Расчет фланцевого соединения

Методическое пособие к выполнению курсового проекта по механике

Расчет и конструирование химических реакционных

Емкостных аппаратов

 

Уфа - 2008

 

Составители: Васильев В.В., доцент, канд. техн. наук.

Зубаиров С.Г., профессор, доктор техн.наук.

 

Рецензенты: Ишемгужин Е. И., профессор, доктор техн. наук.

Кузеев Р.Н., профессор, доктор техн. наук.

 

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

 

Глава 1. Справочные таблицы к курсовому проекту по механике 4

1.1 Задание кафедры 4

1.2 Этапы курсового проектирования 5

1.3 Справочные таблицы к курсовому проекту по механике 6

 

Глава 2. Расчет корпуса аппарата 38

2.1 Конструктивные особенности корпусов аппаратов 38

2.2 Выбор комплектующих элементов и материалов 40

2.3 Расчет корпуса аппарата на прочность 42

2.4 Варианты конструкций корпусов 47

 

Глава 3. Расчет элементов механического перемешивающего устройства 55

3.1 Расчет мешалок 55

3.1.1 Типы и параметры мешалок 55

3.1.2 Расчет мешалок 69

3.1.3 Определение осевого усилия вала 72

3.1.4 Подшипники качения 72

3.2 Расчет вала вертикального перемешивающего устройства 72

3.2.1 Расчет вала на виброустойчивость 73

3.2.2 Проверка прочности на кручение и изгиб 75

3.2.3 Проверка на жесткость 79

 

Глава 4. Расчет опор корпуса химических аппаратов 80

4.1 Расчет опор 80

 

Глава 6. Уплотнение вращающихся валов 91

6.1 Сальниковые уплотнения 91

6.2 Торцовое уплотнение 93

6.3 Расчет уплотнений 94

 

Глава 7. Фланцевые соединения аппаратов 95

7.1 Фланцы 95

7.2 Расчет фланцевых соединений 98

 

Пример расчета 109

 

ЛИТЕРАТУРА 147

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Справочные таблицы предназначены в помощь студентам технологических специальностей при выполнении курсового проекта по прикладной механике на тему: “Расчет и конструирование химических реакционных емкостных аппаратов”.

Выполнение курсового проекта по расчету и конструированию химических реакционных емкостных аппаратов готовит студентов к выпол­нению последующих проектов по специальным дисциплинам и дипломно­му проектированию. Студент получает навыки использования справоч­ной и методической литературы, самостоятельного проектирования: оформления расчетно-пояснительной записки, разработки чертежей по выполненным расчетам и защиты проекта перед комиссией.

Аппараты с перемешивающими устройствами широко используются при проведении основных технологических процессов в химической и биохимической промышленности. На практике наибольшее распростра­нение получил механический метод перемешивания жидких сред в ап­парате, состоящем из корпуса и перемешивающего устройства. Отрас­левыми стандартами Минхимнефтемаша установлены конструкции и па­раметры специальных составных частей аппаратов с мешалками, что позволяет осуществить компоновку аппарата из типовых элементов (корпуса, мешалки, уплотнения вала, привода перемешивающего ус­тройства и т.д.) В частности привод выбирается по ОСТ 26-01-1205-35 в соответствии с частотой вращения мешалки, номинальным дав­лением в корпусе аппарата. Одновременно устанавливается тип уп­лотнения для вала мешалки: сальниковое или торцовое. Необходи­мо учитывать, что приводы типа I и 3 с концевой опорой в аппара­те для вала мешалки не надежны в эксплуатации при воздействии абразивной или коррозионной активной среды на вал и вкладыш подшипника. Типоразмер мотор-редуктора (электродвигателя в сбо­ре с редуктором) выбирается в соответствии с заданной частотой вращения вала мешалки и потребляемой мощности электродвигателя.

 

Глава 1. СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ

к курсовому проекту по механике

 

1.1 Задание кафедры

 

Рассчитать и сконструировать химический реакционный емкостный аппарат. Результаты проекта представить в виде следующих технических документов:

1) Пояснительная записка к курсовому проекту

2) Сборочный чертеж химического аппарата на формате А1

3) Рабочие чертежи вала мешалки и втулки мешалки

4) Спецификация на текстовую и графическую документацию

 

1.2 ЭТАПЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

 

1 неделя. 1. Введение (область применения, описание конст­рукции аппарата, назначение основных узлов, деталей).

2. Выбор материалов.

3. Расчетная часть.

3.1. Расчет геометрических размеров аппарата (высота цили­ндрической части обечайки, расчет толщины стенки обечайки и дни­ща под действием внутреннего и наружного давления, выбор испол­нительной толщины обечайки и днища).

2 неделя. 3.2. Подбор привода. Эскиз.

3.3. Выбор уплотнения. Эскиз.

3.4. Расчет элементов механического перемешивающего устрой­ства.

3.4.1. Расчет вала мешалки (расчетная схема вала, проверка на отсутствие резонанса, проверка на изгиб и кручение, расчет на жесткость).

3.неделя. 3.4.2. Подбор подшипников качения (расчетная схе­ма, подбор подшипников по динамической грузоподъёмности, эскиз),

3.4.3. Расчет мешалки. Эскиз.

4 неделя. З.5. Выбор и проверочный расчет опор аппарата. Эскиз.

3.6. Подбор муфты. Эскиз.

3.7. Подбор фланцевого соединения.

5 неделя. 3.7.1. Расчет уплотнения фланцевого соединения.

4. Подбор штуцеров и люков. Эскиз.

5. Заключение.

6. Литература

6 неделя. Общий вид аппарата в тонких линиях.

7 неделя. Общий вид аппарата. Чертеж 2-х узлов. Специфика­ции к общему виду и узлам.

8 неделя. Пояснительная записка. Допуск к защите курсово­го проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

номер варианта	Номинальный объем, V м3	Внутренний диаметр D, мм	Исполнение корпуса	Параметры мешалки	Давление в корпусе.	Давление в рубашке, избыточное Pруб, МПа	Уровень жидкости в корпусе	Параметры среды
	Наименование			Концентрация, %
Шифр	Диаметр dм, мм	Частота вращения n, мин -1	Потребляемая мощность N 1 квт	Избыточ-ное Pи, МПа	Остаточное P0, МПа	Температура t, С	Плотность p, кг/м3
							0,8	1,3	0,01	—	1,2	КОН, водный р-р
							2,4	0,85	0,02	0,35	1,0	КОН, водный р-р
							0,3	1,25	0,05	—	0,8	КОН, водный р-р
							2,5	0,8	0,05	0,8	0,8	Нефть			—
								0,75	0,02	0,5	0,8	Нефть			—
							3,6	1,35	0,01	—	0,6	Нефть			—
	1,25						2,45	0,5	0,05	0,35	1,0	HNO3, водный р-р
	1,25						0,4	0,25	0,02	—	1,0	HNO3, водный р-р
	1,25						4,3	1,4	0,05	—	0,8	HNO3, водный р-р
	1,25						2,5	0,9	0,01	0,35	0,8	AlCl3, водный р-р
	1,25						1,0	0,5	0,01	—	0,8	AlCl3, водный р-р
	1,25						4,0	0,25	0,05	0,25	0,6	AlCl3, водный р-р
	1,6						3,5	1,5	0,02	—	1,2	H2SO4, водный р-р

Таблица 1.1 Исходные данные для курсового проектирования

 

 

Продолжение табл. 1.1

									l0
	1,6						2,1	0,8	0,05	0,3	1,2	H2SO4, водный р-р
	1,6						2,4	0,45	0,05	—	1,0	H2SO4, водный р-р
	1,6						2,4	0,25	0,01	0,5	1,0	Нефть			—
	1,6						5,0	0,2	0,02	—	1,4	Нефть			—
	1,6						2,1	0,9	0,01	0,35	1,2	Нефть			—
							2,15	1,55	0,01	0,5	0,6	NH4OH, водн, р-р
							4,6	0,75	0,02	—	1,0	NH4OH, водн, р-р
							2,2	0,25	0,02	—	1,0	NH4OH, водн, р-р
							2,3	0,4	0,05	0,9	0,8	Глицерин			—
							4,0	1,45	0,02	0,35	1,2	Глицерин			—
							4,2	1,0	0,05	—	1,2	Глицерин			—
	2,5						2,1	0,25	0,05	—	1,0	HNO3, водный р-р
	2,5						2,0	1,0	0,01	0,3	1,0	HNO3, водный р-р
	2,5						6,0	1,5	0,05	—	0,8	HNO3, водный р-р
	2,5						2,3	0,55	0,02	0,3	0,6	Глицерин			—
	2,5						4,15	0,55	0,05	0,5	1,4	Глицерин			—
	2,5						1,9	0,75	0,05	—	1,2	Глицерин			—
	3,2						2,0	1,2	0,05	—	1,0	H2SO4, водный р-р
	3,2						6,2	0,9	0,02	0,5	1,0	H2SO4, водный р-р
	3,2						4,0	0,6	0,01	—	0,8	H2SO4, водный р-р

 

Продолжение табл. 1.1

	3,2						4,85	0,3	0,02	0,35	0,8	HNO3, водный р-р
	3,2						9,3	0,95	0,05	—	0,8	HNO3, водный р-р
	3,2						5,0	0,9	0,01	0,3	0,8	HNO3, водный р-р
	3,2						4,3	1,45	0,02	0,35	1,4	NH4OH, водн, р-р
	3,2						5,5	0,2	0,02	—	1,2	NH4OH, водн, р-р
	3,2						4,0	0,4	0.05	—	1,4	NH4OH, водн, р-р
	3,2						4,0	0,35	0,05	0,5	1,2	Толуол			—
							1,2	0,2	0,01	—	1,2	Толуол			—
							4,5	0,95	0,01	0,3	1,2	Толуол			—
							6,0	1,5	0,02	—	1,0	КОН, водный р-р
							7,2	0,5	0,01	0,35	1,0	КОН, водный р-р
							3,0	0,9	0,01	0,3	0,8	КОН, водный р-р
							4,2	1,0	0,05	—	0,8	Нефть			—
							2,5	0,5	0,05	—	1,0	Нефть			—
			21				4,0	0,95	0,02	0,3	1,4	Нефть			—
							4,35	0,8	0,01	0,5	1,2	HNO3, водный р-р
							6,0	0,2	0,02	—	1,0	HNO3, водный р-р
							3,5	0,25	0,05	—	1,2	HNO3, водный р-р
							1,8	0,5	0,05	0,35	1,0	AlCl3, водный р-р
							3,8	1,35	0,02	0,35	1,0	AlCl3, водный р-р

 

 

Продолжение табл. 1.1

							8,3	0,85	0,01	—	1,0	AlCl3, водный р-р
							2,0	1,2	0,02	—	0,8	H2SO4, водный р-р
								0,8	0,02	0,3	0,8	H2SO4, водный р-р
							2,5	0,5	0,05	—	1,4	H2SO4, водный р-р
							1,0	0,2	0,01	0,5	1,2	Нефть			—
							8,2	0,4	0,01	0,3	1,0	Нефть			—
							5,6	0,25	0,05	—	1,2	Нефть			—
	6,3						4,5	0,7	0,05	—	1,2	NH4OH, водн, р-р
	6,3						2,5	1,3	0,02	0,5	1,2	NH4OH, водн, р-р
	6,3						4,0	0,7	0,01	—	1,0	NH4OH, водн, р-р
	6,3						3,8	1,2	0,02	0,4	0,8	Глицерин			—
	6,3						2,0	0,75	0,05	—	0,8	Глицерин			—
	6,3						2,15	0,45	0,02	0,4	0,8	Глицерин			—
	6,3						3,9	0,8	0,01	—	1,4	HNO3, водный р-р
	6,3							0,2	0,01	0,4	1,2	HNO3, водный р-р
	6,3						4,1	0,75	0,02	0,35	1,4	HNO3, водный р-р
	6,3						9,2	0,8	0,05		1,2	Глицерин			—
							6,0	0,5	0,05	—	1,2	Глицерин			—
							5,0	0,5	0,01	0,9	1,2	Глицерин			—
							2,0	0,25	0,01	—	1,0	HNO3, водный р-р

 

Продолжение табл. 1.1

							4,2	0,15	0,02	0,3	1,0	HNO3, водный р-р
							6,0	0,45	0,02	—	0,8	HNO3, водный р-р
							6,0	0,7	0,05	0,35	0,8	H2SO4, водный р-р
							3,8	0,8	0,01	—	1,4	H2SO4, водный р-р
								0,4	0,02	0,3	1,2	H2SO4, водный р-р
							9,0	0,1	0,01	0,5	1,4	HNO3, водный р-р
							3,5	0,2	0,02	—	1,0	HNO3, водный р-р
							2,4	0,5	0,05	—	1,2	HNO3, водный р-р
								0,8	0,02	0,3	1,2	NH4OH, водн, р-р
							5,0	0,9	0,02	—	1,0	NH4OH, водн, р-р
							6,0	0,55	0,01	0,35	1,0	NH4OH, водн, р-р
							2,0	0,75	0,01	—	1,0	Толуол			—
							3,0	0,8	0,05	0,35	0,8	Толуол			—
							3,5	0,5	0,02	—	1,6	Толуол			—
								0,2	0,01	0,3	1,4	КОН, водный р-р
							6,2	0,4	0,05	0,45	1,2	КОН, водный р-р
							2,8	0,25	0,02	—	1,2	КОН, водный р-р
	12,5						1,9	0,45	0,05	—	1,2	Нефть			—
	12,5							0,9	0,05	0,45	1,0	Нефть			—
	12,5						5,3	0,8	0,02	0,3	1,4	Нефть			—

 

Таблица 1.2 Коррозионная стойкость материалов

 

Среда

Стали

Алюминий (ГОСТ 4784-65)

Медь (ГОСТ 859-66)

Полиэтилен (ВТУМХП 4138-55)

Фторопласт- 4 (ГОСТ 10007-62)

Резины

Эмаль кислотноупорная

Наименование

Концентр., % (водный р-р)

t, 0C

Ст. 3; 10; 20

35 XM

X5M

X18H10T

X17H13M2T

0X23H28 M3Д3Т

“КЩ” (ГОСТ 7338-65)

«Илирит» (ВТУ ПУ-103-61)

З

Н

Н

Н

В

В

В

Н

Н

В

В

В

В

В

А1С1з

—

—

—

X

—

В

Н

Н

В

В

В

В

В

—

—

—

—

X

Н

Н

—

В

—

В

В

В

В

В

В

В

В

X

Н

В

В

О

В

В

NH4OH

X

В

В

В

В

В

—

Н

—

В

—

—

В

кип.

X

—

—

В

В

X

—

Н

—

В

—

—

—

X

В

В

В

В

В

Н

В

В

В

В

В

Н

КОН

X

X

X

В

В

В

—

В

X

В

—

В

Н

кип.

—

Х

X

В

В

—

—

В

—

В

—

—

—

 

Продолжение табл. 1.2

Н

—

—

В

В

В

О

Н

В

В

X

Н

В

HNO3

Н

—

—

В

В

В

Н

—

—

В

Н

—

В

кип.

Н

—

—

В

В

В

Н

—

—

В

—

—

В

Н

Н

Н

В

X

В

В

Н

Н

В

Н

Н

В

HNO30

—

—

—

Н

Н

X

X

—

—

В

—

—

В

кип.

—

—

—

Н

Н

X

—

—

—

В

—

—

В

Н

Н

Н

Н

В

В

Н

—

В

В

В

В

В

H2SO4

Н

Н

Н

Н

Н

X

Н

—

—

В

—

X

В

кип.

Н

Н

Н

Н

Н

—

—

—

В

—

—

В

Глице- рин (tкип. 2900C)

Н

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

В

Н Н

В —

В —

В В

В В

В В

В В

X —

Н —

В —

— —

Х —

— —

В

В

В

В

В

В

В

Н

Н

В

Н

В

В

Heфть

В

В

В

В

В

В

В

Н

—

В

—

—

—

кип.

В

В

В

В

В

В

В

Н

—

—

—

—

—

 

Продолжение табл. 1.2

Толуол (tкип. = 1100С)

—

кип.

В В X

— — —

— — —

В В В

В В В

В В В

В — —

В — —

Н Н —

В В В

Н — —

Н — —

В В В

Вода

—

кип.

X —

В — —

В — —

В В В

В В В

В В В

В В В

В В В

В — —

В В В

В Н —

В Н —

В В В

 

Условные обозначения стойкости: В – для П ≤ 0,1∙10^-3 м/год (вполне стойкие);

Х – для П ≤ 1,0∙10^-3 м/год (стойкие);

О – для П ≤ 3,0∙10^-3 м/год (относительно стойкие);

Н – для П > 3,0∙10^-3 м/год (нестойкие);

 

 

Таблица 1.3 Нормативные допускаемые напряжения σ, МПа, для сталей

 

t, 0C	Ст. 3 по ГОСТ 3880-71	10 по ГОСТ 1050-60	20 и 20к по ГОСТ 1050-60	35ХМ по ГОСТ 4543-71	Х5М по ГОСТ 5632-72	Х18Н10Т, Х17Н13М2Т по ГОСТ 5632-72	0Х23Н28М3Д3Т по ГОСТ 5632-72

Примечание: Сталь 35ХМ рекомендуется для крепежных изделий

 

 

Таблица 1.4 Расчетные значения модуля упругости Е 10⁺¹¹,Па

 

 

Стали	Температур a t, °C
	10О
Углеродистая Легированная	1,99 2.00	1,91 2,00	1,86 1,99	1,81 1,97	1,71 1,91	1,55 1,81	— 1,68	— 1,53

 

Таблица 1.5 Предельные температуры использования материалов

 

Материалы	ГОСТ или ТУ	tmin, 0C	tmax, 0С
Ст. Зсп	ГОСТ 380-71	-20	+425
10, 20, 20 к	ГОСТ 1050-60	-20	+425
35XM	ГОСТ 4543- 71	-40	+425
Х5М	ГОСТ 5632-72	-40	+560
Х18Н10Т, Х17H13M2T	ГОСТ 5632-72	-196	+600
0X23H28M3Д3T	ГОСТ 5632 -72	-60	+400
Алюминий АДО	ГОСТ 4784-65	-253	+150
Медь M2,M3	ГОСТ 859-66	-269	+250
Полиэтилен	ВТУМХП4I38-55	-60	+75
Фторопласт -4	ГОСТ 10007-62	-269	+260
Резина „ Илирит"	ВТУ ЛУ 109-61	-30	+80
Регина „КЩ"	ГОСТ 7338-65	-30	+130
Эмаль кислотоул.	—	-20*)	+300

*) В покрытиях на углеродистых сталях

Таблица 1.6 Коэффициенты линейного расширения сталей α^t∙10⁶ 1/град

 

 

Марка стали	Температура t, °C
20-100	20-200	20-300	20-400
Ст. З	11,9	12,4	12,9	13,3
	12,2	12,5	12,8	13,3
	12,0	12,4	12,9	13,3
35ХМ	13,1	13,3	13,8	14,2
Х5М	12,0	12,1	12,2	12,3
Х18Н10Т	16,6	17,0	17,2	17,5
Х17Н13М2Т	15,7	16,1	16,7	17,2
0Х23Н28М3ДЗТ	15,4	15,8	16.\,2	16,6

Толщина, мм	Допуск. откл., мм
4...............................................	-0,4
5…….......................................	-0,5
6..............................................	-0,6
8, 10, 12, 14, 16, 18,
20, 22, 24	-0,8
26, 28, 30	-0,9
32, 34	-1,0

 

2) Сталь двухслойная по ГОСТ 10885-75

Таблица 1.7 Рекомендуемый сортамент листовой стали:

 

Общая толщина, мм	Защитный слой, мм
8, 10, 12, 14	2,0 ÷ 3,0
16, 18, 20	2,5 ÷ 3,5
22, 24,25, 28, 30	3,5 ÷ 5,0
32, 36, 40	4,0 ÷ 6,0
45, 48,50	4,5 ÷ 7,0
53, 55, 60	5,0 ÷ 7,5

 

Таблица 1.8 Типы и область применил приводов по ОСТ 26-01-1225-75

 

Тип привода, частота вращения выходного вала.	Обоз­наче­ние типа	Исполнение	Обоз­наче­ние исполнения нения	Номинальное давление в аппарате
С продольно-разъемной муфтой, n=5÷160 об/мин.		Низкий, с концевой опорой в аппарате		0,6 МПа
		Низкий, с уплотнением типа ТДЛ
Со встроенными в редуктор опорами вaлa мешалки, n= 20÷320 об/мин		Для установки на крышке		3,2 МПа
		Для установки под аппаратом
С зубчатой муфтой n = 5÷250 oб/мин.		С концевой опорой в аппарате		1,6 МПа
		С уплотнением типа ТДЛ
С клиноремённой передачей. n = 400÷750 об/мин		Для установки на крышке аппарата		1,6 МПа

 

 

Таблица 1.9 Ряды мощностей и частот вращения приводов типов 1÷4

 

Мощность, кВт

Частоты вращения валов приводов, об/мин

Типы приводов

0,75

1;3

1;3

1;3

1;3

1,5

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

3,0

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

5,5

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

7.5

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1,2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

11;2;3

2;3

2;3

1;3

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

18,5

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2;3

1;3

1;3

1;3

1;2;3

2;3

2,3

1;3

1;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

1;2;3

2;3

2,3

 

Исполнение 3

Исполнение 2