Выбор опоры-стойки металлоконструкции

4.6 Выбор опоры-стойки металлоконструкции

Определяем:

- суммарный вес секций и жидкости в них:

(3^.М_сек + М_ж) g = (3. 3050 + 800). 9,81 = 97609,5 Н; (80)

- вес диффузора, коллектора и предохранительной сетки:

М_узg = 2.800·9,81 = 15696 Н; (81)

Реакционный момент в узле крепления балки:

q_p L₃² /12 = 7840,12·4,15² /12 = 11252,2 Н,м. (82)

Момент, вызываемый внецентренным приложением веса коллектора:

М_узg/8 = 2.800^.9,81/8=17682 Н·м. (83)

Напряжение сжатия:

. (84)

Для изготовления стоек предварительно выбираем трубный прокат с наружным диаметром трубы d_H^C = 127 мм, толщиной стенки 5 мм, d_BH^C = 117мм, площадь сечения S_сеч = 19,2 см², момент сопротивления:

, (85)

см³.

Тогда

 МПа < [σ] = 140 МПа.

Условие прочности выполняется.

4.7 Расчет фланцевого соединения

В аппаратах для разъемного соединения труб и арматуры применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. Конструкцию фланцевого соединения применяют в зависимости от рабочих параметров аппарата. Для труб и арматуры при  и применяют фланцы плоские приварные с соединительным выступом по ГОСТ 12830-67 [5, с. 211]. Конструкция выбранного фланца приведена на рисунке 5.

Рисунок 5

Основные параметры фланцевого соединения [5, с.215]:

Внутренний диаметр фланца D_у = 100 мм;

Наружный диаметр фланца D_ф = 205 мм;

Диаметр болтовой окружности D_б = 170 мм.

Геометрические размеры уплотнительной поверхности [5, с.214]:

D₁ = 148 мм, D₂ =138 мм, D₃ = 137 мм.

Толщина фланца h = 11 мм.

Диаметр отверстий под болты d = 18 мм.

Число отверстий z = 4.

Диаметр болтов d_Б - М16;

Основные параметры прокладки [5, с.246]:

Наружный диаметр D_п = 151 мм;

Внутренний диаметр d_п = 106 мм;

Ширина прокладки b_п = 22,5 мм.

Толщина прокладки S_п = 2 мм.

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от избыточного внутреннего давления:

, (86)

где D _п.ср- средний диаметр прокладки;

; (87)

;

.

Эффективная ширина прокладки для плоских прокладок:

; (88)

;

Реакция прокладки в рабочих условиях:

; (89)

где m = 2,5 - коэффициент, принимаем по [5, с.265];

.

Шаг болтов[5, с.266]:

(90)

мм

Число болтов:

; (91)

;

Линейная податливость прокладки:

(92)

где К = 0,9 – коэффициент сжатия прокладки [6, с.34];

Е_п = 2000 МПа - модуль предельной упругости материала прокладки [5, с.265];

Линейная податливость болтов:

; (93)

где l_Б - расчетная длина болта:

; (94)

где l_Б0 - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки;

; (95)

 мм;

.

 - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, [6, с.36];

 - модуль продольной упругости материала болта;

;

Угловая податливость фланца:

; (96)

где w – безразмерный параметр:

; (97)

где - безразмерный параметр;

, (98)

где k для приварных фланцев:

; (99)

 - коэффициент;

; (100)

 - безразмерный параметр;

 - модуль продольной упругости материала фланца;

; (101)

 - эквивалентная толщина втулки фланца для приварных фланцев;

, (102)

, (103)

, (104)

где β – отношение большей толщины втулки к меньшей, принимаем β = 2;

l = 17,5 мм – длина конической части втулки.

= 0,007 м – меньшая толщина патрубка штуцера;

,

,

мм,

 - принимаем согласно [5, с.267], тогда ориентировочная толщина фланца:

; (105)

;

;

;

 [6, с.39];

 для стали 10Х17Н13М3Т при t = 144^оС;

Усилие, возникающее от температурных деформаций. Для приварных фланцев из одного материала:

; (106)

 - безразмерный коэффициент. Для соединений с приварными фланцами:

; (107)

где

; (108)

 - коэффициент температурного линейного расширения материала фланцев;

 - коэффициент температурного линейного расширения материала болтов;

 [5, с.259];

 [5, с.14];

;

;

.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа при :

; (109)

где – параметр, принимаем согласно [5, с.265];

 - коэффициент жесткости фланцевого соединения;

; (110)

; (111)

 1/МН;

для плоских приварных фланцев:

.

;

 [4, с.147] для стали 35Х;

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

; (112)

;

Приведенные изгибающие моменты в диаметральном направлении сечения фланца:

; (113)

; (114)

; (115)

;

;

;

Условия прочности болтов:

; (116)

; (117)

; ;

; .

Условия прочности болтов выполняются.

Условие прочности прокладки:

q =; (118)

 МПа; .

Условие прочности прокладки выполняется.

Максимальное напряжение в сечении s₁ = βs_о фланца:

; (119)

 [5, с.268] – коэффициент;

.

Максимальное напряжение в сечении s₀ фланца:

; (120)

где  - принимаем согласно [5, с.269];

.

Напряжение в кольце фланца от действия момента М₀:

; (121)

.

Напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:

- тангенциальное:

; (122)

- меридиональное:

; (123)

;

.

Условие прочности фланца:

- в сечении s_о

; (124)

при :

; (125)

;

φ – коэффициент прочности сварного шва, принимаем φ = 1;

;

.

- в сечении s₁

; (126)

;

Условия прочности фланца выполняется.

Угол поворота фланца:

; (127)

для плоских фланцев  [5, с.272];

. (128)

Условие герметичности фланцевого соединения выполняется.

5. Энергетический расчет

Требуемая мощность двигателя:

, (129)

где η_п = 0,95 – КПД привода;

η_дв = 0,95 – КПД двигателя:

Принимается двигатель для аппаратов, работающих в невзрывоопасных зонах АО 93-12. Характеристика двигателя:

- число полюсов – 12;

- номинальная мощность – 18 кВт;

- скорость вращения – 480 об/мин.

Суммарная мощность, потребляемая двумя электродвигателями аппарата:

N_общ = 2N_дв (130)

N_общ = 2^. 13 = 26 кВт

6 Кинематический расчет

 

Разработанная кинематическая схема приведена на рисунке 6.

Рисунок 6

1 – аппарат воздушного охлаждения; 2 – конический редуктор-опора; 3 – электродвигатель; 4 – муфта

Для привода АВГ выбираем стандартный редуктор-опору [4, с. 45], основные размеры которого приведены на рисунке 7.

Передаточное отношение для аппарата АВГ составляет 2,27 [4, с. 44], скорость вращения входного вала n₁ = 480 с^-1, тогда скорость вращения выходного вала и вентилятора:

n₂ = n₁/ i, (131)

где i = 2,27 – передаточное отношение,

n₂ = 480/ 2,27=211,45 с^-1

Рисунок 7

1 – вал; 2 – шарикоподшипник; 3 – корпус; 4 – шестерня коническая ведущая; 5 – колесо коническое ведомое; 6 – радиально-упорный роликоподшипник

 

Заключение

По результатам расчета выбираем аппарат воздушного охлаждения

:

аппарат воздушного охлаждения с горизонтальным расположением секций, коэффициент оребрения – 14,6, аппарат имеет жалюзи, условное давление 0,6 МПа, материальное исполнение Б4 – биметаллические трубы, исполнение электродвигателя - невзрывозащищенное, индекс электродвигателя по мощности – 1, климатическое исполнение – для умеренного климата с температурным диапазоном от – 20 до +45, количество рядов труб – 4, число ходов по трубам – 2, длина трубы – 8 м.

Данный аппарат отличаются относительной простотой конструкции, следовательно, достаточно прост при монтаже и эксплуатации. Установка не приводит к загрязнению окружающей среды и занимает небольшую площадь, по сравнению с общей площадью занимаемой обычным теплообменником и сооружениями водного хозяйства.

У аппаратов типа АВГ наименьшее аэродинамическое сопротивление теплообменных секций, следовательно требуется меньшая мощность вентилятора. В зимнее время при уменьшении угла поворота лопастей потребление электроэнергии значительно снижается, также при низких температурах возможно отключение одного вентилятора, что также уменьшает затраты на электроэнергию.

Общий вид аппарата воздушного охлаждения изображен на чертеже КП.ДПИ–260601(06МАПП)–АВО-5–00.00.000 В0.

Список литературы

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курс процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.

2. Ульянов В.М. Физико-химические характеристики веществ. Справочник проектировщика химического оборудования: учебное справочное пособие /В.М Ульянов. – Н.Новгород: НГТУ, 2009. – 309 с.

3. Справочник химика/ Б.П. Никольский, О.Н. Григоров, М.Е. Позин и др. – Л.: Химия, 1966. – 1072 с.

4. Сидягин А.А., Расчет и проектирование аппаратов воздушного охлаждения: учеб. пособие/ А.А. Сидягин, В.М. Косырев. – Н.Новгород: НГТУ, 2009. – 150 с.

5. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник/ А.А. Лащинский, 1981. – 382с.

6. РД 26-15-88. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений.

7. ГОСТ 25822-83. Сосуды и аппараты. Аппараты воздушного охлаждения. Нормы и методы расчета на прочность.

8. ГОСТ Р 51364-99. Аппараты воздушного охлаждения. Общие технические условия.