Нагрузки. Расчет деталей на прочность. Сдвиг, кручение
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
того, чтобы этот материал мог заполнить неровности между контактирующими поверхностями (например, фланцами), что обеспечивает герметичность рабочего объема. Упруго-эластичными свойствами обладают резина, прорезиненная ткань, кожа, картон, паронит, фибра (бумага, обработанная хлористым цинком), асбест (в чистом виде не используется, т.к. является канцерогеном, поэтому применяется в металлической оболочке).
14. Аппараты с механическим перемешивающим устройством
Аппарат - разновидность емкостного оборудования, в котором реализуется целая гамма технологических процессов, которые, как правило, сопровождаются перемешиванием. В производстве используется много разновидностей емкостного оборудования, работающего при высоких температурах и больших давлениях, что накладывает особые отпечаток на расчет оборудования, а именно повышенные требования прочности, герметизации, для химического производства - коррозийной стойкости. Емкостные аппараты, работающие под давлением р >> 0,07 МПа, должны быть подвержены контролю со стороны комитета Госгортехнадзора, который разрабатывает нормы по прочности и стандарты по проверке оборудования. Некоторые элементы аппарата нормализованы в стандартах, однако в последнее время многие из них устарели.
В промышленности используются аппараты вертикальные и горизонтальные, чаще всего реакторы с механическим перемешивающим устройством вертикального исполнения (Рис. 14.1).
Рис. 14.1
Основной динамический узел аппарата - привод (мотор-редуктор), который нижнем фланцем базируется на стойке привода, выполненной с прорезанными окнами, через которые можно рассмотреть, а также вести монтаж и регулировку работы узлов (муфт, подшипников) в стойке. Муфта соединяет выходной вал редуктора с валом мешалки, который проходит по всей длине реактора. Вал базируется на подшипниках, один из которых (обычно верхний) является опорно-упорным, другой (нижний) - радиальный. Таким образом, вал подвешен на верхнем подшипнике. Стойка привода располагается на крышке аппарата, для этого базирования на крышке изготавливается опорная бобышка, закрепленная со стойкой болтовым соединением. Раньше стойки исполнялись как нормализованные детали, и заводы, изготавливающие аппараты, покупали их, однако сейчас эти нормали не действуют, поэтому стойки изготавливаются самими заводами. В месте выхода вала из крышки аппарата устанавливается модуль уплотнения, обеспечивающий герметичность аппарата. С помощью фланцевого соединения укреплена на корпусе аппарата крышка аппарата, который, в свою очередь, имеет опорные элементы - либо боковые лапы, либо опорные стойки. Для связи с внешним миром корпус обеспечивается комплексом штуцеров и люков, которые располагаются на крышке аппарата. Взаимодействие узлов аппарата приводит к вращению вала, получающего крутящий момент от мотор-редуктора. При необходимости поддержания температурного режима аппарата корпус аппарата обеспечивается тепловой рубашкой, снабженной штуцером подачи пара (теплоносителя) и штуцером вывода конденсата. Если температура наружной поверхности аппарата больше 45С, то для аппарата требуется изоляция (обмазка), которая изготавливается на месте монтажа аппарата на фундаменте (прочность фундамента проверяется специальным расчетом).
Срок службы емкостного оборудования, в том числе и мешалок, исчисляется тысячами рабочих часов, только при расчете аппарата закладывается не определенный срок службы (в годах или часах). Основной проблемой расчета аппарата являются прочность и герметичность рассчитываемого аппарата.
Корпус аппарата.
Базовым элементом аппарата, обеспечивающий его прочность, является корпус. Как правило, корпус представляет собой неразъемный сварной узел, который имеет фланец для соединения с крышкой. Основной объем корпуса выполнен как цилиндрическая обечайка, свариваемая из листа. Нижний меридиональный шов позволяет укрепить днище аппарата с корпусом (Рис. 14.2).
Рис. 14.2
Расчет корпуса аппарата выполняется на прочность и устойчивость. Расчет на прочность заключается в определении толщины стенки обечайки корпуса при воздействии на него внутреннего давления р. В теории оболочек рассматриваются оболочки толстостенные и тонкостенные. В металле толстостенной оболочки при действии внутреннего давления р работают напряжения меридиональные ?т, касательные ?? и радиональные ?r (Рис. 14.3).
Рис. 14.3
Расчет на прочность в этом случае представляет собой громоздкий математический аппарат с дифференциальными уравнениями второго порядка. Однако в случае тонкостенных оболочек, как показывает практика, действуют только меридиональные ?т и касательные ?? напряжения (Рис. 14.4).
Рис. 14.4
Прочностью тонкостенных оболочек занимался Лаплас. Теория Лапласа показывает связь формы и габаритов оболочки с давлением. Радиальная толщина Sr обечайки аппарата, подверженная действию внутреннего давления р, рассчитывается по формуле:
,
где ?m - радиус кривизны меридионального сечения;
?t - радиус кривизны поперечного сечения.
В нашем случае ?m стремится к бесконечности:
,
тогда:
.
Величина меридионального напряжения ?т определяется методом сечения (Рис. 14.5).
Рис. 14.5
Суммарное усилие Р от давления р, которое стремится оторвать крышку аппарата от обечайки, определяется: