lucko_a_n_telepnev_m_d_marculevich_n_a_i_dr_prikladnaya_meha

Выбор материала должен быть обоснован. Марки материалов, выбранные по таблицам Б.1 и Б.2, а также значения допускаемых напряжений по таблице Б.3 при расчетной температуре [ ] и при температуре 20 С – [ ]20 (см. раздел 2.3) следует занести в таблицу 1 (таблица заполняется по мере выполнении расчетов).

Примеры обозначения марок сталей:

углеродистая сталь – сталь Ст3сп; легированная сталь – сталь 12Х18Н10Т; двуслойная сталь – Ст3сп + 12Х18Н10Т;

двуслойная сталь с повышенной толщиной защитного слоя – (Ст3сп + 12Х18Н10Т)-к.

Таблица 1 – Основные материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата

					Допускаемые
Элементы аппарата	Марка			напряжения, МПа
	материала
		*			[ ]	*20	[ ]20
Есть контакт с рабочей средой
1. Корпус:
а) обечайка, днище, крышка;
б) фланцы корпуса, люка;			–		–	–	–
в) прокладка уплотнительная			–		–	–	–
2. Внутренние устройства			–		–	–	–
3. Мешалка
4. Вал
5. Крепежные изделия мешалки:
а) болт, гайка, шайба;			–		–	–	–
б) шпонка
Нет контакта с рабочей средой
6. Рубашка
7. Опоры аппарата, цапфы
8. Стойка привода			–		–	–	–
9. Крепежные изделия:
а) для фланцевых соединений;
б) для муфты вала (шпонка);
в) для уплотнения (шпилька)

Примечание – Прочерком отмечены допускаемые напряжения, неиспользуемые в расчетах по данному пособию

21

2.3 Определение допускаемых напряжений конструкционного материала

На основании ГОСТ Р 52857.1-2007 допускаемые напряжения материала корпуса для рабочих и нормальных (20 С) условий определяются соответственно по формулам:

[ ] = 1 2 *,	(2а)
[ ]20 = 1 2 *20 ,	(2б)

где *, *20 – нормативное допускаемое напряжение соответственно при расчетной температуре и при tp = 20 С для выбранного материла, Па (табл. Б.3); 1 – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента ( 1 = 1 для листового проката, 1 = 0,8 для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами); 2 – поправочный коэффициент, учитывающий степень опасности рабочей среды при расчете элементов корпуса под давлением (для взрывоопасных и пожароопасных сред 2 = 0,9, в остальных случаях 2 = 1).

Так как для изготовления сварного корпуса аппарата, рубашки, опор, мешалок и других элементов используются заготовки из листового проката, то 1 = 1. Поправочный коэффициент 2 следует выбрать ориентировочно, исходя из знаний, полученных в курсах неорганической и органической химии.

Для двухслойных сталей допускаемые напряжения [ ] принимаются по основному слою для углеродистой стали Ст3, стали 20К или

стали 16ГС.

Допускаемые напряжения для материалов других элементов аппарата следует принять:

[ ] = *.

(2в)

Нормативные допускаемые напряжения основных конструкционных материалов при расчетной температуре * и при температуре 20 С

–*20 , а также допускаемые напряжения для расчетной температуры tp

–[] и для температуры 20 С – [ ]20 по мере расчета следует определить по таблице Б.3 и формуле (2) и занести в таблицу 1 (см. раздел 2.1).

2.4 Определение рабочего, расчетного, пробного и условного давлений

Рабочее, расчетное, пробное и условное давление относятся к параметрам, которые подлежат предварительному определению. Данные параметры устанавливаются в соответствии с ПБ 03-576-03 (Правила

22

устройства и безопасной эксплуатацией сосудов, работающих под давлением) и ГОСТ Р 52857.1–2007.

Рабочее давление рраб – максимальное внутреннее избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время срабатывания предохранительного клапана или других предохранительных устройств. Таким образом, рабочее давление – это избыточное давление газа над слоем жидкости, которое указывается в ТЗ, т.е.:

рраб = ри .

(3)

Гидростатическое давление рг – максимальное давление столба жидкости в аппарате, Па:

рг = с g Hс ,

(4)

где с – плотность рабочей среды кг/м3; g = 9,8 – ускорение свободного

падения, м/с2; Hс – уровень жидкости в аппарате, м.

Гидростатическое давление обычно существенно меньше рабочего. Относительную, в процентах, величину гидростатического давленияр рассчитывают по формуле:

р = (рг / рраб ) 100%.

(5)

Расчетное внутреннее давление рр.в – давление, на которое про-

изводится расчет элементов аппарата на прочность (рис. 2), Па. Если на элемент корпуса действует гидростатическое давления большее или равное 5% от рабочего, т.е. р 5% , то его учитывают в расчетном давлении (6а), в противном случае гидростатическое давление не учитывают:

рр.в = рраб + рг .

(6а)

В курсовом проектировании допускается максимальное расчетное давление, действующее на днище, распространять на все элементы корпуса аппарата, т.е. принимать единое значение рр.в.

При расчете на прочность стенок рубашки принимается:

рр.в = рруб,

(6б)

где рруб – рабочее давление теплоносителя (по исходным данным), Па. Наружное давление является основной нагрузкой для тех элемен-

тов аппаратов, которые находятся под рубашкой или работают при

остаточном давлении, т.е. под вакуумом (рис. 3).

Расчетное наружное давление рр.н определяется по формулам:

23

			sэл
Hэл
a)	рраб	R	sц
		D
	рраб + сg y		y
б)		r	Hc
			sк
в)
а) эллиптическая крышка;
б) цилиндрическая обечайка;
в) коническое днище с торо-
идальным переходом.

Рисунок 2 – Расчетные схемы элементов корпуса, нагруженных внутренним давлением газа и жидкости

ра ра

ро

рруб

a)

б)

а) аппарат без теплообменной рубашки; б) аппарат с теплообменной рубашкой.

Рисунок 3 – Схема к определению расчетного наружного давления, действующего на элементы аппарата

а) для элементов корпуса, не находящихся под рубашкой (крышка аппарата, а также обечайка и днище, если отсутствует избыточное давление в рубашке):

рр.н = ра – ро,

(7)

где ра = 105 – атмосферное давление, Па; ро – остаточное давление в корпусе, Па;

б) для элементов корпуса, находящихся под рубашкой (обечайка и днище, если имеется избыточное давление в рубашке):

рр.н = ра – ро + рруб.

(8)

Пробное давление рпр – 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 Ростехнадзора на заводеизготовителе и на предприятии при периодическом освидетельствова-

24

нии, если скорость коррозии не более 0,1 мм/год, то один раз в 8 лет. Наружный и внутренний осмотры таких аппаратов проводят один раз в 2 года. Гидравлические испытания безопаснее пневматических, которые в случае разрушения оболочки сжатым воздухом приводят к взрыву. При заполнении сосуда жидкостью воздух должен быть удален полностью. Испытания пробным давлением для каждой изолированной полости аппарата производят раздельно.

Для гидравлического испытания используется обычная вода при температуре 5 – 40 C. Давление поднимается плавно и контролируется по двум одинаковым манометрам. Продолжительность испытаний для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм составляет 10 минут. Через 10 минут давление постепенно уменьшают до расчетного и тщательно осматривают все соединения и наружную поверхность стенок. Обстукивание сварных швов на корпусе во время испытаний не допускается.

Сосуд считается выдержавшим испытания, если давление в период испытаний не уменьшалось, а при осмотре не обнаружено разрывов, видимых остаточных деформаций, трещин, течей, слезок, потения в сварных соединениях и на основном металле, течей в разъемных соединениях. После осмотра давление снижают до атмосферного; для предотвращения образования вакуума, способного смять корпус, на крышке открывают люк или воздушный клапан и только после этого полностью опорожняют аппарат. Значение пробного давления и результаты испытаний заносятся в паспорт сосуда.

Пробное давление для сосудов определяется отдельно для корпуса и рубашки по формуле:

рпр = 1,25 рр.в [ ]20 / [ ].

(9)

Отношение []20 / [] принимается по тому из использованных материалов элементов (корпуса, фланцев, крепежа, штуцеров и др.) сосуда, для которого оно является наименьшим. Значение пробного давления вносится в техническую характеристику (чертеж общего вида) аппарата.

Условное давление ру – это расчетное давление при температуре 20 С, которое используется при выборе и расчете на прочность стандартных элементов аппарата (узлов, деталей, арматуры). Условное давление определяют для элементов корпуса: фланцев, люка, штуцеров (в курсовом проекте условное давление рассчитывается только для люка и распространяется на остальные элементы), а также для элементов рубашки. Численное значение условного давления для люка, рассчитанное по формуле (10), округляется до ближайшего большего стандартного значения:

ру рр.в [ ]20 / [ ],

(10)

где ру – условное давление (МПа) выбирается из стандартного из ряда: 0,25; 0,3; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 и т.д.

25

Полученные значения давлений сводят в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчетное, пробное, условное давление в аппарате

			Расчетное	Расчетное	Пробное	Условное
	Элементы		внутренне	наружное	давление	давление
		аппарата	давление	давление	рпр ,	ру ,
			рр.в , МПа	рр.н , МПа	МПа	Мпа
		Крышка
		Обечайка
Корпус
		Днище
		Фланцы
		Люк
		Штуцеры
		Обечайка
Рубашка
		Штуцеры
		Днище

2.5Выбор и определение параметров комплектующих элементов

Выделяются следующие основные составные элементы аппарата

смешалкой:

1)корпус, включающий ряд элементов и устройств (обечайка, днище, крышка, рубашка, змеевик, штуцеры, люки, труба передавливания, перегородки, опоры корпуса, цапфы, фланцевые соединения отъемной крышки корпуса и люка и т.д.);

2)привод механического перемешивающего устройства, состоящего из электродвигателя с механической передачей или моторредуктора;

3)вал мешалки;

4)мешалка;

5)муфта вала;

6)уплотнение вала.

26

Таблица 3 – Выбор типовых элементов аппарата

		Исходные параметры для	Указатель расположения
			данных в пособии
	Типовой	получения данных о типовом
	элемент	элементе или для выбора
		типоразмера элемента	№№ рис.	№№ табл.

Элементы корпуса аппарата

	Корпус аппа-	Обозначение корпуса	В.1 – В.8		В.1 – В.8
	рата и тепло-
		Номинальный объем, V
	обменное
		Внутренний диаметр, D	с. 140 – 155
	устройство
	Фланцы,	Внутренний диаметр, D	В.9 – В.11		В.11 – В.13
	штуцеры
		Условный проход, Dу
	корпуса
		Условное давление, ру	с. 157 – 160		с.158 – 167
	(рубашки)
	Труба пере-	Условный проход штуцера, Dу	В.12		В.11 – В.13
		Условный проход трубы, dу
	давливания
		Условное давление, ру	с. 161		с.158 – 167
		Условный проход, Dу или	В.13 – В.15		В.15, В.16
	Люк
		внутренний диаметр, Dв	с. 169 – 173
	Цапфы	Номинальный объем , V		В.14
		Диаметр корпуса, D или
	монтажные
		рубашки, D1	с. 168
	Фланцы	Внутренний диаметр, D	Г.1 – Г.5		Г.1, Г.2
	отъемной	Условное давление, Pу
	крышки	Рабочая среда	с. 178 – 186
	Опоры	Тип опоры (лапа, стойка)	Д.1, Д.2		Д.1 – Д.3
		Внутренний диаметр корпуса,
	аппарата
		D или рубашки, D1	с. 190 – 194

27

Продолжение таблицы 3

		Исходные параметры для	Указатель расположения
	Типовой	получения данных о типовом	данных в пособии
	элемент	элементе или для выбора
			№№ рис.		№№ табл.
		типоразмера элемента
	Элементы механического перемешивающего устройства
		Обозначение типа	Е.1 – Е.4		Е.1 – Е.4
	Мешалка
		Диаметр, dм	с. 195 – 204
	Привод	Мощность, Nм	Ж.1 – Ж.6		Ж.1 – Ж.18
	(тип и габа-	Частота, nм
	рит)	Рабочее давление, рраб	с. 207 – 231
	Вал	Тип и габарит привода	с. 209 – 228
		Тип привода	Ж.7 – Ж.10		Ж.19 – Ж.21
	Муфта
		Диаметр вала, d	с. 232 – 238
		Рабочая среда	Ж.11 – Ж.13		Ж.22 – Ж.23
	Уплотнение	Диаметр вала, d
		Рабочее давление	с. 239 – 243
	Опоры	Габарит и тип привода	В.16		В.17, В18
		Диаметр аппарата, D
	привода и
		Диаметр вала, d
	уплотнения		с. 174 – 176
		Тип уплотнения

Каждый из перечисленных типовых элементов имеет несколько конструктивных разновидностей. Многообразие типовых элементов связано как с их функциональным назначением, так и с технологией их изготовления, определяющей стоимость изделия. Для обозначения разновидностей типового элемента используются такие термины, как тип и исполнение. Внутри каждого типа и исполнения типовые элементы отличаются друг от друга размерами и, как следствие, рабочими характеристиками. Тип и принятые размеры изделия в совокупности определяют его габарит, или, что то же, типоразмер.

28

Так как выбор типовых элементов аппарата является сложной задачей, то для уменьшения трудоемкости работы и исключения последующих ошибок желательно придерживаться последовательности указанной в таблице 3, записывая название, тип, исполнение или габарит комплектующего элемента в соответствии с пояснениями к рисунку 4.

Следует иметь в виду, что после выполнения расчетов по проверке работоспособности типовых элементов (раздел 3) их типоразмеры, в некоторых случаях, могут быть уточнены.

При выборе опор аппарата (опорных лап) следует учитывать, что при рабочей температуре выше 60 С для снижения энергетических потерь, а также по требованиям техники безопасности обязательно применение теплоизоляции корпуса.

Выбор привода аппарата производится поэтапно (Приложение Ж). Номинальная мощность электродвигателя Nн выбранного привода должна быть больше мощности Nд, затрачиваемой двигателем, как на перемешивание Nм, так и на преодоление трения в элементах механизма. Мощность Nд, потребляемая двигателем при работе рассчитывается по формуле, указанной в приложении Ж.

2.6Эскиз компоновки аппарата

Вэскизном проекте необходимо изобразить общий вид аппарата, дающий представление об его устройстве. Изображение аппарата выполняют с максимальными упрощениями в произвольном масштабе (рис. 4) на чертежной бумаге или миллиметровке форматов А3 или А2. Общий вид аппарата на эскизе компоновки включает изображение выбранного, в соответствии с его обозначением, корпуса аппарата, включающего теплообменные и внутренние устройства, а также привод аппарата, вал мешалки, мешалку, муфту и уплотнение вала.

На эскизе проставляют не все, а лишь основные конструктивные, габаритные, присоединительные и установочные размеры. Данные для простановки размеров большинства элементов приведены в соответствующих таблицах Приложения. Исключение составляет длина вала мешалки, которая определяется по расчетной схеме (рис. 11, а) ориентировочно, исходя из размеров привода, корпуса и расстояний от лопа-

сти мешалки до днища корпуса hм (для мешалок 01, 03, 07) или hм1 (для мешалок 10) в соответствии с таблицей 4.

На эскизе (рис. 4) аппарат разбивается на составные части, от которых проводят линии-выноски, с указанием наименования и условного обозначения технических характеристик этих частей по справочным данным или стандартам, а также сведения о материале.

При записи условных обозначений типовых и стандартных частей аппарата следует проставлять значения параметров: линейные размеры в миллиметрах, давление в МПа.

29

30

Ввод-вывод 3-50-100-1,0Ф-260

ОСТ 26-01-1156-75

480

1690

4750
			3430
3020	2780	1800	1255

400

Труба передавливания (57 3,0)

сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72

Привод 21-2-65-11-160

695

Стойка, чугун СЧ 15 ГОСТ 1412-85

280

Муфта МФ 65-2-2, сталь 40 ГОСТ 1050-88

Уплотнение Т3-65-2,5 АТК 24.201.13-90

Вал мешалки 65-3910, сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72

Люк 2- 400-1,0 ОСТ 26-2003-83, сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72

Устройство 2-400-1,0 ОСТ 26-2012-83, сталь 16ГС ГОСТ 5520-79

Прокладка 1-400-1,0 ГОСТ 28759.6-90, фторопласт-4 ГОСТ 10007- 80

Фланец 8-1800-1,0-150Ф ГОСТ 28759.2-90, сталь 20К ГОСТ 5520-79

430

Прокладка 1-1800-1,0 ГОСТ 28759.6-90, фторопласт-4 ГОСТ 10007- 80

Фланец 7-1800-1,0-150Ф ГОСТ 28759.2-90, сталь 20К ГОСТ 5520-79

Цапфа 4-1-4-1000 ГОСТ 13716-73, сталь Ст3сп5 ГОСТ 380-2005

	165	Змеевик (труба 76 4 ГОСТ 9941-81), сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
		Мешалка 07-2-1000 АТК 24.201.17-90, сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
	520	Корпус ВЭЭ-2-6,3-1800 ГОСТ 9931-85, сталь двухслойная
1800	1,8 м		Ст3сп ГОСТ 380-2005 + 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
2020	уровень жидкости	Опора-стойка 1-1-63 АТК 24.200.03-90, сталь Ст3сп ГОСТ 380-2005
	65
			Люк, отражательные перегородки и штуцеры змеевика изображены в
1260
			сечении условно, остальные штуцеры на крышке не показаны.
			Температура рабочей среды – 120 °С. Среда – 10% раствор HNO3
				Аппарат 00-6,3-0,9К-Т ГОСТ 20680-2002
	1000				Курсовой проект по ПМ
					(вариант задания)
					А п п а р а т с	Лит.	Масса Масштаб
			Изм. Лист	№ Докум. Подп. Дата
			Разраб.	Николаев	м е ш а л к о й .
			Пров.	Андреев	В и д о б щ и й
590			Т. Контр.			Лист	Листов 1
		42			Кафедра
	1610		Н. Контр.			СПбГТИ (ТУ)
		3 отв.			Механики
			Утв.			Группа . . .

Рисунок 4 – Эскиз компоновки аппарата