ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Конструкции элементов приводов механических мешалок

В аппаратах наиболее популярных конструкций привод осуществляется непосредственно от электро­двигателя через редуктор или клиноременную пере­дачу. Приводы мешалок обычно устанавливают на крышках аппаратов. Если аппарат футерован и вибра­ции недопустимы, то привод укрепляют над крышкой аппарата на специально изготовленной раме или кронштейне. Если на крышке сосуда или над ней мес­та недостаточно, то привод располагают под сосудом. Это уменьшает необходимую длину вала, однако тре­бует установки комплекса уплотнений, исключающе­го утечки рабочей среды при вращении вала.

Кроме электродвигателя и передаточного меха­низма, привод включает: опорные стойки; вал, на ко­тором устанавливаются мешалки, и его опоры (под­шипники); устройства крепления мешалок на валу; муфты, соединяющие вал мешалок с валом переда­точного механизма (и части составных валов между собой); уплотнения вала в месте его прохода через крышку аппарата, см. рисунок 1.11.

Стойки отливают из чугуна или сваривают из углеродистой стали. Они представляют собой цилиндры или усеченные конусы, снабженные присоединительными фланцами. Во фланцах обычно размещают опорные подшипники вала мешалки. В обечайках стоек делают вырезы для удобства монтажа и демонтажа.

Валы перемешивающих устройств подраз­деляются на консольные, опоры которых распо­ложены вне аппарата, и однопролетные, нижняя опора которых устанавливается на днище аппа­рата, см. рисунок 1.12. Роль верхней опоры ва­
лов обоих типов играет неподвижный подшипник качения, установленный в стойке. Нижняя опора консольного вала выполняется подвижной в осевом направ­лении (подшипник качения сфери­ческий или с подвижным внутрен­ним кольцом, установленный в стойке, либо внутри уплотнения). Нижней опорой однопролетного вала является подшипник скольже­ния, см. рисунок 1.13 .

Концевые подшипники одно­пролетных валов невозможно сма­зывать, поэтому их конструкция должна обеспечивать смазку рабо­чей средой, не допуская ее загрязне­ния. Их втулки обычно изготавли­вают из фторопласта, капрона или текстолита, остальные детали - из коррозионно-стойких сталей. Для компенсации динамического проги­ба вала могут применяться самоус­танавливающиеся подшипники.

Необходимый диаметр вала перемешивающего устройства ориентировочно можно определить по формуле:

d = 3M рк/ [ ^ кр ] .

Здесь Мрк = N/n - расчетный крутящий момент,

[ ткр] - допускаемое напряжение кручения для мате­риала вала (легированная сталь или титановый сплав),

N - мощность перемешивания, n - частота вращения вала, 1/с.

Более точно пригодность выбранного вала опреде­ляют расчетом на виброустойчивость, жесткость и проч­ность согласно руководящему документу РДРТМ 26-01­72-82. Расчет вала на виброустойчивость сводится к про­верке допустимости отношения заданной угловой скоро­сти вала к критической, определяемой частотой его соб­ственных колебаний. Расчет на жесткость заключается в определении суммарных динамических смещений вала в опасных по жесткости сечениях (обычно в опорах и уп­лотнениях). Расчет на прочность состоит в определении эквивалентных напряжений в опасных по прочности се­чениях и сравнении с допускаемыми.

Более распространены консольные валы, однако с увеличением длины консоли увеличиваются динамиче­
ские смещения, являющиеся следствием динамических нагрузок на вал от переме­шиваемой среды. Особенно велика опасность динамических смещений, разрушаю­щих подшипники и уплотнения, если вал не отбалансирован и в подшипниковых опорах имеется люфт 5. В этом случае, см. рисунок 1.14, отклонение нижней точки вала от оси вращения можно определить из подобия треугольников: S = 5-L/2-1, т. е. величина колебаний вала зависит от величины люфта 5 и отношения L/l.

Если не удается обеспечить выполнение условий виброустойчивости или жест­кости консольного вала, то принимается решение об использовании однопролетно­го. Иногда, при больших частотах вращения, значительной массе вала и мешалок используют комбинированную схему вала - с двумя подшипниками качения в стой­ке и концевым подшипником скольжения.

Большинство мешалок представляют собой ступицу, к которой крепятся лопа­сти (сваркой или резьбовыми крепежными изделиями). Ступицы крепятся к валу с

помощью шпонок и стопор­ных устройств, препятст­вующих осевому смещению: при установке мешалки в середине вала ступицу закре­пляют стопорными винтами, а на конце - либо прорезной гайкой со шлицем (рисунок 1.15), либо разрезной шай­бой, половинки которой вхо­дят в прорезь на конце вала и крепятся к ступице винтами. При конструировании мешалок учитываются условия их монтажа. Если аппарат небольшой (диаметром

1.2 м и менее), то вал и мешалки должны иметь минимум разъемных соединений, соби­раться совместно с крышкой аппарата и уста­навливаться вместе с ней. Мешалки крупнога­баритных аппаратов целесообразно делать разъемными - из частей таких размеров, кото­рые можно пронести через лаз аппарата.

Это дает возможность разбирать мешалку при ремонтных и монтажных работах, не сни­мая крышку и привод. Мешалки цельносвар­ных аппаратов обязательно должны быть раз­борными.

Конструкция муфты, которую следует использовать для соединения вала привода с валом перемешивающего устройства, зависит от числа внешних опор и необходимой часто­ты вращения вала мешалки. Продольно­разъемные муфты, см. рисунок 1.16, приме­
няют при одной внешней опоре вала перемешивающего устройства, а также для соединения частей составных валов при любом числе промежуточных опор. На кольцевые проточки, выполненные на концах соединяемых валов, надевается раз­резное кольцо, половинки которого соединены кольцевыми пружинами. Кольцо помещается в корпус муфты, который имеет форму двустороннего конуса, разре­занного по вертикали. Половинки корпуса устанавливаются на валах с помощью шпонок. Жесткое соосное соединение валов образуется после затяжки шпилек на­кидных фланцев, одетых на конусные концы корпуса муфты.

Для соединения выходного вала редуктора с валом перемешивающего устрой­ства или его частью при двух внешних опорах применяют фланцевые, зубчатые и

втулочно-пальцсвыс муфты. Фланцевые муфты (рисунок 1.17) применяются при частотах вращения валов n < 125 об/мин. Они соединяют валы жестко по оси с помощью шпонок и стяж­ных шпилек. При небольших диаметрах валов (до 80 мм) и n < 80 1/мин используют фланце­вые муфты с выступом и впа­диной (рисунок 1.17б). Они состоят из двух втулок, устанавливаемых на валы с по­мощью шпонок и стопорных винтов. Одна втулка имеет прямоугольный выступ, а вторая - впадину соответствующих размеров. Иногда между двумя втулками с впа­динами помещают вкладыш с двумя выступами. Преимуществом такой конструк­ции является простота и надежность, а также возможность компенсации небольшой несоосности валов, радиальных биений их концов.

Зубчатые муфты (рисунок 1.18), которые передают крутящий момент, но не со-

единяют валы жестко по оси, применяются при n < 250 об/мин. Муфта состоит из зубчатой обоймы, укрепленной на валу редуктора шпонкой и стопорным винтом, и
зубчатой втулки, посаженной на вал перемешивающего устройства с помощью шпонки. Зубья втулки входят во впадины обоймы.

В более скоростных приводах используют втулочно-пальцевые муфты (рису­нок 1.19). Упругие втулки, надеваемые на отъемные пальцы, компенсируют не­большую несоосность валов и смягчают удары.

Уплотнения служат для герметизации аппаратов в месте прохода вала пере­мешивающего устройства через крышку. В зависимости от физико-химических ха­рактеристик перемешиваемых сред, требований производственной санитарии, тех­ники безопасности и пожарной безопасности аппараты комплектуются сальниковы­ми, торцовыми и манжетными уплотнениями, гидрозатворами или имеют герметич­ный привод.

Нормалями НИИХИММАШа рекомендуется к изготовлению сальниковое

уплотнение, состоящее из корпу­са, нажимной втулки, набивки, опорного и упорного кольца (грундбуксы) и охлаждающей рубашки (рисунок 1.20). В сере­дине слоя набивки имеется сма­зочное кольцо (фонарь) для рав­номерной подачи смазки по пери­метру вала. Нажимная втулка и грундбукса обычно изготавлива­ются из чугуна, корпус - из стали. Зазор между валом и нажимной втулкой составляет 1М.5 мм, ме­жду валом и грундбуксой - 0.5^0.75 мм. При отсутствии зазо­ра грундбуксу изготавливают из бронзы. Иногда сальник одновременно является опорой вала (подшипником сколь­жения). Тогда нажимная втулка снабжается устройством для подачи и распределе­ния смазки, изготавливается из бронзы или имеет бронзовый вкладыш, зазор между втулкой и валом соответствует посадке скольжения. Для увеличения радиального усилия прижатия набивки к валу нижняя поверхность нажимной втулки и верхняя поверхность грундбуксы делаются конусными.

В качестве набивок чаще всего используются ФУМ, плетеный асбестовый шнур (сухой, пропитанный графитом, тальком или фторопластовой суспензией, с медной или алюминиевой проволокой внутри), просаленные хлопчатобумажные и пеньковые шнуры, войлочные кольца. С точки зрения химической стойкости и ко­эффициента трения лучшей набивкой является ФУМ, однако его применение огра­ничивает высокая твердость (при затяжке сальника требуются большие усилия) и высокая стоимость.

Сальниковые уплотнения применяются при давлениях в аппарате 0.6^4 МПа, пропитанные набивки используются при температурах до 100 оС, ФУМ - до 250 оС,
сухие асбестовые - до 400 оС. Допустимые скорости вращения валов - от 5 до 350 об/мин. Сальники не рекомендуют применять в случаях, когда аппарат работает под вакуумом, а также при обработке в нем ядовитых и взрывоопасных веществ.

Потери мощности на трение в сальнике

Np » 0.025-n-d 2-рср-і’-К,

где n - частота вращения вала, d - его диаметр, рср - давление в аппарате,

К - коэффициент, зависящий от отношения высоты набивки h к ее ширине s:

В торцовых уплотнениях герметичность достигается за счет плотного

поджатия в осевом направлении двух ко­лец: подвижного и неподвижного. По­верхности колец чаще всего плоские, но мо­гут быть сферически­ми или конусными. Чистота обработки поверхностей - V10 ^V12. Ширина пояска трения не должна пре­восходить 6^8 мм. Для уплотнения валов ап­паратов с мешалками наиболее часто при­меняются внешние торцовые уплотнения: одинарные типа ТС

(рисунок 1.21) и двойные типа ТД и ТДП. Поверхности трения опорных колец этих уплотнений изготавливают из хромистых сталей, уплотнительных - из углеграфита, бронзы. Их применяют в аппаратах, работающих при остаточном давлении до 0.0027 и при избыточном до 1.6 МПа, температурах от -20 до 250 оС. В уплотнении типа ТС подвижным является опорное кольцо, укрепляемое на валу с помощью во­дила. Неподвижное уплотнительное кольцо соединено с сильфоном, который играет роль предварительного бесконтактного уплотнения и компенсатора биений вала. Сильфон изготавливают из фторопласта или нержавеющей стали. Сила прижатия колец регулируется тягами с пружинами. Смазку и охлаждение колец производят проточной водой.

В уплотнениях ТД и ТДП вращаются два уплотнительных кольца, соединен­ные пружинами и посаженные на вал с помощью общей втулки. Неподвижные

опорные кольца вставляются в проточки корпу­са уплотнения. Уплотнение типа ТДП отличает­ся от ТД тем, что в крышке его корпуса уста­новлен нижний опорный подшипник вала.

Преимущества торцовых уплотнений пе­ред сальниковыми: меньшие утечки рабочей среды, отсутствие подсоса воздуха при работе под вакуумом, меньшие (на порядок) потери мощности, отсутствие необходимости в обслу­живании, малая чувствительность к биениям вала. Недостатки: высокая стоимость, слож­ность монтажа и ремонта.

Манжетные уплотнения применяют в ап­паратах, работающих при атмосферном дав­лении (под налив) и температурах перемеши­ваемой среды до 120 оС. Конструктивно это стальной диск, укрепленный на болтах над от­верстием крышки, в кольцевую проточку которо­го устанавливается стандартная армированная манжета (см. рисунок 1.22).

Гидрозатворы также применяются в аппара­тах, работающих при атмосферном давлении для предотвращения контакта газовой среды, запол­няющей аппарат, с атмосферой. Гидрозатвор (ри­сунок 1.23) представляет собой неподвижный цилиндрический стакан, приваренный к присое­динительному фланцу, между двойными стенка­ми которого вставляется цилиндрический кол­пак, закрепленный на валу мешалки с помощью водила и втулки. Стакан заполняют затворной жидкостью так, чтобы ее уровень был выше нижнего края колпака. Выбор запирающей жид­кости обусловлен свойствами перемешиваемой

среды.