Tính toán khuấy gia nhiệt bằng ống xoắn ruột gà

§å ¸n m«n häc: TÝnh to¸n, thiÕt kÕ thiÕt bÞ khuÊy gia nhiÖt
b»ng èng xo¾n ruét gµ

Mục lục
Trang
Mở đầu
Chương 1 Tính công nghệ
I.1.Thời gian đồng đều hoá
I.2.Chế độ thuỷ động của chất lỏng khi khuâý
I.3.Công suất khi khuấy
I.4.Tính và chọn cơ cấu khuấy
I.5. Tính toán kích thước thiết bị khuấy
I.6. Cân bằng nhiệt
Chương II Tính cơ khí
II.1.Tính trục khuấy
I.2.Tính toán thùng khuấy
Chương III Tính và chọn thiết bị phụ trợ
III.1.Động cơ
III.2.Hộp giảm tốc
III.3.Hộp đệm
III.4. ổ lăn
III.5.Tai treo & bích
Kết luận
Tài liệu tham khảo

3
4
4
4
6
6

8
11
16
16
24
28
28
29
29
30
31
35
36

Mở đầu
Các máy khuấy trộn là những máy dùng năng lượng cơ học của cơ cấu
khuấy trộn để làm đồng đều các hỗn hợp đồng thể hoặc dị thể, để tăng
cường các quá trình truyền nhiệt chuyển khối và phản ứng hoá học, đồng


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

thi to ra cỏc h huyn phự v h bt. Cỏc mỏy khuy trn cú vai trũ quyt
nh cht lng ca sn phm nh ng u, tiờu chun k thut ng
thi gúp phn vo vic tng nng sut thit b, gim thi gian sn xut, tit
kim chi phớ vn hnh Do ú, cỏc thit b khuy trn c s dng rng
rói trong cụng nghip, cụng nghip nh, cụng nghip thc phm, cụng nghip
dc phm, cụng nghip luyn kim, cụng nghip vt liu xõy dng, cụng
nghip ch bin nụng lõm hi sn, cụng nghip khai thỏc m v nhiu

nghnh cụng nghip khỏc. B phn quan trng nht ca thit b khuy l c
cu khuy, cho n nay cha cú tiờu chun vn nng la chn c cu
khuy tng ng cho qỳa trỡnh ó cho. Tham s quan trng nht la chn
c cu khuy l nht ca cht lng, thng dựng c cu khuy vn tc
cao khuy trn cht lng cú nht thp v s dng c cu quay chm
khuy cht lng cú nht cao. Dng cỏnh khuy ca c cu khuy úng
vai trũ quan trng trong cỏc ch tiờu k thut ca dung dch em khuy.

Chng I

Tớnh cụng ngh
I.1.Thi gian ng u hoỏ:
Thi gian ng u hoỏ l thi gian khuy trn cỏc mụi trng cú th
trn ln hoc tan ln vo nhau ti mc ng u nht nh. Thi gian ph
thuc rt nhiu yu t: s vũng quay ca loi c cu khuy, c trng ca
thựng khuy,
Theo cụng thc (4.12 - I ) trang 122 ta cú:

n = k = const

(I.1)

trong ú:
: Thi gian lm ng u hoỏ (s)
n: Vn tc gúc ca c cu khuy (vg/s)
k: H s thi gian,ph thuc vo c cu khuy v thựng khuy:

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 2
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

k = c (

D 2
1,4 2
) = 35(
) = 140 (I.2)
dk
0,7

vi C : H s thi gian, tra bng (4.1 I ) ta cú C= 35.
=

K 140
=
= 93,3( s )
n
1,5

I.2. Ch thu ng ca cht lng khi khuy:
I.2.1.Chun s Reynolds khuy:
Tc chuyn ng ca cht lng trong thit b khuy ph thuc tc
chuyn ng ca c cu khuy. c trng cho ch thu ng ca cht
lng trong thit b khuy ngi ta a ra chun s Reynolds theo cụng thc
(5.4 - II ):

Rek =

ndk2



(I.3)

Trong ú:
+ n = 1,5 (vg/s): s vũng quay ca c cu khuy.
+ = 1100,511(kg/m3): khi lng riờng ca mụi trng khuy.
+ = 5,5.10-3 (Pas): nht ng lc hc mụi trng khuy.
+ dk= 0,7 (m): ng kớnh c cu khuy.
Vy

Re k =

1100,511x1,5 x0,7 2
5,5094 x10

3

= 1,468.10 4

Ta cú thit b lm vic ch chy xoỏy.
I.2.2.Chun s Frud :
L t s gia lc quỏn tớnh v lc trng trng, c trng cho nh
hng ca phu lờn cụng sut v cỏc quỏ trỡnh cụng ngh khỏc. (trang 614 III )

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 3

K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

n2 d k 1,52 x0,7
Frk =
=
= 0,16055 (I.4)
g
9,81
Trong ú
+ g: gia tc trng trng .
+ n :s vũng quay ca thit b khuy.
+ dk: ng kớnh c cu khuy.
I.2.3.Chun s Euler khuy: (chun s cụng sut )
Chun s Euler khuy mụ t quan h gia lc ỏp sut gõy ra chy v ỏp
sut ng.
Theo (trang 619- III ) ta cú V.V.Kafarov ó xỏc nh c chun s Euler
cho cỏnh khuy loi hai tm (hai bn) t trong thựng cha cú lp ng
truyn nhit:

Eu k =

7,1
7,1
=
= 1,4248

Re 0k ,135 (1,468.10 4 ) 0k ,135

(I.5)

khi 50 < Rek > 5.104.
I.2.4.Chun s Weber:
Chun s Weber l t s gia lc quỏn tớnh v lc sc cng b mt:

n2 .dk3 . 1,52.0,73.1100
,511
Wek =
=
= 1,43.104 (I.6)
3

59,4.10
Trong ú:
+ (N/m) l sc cng b mt ca cht lng c khuy. Tra bng
(I-242 trang 301 III ) ta cú = 59,4.10-3 N/m t = 800C.
+ :Khi lng riờng ca cht lng khuy
I.3. Cụng sut mỏy khuy:
Cụng sut lm vic l cụng sut sinh ra thng lc ma sỏt v quỏn tớnh
ca cht lng ng yờn.
+ Cụng sut tiờu tn:
theo (trang 614 III ) ta cú cụng thc (IV.2-III):
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 4
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

N = k.n3 .d5k . (w) (I.7)
Vi h s khụng th nguyờn k= Euk = 1,4248 .
Vy ta cú:
N = 1,4248 x 1,53 x 0,75 x 1100,511 = 889,4 (W)

I.4. Tớnh & chn c cu khuy:
I.4.1. nht ca huyn phự:
Vi cỏc thụng s: - Nhit lm vic: t = 800C.
- Nng grixờrin :

45%.

- Nng pha rn :

14%.

- Nng sut thit b : 2 m 3/m.
+Tra bng (I -1-1)_ nht ca hn hp Grixờrin vi nc (Trang 112 - III ).
Ta cú nht & khi lng riờng ca grixờrin :

àgrixờrin= 3,38.10-3 (Ns/m2) nhit t =

300C.

grixờrin = 1100,511 (kg/m3) nhit t =

250C. (I.9)

(I.8)

+ Theo mc 2- nht (Trang 84 - III ).
Ta cú nht ca huyn phự khi nng pha rn ln hn 10% th tớch
theo cụng thc ( I-1-14 III ) :

àhuyn phự = à1 + ( 1 + 4,5. )
Vi:

(Ns/m2)

(I.10)

à1 - nht ng lc ca mụi trng cht lng (Ns/m2).
àgrixờrin= 3,38.10-3 (Ns/m2).
- nng pha rn trong huyn phự (tớnh bng phn th tớch).
= 14%.

Do ú:

àhuyn phự = 3,38.10-3 + ( 1 + 4,5. 14% ) = 5,5094.10-3

(Ns/m2).

+ Theo bng 12- Bng n v o lng (Trang 357 - III ).

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 5
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

( Bng I. 279 Bng n v o lng hp phỏp v h s chuyn t cỏc h
n v khỏc sang h hp phỏp ).
nht ca huyn phự l:

àhuyn phự = 5,5094.10-3 (Ns/m2) = 5,5094.10-2 (Pas) .
I.4.2.Chn loi c cu khuy:
Cho ti nay cha cú tiờu chun vn nng la chn c cu khuy tng
ng cho quỏ trỡnh ó cho. Do ú, khi la chn c cu khuy cn chỳ ý ti
cỏc kinh nghim thu lm c cỏc h thng cụng nghip cng nh
thit b thớ nghim. Cỏch la chn ti u l chỳ ý ti cỏc tham s vt lý ca
cht lng m trc ht l nht úng vai trũ quan trng khi la chn c
cu khuy. Núi chung thng dựng c cu khuy vn tc cao khuy trn
cht lng cú nht thp v s dng c cu khuy quay chm khuy trn
cht lng cú nht cao. Do nht thp v do cỏc yu t cụng ngh ta
chn loi c cu khuy bn (mỏi chốo). õy l loi c cu quay chm v cú
hai cỏnh. C cu khuy bn l loi thit b khuy trn c nht trong cụng
nghip hoỏ hc song chỳng vn c s dng n ngy nay trong nhng
trng hp khụng cn thit luõn chuyn cht lng hng trc kớnh mónh
lit trong thit b. c cu khuy kiu ny to luõn chuyn vũng quanh (chu
vi), cũn s luõn chuyn hng trc kớnh khụng ỏng k. u im ch yu
ca c cu khuy bn l n gin, d ch to nờn giỏ thnh thp. Nhc
im l cng khuy trn kộm, hiu qu khuy trn thp v khụng th
dựng khuy cht lng d phõn lp.
Theo bng 2.1- gii thiu cỏch chn cỏc loi c cu khuy (Trang 42 I ): ta cú c cu khuy bn vi cỏc thụng s sau:
+ nht cht lng: ( 0,001 ữ 0,5 ) Pas.

+Vn tc vũng thớch hp ca u cỏnh: v = 3 ữ 2,0 (m/s) .
+ Th tớch khuy: V < 50 (m3 ).
+ Khi lng riờng: < 1900 (kg/m3).
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 6
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

I.5. Tớnh toỏn kớch thc thit b khuy :
I.5.1.Kớch thc ca thựng khuy:
Chn thit b cú dng tr trũn ỏy hỡnh nún nh hỡnh 1.

h

H

D

Hỡnh 1
+ ng kớnh ca thit b :
Th tớch thit b hỡnh tr l :
.D 2
V =
h ( I.11)
4

Th tớch thit b hỡnh nún l :

V =

.D 2
h ( I.12)
12

Ta chn ng kớnh thit b l : D = 1,4 (m) do ú th tớch vựng nún tr
l:
h=

D
tg (300 ) = 0,4(m).
2

.1,42
V=
0,4 = 0,2(m3 )
12


Th tớch ca thõn hỡnh tr l:

V = 2 0,2 = 1,8 (m3).
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 7
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

chiu cao ca thõn hỡnh tr thit b:

H=

4V
4 x2
=
1,2 (m)
2
2
D
3,14 x1,4

Vy ta chn chiu cao thc ca thit b H = 1,5 (m).
I.5.2.Kớch thc ca cỏnh khuy:
Theo bng 2-8 Cỏc kớch thc thớch hp (trang 52- I) v mc 2.1.7 - c
cu khuy bn (trang 58- I) ta cú quan h kớch thc ca thit b khuy:
+ ng kớnh cỏnh khuy:
dk = (0,5 ữ 0,8)D = (0,7 ữ 0,12) (m). ( I.13)
Chn dk= 0,7 m.
+ Chiu cao cỏnh khuy:
b = (0,1 ữ 0,2)dk =( 0,07 ữ0,14 ) (m). ( I.14)

175

Chn b = 0,175 (m).

16

140

Hỡnh 2
+ Khong cỏch t c cu khuy n ỏy thựng:
h = (0,1ữ 0,3)dk = ( 0,07 ữ0,21) (m). ( I.15)
Chn h = 0,18 (m).
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 8
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

+ Chiu cao cht lng trong thựng:
H = (0,8 ữ 1,3)D = ( 1,12 ữ 1,82 ) (m). ( I.16)
Chn H= 1,3 m.
- Theo bng 2.2 - c cu khuy bn (Trang 45 I ): ta chn loi thựng
khuy khụng cú tm chn :
+ ng kớnh c cu khuy dk = 700 (mm).
+ S vũng quay

n = 1,5 (vg/s).

+ Cụng sut

N = ( 0,01 ữ 0,043) (kw).

- S vũng quay thớch hp ca c cu khuy theo trang 50 cụng thc (2.1I):

n=

20.v th 20 x 2
=
= 57(vg / ph) ( I.17)
dk
0,7

vi: vth = 2 (m/s) - vn tc u cỏnh thớch hp.
dk = 0,7 (m) - ng kớnh c cu khuy.
I.5.3.Kớch thc ca l np v thỏo liu:
* ng kớnh l thỏo sn phm:
Ta cú phng trỡnh Becnuli i vi cht lng lý tng:
hA +

PA



v2
P
v2
+ A =h B + B + B
2g

2g

( I.18)

Coi nh PA = PB ; vA = 0 phng trỡnh trờn s l:

v B2
h A = hB +
2g

( I.19)

vy ta cú:

vB =

h A hB
1,5
=
= 0,277(m / s) ( I.20)
2g
2 x9,8

Chn thi gian thỏo sn phm bng 10% thi gian lu (t = 15), do ú
lu lng ca thựng khuy ra khi thit b l:
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 9
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

Q=

V
2
=
= 2,2.10 3 (m 3 / s)
t 900

( I.21)

Mt khỏc ta cú :

d 2
Q =
vB
4

( I.22)

Suy ra:

d =

4.Q
=
vB .

4 x 2,2.10 3
= 0,10(m / s ) ( I.23)
.0,277

Vy chn ng kớnh l: d = 100 (m).

* Tng t ta cú kớch thc ca l np liu l: d = 100 (m).
I.6. cõn bng nhit:
I.6.1. H s cp nhit :
- H s cp nhit trong thit b cú ng xon khi cú khuy trn bng cỏnh
khuy mỏi chốo ( Trang 22 cụng thc VI.67 - IV ):

Nu = C.Rem.Pr0,33(

à 0,14
)
(I.24)
à1

trong ú:
+ Chun s Nuxen:

Nu =

.D
(I.25)


* : h s dn nhit ca cht lng. = 0,523 W/m. ( trang 134 bng
I.130 III: h s dn nhit ca mt s cht lng v dung dch nc theo
nhit ca grixờrin 50% t = 800C ).
* : h s cp nhit (W/m.). Ta cú cụng thc (4.51; 4.52; 4.53I):

= a4.N 0,22.dx1.D0,38

(I.26)

a4 = 0,15.a1. 0,45. 0,34

(I.27)

a1 = (C.2 )0,33

(I.28)

+ N cụng sut khuy trn theo cụng thc ( IV. 2 - III ):
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 10
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

N = k.n3 .d5k . = 889,4 (W) (I.29)
+ dx - ng kớnh ng xon rut g (chn s b dx= 0,04 m ).
+ D - ng kớnh thựng (D = 1,4 m ).
+ - khi lng riờng ca mụi trng khuy ( = 1100,511 kg/m3).
+ - nht ca mụi trng khuy ( = 0,055094 Pas ).
+ C - nhit dung riờng ca mụi trng khuy. C = 2814 (J/ kg.)
Tra bng (I.177 III nhit dung riờng ca dung dch grixờrin v nc vi x
% = 43,9 mol; t = 320C ).
+ a1, a2 cỏc h s.
Ln lt thay s, ta cú:

a1 = (2814

.0,5232 )0,33 = 8,9637
0,34
a4 = 0,15.8,9637
.1100
,5110,45.0,055094
= 11,7293

= 11,7293
.889,430,22.0,041.1,4 0,38 = 1149,44(w/m2 .dộ)
Vy h s cp nhit, Nuxen:

Nu =

1149
,44.1,4
= 3077
0,523

+ C = 0,36; m = 0,87 i vi ng xon.
+ Chun s Renold:

.n.d2
Re =
= 1,468.104 (I.30)
à
+ Chun s Pr:

Pr =

C p .à

* Cp - nhit dung riờng ng ỏp ( Cp = C = 2814 J/ kg.).
* à - nht ca cht lng (à = 5,5.10-3 Ns/m2).

>

2814x5,5.103
Pr =
= 29,6423
0,523

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 11
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

+ à: nht ca cht lng nhit trung bỡnh
à = 3,380.10-3 (Ns/m2) t = 300
+ àt : nht ca cht lng b mt truyn nhit:
chn

àt = 3,380.10-3 (Ns/m2) t = 300

Vy cui cựng ta cú chun s Nuxen theo tớnh toỏn l:

3,38.103 0,14
Nu = 0,87.14680 .29,643 (
) = 1020
3,38.103
0,62

0,33

I.6.2.Chn cht ti nhit:
+ Chn cht ti nhit l hi quỏ nhit vi:
- nht: theo trang 94 bng (I.102 III)
à = 0,3565.10-3 Ns/m2 nhit t = 800
à = 0,3565.10-3 Ns/m2 nhit t = 800
- H s dn nhit: theo trang 133 bng (I.129 III)- H s dn nhit ca
nc v hi nc ph thuc vo nhit .
= 2,04.10-2 kcal/m.h. = 2,3052.10-2 W/m..
- Nhit dung riờng: theo trang 166 bng (I.148 III)- nhit dung riờng
ca nc v hi nc nhit sụi.
Cp = 0,478 kcal/kg. = 2,039.103 J/kg..
- Khi lng riờng: theo trang 11 bng (I.5 III)- khi lng riờng v
th tớch riờng ca nc v hi nc nhit t -100 ữ2500C.
= 958,38 kg/m3 .
I.6.3.Xỏc nh lng nhit trao i:
Theo phng trỡnh cõn bng nhit:
Q = G .Cp. t

(I.31)

trong ú: G - khi lng cht ti nhit.
Cp nhit dung riờng.

t chờnh nhit.
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 12
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

+ Lng nhit cn gia nhit cho dung dch trong thit b khuy:
Q = G .Cp. t = V. .Cp. t

(I.32)

= 2.1100,511.2814.60 = 3,7162 . 108 ( J ).
+ Xỏc nh lng cht ti nhit cn dựng:
Q
3,7162.10 8
G=
=
= 2278 ( kg).
C p .t 2,039.10 3 x80

(I.33)

+Lu lng mụi cht ti nhit:
q=

G
2278

=
= 1,32.10 -3 ( m 3 /s).
. t 958,38.60

(I.34)

( vi thi gian gia nhit t = 1 phỳt = 60s )
- Theo trang 25 bng (1.2 - VII ) Tc mụi cht chuyn ng trong
ng hoc kờnh. Chn tc chuyn ng ca hi nc l v = 30 (m/s).
+ Din tớch tit din ngang ca ng xon :
S=

q 0,0396
=
= 1,32.10 -3 ( m 2 ).
v
30

(I.35)

+ ng kớnh ca ng xon :
4.S
4 x1,32.10 -3
d=
=
= 0,04 ( m ). (I.36)


+ Chiu di ca ng xon :
V

G
2278
L=
=
=
= 60 ( m ). (I.37)
3
S .v S .v. 1,32.10 x30.958,38
+ S vũng xon :
n=

L
60
=
= 14( vòng).
D. 1,4.

(I.38)

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 13
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

Chng II
tớnh c khớ

II.1.Tớnh trc khuy:

II.1.1. Tớnh toỏn trc khuy:
Theo mc 5.1 - Tớnh toỏn trc khuy (trang 178 I ):
+Xỏc nh ng kớnh s b ca trc:

dt =3

16.M x

.[]cp

(II.1)

Trong ú:
+ Mx -Momen xun c xỏc nh theo cụng thc ( 5.6 - I):

Mx =

KN
.n2.dk5 ( II.2)
2

+ dt (m): ng kớnh trc
+ cp (N/m2) - ng sut ct cho phộp. Chn vt liu ch to trc l
thộp CT 45 ta cú cp = 16 Mpa =16. 106 N/m2
+KN - H s cụng sut, ta cú KN = Euk =1,4248
Do ú:

Mx =

1,4248
1100,511x1
,52 x 0,75 = 296,47(Nm)
2

Vy ta cú:
dt =3

16.296
,47
=0,0455
(m).

x16.103

Chn dt =50 mm.
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 14
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

II.1.2. Kim tra bn trc khuy:
II.1.2.1. Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn trc khuy:
- Mụmen xon Mx sinh ra do tr lc ca mụi trng theo cụng thc (5.8
-I):

Mx =

Cx.Ndc
Cx.Ndc
= 955.000(
) (II.3)
w
np

Nc = 2,2 kw - Cụng sut ca ng c.
np = 57 (vg/ph) s vũng quay ca trc khuy.
Cx = 1,2 h s chỳ ý ti dao ng ca lc cn.
Do ú, ta cú:

1,2x2200
Mx = 955.000(
) = 4,423.104 (Nmm)
57
- Lc hng kớnh bng lc tỏc dng lờn mt cỏnh ca c cu khuy(cú
im t lc nm cỏch ng trc ca trc khuy mt on r F ) v c xỏc
nh theo cụng thc:

Fr = Fc =

Mx
rF .Nc

(II.4)

Trong ú :

+ Mx = 4,423.104 (Nmm) - mụmen xon.
+ Nc = 2 s cỏnh khuy dt trờn trc.
Vi c cu khuy bn ta cú:
rF =

3
3
dk = 700 = 262,5 (mm). (II.5)
8
8

Vy cú:

4,423.104
Fr =
= 84,2 (N )
2.262,5
+ Tớnh chiu dy cỏnh khuy:
- Momen un ln nht xut hin ti chõn cỏnh c xỏc nh theo cụng
thc (5.54a I ) :

Mumax =( rF ro ) Fc

(II.6)

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 15
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

Trong ú:
ro : Bỏn kớnh bc ca c cu khuy. Theo (trang 210 I ) da vo cụng
thc thc nghim:
ro =(0,35 ữ 0,75)rk = (0,35 ữ 0,75).0,35 = 0,1225 ữ 0,2625 (m).
chn ro = 0, 2 (m).
rF : khong cỏch gia im t lc v trc c cu khuy, rF = 0,2625m.
Vy cú:
Mumax = (0,2625 0,2).84,2 = 52,625 (Nm)
- Chiu dy cỏnh c tớnh theo cụng thc (5.55 - I ) trang 206:
6.Mu max.nT
b. T

S=

(II.7)

Trong ú: + S(m) : chiu dy cỏnh.
+ b = 0,175 (m): chiu cao cỏnh.
+ T (N/m2) : Gii hn chy ca vt liu lm cỏnh, chn vt liu
lm cỏnh l thộp CT 45 vy T = 340.106 N/m2.
+ nT : h s an ton chy nT = 2ữ3, chn nT =2,5.
Vy ta cú:
S=

6x52,6265x2,5
= 3,64.103 (m)
6

0,175x340.10

Chn S = 5 (mm).
II.1.2.2. Xỏc nh s lc tỏc dng lờn trc khuy:
Ta cú s lc nh hỡnh v
Fnt

Fly10

Fr
F ly11

l12

l11
l 13

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 16
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

hỡnh 3
- Khong cỏch gia cỏc im t lc: theo phn Trc (trang 182- V) ta cú :
lm12 = (1,4 ữ 2.5). dt = (1,4 ữ2,5).50 = 70 ữ 125 (mm)
Chn lm12 = 80 mm.
k3: Khong cỏch t mt cnh ca chi tit quay ti np (theo bng

10.3 trang 189 V ) chn k3 = 15 mm.
hn: Chiu cao np v u bulụng theo bng 10.3 ( trang 189 - I )
chn hn = 15 mm
b0: Chiu rng ln, vi ng kớnh trc s b l d = 50 mm, theo
bng 10.2 (trang 189 V) ta chn b0 = 23 mm .
1
1
1
1
lm12 + k3 + hn + b0 = 80 + 15 + 15 + 23 = 81,5
2
2
2
2

-

l12 =

-

chn l12 = 80mm

- Chiu cao mc lng trong thựng H = 1300 mm;
- Khong cỏch t mt di cỏnh khuy n ỏy thit b h = 180 mm
di trc ngp lng l 1120 mm
- Khong cỏch t mt thoỏng cht lng n chn = 50 mm.
m bo 1 loi kớch thc cho sn cú th chu c lc núi chung
thỡ cn cho khong cỏch t hp lý.
Thng chn: a = (5 ữ10).dt = (5 ữ10).35(mm) = 175ữ 350(mm)

Ta chn a = 300 mm
Theo cụng thc (trang 188 V) v bng 16-10a (trang68 V) ta cú:
2.Mx

Fnt = (0,2ữ0,3)Ft = (0,2ữ0,3). D
t

(II.8)

Dt : ng kớnh qua tõm cỏc cht ca ni trc n hi, chn Dt = 63mm.
2.Mx

Fnt = 0,3. D = 0,3.
t

2.44230
=1264 (N)
70

t cỏc phn lc vo ta cú phng trỡnh cõn bng lc v cõn bng
mụmen:
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 17
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

Fnt Fly10 Fly11 + Fr = 0

(II.9)

Fnt .80 + Fly11. 300 Fr.(1120 + 300) = 0
Thay Fnt = 1264 (N) v Fr = 84,2 (N) vo h phng trỡnh trờn ta gii c:
Fly10 = 1410 (N)
Fly11 = 61,5 (N)
Ta cú biu lc v biu mụmen:
Xỏc nh ng kớnh trc ti A v B: theo (trang 188 V )

Fnt

Fly10

Fr

Fly11

68880
112800

44230

Hỡnh 4
- Ta cú mụmen tng ng ti A theo (II.10):
2
2
2
M tdA = M 2 uA + 0,75M xA
= 112800

+ 0,75.44230
= 119126
(Nmm)

Vy nờn:


dA = 3

MxA
119126
=3
= 31(mm)(II.11)
0,2.[ ]
0,2.20

Chn theo tiờu chun ta chn dA = 45 m.
- Ta cú mụmen tng ng ti B:
2
2
2
MtdB = M 2uB + 0,75M xB
= 68880
+ 0,75.44230
= 78814
(Nmm)

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 18
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

dB = 3

M xB
78814
=3
= 27(mm)
0,2.[ ]
0,2.20

Chn theo tiờu chun ta chn dB = 40 mm.
II.1.3. Kim tra bn trc khuy theo iu kin bn mi:
- Kim tra bn mi ti mt ct A-A: theo cụng thc (5. 23 I )
2
2
s td = s uA
+3.t xA

s td

16 3M x
=
p.dtA3

16 34, 423.10 4
=

p.503

2 ự0.5
ộ
ổ
ử
M
4
ờ1 + ỗ uA ữ ỳ
ờ 3 ỗ M ữỳ
(II.12)
ố x ứỷ
ờ
ỳ
ở

0.5

2ự
ộ 4ổ
2
ờ1 + ỗ112800 ử
ỳ
ữ
ữ ỳ =9, 7 (N/m )
ờ 3ỗ
ố 44230 ứ ỷ
ở

- Gii hn bn cho phộp:

s - 1k d
d
=
[ ] h b
-1 b

(II.13)

Trong ú:-1 : Gii hn bn mi -1= 600 Mpa
Kd : H s ln, tra bng ( 5.2 I ) ta cú kd =0,75.
n-1 : H s an ton mi ly bng 2-3. Chn n-1 = 3.
b : H s tỏc dng bc ly bng 1,1.
Vy ta cú:
600 x0, 75
d
=
= 136 (N/m 2 )
[ ]
3 x1,1

[] > td vy trc tho món bn
II.1.4. Kim tra bn trc khuy theo iu kin n nh ( cng):
Tớnh trc theo cng chớnh l kim tra xem chuyn v hng kớnh ca
trc ( vũng) ti cỏc tit din nguy him cú tho món iu kin (5.2) hay
khụng.
II.1.4.1.Chuyn v hng kớnh ca trc khuy:
- vừng ca trc trong on 0 X1 a (on trc AB):
Theo cụng thc (5.35b I ) trang 190 ta cú:
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 19
K42

Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

X1 2
MnB
f1 =
aX11

6NJ 1
a




(II.14)

trong ú:
MnB = 112800 (Nmm) : Mụ men un ti B/
a = 80 (mm) : Khong cỏch gia hai
E = 2.105 N/m2 = 2.1011 N/mm.
3

.d
.503
J =
=
= 6136(mm3) (II.15)

64
64
vừng cc i ti x1= a/ 3:
3 MnA.a2
3 112800
x3002



(II.16)
fmax =
.
=
.
27 E.J 1 27 2.1011x6136

fmax = 5,3.10-7 (mm)
- vừng ti tit din ca trc cú mc c cu khuy theo cụng thc
(5.38a I ) :
f2k

M nB.l 2
=
3.E.J 1

a l1 3 J 1

1+ + 1
l l J 2

2
112800
.1305
300 1300
f2k =
1
+
+


3
1305
1305


11 .50

3.2.10 .
64

(II.17)

503
3 1 = 1,2.10 4(mm)
45


3

+ Kim tra trc theo cng:
Vi tỏc dng cú c cu khuy:
[f] =

D d K 1300 700
=
= 300 (mm)
2
2

(II.18)

F2k < [f]
+ vừng ca trc ti cỏc trc:
fụA =

SA
+ fA ;
2

fụB =

SB
+ fB
2

(II.19.20)

SA ; SB : Khong dch chuyn theo hng kớnh do ch to ca A v B:
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 20

K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

SA = SB = S = (1ữ5) .10-4 dt1

(II.21)

fA v fB Bin dng n hi ca v B:
fA = fB = f = (4ữ7). 10-4
fụ =

1 ữ 5 -4
SA
.10 .dt1 + (4ữ7) .10-4.dt1
+fA =
2
2
(1 ữ 5 )

=
2


+ ( 4 ữ 7 ) .10-4dt1 0,04 (mm)

vừng tng ca trc ti tỏc dng mc c cu khuy
2.l
2.1305
+1,2.10-4 = 0,38812
f K = f ụ 1 +
+ f2k = 0,04 1 +
300
a




fk < [f] = 300 (mm)
II.1.4.2. Tớnh toỏn trc theo n nh ngang:
Tớnh toỏn trc theo n nh ngang l xỏc nh xem trc cú tho món
cỏc iu kin a ra bng (5.1 I ) khụng theo cụng thc(5.45 I ):

1 =

K
m

(II.22)

Trong ú:
1 : Tn s dao ng riờng ca trc
m : khi lng dao ng (kg)
K : cng ca trc ti ch mc cỏnh khuy
Trong ú khi lng dao ng xỏc ng theo cụng thc (5.46 I ):

m = mk + ml + 0,24mt

(II.23)

Vi:
+ 0,24 - H s k n phn khi lng trc tham gia vo dao ng.
(Rỳt ra t gi thit b kp cht ti B v ti trng tp trung u trc t
do ).
+ mk: khi lng c cu khuy.

mk = mck = .a.b.dk

(II.24)

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 21
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

= 7600x.0,005x0,175x0,7 = 4,655 (kg)
+ m1: khi lng cht lng cựng dao ng theo vi tc (f), lng
cht lng cựng dao ng cú th xỏc nh nh gi thit rng th tớch cht lng
cựng dao ng chớnh l th tớch to nờn bi mt cỏnh ca c cu khuy khi
quay, theo cụng thc (5.47 - I ):
b.dk2
m1 =
4

d 2 0,175.0,72
0.05 2
t
1 =
1100
(II.25)
1
4
dk
0,7

m1 = 23,5 (kg).
+ mt : khi lng ca trc khuy:

0,042

0,0452
0,052
mt = 7600
0,08+ 2
0,023+ 2
0,08 +
4
4
4

0,052
0,042
0,0252

+
0,211+
1,3
= 8,2 (kg) (II.26)
4
4
4


Cui cựng cú khi lng dao ng l:
m = mk + ml + 0,24mt = 4,655 + 23,5 + 0,24x8,2 = 30,123 (kg)
- cng k ca trc ti ch t c cu khuy xỏc nh theo cụng thc
(5.58 I ):

k=

Fr
84,2
=
= 217
fk 0,38812

(II.27)

Vy tn s dao ng riờng ca trc l:

w1 =

k
217

=
= 7,2 (1/s)
m
30,123

(II.28)

Vn tc gúc ca trc: theo cụng thc (5. 24 II )

=

.n .57
=
= 5,97 (v/s) (II.29)
30
30

Trc do lm vic n nh ngang do:
5,97
=
= 0,83 (II.30)

7,2
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 22
K42
Trang


Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

II.2.Tớnh toỏn thựng khuy:
II.2.1.Thõn thựng:
Thựng khuy l v mng hỡnh tr hn thng ng. Chn vt liu lm v
l thộp CT3 k = 380.106 N/m2. (Bng XII.4 - IV )
Chn tc g C = 0,06 mm/nm ( C1 = 1.10-5m ; C2 = 0 ); = 1000 kg/m3;
Pmt = 106 N/m2 ; t0 = 250C ; D = 1,4 m ; H = 1,5 m.
- ỏp sut thu tnh trong phn di ca thõn thit b:

PL = .g. H = 110,511 x 9,81 x 1,3 = 14020 (N/m 2) (II.31)
- ỏp sut tớnh toỏn trong thit b l:

P = PL + Pmt = 0,01402.106 + 1.106 = 1,01402.10 6 N/m2 (II.32)
- ng sut cho phộp ca thộp CT3 theo gii hn bn xỏc nh theo cụng thc
(XIII.1 v bng XIII.3 - IV ) vi thit b thuc nhúm loi II - = 1,0 bng
(XIII.2 II )

1
380.106
[ k ] = =
1,0 = 1,46.108 (N/m2 ) (II.33)
n1
2,6
- ng sut cho phộp thộp CT3 gii hn chy theo cụng thc (XIII.2 v bng
XIII.3 - IV ):

1
240.106
[ c ] = =
1,0 = 108 (N/m2 )

n1
1,5

(II.34)

T ú cú giỏ tr nh l giỏ tr S cho phộp tớnh toỏn:[] = [c] ,ta ly giỏ
tr bộ hn trong hai kt qu va tớnh c tớnh toỏn tip :
Vỡ

[ k ]
P1

h

160.106
=
0,95= 150> 50 (II.35)
1,011772
.106

Nờn cú: h = 0,95 . ( Hn dc, hn bng tay, h quang, hn giỏp ni hai mt;
h s bn hn h=0,95 ).
- Ta cú cụng thc xỏc nh chiu dy thõn thựng lm vic chu ỏp sut trong
(5.100 I ):

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 23
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

Dt .Pt
1,4x1,01402
.106
S=
+C =
+ 0,06= 0,0647(m) (II.36)
2.[ k ]. h
2x160.106 x0,95

Ly S = 10 (mm)
- Kim tra ng sut ca thnh theo ỏp sut th (dựng nc): ỏp sut thu lc
khi th c xỏc nh nh sau v theo bng (XIII.5 IV)

P0 = Pth + P1 = (1+0,3 + 0,06) .106 = 1,36.106 (N/m2)

(II.37)

Xỏc nh ng sut thõn thit b theo ỏp sut th tớnh toỏn
- Dựng cụng thc (XIII.26-B) vi C3 = 0,8.10-3



[
Dt + ( S C3 ) ].P0 [1,4 + ( 0,01 0,0008
]
)
x1,36.106

=
=
2.( S C3 ). h
2x( 0,01 0,0008
) x0,95

(II.37)

= 1,1.108 (N/m2).
<

C 240.106
=
= 2.108 (N/m8)
1,2
1,2

(II.38)

Do ú thựng bn.
II.2.2. ỏy thựng:
Cỏc vt liu v thụng s nh thõn thựng. Chiu dy ca ỏy nún lm
vic di ỏp sut trong xỏc nh theo cụng thc (5.114 I ) :

D
P
.
S=
+C
2. . P cos

cp



(II.39)

D : ng kớnh ỏy ln ( ng kớnh thit b) D = 1,4(m)
: Na gúc nh = 600
P : ỏp sut tớnh toỏn (ly bng ỏp sut lm vic)
P = 1,017459.106 N/m2 ;
C = 1,8.10-3; cp = 146.106 N/m2.
Chiu dy ỏy nún l:

1
1,01402
.106


S=
+ 1,8.10 3 = 9,1.10 3 (m)
6
6
0
.10 cos60
2x0,95x146.10 1,01402

Ly S = 10 (mm)
Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 24
K42
Trang

Đồ án môn học: Tính toán, thiết kế thiết bị khuấy gia nhiệt
bằng ống xoắn ruột gà

- Kim tra ng sut ca ỏy theo ỏp sut th (dựng nc): ỏp sut thu lc
khi th c xỏc nh nh sau v theo bng (XIII.5 IV)

P0 = Pth + P1 = (1+0,3 + 0,06) .106 = 1,36.106 (N/m2) (II.40)
Xỏc nh ng sut thõn thit b theo ỏp sut th tớnh toỏn
- Dựng cụng thc (XIII.26-B) vi C3 = 1,8.10-3



[
Dt + ( S C3 ) ].P0 [1,4 + ( 0,01 0,0018
]
)
x1,36.106
=
=
) x0,95
2.( S C3 ) . h
2x( 0,01 0,0018

(II.41)

= 8,7.107 (N/m2).

<

C 240.106
=
= 2.108 (N/m8)
1,2
1,2

(II.42)

Do ú ỏy thựng bn.

Cù Chí Minh Lớp Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất dầu khí 25
K42
Trang