Методологія конструкційного розрахунку ферментерів під спільною дією декількох видів навантажень

Abstract

У статті запропоновано методологію автоматизованого конструктивного розрахунку ємнісного апарата, який знаходиться під спільною дією декількох видів навантажень. Проведено статичний аналіз дії тиску, осьової сили, згинального моменту та розподіленої поперечної сили. Для модельної ємності із заданими габаритними розмірами й особливостями елементів конструкції, враховуючи фізичні властивості матеріалу, з якого вона виготовлена та параметри технологічного процесу, було проведено комп’ютерний розрахунок у середовищі SolidWorks. Метою розрахунку було визначення оптимальних геометричних параметрів ємності, підбір матеріалу, необхідність її зміцнення за рахунок підвищення жорсткості конструкції. Проаналізовано ефективність використання різних технічних рішень для підвищення міцності та жорсткості конструкції. Для підвищення міцності і стійкості ємнісного обладнання запропоновано використання таких технічних рішень: по-перше, класичний підхід, реалізований у встановленні поперечних кілець жорсткості; по-друге, використання тороїдального і плоского переходу для зварювання із сорочкою; по-третє, використання повздовжніх ребер жорсткості. Крім того, аналізувався вплив на міцність і стійкість елемента обладнання при прикріпленні до нього еліптичного днища та кришки з відбортовкою шляхом зварювання. Конфігурація та кількість додаткових елементів жорсткості підбиралися шляхом оптимізації конструкції в середовищі SolidWorks. Усі ці рішення давали позитивні результати з різною ефективністю, однак необхідне рішення повинно вибиратись з урахуванням конкретної ситуації, особливостей і специфіки технологічного процесу. Надано рекомендації щодо використання конкретних технічних реалізацій. Матеріали представленого дослідження можуть бути використані як посібник у практичній діяльності інженерів конструкторів і в навчальному процесі, при проектуванні ємнісного обладнання різних типорозмірів і продуктивності. In the article the methodology of automated constructive calculation of capacitive device, which is under the joint action of several types of loads, is proposed. A static analysis of the effect of pressure, axial force, bending moment and distributed transverse force was carried out. For modeling device with given overall dimensions and features of structural elements, taking into account the physical properties of the material from which it was made and the parameters of the technological process, a computer calculation was made in the SolidWorks. The purpose of the calculation was to determine the optimal geometric parameters of the device, the selection of material, the need to strengthen it due to increase rigidity of the design. The efficiency of using various technical solutions for increasing durability and stiffness of the structure is analyzed. The following technical solutions were proposed to increase the strength and stability of the capacitive equipment: firstly, the classical approach, implemented during the installation of transverse rigid rings; and secondly, the use of a toroidal and flat transition to weld a shirt; and thirdly, the use of longitudinal stiffness ribs. In addition, the impact on the strength and stability of the elements of equipment, with the attachment of an elliptical bottom and a cover, is analyzed. The configuration and the number of additional hardness elements are selected by optimizing design in the SolidWorks medium. All these solutions have yielded positive results with different efficiency, but the use of a specific solution should be selected, based on the specific situation and features of the technological process. Recommendations on the use of specific technical implementations were given. The materials of the presented research can be used as a guide in the practical activity of design engineers and in the educational process when designing capacitive equipment of different sizes and productivity.