2.4 Расчет элементов механического перемешивающего устройства

Существует весьма много конструкций механических перемешивающих устройств, общий принцип действия которых заключается в том, что при вращении этих устройств в перемешиваемой среде последняя приводится в движение, чем и осуществляется перемешивание. Характер движения перемешиваемой среды зависит от ряда факторов, основным из которых является конструкция перемешивающего устройства.

Интенсивность механических перемешивающих устройств определяется их конструкцией и при прочих равных условиях увеличивается при возрастании скорости вращения перемешивающего устройства и его диаметра. Вместе с тем увеличение последнего приводит к значительному возрастанию мощности, расходуемой на перемешивание.

Но условию, в данном аппарате устанавливаем рамную мешалку, которая характеризуется тихоходностыо, т.е. малой скоростью вращения. Её применяют для перемешивания вязких жидкостей и суспензий; для интенсификации теплообмена в жидкостях; предотвращение выпадения осадка на стенках: суспендирование в вязких средах.

2.4.1 Расчет вала мешалки

Валы должны быть прочными, жесткими и виброустойчивыми. В качестве определяющего условия работоспособности вала принимаем его виброустойчивость.

1) Расчет вала перемешивающего устройства на виброустойчивость. Виброустойчивость вала мешалки проверяется по условию:

ω≤0,7ω₁,

ω₁ – первая критическая угловая скорость вала, рад/с

ω – угловая скорость вала, рад/с

Для определения корня частного уравнения предварительно вычисляем:

а₁ = l₁/L = (L – l₂)/L

m = m_меш/(m_вала*L)

а₁ – относительная координата центра тяжести мешалки

m – относительная масса мешалки

L – длина вала

а₁ = 0,79

m = 0,3

По этим значениям находим α = 2,3

ω≤0,7ω₁,

5,2≤33,2 – условие выполняется.

3. Расчет вала на прочность

Проверка вала на прочность производится из расчета на кручение и изгиб.

Напряжение от крутящего и изгибающего моментов определяются соответственно по формулам:

Расчетный изгибающий момент М от действия приведенной центробежной силы F_ц определяются в зависимости от расчетной схемы вала

F_ц = m_пр*ω²*r

m_пр – приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства, кг

r – радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и перемешивающего устройства, м

Приведенная сосредоточенная масса вала и перемешивающего устройства определяется по формуле:

Радиус вращения центра тяжести приведенной массы вала и перемешивающего устройства находится по формуле:

J_max ≤ [J],

[J] = 0,1 мм

Прогиб вала в паре трения уплотнения, реакции опор, также углы поворота сечений определяются по формулам:

Определим угол поворота в сферическом подшипнике:

При этом необходимо, чтобы выполнялось условие θ_в ≤ [θ], где наибольший допускаемый угол поворота для радиальных сферических шарикоподшипников [θ] = 0,05 рад.

θ_в = (1,9*3,082*0,800)/(4*2*10¹¹*3,998*10^-6) = 1,5*10^-6 рад

1,5*10^-6 рад ≤ 0,05 рад – условие выполняется.

Эскиз вала представлен на рис. 4.