К курсовому проекту по прикладной механике

Пояснительная записка

К курсовому проекту по прикладной механике

 

«ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ»

 

Выполнил студент гр. ТД-.41

                                         .Копылец Сергей

 

Руководитель проекта

Лихачёв А.И.

 

г. Рубежное, 2002 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Задание на курсовой проект

Ведомость курсового проекта

Введение

1. Выбор материала

2. Расчет толщины обечайки корпуса

3. Расчет эллиптического днища

4. Расчет рубашки

5. Расчет на прочность укрепления отверстий

6. Расчет фланцевых соединений

7.  Расчет перемешивающего устройства

8.  Выбор привода перемешивающего устройства

9.  Определение веса аппарата

10.  Выбор опор аппарата

Список литературы

РЕФЕРАТ

Курсовой проекта содержит два листа графической части формата А-1 и пояснительную записку в «35» листов.

Ключевые слова – обечайка, днище, крышка, мотор-редуктор, фланец, патрубок, перемешивающее устройство, штуцер, технологическое отверстие, рубашка, уплотнение, выбор материала аппарата, определены расчетные параметры, выполнены расчеты толщины стенок обечайки, днища, рубашки, произведены расчеты на прочность укрепления отверстий, выбран тип фланцевого соединения, определена мощность на перемешивание, выбран привод перемешивающего устройства, подобраны опоры аппарата.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

«Утверждаю»

Зав. кафедрой ОФТМ

Овчаренко В.В.

«ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ»

№ п/п	Наименование исходных данных	Единицы измерения	Величина параметров
1.	Объем аппарата                                      v	м3	5
2.	Внутренний диаметр аппарата             Д	мм	1800
3.	Высота аппарата                               Н	мм	2230
4.	Внутреннее избыточное давление              Р	[мПа]	1.5
5.	Наружное избыточное давление        РН	мПа	1.0
6.	Рабочая температура	оС	20
7.	Среда – HNO3 (100%)                        r	кг/м3	1510
8.	Срок службы                                      t	лет	15
9.	Тип перемешивающего устройства – листовая мешалка

 

ВЕДОМОСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

№ опр	Фор­­мат	Обозначение	Наи­ме­нование	К-во	№ экз.	Приме­чание
1.	А1		Аппарат верти­кальный	1	1
2.	А1		Узлы аппара­та	1	1
3.	А4	КППМ4.160000000П.3	Поясни­тельная записка	1	1

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие химической и нефтехимической промышленности требует создания новых высокоэффективных, надежных и безопасных в эксплуатации технологических аппаратов. Применение веществ, обладающих взрывоопасными и вредными свойствами, ведение технологических процессов под большим избыточным давлением и при высокой температуре обусловливает необходимость детальной проработки вопросов, связанных с выбором средств защита для обслуживающего персонала, с прочностью и надежностью узлов и деталей аппаратов. Перед химическим машиностроением поставлена задача создания и выпуска высокопроизводительного оборудования. Химическое машиностроение должно внести большой вклад в развитие топливно-энергетического комплекса нашего государства.

Основной целью данного курсового проекта является изучение конструкций наиболее распространенных аппаратов химических производств, что достигается выполнением расчетов на прочность деталей и узлов, округленных рассчитанных параметров до стандартных значений, выполнением чертежей общего вида и узлов аппарата.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Для изготовления сварных стальных аппаратов применяют полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью в виде листового, сортового и фасонного проката, труб, специальных поковок и отливок.

Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде, обладать хорошей свариваемостью и, соответственно, прочностными и пластичными характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку.

При выборе конструкционных материалов основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в данной среде. Другим критерием является температура аппарата. Основным материалом для химического машиностроения являются коррозионностойкие стали различных марок, чугун, бронза и неметаллические материалы. С учетом агрессивности среды, температуры и давления аппарате для проектируемого аппарата выбираем высоколегированную сталь 08Х21Н6М2Т с допускаемым напряжением s = 233 МПа

Осевая сжимающая сила

  Н

    Допускаемая осевая сжимающая сила

    , где

– допускаемая осевая сжимающая сила из условий прочности

      Н

     – допускаемая осевая сжимающая сила из условий местной устойчивости в пределах упругости.

    При соотношении  величину  можно рассчитать по формуле

   

      Н

   

     – условие прочности выполняется.

2.3.4. Проверка на устойчивость обечайки корпуса при совместном действии наружного давления и сжимающей силы.

           

    Условие устойчивости выполняется.

    Так как проверочный расчет по всем нагрузкам удовлетворяет условиям прочности, окончательно принимаем исполнительную толщину стенки обечайки корпуса S = 16 мм.

 

РАСЧЕТ ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ДНИЩА

    Согласно заданию в аппарате предусмотренные эллиптические днища (нижнее днище и верхнее перевернутое днище – крышка).

    Для днища корпуса аппарата принята сталь 08Х21Н6М2Т (см. п.2.2)

   

3.1. Толщина стенки днища, нагруженного внутренним расчетным избыточным давлением

      мм

    R – радиус кривизны в вершине днища,

для эллиптического днища R = D = 1800 мм

j = 1 – принимаем днище не сварное, а цельное, штампованное.

3.2. Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением

    , где

    К_э – коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища. Предварительно принимаем К_э = 0,9.

    а)   мм

    б)   мм

    Из двух значений 10,99 мм и 3,86 мм принимаем большее – S _{1 R} = 10,99 мм

    Из полученных значений толщины 5,8 мм и 10,99 мм принимаем

    S _{1 R} = 10,99 мм

3.3. Прибавка для днища

   

      мм

   

    С_э принимаем С_э = 0

    С₂ – минусовый радиус на толщину

    С₂ = 0,8 мм

    С₃ = 0,3 мм (п.2.4.5)

      мм

3.4. С учетом прибавок

      мм

    Исполнительная толщина стенки, принятая по стандарту S= 16 мм.

3.5. Для эллиптических днищ, если длина цилиндрической отбортованной части  больше параметра , т.е. , то толщина стенки днища S ₁ должна быть не меньше толщины стенки обечайки, т.е. . Определяем параметр = 124,24>50 мм,

    Определяем h = 50 мм при толщине S = 16 мм и диаметре Д = 1800 мм по таблице 16.5 (стр.449).

    Принимаем    S ₁ < S

                                 S ₁ = 16 мм           

3.6. Проверочные расчеты для днища корпуса.

3.6.1. Допускаемое наружное давление на днище

   

    Допускаемое наружное давление из условия прочности

      Н/мм²

    Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости

   

    Уточняем коэффициент радиуса кривизны К_э

   

       п.3.3.1

   

   

      Н/мм²

      Н/мм²

   . условие прочности выполняется

Принимаем к расчету толщину стенки днища S _{1 R} = 16 мм.

3.6.2. Допускаемое внутреннее избыточное давление

    н/мм²

     – условие прочности выполняется

    Масса эллиптического днища при Д = 1800 мм, S ₁ = 16 мм – m_g = 486 кг (табл.16.1, стр.441)

РАСЧЕТ РУБАШКИ

Рубашка гладкая приварная (неотъемная). Для рубашки выбрана (см. п.3.1, 3.2) качественная углеродистая конструкционная сталь 20К.

  Мпа (п.3.1)

  Н/мм² (п.3.2)

4.1. Выбираем диаметр рубашки (табл.4) При диаметре аппарата 1800 мм находим Д_{рубашки} = 1900 мм;

    а – зазор между днищем корпуса и рубашкой:

    а = 30 мм

4.2. Высота рубашки с учетом днища

 

 = 1680 мм   (п.3.3.1)

= 150 мм      (п.3.4.3.1)

  м

 

4.3. Расчет обечайки рубашки.

4.3.1. Рубашка нагружена внутренним давлением, которое равно наружному давлению для корпуса аппарата:

  МПа

4.3.2. Расчетное давление в рубашке

    , где

    Р_Г – гидростатическое давление в нижней части рубашки.

    Нагрев аппарата производится горячей водой и паром

    МПа, где

     = 1000 кг/м³ – плотность воды,

    h_p – высота рубашки (см. п.3.6.2)

    Оцениваем величину гидростатического давления

   

Если , то Р_Г не учитывается. У нас Р% = 1.53%, поэтому

.

4.3.3. Толщина стенки обечайки рубашки от внутреннего расчетного давления

      мм.

      Н/мм²

     – коэффициент сварного шва.

4.3.4. Осевая растягивающая сила для рубашки

      Н

4.3.5. Толщина стенки обечайки рубашки от осевой растягивающей силы

      мм

    Из значений принимаем большее – 7.2 мм.

4.3.6. Прибавка к толщине стенки рубашки (см. п.3.4.5)

, где

      мм

П_руб = 0,1 мм/год (Принимаем по табл. 1 при 20⁰С).

    С₂ = 0,8 мм для толщины 8 мм. и более

    С₃ = 0,3 мм.

С_руб = 1.5+ 0,8 + 0,3 = 2.6 мм

4.3.7. Толщина стенки обечайки рубашки с учетом прибавок

      мм

4.3.8. Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса, принятая по стандарту (табл. 3)

    S _руб = 10 мм

4.4. Проверочные расчеты для обечайки корпуса

4.4.1. Допускаемое давление в рубашке

 МПа

, т.е.  – условие прочности выполняется

4.4.2. Допускаемая осевая растягивающая сила

   

    [ F_p ]_руб > F _руб – условие прочности соблюдается.

4.5. Расчет днища рубашки. Поскольку корпус аппарата имеет эллиптическое днище, то и для рубашки тоже принимаем эллиптическое днище с диаметром Д_руб = 1900 мм.

4.5.1. Толщина стенки днища рубашки при нагружении внутренним давлением

      мм

    R – радиус кривизны в вершине днища,

для эллиптических днищ R = Д_руб = 1900 мм

j = 1 – коэффициент сварного шва; принимаем днище не сваренное из отдельных частей, а изготовленное из цельной заготовки.

4.5.2. Толщина стенки днища рубашки с учетом прибавок

      мм

4.5.3. Исполнительную толщину днища рубашки принимаем согласно с табл.16.1 равной 10 мм.

    При диаметре Д = 1900 мм и S_1руб = 10 мм находим по таблице 16.2 (стр.443) длину отбортованной части   мм.

4.5.4. Допускаемое внутреннее давление на днище рубашки

 МПа

МПа

 – условие прочности соблюдается.

РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

6.1. Принимаем фланцевое соединение у которого уплотнительная поверхность с выступ-впадиной. Фланцы плоские приваренные (несвободные) без втулки, неизолированные, т.к. этот вид уплотнения рекомендуется даже при Р < 0,6 МПа, если среда ядовитая, взрывопожароопасная.

Д = 1800 мм,

Р_в = 1,5 МПа,

Р_н = 1,0 МПа,

S₁ = 16 мм – толщина стенки обечайки,

S_R = 10 мм – толщина стенки крышки.

 

Принимаем материал фланцев – сталь ВМСт3сп, как и для корпуса аппарата. Для болтов – сталь 35Х. Материал прокладки – резина.

6.2. Конструктивные размеры фланцев, прокладки, болтов

6.2.1. Диаметр болтов для крепления фланцев (табл.10).

Выбираем d_s = 20 мм, болт М20

6.2.2. Диаметр болтовой окружности

    , где

    u = 4…6 – нормативный зазор между обечайкой и гайкой.

Принимаем u = 6.

6.2.3. Наружный диаметр фланцев

    , принимаем Д_н`= 1960, где

    а – конструктивный зазор для размещения гайки (табл.10).

Принимаем а = 40

6.2.4. Наружный диаметр прокладки

   

    l – нормативный параметр (табл.10). l = 30 мм.

6.2.5. Средний диаметр прокладки

    , где

    в – ширина прокладки (табл.10). Принимаем в = 20 мм.

6.2.6. Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения

    , где

   

   

    Принимаем n = 80 болта – это стандартная величина для Д = 1800 мм.

6.2.7. Высота (толщина) фланца ориентировочно

    , где

    l_ф – коэффициент, зависящий от давления в аппарате (табл.12)

    l_ф = 0,52 при Р = 1,5 МПа

    S_экв – эквивалентная толщина втулки фланца.

    Для конструкции без втулки фланца S_экв = S = 16 мм

   

    Принимаем ближайшее стандартное значение h по таблице – h = 89 мм

Размер h* = h + 5 = 89 + 5 = 94 мм.

6.2.8. Расчетная длина болта , где

    l_бо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки при толщине прокладки h_п = 2 мм

   

    Принимаем стандартную длину болта 170 мм

6.2.9. Диаметр Д₂ = Д_н.п = 1886 мм

6.2.10. Диаметр Д₃ = Д₂ + 4 = 1886 + 4 = 1890 мм

6.2.11. Высота h^* = h + 5 = 89 + 5 = 94 мм

6.2.12. Высота выступа h₁ (табл.9). h₁ = 16 мм

Примечание. После определения размеров фланцев расчетом можно для вычерчивания принять стандартные фланцы по табл.9, если согласуются Р_у и Д.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА АППАРАТА

    , где

    «1,3» – коэффициент, учитывающий вес остальных частей корпуса,

    «3» – коэффициент, учитывающий вес днища, крышки и днища рубашки.

    «2» – коэффициент, учитывающий вес обечайки, аппарата и рубашки.

    , где

    m_днища – масса днища. Определяется по табл.16.1 [5, стр.441] определённое ранние m_днища = 486 кг.

    а) G_днища = mg _H× g = Н

    б) m_{обечайки} = r × v, где

    r – плотность металла обечайки (для стали)

 м³, где

    Н – высота обечайки (п.3.4.3.1)

    Н = l

    S – толщина обечайки

   

    в) G_{привода} = m × g = 180 9,81 = 1765,8 Н

     г) m_{жидкости} = ρV_ап = кг

    G_{жидкости} =m_ж*g= 7550×9,81= 74065,5(Н)

     

Вес всего апарата:

    G_ап = 1.3^, 3^, 4767,66 + 2^, 15438,7 + 1765,8+74065,5 = 125302,6 H

 

ВЫБОР ОПОР АППАРАТА

    Вес, который приходится на одну опору

    , где

    К _n – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между опорами. К _n = 1,5…2. Принимаем к расчету К _n = 2.

    Z – количество опор. Принимаем к расчету Z = 4.

   

Подбираем по табл.29.2 [5, стр.673] опору близкую по нагрузке к расчетной.

Принимаем к расчету опору с G_оп = 0.25 МН.

Принимаем опору типа 1c подкладным листом толщиной 10мм

Которая рассчитана на 0,025 МН

Условное обозначение опоры:

«Опора ОВ-1-Б-6300-10 ОН - 26-01-69-61»

 

Геометрические размеры опоры даны в таблице 29,2 (5 стр 673)

 

 

Литература:

- ГОСТ 14249-89, Сосуды и апараты. Нормы и методы расчета на прочность,- М: Издательство стандартов, 1989 – 79 с.

- Лащинский А. А, Толчинский А.Р.

Основы конструирования и расчета химической апаратуры 1970 – 750 с.

- Смирнов Г.Г, Толчинский А Р Кондратьева Т Ф Конструирование безопасных апаратов для химических и нефтехимических производств Справочник-Л:Машиностроение,1983 -303ст

(табл.1 – 5) – Методические укзания к выполнению курсового проекта по курсу ¢¢прикладная механика ¢¢ Рубежное 1995г

Пояснительная записка

к курсовому проекту по прикладной механике

 

«ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ»

 

Выполнил студент гр. ТД-.41

                                         .Копылец Сергей

 

Руководитель проекта

Лихачёв А.И.

 

г. Рубежное, 2002 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Задание на курсовой проект

Ведомость курсового проекта

Введение

1. Выбор материала

2. Расчет толщины обечайки корпуса

3. Расчет эллиптического днища

4. Расчет рубашки

5. Расчет на прочность укрепления отверстий

6. Расчет фланцевых соединений

7.  Расчет перемешивающего устройства

8.  Выбор привода перемешивающего устройства

9.  Определение веса аппарата

10.  Выбор опор аппарата

Список литературы

РЕФЕРАТ

Курсовой проекта содержит два листа графической части формата А-1 и пояснительную записку в «35» листов.

Ключевые слова – обечайка, днище, крышка, мотор-редуктор, фланец, патрубок, перемешивающее устройство, штуцер, технологическое отверстие, рубашка, уплотнение, выбор материала аппарата, определены расчетные параметры, выполнены расчеты толщины стенок обечайки, днища, рубашки, произведены расчеты на прочность укрепления отверстий, выбран тип фланцевого соединения, определена мощность на перемешивание, выбран привод перемешивающего устройства, подобраны опоры аппарата.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

«Утверждаю»

Зав. кафедрой ОФТМ

Овчаренко В.В.

«ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ»

№ п/п	Наименование исходных данных	Единицы измерения	Величина параметров
1.	Объем аппарата                                      v	м3	5
2.	Внутренний диаметр аппарата             Д	мм	1800
3.	Высота аппарата                               Н	мм	2230
4.	Внутреннее избыточное давление              Р	[мПа]	1.5
5.	Наружное избыточное давление        РН	мПа	1.0
6.	Рабочая температура	оС	20
7.	Среда – HNO3 (100%)                        r	кг/м3	1510
8.	Срок службы                                      t	лет	15
9.	Тип перемешивающего устройства – листовая мешалка

 

ВЕДОМОСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

№ опр	Фор­­мат	Обозначение	Наи­ме­нование	К-во	№ экз.	Приме­чание
1.	А1		Аппарат верти­кальный	1	1
2.	А1		Узлы аппара­та	1	1
3.	А4	КППМ4.160000000П.3	Поясни­тельная записка	1	1

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие химической и нефтехимической промышленности требует создания новых высокоэффективных, надежных и безопасных в эксплуатации технологических аппаратов. Применение веществ, обладающих взрывоопасными и вредными свойствами, ведение технологических процессов под большим избыточным давлением и при высокой температуре обусловливает необходимость детальной проработки вопросов, связанных с выбором средств защита для обслуживающего персонала, с прочностью и надежностью узлов и деталей аппаратов. Перед химическим машиностроением поставлена задача создания и выпуска высокопроизводительного оборудования. Химическое машиностроение должно внести большой вклад в развитие топливно-энергетического комплекса нашего государства.

Основной целью данного курсового проекта является изучение конструкций наиболее распространенных аппаратов химических производств, что достигается выполнением расчетов на прочность деталей и узлов, округленных рассчитанных параметров до стандартных значений, выполнением чертежей общего вида и узлов аппарата.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Для изготовления сварных стальных аппаратов применяют полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью в виде листового, сортового и фасонного проката, труб, специальных поковок и отливок.

Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде, обладать хорошей свариваемостью и, соответственно, прочностными и пластичными характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку.

При выборе конструкционных материалов основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в данной среде. Другим критерием является температура аппарата. Основным материалом для химического машиностроения являются коррозионностойкие стали различных марок, чугун, бронза и неметаллические материалы. С учетом агрессивности среды, температуры и давления аппарате для проектируемого аппарата выбираем высоколегированную сталь 08Х21Н6М2Т с допускаемым напряжением s = 233 МПа