Оболочки, нагруженные наружным давлением.

1) Толщину стенки цилиндрической обечайки предварительно определяют по формуле:

где S – толщина стенки аппарата, мм;

K₂ – коэффициент устойчивости;

D – внутренний диаметр обечайки, мм;

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

[s] – допускаемое напряжение, МПа,

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

Коэффициент К₂ находят по номограмме по вспомогательным коэффициентам К₁ и К₃. Коэффициент К₁ находят:

где n_у =2, 4 - коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

P_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

Е – модуль упругости, МПа.

Коэффициент К₃:

где L – длина цилиндрической части оболочки, мм;

D – внутренний диаметр, мм.

Длина цилиндрической части корпуса находят:

где Н_корп=2230 мм; (табл.11, Расчет опор химических аппаратов)

Н₆=490 мм.

По номограмме из УМП {2} находим К₂=0, 5.

По сортаменту листовой стали, выбираем сталь толщиной 14мм с учетом всех отклонений. (табл.7, Справочные таблицы)

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверяют допускаемое наружное давление:

где давление из условия прочности:

,

а допускаемое давление из условия устойчивости:

Вспомогательный коэффициент B₁ рассчитывают из соотношения:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления 0, 57≥ 0, 4 МПа.

2) толщина стенки эллиптического днища, работающего под наружным давлением, определяется:

После этого проверяем допускаемое наружное давление:

Допускаемое давление из условия устойчивости находят:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0, 66≥ 0, 4 МПа.

3) расчет толщины рубашки:

Р_р = Р_руб

где S – толщина цилиндрической обечайки, мм;

Р_р – расчетное внутреннее давление, МПа;

D – внутренний диаметр, мм;

[s] – допускаемые напряжения, МПа;

j – коэффициент сварного шва;

С_к – прибавка на коррозию, мм;

С_о – прибавка на округление до стандартного размера, мм.

После этого проверяем допускаемое наружное давление:

Допускаемое давление из условия устойчивости находят:

Допускаемое давление равно:

Допускаемое давление больше расчетного наружного давления, 0, 47≥ 0, 38МПа.

Толщины обечайки, крышки и днища подобраны верно.

Толщина стенки обечайки, днища и крышки с учетом наружного и внутреннего давления равна 14мм.

Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.

Для вращения мешалки подбирают стандартный привод в зависимости от частоты вращения мешалки и потребляемой ею мощности, внутреннему давлению и способу установки привода на аппарате.

Мощность привода рассчитывают:

где N_эл.дв. – мощность привода, кВт;

N_вых – мощность, потребляемая мешалкой, кВт;

η ₁ =0, 97 – КПД механической части привода;

η ₂ =0, 99– КПД подшипников;

η ₃ =0, 98 – потери в уплотнении;

η ₄ =0, 99 – потери в муфте.

Подбираем тип привода 2 для установки на крышке аппарата, (табл.8, Справочные таблицы)

Мощность 3, 0 кВт.

Размер привода выбирается по диаметру вала. Найдём диаметр необходимого вала. Минимальное значение диаметра находят:

где d – диаметр вала, м;

Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙ м;

[τ ] – допускаемые напряжения кручения, Па.

Крутящий момент рассчитывают:

где Т‛ – крутящий момент на валу, Н∙ м;

К_σ =1, 5 – коэффициент динамической нагрузки;

N_эл.дв. – мощность привода, Вт;

n – частота вращения, об/мин.

d_станд. = 50 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, габарита 1 равно 10000. Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

где А_упл – дополнительная площадь уплотнения, м;

G – масса части привода, кг;

F_м – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой, Н.

G =(m_в + m_меш + m_муф)∙ g

где m_в – масса вала;

m_меш – масса мешалки, m_меш = 2, 89 кг. (табл.8, Уплотнения валов и мешалки химических аппаратов)

m_муф – масса муфты, m_муф = 18, 0 кг. (табл.26, Справочные таблицы)

L_в – длина вала;

ρ – плотность стали, .

L_в=Н_кор.+l₂+h₁+30-h_м

где Н_кор –длина корпуса, мм; Н_кор=2520мм. (табл.11, Расчет опор)

l₂-расстояние между подшипниками, мм; l₂=400мм. (табл.14, Справочные таблицы)

h₁-длина вала мешалки, мм; h₁=645мм. (табл.14, Справочные таблицы)

h_м- расстояние от мешалки до днища корпуса, мм.

h_м=d_м=500мм. (табл.2.1 Расчет и конструирование аппаратов)

L_в=2250+400+645+30-500=2825 мм.

m_в= 44кг.

А_упл.=0, т.к. уплотнение сальниковое

G=(44+2, 89+18, 0)× 9, 8=636 Н.

F_m=0, 56× Т‛ / d_м=0, 56× 110/0, 5=123Н.

F_вверх.=0, 5× (3, 14× 50²/4 +0)-636+123=468Н.

F_вниз.=-(0, 1-0, 05)× (3, 14× 50²/4+0)-636-123= -857Н.

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

468H> 10000H

-857H> -10000H.

Условие выполняется.

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 1 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75 (табл. 14, Справочные таблицы):

В = 575 мм; l₂ = 400 мм;

L = 235 мм; S = 14 мм;

H₁ =630 мм; D = 300 мм;

h = 1150 мм; D₁ = 390 мм;

h₁ = 645 мм; m_прив = 308 кг.

d=50;

Эскиз привода представлен на рисунке 2.