Лако-красочные материалы — производство

Хотя механическое проектирование валов для передачи мощности известно уже давно, в литературе имеется мало данных по вопросу проектирования валов мешалок. Применяются два типа валов — сплошные и полые. Прочность на изгиб и на кручение полого вала не намного меньше, чем сплошного, ввиду того, что напряжения вос­принимают главным образом наружные «волокна» вала.

Существенным элементом при выборе варианта сплошного или полого вала является материал, из которого он изготавливается. Если конструкционным материалом является обычная углеродистая сталь, чаще всего изготавливается сплошной вал; если же из-за действия коррозионной среды приходится применять кислотоупор­ную сталь, вал делают полым, вследствие чего достигается значи­тельная экономия средств.

Расчет вала включает определение его диаметра с учетом переда­ваемой мощности и проверку того, не вращается ли вал со ско­ростью, приближающейся к критической. Расчет диаметра вала относительно прост. Труднее определить его критическую скорость. В результате неточной балансировки системы вал—ротор (в случае вертикального его расположения), а также ввиду изгиба оси вала под действием собственного веса (в случае горизонтального или наклон­ного его расположения) во время вращения вала возникает центро­бежная сила, обусловливающая динамический прогиб, который суммируется со статическим отклонением центра тяжести системы. При повышении скорости вращения центробежная сила, а следова­тельно, и прогиб возрастают. Скорость вращения, при которой теоре­тический прогиб вала был бы бесконечно большим, называется кри­тической скоростью вращения. При этой скорости изгибные колеба­ния вала находятся в резонансе с его собственными колебаниями. После превышения этой скорости снова наступает равномерная работа вала. Для «невесомого» вала с насаженной на него мешалкой определенного веса существует одна критическая скорость вращения, для действительных валов с насаженными на них мешалками суще­ствуют критические скорости высшего порядка, причем амплитуды отклонений уже значительно меньше. Критическая скорость зависит от длины и прямолинейности вала, его веса и веса роторов. Сущест­венным фактором является также взаимная пропорция между дли­ной той части вала, которая находится между подшипниками, и консольной части, которая не поддерживается подшипниками, а также расстоянием между мешалками на валу. Критическая же ско­рость не зависит от расположения вала.

Мильченко и др. [17] предложили способ расчета критического числа оборотов вала для различных способов его крепления. По данным этих авторов, критическую угловую скорость вала с одной мешалкой (без учета типа мешалки, влияния сосуда, а также вяз­кости и плотности перемешиваемой жидкости) можно рассчитать по уравнению:

(Г1-3)

Где со0 — критическая угловая скорость, рад/с; L — общая длина вала, м; Е — модуль упругости материала, из которого изготовлен вал, Па; / — момент инерции площади сечения* вала, м4; т — мас­са 1 м длины вала, кг/м.

Коэффициент а в уравнении (II-3) зависит от отношения массы мешалки к массе вала М[тЬ и отношения длин IJL:

(П-4)

Где М — масса мешалки, кг; — длина вала между мешалкой и подшипником или креплением вала, м.

Графическое изображение функции (II-4), приведенное назван­ными авторами, для разных значений а = IJL, К = М/тЬ и раз­личных способов крепления вала дано на рис. II-41.

Авторы работы [17] исследовали влияние перемешиваемой жидкости и размеров мешалки и сосуда на критическое число обо­ротов. Результаты этих исследований были обобщены в виде двух

2,0 3,0 4,0 5,0 ‘ 0 1,0 2,0 3,0 4,0 50

О 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 ‘0 1,0 2,0 3,0 4,0 5fi

Л К

Рис. 11-41. Зависимость а = / (а, к) для различных видов крепления вала.

Уравнений, позволяющих рассчитывать критическую угловую ско­рость:

Для турбинных мешалок закрытого типа:

Ц 0,7 / D ,9-]-y2

—^ = 1 — f 0,025 . , V п 0)0 L V 4W / V D

Для пропеллерных мешалок с тремя лопастями:

Берт [4], Хессе [9] и Канторович [11] приводят много цифро­вых данных, относящихся к максимальной длине вала и критичес­кому числу оборотов для отдельных мешалок. В табл. II-2 приве­дены данные Канторовича, касающиеся переносных пропеллерных мешалок с зубчатой передачей.

Низкооборотные мешалки, например лопастные, обычно рабо­тают в диапазоне 50—70% от критических оборотов, а высокообо­ротные, например пропеллерные и турбинные, — в диапазоне >• >-130% от критических оборотов.

Большое значение для правильной работы вала имеет его прямолиней­ность. Принято считать, что перекос валов, работающих в рекомендуемых диапазонах скоростей не должен пре­вышать 0,5 мм/м, а для валов, работа­ющих при скоростях, приближающихся к критическим, — 0,08 мм/м.

Если по соображениям, связан­ным с критическим числом оборотов, Рис. 11-42. Турбинная мешалка длина вала должна быть выше допу — со стабилизирующим кольцом, стимой, устанавливаются дополни­тельные стабилизаторы (в виде крыльев или кольца), прикре­пленные непосредственно к мешалке (рис. II-42). Кольцо может крепиться и с помощью спиц или отдельной ступицы прямо на валу вблизи мешалки. Практикуется также установка дополнительных опор на дне аппарата (рис. 11-43) или в верхней его части. Наиболее простым решением, при отсутствии осложнений, является нижнее

(см. рис. 11-50) или боковое (см. рис. II-49) расположение привода, что позволяет значительно сократить длину вала. Недостатком этого метода являются конструктивные трудности при уплотнении вала.

Рис. II-43. Способы установки опор для вала на дне аппарата с мешалкой.