Введение

Монография охватывает почти полностью все проблемы, возникающие при проектировании химических и нефтяных аппаратов с мешалками, применен междисциплинарный подход к проблемам.

Материал монографии направлен на обмен опытом и облегчение работы инженерам-конструкторам аппаратов с механическими перемешивающими устройствами.

В монографии рассмотрены:

– теория расчета валов на основе теории колебаний, приведены примеры расчетов и построения эпюр

– теория расчета валов методом конечных элементов

– теория подбора мешалок, предложен новый подход к подбору мешалки с объединением подходов их химической технологии и проектирования лопастных устройств,

– приведен пример технологического расчета аппарата с мешалкой по критериальным зависимостям и модели идеальных реакторов с определением его геометрических размеров и расходов теплоносителей.

– приведена информация о большем физическом обосновании расчетов процессов перемешивания методами вычислительной гидродинамики по сравнению с расчетами по критериальным уравнениям и по моделям реакторов идеального смешения,

– приведена теория моделей идеальных реакторов, ячеечной модели, оценки степени отклонения от идеального перемешивания,

– приведена теория расчета методами вычислительной гидродинамики.

Результатом ознакомления с представленной в работе теорией и умелом ее применении в практике конструирования перемешивающих устройств, будет являться разработка наилучших и оптимальных конструкций химических и нефтяных аппаратов с перемешивающими устройствами. И как следствие, создание в КБ серьезного центра компетенций по проблемам этого оборудования, повышения престижа компании-производителя среди прочих.

__

Посвящается Господу Богу Иисусу Христу!

Благодарность моей маме Татьяне Викторовне, работавшей инженером в нефтяном машиностроении.

Расчет и проектирование валов

Основные требования к аппаратам с мешалками установлены ГОСТ 20680-2002. Аппараты, изготавливаемые по каталогам изготовителей считаются стандартными, аппараты, изготавливаемые по индивидуальному техническому проекту считаются нестандартными. Нестандартные аппараты могут иметь отступления в конструктивных параметрах от ГОСТ 20680.

Мешалки устанавливаются на консольных валах и пролетных валах, имеющих опору в днище аппарата.

Верхняя опора вала состоит из двух разнесенных подшипников, что создает дополнительный пролет. В расчете этот дополнительный пролет учитывается/не учитывается на усмотрение расчетчика.

Самая простая схема верхней опоры вала в состоит в креплении вала в плоском мотор-редукторе и использовании подшипников редуктора в качестве верхней опоры вала [1]:

В этом случае вал уплотняется манжетным кольцом в крышке аппарата, торцовые уплотнения не используются. К недостатку можно отнести отсутствие возможности измерения температуры подшипников и затруднение их обслуживания, ограничения по массе подвешиваемого вала.

Сложные конструкции верхних опор валов реализуются с использованием опорных стоек, например по данным ОСТ 26-01-1225-75…ОСТ 26-01-1228-75 «Приводы вертикальные для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы, конструкции и основные размеры»:

Реализация верхней опоры вала с использованием опорной стойки является наиболее технически обоснованным решением. Такое решение аналогично опорным стойкам для полупогружных насосов типа ХП. Стойки мешалок имеют более сложную конструкцию.

В опорной стойке устанавливается торцовое уплотнение с подведенной системой охлаждения (аналогично нефтяным насосам), две подшипника, один из которых выполняет функцию осевого удержания, второй функцию удержания от поворота в плоскости чертежа, соединительную муфту.

Их соединительных муфт предпочтительнее в применении стягивающая валы продольно-разъемная муфта:

Сравнивая конструкции верхней стойки со стойками полупогружных насосов [29], можно отметить, что для аппаратов с мешалками они более сложные.

Нижние опоры однопролетных валов конструктивно оформляют по типу опор по ОСТ 26-01-55-77:

Мощность электродвигателя подбирается на основании расчета по РД 26-01-90-85 «Механические перемешивающие устройства. Метод расчета». Однако, методики, заложенные в этом документе являются устаревшими и мощность следует выбирать по результатам расчета процесса перемешивания методом конечных элементов.

Валы конструктивно выполняются сплошного сечения, ступенчатыми, полыми (из трубы). В необходимых случаях на поверхность вала наносится защита.

Расчет валов на резонанс, прочность и жесткость выполняется по РД РТМ 26-01-72–82. Валы вертикальных аппаратов с перемешивающими устройствами, методы расчёта.

Методика РД РТМ 26-07-72-82 вызывает вопросы в части ее корректности.

Расчеты валов на резонанс в сравнении с методикой РД РТМ 26-07-72-82 более обоснованно выполнять напрямую с использованием теории колебаний или методом конечных элементов.