Конструкция химического аппарата

В этих исполнениях вторая (нижняя) опора служит для восприятия радиальных нагрузок. Восприятие осевой нагрузки осуществляется радиально-упорным подшипником мотор - редуктора. В связи с тем что максимальная осевая сила, которую может одержать этот подшипник, ограничена, эти схемы используются  для аппаратов с избыточным давлением не более 0,6 МПа.

Привод с подвижным соединением валов мотор    редуктора мешалки используется в аппаратах, где условное давление достиг, 3,2 -МПа. В приводе такого типа обычно используется упругая втулочно-пальцевая или зубчатая    муфта, с помощью которой осуществляется гибкая передача вращающего момента выходного вала мотор - редуктора к валу мешалки. Вал мешалки устанавливается либо в опорах качения, которые закрепляются в стойке  привода,  либо в качестве верхней опоры используется подшипники качения, а нижней опорой является подшипник скольжения. При этом одна из опор, как правило, нижняя выполняется подвижной и служит для восприятия радиальных нагрузок, а верхняя - неподвижной, она предназначена, для восприятия осевых сил. 

Подбор узлов и деталей перемешивающего устройства.

Выбор типа уплотнения.

Для герметизации аппарата в месте ввода вала в крышку используют сальниковые или торцевые уплотнения.

Сальниковые уплотнения применяют в аппаратах для переработки нетоксичных взрыво- и пожаробезопасных сред при давлении до 0,6 МПа. Торцевые уплотнения (рис. 5) используют в аппаратах для переработки кислых и щелочных сред при давлении до: 5МПа. Размеры уплотнения выбирают при выполнении 4-го этапа работы.

Выбор типа мотор – редуктора

В качестве приводов могут быть использованы мотор - редукторы типа ВОМ, ВДМ, МПО-1 МПО-2 (рис. 6) Это агрегаты, в которых конструктивно объединены электродвигатель и редуктор. Исходными данными для выбора мотор -редуктора служат требуемая мощность мешалки Р частота ее вращения пм. По табл. выбирают типоразмер мотор - редуктора по условию Рдв > Ртр , пТ = пм, где Рдв - мощность электродвигателя; nТ - частота вращения выходного (тихоходного) вала мотор - редуктора. Требуемую мощность электродвигателя Ртр, определяют по условию

где Рм – мощность на валу мешалки, кВт; η1 – КПД подшипников, в которых установлен вал (в соответствии с конструктивной схемой подшипникового узла); η2 – КПД механической передачи (редуктора); η3 – КПД, учитывающий потери мощности в уплотнении; η4 – КПД, учитывающий потери в муфте.

Рд в≥ Ртр, Рд в – мощность двигателя.

3 > 2,74

n = 63 об/мин, P = 3кВт, МПО2 – 10, передат. число u = 22,8

Типоразмер комплект эл. дв. 4А100S4 

Выбор типа муфты

Для соединения вала мешалки с валом мотор - редуктора используют продольно-разъёмную, упругую втулочно-пальцевую или зубчатую муфты. С помощью продольно-разъёмной и зубчатой муфт возможно соединение валов одинакового диаметра, а с помощью упругой втулочно-пальцевой муфты -соединение валов разных диаметров. Тип муфты определяется конструктивной     схемой опорного узла вала.

Продольно-разъёмные муфты (рис. 7) изготовляют для диаметров валов от 30 до 125 мм. Корпус с продольным разъёмом состоит из двух полумуфт. На наружные поверхности полумуфты надевают кольца, которые стягивают шпильками и гайками. За счёт конусности наружных поверхностей полумуфты кольцами прижимаются к соединяемым валам. Концы валов обрабатывают под фиксирующее кольцо, состоящее из двух половин, скрепляемых пружинами.

Размеры муфты подбирают по диаметру вала мотор – редуктора и расчетному моменту следующим образом:

1) Определяют угловую скорость вращения вала:

2) Вычисляют вращающий момент на валу:

3) Определяют величину расчетного момента:

Размеры:

d1=115         H=140         d=40       d5=75

d2=32           H2=20         H3=20     dб= м 10

d3=38           H1=58         d4=95      m=5.5кг

Выбор стойки и опоры

Стойка имеет вид усечённого конуса, выполняемого из чугуна, с тремя опорными поверхностями. На верхней опорной поверхности монтируют мотор - редуктор, для чего в этой поверхности предусмотрены сквозные отверстия. Средняя поверхность служит для установки подшипникового узла, нижняя опорная поверхность предназначена для соединения стойки с опорой (бобышкой). Для удобства монтажа и демонтажа мотор - редуктора под опорной поверхностью предусмотрены окна размером 50x70 мм. Опора представляет собой бобышку с центральным отверстием размером d для вала и двумя рядами периферийных отверстий резьбой для крепления стойки и уплотнения. Для установки опоры эллиптических крышках путём сварки предусмотрено кольцо.

Опоры, устанавливаемые на плоских крышках, таких колец не имеют. Их приваривают непосредственно к крышке аппарата. Следует отметить, что высота стоек Н принимается конструктивно.

Выбор опор и стоек осуществляют после подбора мотор - редуктора и определения его габаритных и присоединительных размеров. По диаметру D расположения центров отверстий в опорном   фланце мотор – редуктора выбирают стойку, у которой центры отверстий в верхней опорной поверхности  выполнены на том же диаметре D. Опору с помощью болтов соединяют со стойкой. Поэтому диаметр Dm центров отверстий, выполненных на нижней опорной поверхности стойки, должен быть согласован с диаметром Dm центров отверстий с резьбой в опоре (рис 3.9, 3.10).

В опоре предусмотрено глухое отверстие D2  для установки уплотнения. Геометрические размеры уплотнения подбирают по диаметру D2 и уточняют по диаметру вала d5 на выходе из подшипникового узла, а именно: значение диаметра отверстия в уплотнении d должно быть ближайшим к значению d5.

Последовательность проектирования и расчета перемешивающего устройства

Проектирование и расчет перемешивающего устройства осуществляют в следующей последовательности:

1) выполняют проектный расчет и конструирования вала и подшипникового узла;

2) разрабатывают эскизную компоновку перемешивающего устройства;

3) выполняют проверочный расчет вала;

4) проверяют пригодность подшипников, уточняют конструкцию подшипниковых узлов.

Проектный расчет и конструирование вала и подшипникового узла

Расчет выполняется по напряжениям кручения. Целью расчета является определение наименьшего диаметра вала. Исходными данными являются мощность на валу и частота вращения мешалки.

1) Определяют угловую скорость вращения вала:

2) Вычисляют вращающий момент на валу:

3) Определяют наименьший диаметр вала:

наименьший диаметр вала равен 40 мм.

Конструирование вала и подшипникового узла

Конструкция вала определяется деталями, которые на нём крепятся, Конструктивным оформлением подшипниковых узлов и способом соединения вала перемешивающего устройства с валом редуктора.

Для соединения валов применяют разные типы муфт. Соединение вала редуктора с валом перемешивающего устройства продольно - разъёмной муфтой считают жёстким. Втулочно-пальцевая и зубчатая муфты образуют подвижное соединение валов.

Подшипниковый узел (рис. 9) состоит из корпуса внутри которого установлен один радиальный или два радиально. упорных подшипника качения. Для фиксации вала в осевом направлении предусмотрена круглая шлицевая гайка, которая предохраняется от самоотвинчивания стопорной многолапчатой шайбой. Корпус закрыт крышками, в сквозных отверстиях которых установлены манжетные уплотнения.

Рассмотрим порядок конструирования консольного вертикального вала с одним подшипником качения.

1) Верхний конец вала соединяют с валом редуктора стандартной муфтой. В случае жесткого соединения валов продольно – разъемной муфтой, его диаметр d1 рекомендуют принимать равным диаметру d выходного вала редуктора. Длину этого участка вала принимают равной l1 = (1…1.5)d1 и уточняют по размерам муфты.

2) Диаметр вала d2 под уплотнение (в крышке подшипникового узла) берут равным d1 + (4…7) мм и округляют до ближайшего стандартного из ряда: 30,32,34,36,38,40,42,45,48,50,53,56,60,67,75,80,85,90,90,95,100,105,110,120.  Длина этого участка l2 определяются конструктивно с учетом размеров верхней крышки: l2 = (b + s) + 10мм, где b – ширина манжеты, s = 5 – 8 мм – толщина крышки в месте установки манжеты. Размеры манжетных уплотнений выбираются по диаметру вала d2.

3) Диаметр участка с резьбой под шлицевую гайку d3 = d2 + (2…4) мм должен быть согласован с размером резьбы в гайке. Длинна данного участка l3 = (H + S) + 5 мм.

4) Следующий участок вала предназначен для посадки подшипника. Его диаметр d4 > d3 должен быть согласован с диаметром отверстия внутреннего кольца подшипника. На стадии эскизного проекта первоначально принимают шариковые радиально – упорные подшипники легкой серии. Длинна этого участка вала равна l4 = В + 5, где В – ширина подшипника.

5)  Для нижнего упора подшипника диаметр вала увеличивают: d5 = d4 + (6…8) мм. Длина l5 этого участка вала принимается конструктивно аналогично l2 с учетом размеров нижней крышки подшипникового узла l5 = (b + s) + 10 мм. Размеры манжеты выбираются в зависимости от диаметра d5..

6) Диаметр d6 следующего участка вала необходимо согласовать с диаметром отверстия в сальниковом или торцевом уплотнении.

7) Участок вала d7 в месте посадки мешалки принимают равным диаметру отверстия в ступице мешалки.

d1 = 40      l1 = 60     d2 = 45     l2 = 28     d3 = 48     l3 = 18.6

d4 = 50      l4 = 20     d5 = 56     l5 = 28      d6 = 50    d7 = 60

Конструирование корпуса и крышек подшипникового узла

После    определения    геометрических    размеров    ступеней    вала определяют   размеры  деталей,   входящих   в   подшипниковый узел.

Толщину стенки корпуса подшипникового узла s принимают равной 10-12 мм. Диаметр резьбы винтов da для крепления крышек к корпусу и их число z назначают в зависимости от наружного диаметра подшипника D:

Наружный диаметр крышки DK = D + 4dв. Диаметр центров отверстий под винты Dв = D + 2dв. Толщина крышки в месте установки винтов δ = 8 ± 10 мм. Толщина крышки   в  месте  установки      манжеты δ = 5 ± 8 мм. Остальные размеры крышек (рис. 10) зависят от размеров манжеты, размер l принимается конструктивно.

В конструкции, представленной на рис. 10, для удобства монтажа подшипников часть внутренней поверхности корпуса (между торцами подшипников) выполняют на 2 мм больше, чем диаметр подшипника D длина этой части корпуса равна длине распорной втулки. К корпусу приварен фланец толщиной δ = 10 мм с отверстиями d = 1.1dв для крепления подшипникового узла в стойке привода.

Разработка эскизного проекта перемешивающего устройства

Эскизную компоновку выполняют масштабе 1:1 на миллиметровой бумаге формата А2 или А1. Для получения представления о конструкции и размерах деталей перемешивающего устройства достаточно одной проекции.

Последовательность выполнения эскизного проекта:

1. Провести осевую линию в середине короткой стороны листа.

2. В верхней части листа вычертить верхнюю опорную поверхность стойки. Определить положение верхнего торца выбранной муфты. Для этого от верхней опорной поверхности стойки отложить вниз отрезок              L2 – L1.

3. От полученной линии отложить вниз отрезок, равный длине выбранной муфты L (H). Последняя линия будет являться торцом участка вала d2.

4. Отступив вниз примерно на 10 мм, провести линию, определяющую положение верхней крышки подшипникового узла, следующая линия определяет толщину крышки в месте установки манжетного уплотнения. 

5. Между              внутренней поверхностью крышки и торцом участка вала диаметром d3 оставить примерно 10 мм.

6. Вычертить контуры круглой шлицевой гайки и стопорной шайбы.

7. Вычертить по контуру подшипник.

8. От торца подшипника отложить примерно 5 – 7 мм. Этим определяется положение внутренней поверхности нижней крышки.

9. Вычертить контуры нижней крышки и участка вала диаметром d5.

10. От наружной поверхности нижней крышки отложить примерно 20 мм. Этим определяется положение торцевого уплотнения.

11. Вычертить контуры выбранного уплотнения, крышки и корпуса подшипникового узла. Уплотнение и стойку закрепить на опоре привода.

Проверочный расчет вала

Основными критериями работоспособности валов перемешивающих устройств являются виброустойчивость и прочность.

Прежде чем приступить к расчёту вала, необходимо выбрать расчётную схему и определить длину расчётных участков вала.