Та = 0,0001 · 10 = 0,001м
3.1.2. Предварительный расчёт толщины стенок оболочек из условия прочности
Необходимые толщины стенок оболочек, нагруженных внутренним избыточным
давлением, определяются по уравнениям, полученным из условия прочности.
Расчёту подлежат элементы корпуса: цилиндрическая обечайка, эллиптическая крышка, эллиптическое днище в местах сварки.
а) Предварительный расчёт цилиндрической оболочки:
Расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки из условия прочности
, (14)рPB – расчётное внутреннее давление, Па;
D – внутренний диаметр обечайки, м;
[σ] – допускаемое напряжение, Па;
φ – коэффициент прочности сварного шва.
5,5·10-3 м.б) Предварительный расчёт эллиптической крышки, для стандартных крышек
расчётная толщина стенки эллиптической крышки из условия прочности:
, (15) 
5,49 ·10-3 м.в) Предварительный расчёт конической оболочки:
Расчётная толщина стенки конической обечайки из условия прочности
, (16)Dк = D – 2 · r (1-cos α)– диаметр основания конической обечайки без тороидального перехода, м;
r = 0.15D – расчетный радиус тороидального перехода, м;
α = 45° – половина угла при вершине конуса;
r = 0.27 м Dк = D – 2 · r (1-cos α) = 1,64 м (17)
7,09 ·10-3 м.3.1.3. Предварительный расчёт толщины стенок оболочек из условия устойчивости
а) Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки из условия устойчивости:
Расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки из условия устойчивости:
, (18)где рPH – расчётное наружное давление, Па;
ny = 2.4 – коэффициент запаса устойчивости;
lЦ – расчётная длина цилиндрической обечайки, м;
E – модуль продольной упругости материала оболочки, Па;
Расчетная длина цилиндрической оболочки определяется по формуле [1, таблица 6, с.36]:
lЦ = Н1 + a1 + a2+b1+b2 , (19)
где H1 – длина цилиндрической обечайки, м;
a1 – ориентировочная высота отбортованной части эллиптической крышки (днища), м (рис.14);
а2 – высота переходной части эллиптической оболочки, м (рис.14);
b1
0.06 – ориентировочная высота отбортованной части конического днища, м
- высота переходной части конической оболочки, м. 
Рисунок 14. Схема к определению расчётной длины цилиндрической оболочки lц.
Ориентировочная высота отбортованной части эллиптической крышки
а2 = Нэл/3, (20)
где Нэл – высота эллиптической крышки без отбортовки.
Нэл = 0,25·D (21)
H1 = 1,7 м [1, таблица В.7, с.129], а1 = 0,04 м [1, с.37], а2 = (0,25·1,8)/3 = 0,225 м, [1, с.37], b1=0.06 [1, с.37],
м.По формуле (19) получим
lЦ = 1,7+ 0,04 + 0,225 + 0,06+0,14 = 2,165 м
с учётом того, что Е = 2,15 · 1011 Па получим:
= 4,56 · 10-3 м. б) Расчёт толщины стенки эллиптической крышки из условия устойчивости:
Расчётная толщина эллиптической оболочки из условия устойчивости:
, (22)где К – коэффициент приведения радиуса эллипса, K ≈ 0.9.
2,37 · 10-3м.в) Расчет толщины стенки конической оболочки из условия устойчивости:
, (23)Dрк = (D+D0) / 2cosα = (1,8 + 0,108) / 2cos45° = 1,35м ,
lк = (D - D0) / 2sinα = (1,8 – 0,108) / 2sin45° = 1,20 м ,
где Skp2-расчетная толщина стенки конической оболочки из условия устойчивости, м;
ppн - расчетное наружное давление для днища, Па ;
ny =2.4 – коэффициент запаса устойчивости;
Е- модуль продольной упругости материала оболочки, Па;
Dpk-расчетный диаметр конической оболочки, м;
D0-внутренний диаметр штуцера для слива, м;
lk- расчетная длина конической обечайки, м;
=450-половина угла при вершине конуса;D- внутренний диаметр обечайки, м.
= 3,03 · 10-3м. 3.1.4. Определение исполнительной толщины стенок оболочек
Исполнительную толщину стенки определяют с учётом прибавки для компенсации
коррозии c и прибавки с1 для округления толщины листа до стандартного значения.
Выражения для определения исполнительной толщины стенок оболочек имеют вид:
а) для цилиндрической оболочки:
sЦ = sЦР + с + с1, (24)
где sЦР = max{sЦР1; sЦР2} = 5,5 ·10-3 м.
Принимаем исполнительную толщину листа 10 мм, тогда с1 = 2,5 мм, что больше минусового допуска для данной толщины листа u = 0,8 мм:
sЦ = sЦР + с + с1 = 5,5 + 2 + 2,5 = 10 мм.
б) для эллиптической оболочки (крышки):
sЭ = sЦР + с + с1, (25)
где sЭР = max{sЭР1; sЭР2} = 5,49 ·10-3 м.
Принимаем исполнительную толщину листа 10 мм, тогда с1 = 2,51 мм, что больше минусового допуска для данной толщины листа u = 0,8 мм:
sЭ = sЭР + с + с1 = 5,49 + 2 + 2,51 = 10 мм.
б) для конической оболочки (крышки, днища):
sК = sКР + с + с1, (26)
где sКР = max{sКР1; sКР2} = 7,09 ·10-3 м.
Принимаем исполнительную толщину листа 10 мм, тогда с1 = 0,91 мм, что больше минусового допуска для данной толщины листа u = 0,8 мм:
sК = sКР + с + с1 = 7,09 + 2 + 0,91 = 10 мм.
Результаты вычислений толщин стенок сведем в таблицу 14.
Таблица 14. Расчётная и исполнительная толщина стенок оболочки
| Оболочка аппарата | Расчётная толщина стенки, мм | Прибавка на коррозию, мм | Минусовой допуск, мм | Исполни-тельная толщина стенки, мм | |
| Из условия прочности | Из условия устойчивости | ||||
| Корпус: Цилиндрическая оболочка Крышка Днище | 5,5 5,49 7,09 | 4,56 2,37 3,03 | 2 2 2 | 0,8 0,8 0,8 | 10 10 10 |
3.1.5. Определение допускаемых давлений
Допускаемые внутренние давления рассчитываются для каждого элемента корпуса. Из этих значений давлений, а также условных давлений фланцев аппарата, люка, штуцеров и уплотнения выбирается наименьшее, которое и принимается в качестве допускаемого давления для всего корпуса.
Элемент с наименьшим допускаемым или условным давлением - самый слабый элемент, который определяет работоспособность всего аппарата. Для получения равнопрочного (по давлению) аппарата можно оптимизировать конструкцию, подобрав типовые элементы (фланцы, штуцеры и пр.) с условным давлением близким к минимальному допустимому для оболочек.
В качестве допускаемого наружного давления в корпусе аппарата принимается наименьшее значение допускаемого наружного давления для элементов корпуса. Результаты расчетов и выбора допускаемых давлений занесем в таблицы 5 и 6.