2015-07-14
433
5.3.1. Вибір приводу до вертикального перемішуючого пристрою.
Для надання механічним перемішуючим пристроям обертального руху, в хімічних апаратах використовують спеціальні приводи. Вітчизняна промисловість виготовляє стандартизовані приводи до вертикальних апаратів місткістю від 1 до 50 м³, виготовлених з вуглецевої, легованої та двошарової сталі. Ці приводи поділені на дев‘ять типів (I – IX). Характеристика цих приводів наведена в табл.32.1 – 32.16 [2]. Вибір приводу здійснюють за наведеними таблицями з урахуванням потужності, витраченої на перемішування середовища і частоти обертання мішалки.
З огляду на задані параметри: потужності електродвигуна (Р, кВт) і частоти обертання мішалки (n, об./хв) з табл.32.11 обирають тип приводу (I – VII), потім, використовуючи табл.32.2 – 32.4 [2], визначають позначення приводу і типорозмір мотор-редуктора і далі за таблицями 32.7 – 32.13, у відповідності з позначенням приводу і типорозміром мотор-редуктора, виписують основні параметри приводу (d, H, H1, H2 і m – масу приводу).
|
|
|
5.3.2. Розрахунок вертикальних валів перемішуючих пристроїв на вібростійкість.
5.3.2.1. Загальні відомості.
Вали перемішуючих пристроїв повинні бути міцними, жорсткими і вібростійкими. За умови, яка визначає працездатність вала на практиці, приймають вібростійкість. При виконанні цієї умови міцність і жорсткість вала, як правило, бувають забезпечені.
В апаратах з перемішуючими пристроями, як правило, використовують жорсткі вали, які повинні мати кутову швидкість обертання вала ω і задовольняти умові:
(5.21)
для середовищ з динамічним коефіцієнтом в‘язкості μ≤0,3, кг/м²с, та густиною ρ≤1500 кг/м³.
Першу критичну швидкість вала ωкр1 (рад/с) визначають за формулою
, (5.22)
де L – розрахункова довжина вала, м;
Е – модуль подовжньої пружності матеріалу вала, Н/м²;
– момент інерції поперечного перетину вала, м4; (5.23)
– маса одиниці довжини вала, кг/м; (5.24)
де r=7850 
– густина матеріалу сталевого вала;
α – корінь частотного рівняння.
Величину α визначають за графіками (рис.5.2) в залежності від розрахункової схеми вала.
Рис. 5.2. Значення кореня частотного рівняння a
Розрахункову схему вала обирають у залежності від типу приводу і конструкції опор (табл.32.29 [2]).
Для виконання цих розрахунків відсутні відомості про реальний апарат, його геометричні та інші параметри (L, I, m, d, α), тому спочатку треба визначити наведені вище параметри, а потім повернутися до розгляду умов працездатності.
5.3.2.2. Розрахунки лінійних розмірів та інших параметрів вала
Попередньо визначають мінімальний діаметр вала мішалки, з огляду тільки на обертальний момент Т:
|
|
|
, (5.25)
де Р – потужність електродвигуна приводу, кВт;
– кутова швидкість обертання вала, рад/c;
n – частота обертання вала, згідно з завданням, об./хв.
Тоді:
, мм, (5.26)
де [τ] – припустиме напруження на скручування для матеріалу вала, МПа.
З урахуванням умов роботи валів, виготовлених із сталей, рекомендовано приймати [τ] дещо заниженими в межах [τ]=20-МПа.
Після визначення d, слід прийняти найближчий, більший стандартний діаметр (40, 50, 65, 80, 95, 110, 130) та всі подальші розрахунки вести відносно цього діаметра (див. 5.23;5.24).
Довжину вала L визначають у залежності від типу, розмірів і форми апарата та схеми закріплення вала (рис.4.1):
, (5.27)
де Н1 – геометричний розмір стояка приводу (відстань від кришки апарата до нижнього підшипника мотор-редуктора) див. пункт 5.31, м;
Hд=Нкр=0,25∙D – висота еліпсоїдної кришки, (днища); м;
Нц=l – висота циліндричної частини апарата (визначено з таблиці при виборі D), м;
– висота конічного днища апарата, м;
hм – відстань від нижньої точки мішалки до дна апарата, м.
В залежності від типу перемішуючого пристрою, типу і розмірів мішалки, форми днища hм може бути визначено за формулами, наведеними в таблиці 31.1 та примітки 2 до неї (для конічних днищ).
Для визначення кореня частотного рівняння 
, який є функцією від величин К і а1 за рис. 5.2 належить визначити:
, (5.28)
де 
– маса мішалки, яку знаходять з таблиць 31.6 – 31.12 у залежності від типу мішалки та її розмірів (
) і (d);
m – маса одного погонного метра вала, розрахованого і прийнятого діаметра.
Коефіцієнт а1, який вказує на положення проміжного підшипника, відносно місця зосередженого навантаження на вал збоку мішалки.
, (5.29)
де l1 – довжина вала, від місця навантаження збоку мішалки до проміжного підшипника (в приводах II, IV, V, VI, VII типів);
l1=L-l2, де l2=Н2 – стояка приводу.
В приводах типу I і III – l1 – відстань від центру прикладення сили збоку мішалки до верхньої опори вала, тут теж l1=L-l2 але l2 – відстань від центра підшипника нижньої опори до центру прикладання сили збоку мішалки.
Після визначення всіх необхідних даних, повертаються до розрахунку ωкр1 та перевірки умов працездатності за формулами (5.21) і (5.22). Доцільно розрахунки виконати тут, не переписуючи формули (5.21) і (5.22) зразу підставляти замість символів їх значення, розраховані у відповідних формулах (5.23), (5.24), (5.27) та α, визначену за графіками. Якщо умови працездатності виконуються, приймають діаметр вала найближчий більший стандартний, а якщо, прийнятий до розрахунку вал мав діаметр менший за найближчий більший стандартний і не витримав умов працездатності згідно з рівнянням (5.21), слід прийняти найближчий більший стандартний діаметр вала і для нього провести повторну перевірку за рівняннями (5.22) і (5.21), враховуючи зміну величин І, m та α.
Після виконання рівняння (5.21) зробити висновок щодо прийняття остаточного діаметра вала.
З метою перевірки міцності вала використовують рівняння
, (5.30)
де σе – еквівалентне напруження в тілі вала від дії обертального τ та згинаючого σз моментів;
, 
(5.31)
де σз – напруження від згинаючого моменту;
, 5.32)
де Мз – розрахунковий згинаючий момент від дії наведеної відцентрової сили Рц;
Мз=Рц∙l1 – для консольно закріпленого вала або за іншими формулами, в залежності від розрахункової схеми вала, табл.32.28 [2];
Рц – відцентрова сила, яка діє на вал, розраховується за формулою:
, (5.33)
де Мпр – наведена зосереджена маса, при одній мішалці;
, (5.34)
де mм – маса мішалки, кг; вибрана при підрахунках формули 5.28
q – коефіцієнт наведення розподіленої маси вала до зосередженої маси мішалки. Розраховується за формулами табл. 32.29 [2].
Радіус r, м визначається за формулою
|
|
|
, (5.35)
де 
– ексцентриситет центру маси мішалки відносно осі з урахуванням биття вала в м. Величина 
розраховується за формулою
, (5.36)
де е – ексцентриситет центру маси мішалки, м, визначають за формулою
, (5.37)
d – припустиме биття вала (приймається в межах до 1 мм), м.
Напруження від обертового (крутячого) моменту визначають за формулою
, (5.38)
де 
К – коефіцієнт динамічного навантаження:
для листових, якірних та рамних К=2;
для турбінних та пропелерних К=1,5.
Розраховане за формулою (5.28) еквівалентне напруження порівнюють з припустимим напруженням на згинання 
, яке для валів виготовлених із вуглецевих сталей дорівнює
МПа.
Міцність забезпечена, якщо
.
