Беляев В.М., Миронов В.М., Тихонов В.В. Расчет и конструирование основного оборудования отрасли. Часть 1. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами

Подождите немного. Документ загружается.

3.5. Расчет на прочность сплошных и полых

жестких валов постоянного сечения для аппаратов

с отражательными перегородками и внутренними устройствами

Данный расчет является продолжением подраздела 3.3.

3.5.1. Сосредоточенная центробежная сила, действующая на деталь

(кроме мешалок):

Pm A

⋅ω ⋅

3.5.2. Сосредоточенная центробежная сила, действующая на i-ю

мешалку:

Qiii i

PQm A

+⋅ω⋅⋅ω

3.5.3. Приведенная центробежная сила, действующая на вал в точке

приведения:

B вВ Б

Pm A=⋅ω⋅

3.5.4. Сумма моментов сил относительно опоры Б:

() ()

БП

Мп

ii Qii

PLl P Ll

=⋅−+ ⋅−

∑∑

3.5.5. Реакция опоры А:

БП

3.5.6. Сумма моментов сил относительно опоры А:

АП

М n

ii ii

Pl P l

⋅+ ⋅

∑∑

3.5.7. Реакция опоры Б:

АП

3.5.8. Изгибающий момент в опасных по прочности сечениях:

− между точками А и Б:

() ()

;

i i ii Qi ii

Rz Pz l P z l

=⋅− ⋅−+ ⋅−

∑∑

− между точками В и Б:

() ()

ZQQ

iiiii iii i

MRz Pzl PzlPz

⎛⎞

=⋅− ⋅−+ ⋅−− ⋅−

⎜⎟

⎝⎠

∑∑

3.5.9. Крутящийся момент в опасных по прочности сечениях:

=⋅

∑

3.5.10. Момент сопротивления в опасных по прочности сечениях:

⋅

3.5.11. Эквивалентное нормальное напряжение в опасных по проч-

ности сечениях:

Ziii

σ= +

3.5.12. Допускаемое напряжение в i-м опасном сечении определя-

ется аналогично пункту 3.4.11.

3.5.13. Проверка условия прочности:

[].

≤σ

Если условие прочности не выполняется, то увеличивается значение диаметра d

и расчет повторяется с пункта 3.1.7.

3.6. Расчет на жесткость гибких консольных валов

Определение динамических смещений вала в опасных по жестко-

сти сечениях производится без учета воздействия поперечной гидроди-

намической силы в соответствии пунктами 3.2.1 – 3.2.14.

3.6.1. Приведенный эксцентриситет вала с деталями, м:

BBB

+ε

3.6.2. Определение критериев мощности:

– критерий мощности K

для аппарата с внутренними устройства-

ми выполняется в соответствии с подразделом 2.2.2;

– критерий мощности для аппарата с перегородками K

NП

определя-

ется в зависимости от конструкции мешалок, наличия внутренних уст-

ройств и величины симплекса геометрического подобия Г

. С доста-

точной для данного расчета точностью значение критерия мощности

для аппарата с отражательными перегородками можно принять сле-

дующим:

− для лопастных мешалок:

0,6 при Г 1, 5 и Re 400 9.4 10 ;

0,5 при Г 1, 5 и Re 1 10 ;

===−⋅

==>⋅

− для турбинных открытых мешалок:

145

при Г 34 и Re 100;

6,4 при Г 34 и Re 100 1 10 ;

5, 0 при Г 34 и Re 1,2 10 ;

==−≤

==−=−⋅

==−>⋅

− для турбинных закрытых мешалок:

2,3 при Г 3 4 и Re 300 1 10 ;

1, 8 при Г 3 4 и Re 1,1 10 ;

==−=−⋅

==−>⋅

− для шестилопастных мешалок:

1, 7 при Г 34 и Re 200 1.4 10 ;

1, 4 при Г 34 и Re 1,5 10 ;

==−=−⋅

==−>⋅

− для трехлопастных мешалок:

при Г 1, 5 3.0 и Re 100;

4,0 при Г 1, 5 3.0 и Re 4 10 1,8 10 ;

3, 4 при Г 1, 5 3.0 и Re 2 10 ;

==−≤

=− =⋅−⋅

==−>⋅

− для винтовых мешалок с лопастями крыловидной формы:

3, 4 при Г 34 и Re 1 10 5,5 10 ;

3, 0 при Г 34 и Re 6 10 ;

==−=⋅−⋅

==−>⋅

− для винтовых мешалок с лопастями упрощенной формы:

3.0 при Г 1, 5 3, 0 и Re 4 10 1,8 10 ;

2.7 при Г 1, 5 3.0 и Re 1,9 10 ;

=− =⋅−⋅

==−>⋅

− для клетьевых мешалок:

16 при Г 26 и Re 100 1,1 10 .

K ==−=−⋅

3.6.3. Коэффициент сопротивления мешалки:

0,7

ξ=

3.6.4. Безразмерный комплекс, характеризующий гидродинамиче-

ский режим потока в аппарате:

()

ММ Ц

0,25

0,36 Г

Ф .

⋅

ξ⋅ ⋅

3.6.5. Гидродинамический параметр ψ

определяется по рис. 3.5 или

по аппроксимирующим его формулам:

;

23 4

при Г 1, 5

1,842 0,651 0,553 0,1700 0,00397

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ − ⋅

23 4

при Г 2,0

1,870 0,593 0,533 0,1900 0,01697 ;

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ − ⋅

23 4

при Г 3, 0

1,913 0,440 0,456 0,0971 0,00125 ;

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ + ⋅

;

23 4

при Г 4,0

1,932 0,375 0,419 0,0657 0,00549

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ + ⋅

;

23 4

при Г 6,0

1,964 0,314 0,413 0,0731 0,00741

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ + ⋅

23 4

при Г 10, 0

1,969 0,232 0,329 0,0103 0,00102

xx x

ψ= + ⋅− ⋅ − ⋅ + ⋅

где x = lgФ.

3.6.6. Присоединительная масса жидкости мешалки для аппарата:

− с отражательными перегородками:

MCPM

0,02 ;md

⋅ξ ⋅ρ ⋅

− без отражательных перегородок:

MCPM

0,03 (0,5 0,25 ) .md=⋅+⋅ψ⋅ξ⋅ρ⋅

3.6.7. Приведенная присоединительная масса жидкости мешалки:

iiYi

mma

ττ

⋅

3.6.8. Суммарная приведенная присоединительная масса жидкости

мешалок:

ττ

∑

Рис. 3.5 Зависимости для определения гидродинамического параметра

3.6.9. Относительная приведенная присоединительная масса жид-

кости:

B В

3.6.10. Максимальный динамический прогиб вала в точке приведе-

ния при переходе через резонанс, м:

BM B

Bmax

−

⋅Δ

3.6.11. Динамический прогиб вала в точке приведения при устано-

вившемся режиме, м:

y =

⎛⎞

−

⎜⎟

⎝⎠

3.6.12. Относительная координата ограничителя:

aLL

3.6.13. Максимально допустимый зазор в ограничителе (из условия

прочности), м:

[]

()

000

0,2

23.

aa a a

⋅σ ⋅

δ= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ −

⋅⋅

3.6.14. Принятый зазор в ограничителе, м:

δ ≤ [δ].

3.6.15. Безразмерный динамический прогиб вала (a

) на консоли

гибкого консольного вала в месте установки ограничителя определяется

по одной из кривых 2 (функции

(

)

;

Yj j п

afaa= , рис. 3.2), отвечающих

относительной длине консоли a

, принимая a

= a

3.6.16. Динамический прогиб вала в точке приведения В при пере-

ходе через резонанс, м:

− при a

≤ 1

;

− при 1 < a

≤ 1,1

Bδ

= δ;

− при a

> 1,1

Bδ

= y

Bmax

3.6.17. Динамические смещения вала в месте установки уплотни-

тельного устройства при переходе через резонанс, м:

− в пролете

;

iZiZii

Aya

⋅+Δ+ε

− на консоли

jZjZjj

Aya

δδ

⋅+Δ+ε

3.6.18. Динамическое смещение вала в точке приведения, м:

BB BB

.Ay

+Δ +ε

3.6.19. Динамическое смещение вала в центре тяжести деталей, м:

− в пролете

;

iYilili

Aya

⋅+Δ+ε

− на консоли

Yj lj lj

Aya

⋅+Δ+ε

3.6.20. Динамические смещения вала в опасных по жесткости сече-

ниях, м:

− в пролете

;

iZiZiZi

Aya

⋅+Δ+ε

− на консоли

jZjZjZj

Aya

⋅+Δ+ε

3.6.21. Проверка условия жесткости:

− в пролете A

≤ A

ДОПi

;

− на консоли A

≤ A

ДОПj

При невыполнении данного неравенства величина диаметра вала d

увеличивается, и расчет возобновляется с пункта 3.1.7.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильцов Э. А., Ушаков В. Г. Аппараты для перемешивания жидких

сред: справочное пособие – Л.: Машиностроение. 1979.

2. Машины и аппараты химических производств /под ред. И. И. Черно-

быльского.– М.: Машиностроение, 1984.

3. Михайлов В. Ю., Степанников В. М. Современный Бейсик для

IBM PC. Среда, язык, программирование. – М.: Изд. МАИ, 1993.

4. Михалев М. Ф. и др

. Расчет и конструирование машин и аппаратов

химических производств. – Л.: Машиностроение, 1984.

5. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехи-

мических производств / Г. Г. Смирнов, А. Р. Толчинский, Т. Ф. Конд-

ратьева //под ред. А. Р. Толчинского – Л.: Машиностроение, 1988.

6. Тимощук А. С. и др. Основы расчета и конструирования машин и ап-

паратов

химических производств, герметичность оборудования:

учебное пособие. – Л.: Машиностроение, 1985.

7. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на

прочность. – М.: Изд-во стандартов, 1980.

8. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник /Л А. Кондаков,

А. И. Голубев, В. Б. Овандер и др. //под общ. ред. А. И. Голубева и

Л. А. Кондакова – М.: Машиностроение

, 1986.

9. Программы системы автоматизированного расчета и конструирова-

ния элементов химического оборудования: http://www.gaps.tstu.ru/.

10. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по

курсу процессов и аппаратов химической технологии: учебное посо-

бие для вузов / под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. − 10-е

изд., перераб. и доп.

−Л.: Химия, 1987. −576 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................... 3

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТОВ С МЕХАНИ-

ЧЕСКИМИ МЕШАЛКАМИ ........................................................................................... 4

1.1.....................................................................Режимы работы аппаратов с мешалкой4

1.2.......................................................................................................Материальный расчет4

1.3.................................................................................................................Тепловой баланс7

1.4.............................................................Расчет рабочего и общего объема реактора10

2. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ УСТРОЙСТВ ДЛЯ

ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА ................................................................ 12



2.1. Определение требуемого теплового потока .............................................. 23

2.2. Гидродинамический расчет аппарата ........................................................ 28

2.2.1. Порядок гидродинамического расчета аппарата без

внутренних устройств ................................................................................... 29



2.2.2. Порядок гидродинамического расчета аппарата с

внутренними устройствами .......................................................................... 36



2.3. Определение среднего температурного напора ........................................ 42

2.4. Расчет коэффициентов теплоотдачи .......................................................... 42

2.4.1. Коэффициент теплоотдачи от среды к теплообменным

устройствам при использовании тихоходных мешалок ............................ 42



2.4.2. Коэффициент теплоотдачи от среды к стенке аппарата при

использовании быстроходных мешалок ...................................................... 45



2.4.3. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от жидкости в

цилиндрической рубашке к стенке аппарата .............................................. 46



2.4.4. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от жидкости в

рубашке из полутруб к стенке аппарата ...................................................... 47



2.4.5. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от пара,

конденсирующегося в гладкой рубашке к стенке аппарата ...................... 49



2.4.6. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от пара,

конденсирующегося в рубашке из полутруб к стенке аппарата. .............. 50



2.4.7. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от воды во

встроенном змеевике к стенке змеевика ..................................................... 51



2.4.8. Порядок расчета коэффициента теплоотдачи от от пара,

конденсирующегося во встроенном змеевике к стенке змеевика ............ 53



2.4.9. Расчет предельного теплового потока ............................................... 53

2.5. Алгоритм расчета некоторых случаев теплообмена на ЭВМ ................. 54

2.5.1. Расчет теплоотдачи от перемешиваемой среды ............................... 54

2.5.2. Расчет теплоотдачи от жидкости в цилиндрической рубашке ....... 55



2.5.3. Расчет теплоотдачи от перемешиваемой среды в аппарате с

отражательными перегородками и змеевиком ........................................... 56



2.5.4. Расчет теплоотдачи от конденсирующегося пара в

цилиндрической рубашке ............................................................................. 59



2.5.5. Расчет теплоотдачи от жидкости в рубашке из полутруб или

во встроенном змеевике ................................................................................ 62



3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВАЛА ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО

УСТРОЙСТВА ................................................................................................................. 65

3.1. Расчет вала на виброустойчивость ............................................................. 69

3.2. Расчет на жесткость сплошных и полых валов постоянного

поперечного сечения для аппаратов без отражательных перегородок

и внутренних устройств ..................................................................................... 72



3.3. Расчет на жесткость сплошных и полых валов постоянного

поперечного сечения для аппаратов с отражательными

перегородками и внутренними устройствами ................................................. 75



3.4. Расчет на прочность сплошных и полых валов постоянного

поперечного сечения для аппаратов без отражательных перегородок

и внутренних устройств ..................................................................................... 78



3.5. Расчет на прочность сплошных и полых жестких валов

постоянного сечения для аппаратов с отражательными

перегородками и внутренними устройствами ................................................. 81



3.6. Расчет на жесткость гибких консольных валов ........................................ 82

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................. 87

Учебное издание

БЕЛЯЕВ Василий Михайлович

МИРОНОВ Владимир Михайлович

ТИХОНОВ Виктор Владимирович

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОСНОВНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ

ЧАСТЬ I

АППАРАТЫ С МЕХАНИЧЕСКИМИ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ

УСТРОЙСТВАМИ

Учебное пособие

Научный редактор

кандидат технических наук,

доцент В. М. Беляев

Редактор Р.Д. Игнатова

Верстка В. М. Миронов

Дизайн обложки В. В. Тихонов

Подписано к печати 03.12.2008. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать Xerox. Усл.печ.л. 5,35. Уч.-изд.л. 4,84.

Заказ . Тираж 50 экз.

Томский политехнический университет

Система менеджмента качества

Томского политехнического университета сертифицирована

NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2000

. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.