Принимаем исполнительную ширину накладки воротника ,толщину стенки штуцера 8 мм.

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная

академия имени Н. В. Верещагина

Технологический факультет

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Выполнил:

Вологда – Молочное

2014

ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная

академия имени Н. В. Верещагина

Технологический факультет

Кафедра технологического оборудования

Пояснительная записка

Курсового проекта по дисциплине:

Расчет и конструирование машин и аппаратов

4 вариант

Выполнил:

Проверил:

Вологда – Молочное

2014

Содержание

1.Проектировочный (механический) расчет выпарного аппарата

Исходные данные

Исходные данные приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 –Данные для расчета выпарного аппарата

Выбираем материал для изготовления выпарного аппарата Сталь Х18Н10Т по ГОСТ 5632-61.

1.1 Расчет обечайки греющей камеры

Толщина стенки обечайки:

(1.1)

, (1.2)

где коэффициент прочности сварного шва, 0,95;

допускаемое напряжение, Па;

нормативное допускаемое напряжение, МПа,

139 МПа;

поправочный коэффициент, ;

Па,

м,

Принимаем конструктивно м.

Проверяем необходимость укрепления отверстия для входа греющего пара. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленных отверстий не должен быть больше 75 мм. Заданный диаметр равен 80 мм, следовательно, отверстие следует укрепить. Укрепление отверстия штуцером и воротником.

Проверяем условие укрепления отверстия согласно соотношению:

, (1.3)

где наибольший допускаемый диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления; 75 мм;

При одностороннем укреплении:

(1.4)

(1.5)

исполнительная толщина стенки штуцера принята конструктивно,

8 мм.

,

, (1.6)

(1.7)

что больше , следовательно, условие выполняется.

Принимаем исполнительную ширину накладки воротника ,толщину стенки штуцера 8 мм.

Проверяем необходимость укрепления отверстия для выхода конденсата. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленных отверстий не должен быть больше 75 мм. Заданный диаметр равен 34 мм, следовательно, отверстие не укрепляем.

1.2 Расчет обечайки камеры выпаривания

Толщина стенки обечайки:

(1.8)

, (1.9)

где коэффициент прочности сварного шва, 0,95;

допускаемое напряжение, Па;

нормативное допускаемое напряжение, МПа,

139 МПа;

поправочный коэффициент, ;

Па,

м,

Принимаем конструктивно м.

1.3 Расчет сферической крышки

Толщина стенки сферической крышки:

, (1.10)

радиус кривизны в вершине сферической крышки, ;

коэффициент,

Принимаем

Проверяем необходимость укрепления отверстия для верхнего люка. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленных отверстий не должен быть больше 75 мм. Заданный диаметр равен 150 мм, следовательно, отверстие следует укрепить. Укрепление отверстия штуцером и воротником.

Проверяем условие укрепления отверстия согласно соотношению:

, (1.11)

где наибольший допускаемый диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления; 75 мм;

При одностороннем укреплении:

(1.12)

(1.13)

исполнительная толщина стенки штуцера принята конструктивно,

8 мм.

,

, (1.14)

что больше .

Условие выполняется.

Принимаем исполнительную ширину накладки воротника ,толщину стенки штуцера 8 мм.

1.4 Расчет конического днища аппарата

Расчет толщины стенки обечайки, работающей под внутренним давлением:

(1.15)

где коэффициент прочности сварного шва, 0,95;

поправочный коэффициент, ;

y-коэффициент формы днища, y=2,4;

Примем толщину днища мм.

Проверяем необходимость укрепления отверстия для выгрузки продукта. Наибольший допускаемый диаметр неукрепленных отверстий не должен быть больше 75 мм. Заданный диаметр равен 90 мм, следовательно, отверстие следует укрепить. Укрепление отверстия штуцером и воротником.

Проверяем условие укрепления отверстия согласно соотношению:

, (1.16)

где наибольший допускаемый диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления; 75 мм;

При одностороннем укреплении:

(1.17)

(1.18)

исполнительная толщина стенки штуцера принята конструктивно,

8 мм.

,

, (1.19)

что больше , следовательно, условие выполняется.

Принимаем исполнительную ширину накладки воротника ,толщину стенки штуцера 8 мм.

Напряжения на краю конического днища:

Окружное напряжение:

, (1.20)

Меридианальные напряжения:

, (1.21)

Разрушение днища не произойдет.

1.5 Расчет трубной решетки

Толщина трубной решетки:

, (1.22)

где – коэффициент

; (1.23)

Величина :

, (1.24)

где – диаметр трубок, ;

– толщина стенки трубки, ;

n–количество трубок, n=223 штук.

Решетка и трубки стальные.

,

,

Коэффициент прочности решетки:

, (1.25)

где t– шаг разбивки трубок, t=60 мм,

,

.

, (1.26)

где –коэффициент.

, (1.27)

– коэффициент, =0,45;

Определяем минимальную толщину трубной решетки

, (1.28)

Принимаем для исполнения =9 мм.

Толщина фланца:

; (1.29)

мм.

Высота сварного шва:

(1.30)

где – допускаемое напряжение материала шва на срез, .

Принимаем высоту сварного шва 2 мм.

1.6 Расчет болтов фланцевого соединения

Расчетное предельное болтовое усилие:

, (1.31)

где – средний диаметр прокладки,

Прокладочный коэффициент для пищевой резины по ГОСТ 7338-65 с твердостью по Шору свыше 75; m =1.

Ширина прокладки:

, (1.32)

Принято .

.

Количество болтов:

, (1.33)

где S – шаг болтов;

– диаметр окружности установки болтов,

Принимаем S =70 мм.

Принимаем число болтов кратно четырем, z =48.

Усилие, приходящееся на один болт:

, (1.34)

.

Выбираем болт М20.

Определяем напряжение в болте:

, (1.35)

, (1.36)

где – напряжение предела текучести, ,

,

минимальный диаметр стержня болта, ,

,

, условие выполняется.

1.7 Расчет опор аппарата

Для расчета опор аппарата необходимо определить его вес.

Вес обечайки греющей камеры:

, (1.37)

где – плотность стали, ,

Вес обечайки камеры выпаривания:

, (1.38)

.

Вес сферической крышки:

, (1.39)

Вес конического днища:

, (1.40)

где высота конуса, .

Вес трубок:

, (1.41)

Вес трубной решетки:

; (1.42)

Расчет веса фланца обечайки:

, (1.43)

где – диаметр фланца, м,

– толщина фланца, м.

Пренебрегаем весом патрубков, фланцев патрубков, опор и продукта.

Общий вес аппарата:

, (1.44)

где g=9,8 м²/с;

Определяем ширину ребра опоры:

, (1.45)

где – число опор, ;

– число ребер в каждой опоре, ;

– коэффициент уменьшения допускаемого напряжения

при продольном изгибе, ;

– вылет опоры, ;

Принимаем конструктивно толщину ребра .

1.8 Проверка фланговых швов на срез

Напряжение в швах:

, (1.46)

где – высота шва,

–общая длина фланговых швов,

,

3,3 МПа<80МПа. Условие выполняется [1, 2].

2.Проверочный расчет ступенчатого диска по допускаемым напряжениям

2.1.Исходные данные.

Исходные данные приведены в таблице 2.1 и на рис 2.1.

Таблица 2.1–Исходные данные

Наименование	Обозначение	Размерность	Значение
Материал диска	Марка стали	Сталь	50
Предел текучести материала	sт	МПа	380
Конструктивные размеры, мм	ro	мм	60
	r1	мм	160
	r2	мм	260
	s1	мм	40
	s2	мм	30
Частота вращения диска	n	об/мин	3500
Напряжение на внутреннем контуре диска		МПа	-6,0
Напряжение на внешнем контуре диска		МПа	0

Рис. 2.1 Размеры диска

Расчет диска

Уравнение трех усилий для первого и второго участков диска.

, (2.1)

где , (2.2)

Уравнение трех усилий для второго и третьего участков диска.

, (2.3)

где ,

тогда уравнение (3) примет вид:

, (2.4)

Значение величины:

, (2.5)

где – плотность материала диска, ,

Па/м²,

Значения коэффициентов уравнений:

Первый участок

для ,

Второй участок

для

Подставляем значения коэффициентов в уравнения

Решая систему двух уравнений с двумя неизвестными, находим значение интенсивности радиальных усилий :

, .

Значения радиальных напряжений по сечениям ступенчатого диска:

;

, (2.6)

,

, (2.7)

.

Значения кольцевых напряжений в диске определяем методом начальных параметров, рассматривая каждый участок отдельно как диск постоянной толщины.

Для первого участка:

при ,

, (2.8)

,

, (2.9)

Для второго участка

при ,

для ,

, (2.10)

Переход от напряжений в конце i-го участка к направлениям в начале (i+1)-го участка осуществляется по соотношению:

(2.11)

Следовательно,

Переход от напряжений в конце i-го участка к направлениям в начале (i+1)-го участка осуществляется по соотношению:

, (2.12)

–коэффициент Пуансона, ;

, (2.13)

По полученным результатам расчёта построены эпюры (рис. 2.2) распределения радиальных и кольцевых напряжений в заданном ступенчатом диске. Скачки на эпюрах объясняются скачкообразным изменением толщины диска при переходе от участка к участку.

Пользуясь гипотезой наибольших касательных напряжений, определяем максимальное эквивалентное напряжение:

; ;

Условие не выполняется, прочность диска не обеспечена. Для предотвращения разрушения диска требуется увеличить его толщину [3].

Рис. 2.2 Эпюры радиальных (а) и кольцевых (б) напряжений

3. Проверочный расчет элементов ротора сепаратора периодического действия с разъемным корпусом

Исходные данные

Исходные данные приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1– Исходные данные для расчета сепаратора

3.1 Прочность конической крышки ротора

Условие прочности у широкого края определяется с учётом местных напряжений.

Предварительно определим следующие величины:

Угловая скорость:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

где – коэффициент, учитывающий влияние местных напряжений,

– коэффициент, учитывающий краевой эффект на свободном торце корпуса ротора, ,

– коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в сбеге резьбы, ,

,

, (3.4)

нормативное допускаемое напряжение, МПа;

коэффициент запаса прочности, ,

МПа;

(3.5)

где

(3.6)

(3.7)

где – окружная скорость ротора на радиус , м/с,

а – коэффициент, а=1,

S _1К – исполнительная толщина стенки крышки на широком крае, м;

C– прибавка к расчетной толщине стенки, м;

С=0,001 м;

коэффициент прочности шва (принимают равным 1,0);

;

94,9 МПа<400 МПа;

следовательно, условие прочности удовлетворяется.

Условие прочности у узкого края:

(3.8)

(3.9)

где – окружная скорость ротора на радиус , м/с;

S _2К – исполнительная толщина стенки, м;

C– прибавка к расчетной толщине стенки, м;

С=0,001 м;

;

113,8·10⁶ Па<400·10⁶ Па,

следовательно, условие прочности удовлетворяется.

3.2 Прочность соединительного кольца

Условие прочности для корпуса соединительного кольца с учетом концентрации напряжений, вызванной резьбой, для :

, (3.10)

где коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в резьбе. Выбирается в зависимости от типа резьбы.

,

коэффициент;

(3.11)

коэффициент,

(3.12)

Значение окружной скорости определяют для радиуса .

(3.13)

110,6 МПа<400МПа;

Кольцевой борт проверяется из условия прочности на разрыв от центробежных сил:

, (3.14)

и на срез:

, (3.15)

где

коэффициент,

(3.16)

коэффициент,

(3.17)

коэффициент,

(3.18)

Допустимое напряжение на срез;

,

,

Значение окружной скорости определяют для радиуса .

(3.19)

,

49,5 МПа<400 МПа,

7,3 МПа<240 МПа,

Условия прочности для соединительного кольца выполняются.

3.3 Прочность цилиндрического корпуса ротора сепаратора

Условие прочности:

, (3.20)

Это справедливо, если (3.21)

и (3.22)

, (3.23)

,

143,2 МПа<400 МПа.

Условие прочности удовлетворяется.

3.4 Прочность плоского кольцевого участка днища

Учитывая большую жесткость фасонной части днища, плоский кольцевой участок, примыкающий к корпусу, можно рассматривать как кольцевую пластину, защемлённую по внутреннему контуру, нагруженную давлением вращающейся в роторе жидкости и центробежными силами инерции массы стенки кольцевого участка днища. Кроме того, на внешнем контуре в месте сопряжения с корпусом, возникают краевые силы.

Наиболее нагружен внешний контур плоского кольцевого участка днища. Опасными точками являются точки внешней поверхности наружного контура.

Условие прочности:

(3.24)

где – коэффициент,

, (3.25)

;

– безразмерный коэффициент;

– коэффициент;

, (3.26)

,

107,9 МПа<400 МПа.

Условие прочности удовлетворяется.

3.5 Расчет на прочность сопряжений элементов ротора (цилиндрический корпус-борт)

Каноническое уравнение метода сил:

(3.27)

(3.28)

Краевой момент:

(3.29)

Краевая сила:

(3.30)

где:

(3.31)

(3.32)

(3.33)

(3.34)

(3.35)

(3.36)

(3.37)

(3.38)

Напряжения на краю цилиндрического корпуса:

(3.39)

(3.40)

7,6МПа<400 МПа и 162,6МПа<400 МПа [3].

Условие прочности выполняется.

Список литературы:

1. Кошелев И.В., Русакова А.А., Гаевская Л.Л., Попова Л.Н. Руководство к практическим занятиям по курсу «Расчеты и конструирование пищевых машин». М.: Московский технологический институт мясной и молочной промышленности.–74 с.

2. Калашников Г.В., Остриков А.Н., Абрамов О.В., Вертяков Ф.Н. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Учебник для вузов - 2 изд. М.: "РАПП", 2009.– 408 с.

3. Соколов В.И., Кошелев И.В., Лысенко Н.И., Русакова А.А. Руководство к решению задач по расчету быстровращающихся деталей и узлов. Пособие для студентов-механиков заочного, дневного и вечернего образования по курсу «Расчет и конструирование пищевых машин». М., 1971.– 64 с.