CC BY
5
УДК 531
DOI: 10.17277/vestnik.2021.03 .pp.415-427
К ВОПРОСУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАРОМЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА
111 2 С. И. Лазарев , О. В. Ломакина , В. Е. Буланов , И. В. Хорохорина
Кафедры: «Механика и инженерная графика» (1); lomakinaolga@mail.ru; «Природопользование и защита окружающей среды» (2), ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия
Ключевые слова: мембранный аппарат; напряженно-деформированное состояние; прочностные характеристики; расчетная схема; горообразные пластины.
Аннотация: Рассмотрены работы по методам расчета конструктивно-технологических параметров, проектированию мембранного оборудования, исследованиям технологических особенностей мембранных устройств, подбору расчетных схем, методов расчета на прочность и жесткость. Разработана методика расчета механических нагрузок и определения толщины пластин и торообразных оболочек мембранного аппарата комбинированного типа, позволяющая оценить прочностные свойства аппаратов данного класса. Приведен пример расчета, позволяющий оценить адекватность применения данной методики к аппаратам комбинированного типа.
Введение
За последние 25 лет развитие мембранной технологии значительно ускорилось. Усовершенствованию установок и аппаратов мембранного вида посвящено немало работ. Так, в работе [1] спроектирована, построена и испытана оригинальная лабораторная установка планарной геометрии мембранной дистилляции для будущего соединения с солнечной энергией. Несмотря на концептуальную простоту, оригинальная геометрия разработана для того, чтобы обеспечить многоступенчатую компоновку, компактность, внутреннюю рекуперацию тепла и возможную интеграцию с полимерным теплообменником для окончательного нагрева рассола с помощью солнечной энергии или отработанного тепла. Кроме того, исследовано влияние свободного воздушного зазора, проницаемого зазора и частичного вакуумного расположения воздушных зазоров.
Авторы в работе [2] предлагают метод многокритериальной оптимизации для определения режимных и геометрических параметров газоструйных аппаратов, приводят результаты расчетов двухступенчатой установки.
В статье [3] на основе концепции создания в аппарате направленного движения материальных потоков рассмотрена возможность интенсификации процессов смешивания сыпучих материалов за счет оптимизации конструкции аппарата. Приведены результаты экспериментальных исследований на модели центробежного смесителя с ротором в виде полого усеченного конуса с волнообразной верхней кромкой. Показано, что модернизация ротора обеспечивает повышение эффективности процесса смешивания в пересекающихся потоках сыпучего материала, позволяя повысить сглаживающую способность аппарата и интенсивность смешивания без дополнительных затрат энергии.
В статье [4] рассматриваются последние разработки по усовершенствованию конструкции мембранного модуля с помощью технологии 3Б-печати. В настоящее время существуют стандарты проектирования и расчета прочности аппаратов высокого давления. Работа [5] содержит общую характеристику разработанных стандартов, рассматривает их структуру, подходы, методы расчета и проектирования, а также основные отличия от предыдущих нормативных документов. Авторы в [6] рассматривают вопросы, связанные с расчетом времени выделения пермеата из разделяемой системы при работе баромембранной установки с наиболее распространенным замкнутым контуром циркуляции. Инженерная методика расчета оптимальных конструктивных параметров фланца электробаромем-бранного аппарата плоскокамерного типа показана в статье [7]. В работах [8 - 10] представлена конструкция электробаромембранного аппарата трубчатого типа для очистки технологических растворов, предложены модифицированные уравнения для теоретического расчета и прогнозирования производительности и качества процесса электронанофильтрации. Анализу напряженно-деформированного состояния, учитывающего преобразование формы конструкции путем складывания повторяющихся фрагментов в плоскости наименьшей жесткости, посвящена статья [11]. Также для анализа и моделирования напряженно-деформированного состояния различных элементов аппаратов часто прибегают к методу конечных элементов. Так, в работе [14] смоделирован процесс взаимодействия абразивной частицы и поверхности детали, проанализировано ее напряженно-деформированное состояние. Представлены результаты численных экспериментов, которые позволили установить, как распределяются эквивалентные пластические деформации при глубинах внедрения конуса 0,01 и 0,05 мм. Таким образом, авторы занимаются вопросами исследования технологических особенностей таких устройств, подбором расчетных схем, методов расчета на прочность и жесткость. В данной работе предложено оптимизировать конструкцию в целях снижения материальных затрат.
Выполненный обзор источников [1 - 11] по методам расчета конструктивно-технологических параметров и проектирования мембранного оборудования, позволил сформулировать цель работы - разработать перспективную конструкцию аппарата комбинированного типа, определить механические нагрузки на его части, выработать рекомендации по проектированию. Элементы конструкции аппарата (в первую очередь несущие крышки) должны удовлетворять не только требованиям эффективности и качества разделения и очистки растворов, но и условиям безопасной эксплуатации [12, 13]. Поэтому проектирование крышек аппаратов должно проводиться исходя из оптимальных конструктивных размеров (толщин круглых пластин, тороидальных оболочек и опорных колец).
Материалы и методы
Базовыми элементами корпуса данного аппарата являются верхняя и нижняя крышки. Они соединены между собой замковым байонетным кольцом (рис. 1). Исходя из того что крышки имеют одинаковые геометрические размеры, а их на-гружение различается только на величину собственного веса, рассматривать будем лишь одну - верхнюю, расчетная схема которой представлена на рис. 2. Верхняя крышка находится под воздействием давления на круглую пластину со стороны плоскокамерного модуля и стенку торообразной оболочки со стороны трубчатого модуля. Показываем неизвестные внутренние усилия в сечениях: А-А (сопряжение оболочки и круглой пластины), В-В (оболочки и кольца), продольную силу Тмв, поперечные силы QA, , изгибающие моменты МА.
Рис. 1. Конструкция баромембранного аппарата:
1,2- крышки нижняя и верхняя соответственно; 3 - кольцо замковое байонетное; 4, 5 - плоскокамерный и трубчатый модули соответственно; 6 - уплотнение; 7 - входной и выходной патрубки
Рис. 2. Расчетная схема крышки
Данные усилия распределены по окружности и, за исключением Тмв, являются неизвестными. Они могут быть найдены из условия совместности деформаций.
Введем обозначения: N6, , О, МА - усилия, обусловленные действием давления р и осевой силы Я, а, г0 - радиусы меридионального сечения тора, его круговой оси и круглой пластины соответственно; ^ = рдпг0 - осевая сила 9 = 01; 9о - угол в месте сопряжения торообразной оболочки и круглой пластины; 6 - переменный угол сечения оболочки; Фв - угол поворота кольца; Е, V - модуль упругости материала оболочки и коэффициент Пуассона; - угол поворота пластины; Й2, % - толщины оболочки и кольца соответственно; ро - давление
- цилиндриче-
£ к „ Ек1
на пластину; с,в - радиальное перемещение кольца; Д = —/ \
12 (1 -V 2)
ская жесткость пластины; N = ркз(а + Я) + Ов(а + Я) - кольцевое тангенциальное усилие; М = Р(а + г3)2 - ТМв (а + Я)2 + Мв(а + Я) + Ов(а + Я)^ - кольцевой
в
изгибающий момент; F2 =
Ponro2 + Pn[(a + r)2 - r02 J
- осевое усилие, приходящееся
на кольцо при 6 = 90; а = R; Х = 6/12(1 -v2)(aß))3; ß = R; TMB
F
2
2n(a + R)
/1 = Й3Ы
a + r
2 I.
a + R
/3 _-^1n
h3 1nfa + r2
12 l a + R
- геометрические характеристики кольцевого
сечения.
Сечение А-А:
ua + an(ßA -QA) + a12(Ma -MA) = uА;
Сечение В-В:
»A + a12(ÖA -qa) + a22 (Ma -MA) _-»™, uв + au(Qe -ßB) + a12(Mв -MB)
»B + a12(QB - QB) + a22 (Mв -MB) = ФВ
(1)
(2)
где радиальные и угловые перемещения оболочки ua, ив, »A, »B в сечениях А-А и В-В, вызванные внутренним давлением p, определяются по формулам:
a(1 + asin8)( * * u _-—-();
Eh2
л/12(1 -v 2)
F{k 2nEh|
ф(е)Ке[-^ю(е)];
Ne*_ PR
2 + a sin e sin eo 2 + a sin eo 1+a sin e sin e 1+a sin e
F
__1-|^/mE[-^ro(e)J+-1)
2na sin e(1 +a sin e) 2na 1 +a sin e[ ro(e)
pR
1 +
sin eo 2 + a sin eo
a
sin2 e
F
F
! - x^(ey(e)/mE'[- Xra(e)J+^'(e)/mE
2ПГ1 sin2 e 2щ
:Me)+ffi-MeMe)
_ ffl(e) ю2(e) J
ßB _ Ne cose —sin2 e ■ i/mE[- xro(e)J+-L-. 1 e 2na(1 + a sine) m 1 J Xra(e)J
m e_-
1 F1h1X-[(ey(e)Re E'[-Xro(e)JJ^
д/4-V2)
М ф = Vм 0.
Оболочку можно считать длинной, если выполняется неравенство
3 0
Л
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
2
+
2
+
1
2
X
Для такого вида торообразной оболочки коэффициенты при М и О в уравнениях (1), (2) определяются по формулам:
a л , ( , . Q)2 , [Re V]2 + Vmhw'f 1 au = —Хю0'(1 + asin01) +----—---;
a RehWImhW~ImhWRe V Eh2
(8)
Vi^iT-V2) a(1 + a sin 01) Re h10Re У+Imh10 WJ,; (9)
Reh10ImhW~ImhWReh10' Eh|
a12 = 12(1 - v
(-V 2 ) [Re hw]2 + [Imhw]2 _L (10)
\ T U ' T i, Doi, ' и.3' ^ '
a22 = 12(1 -
;Xff>0' Reh10Imh10-Imh10 RehW Eh2 '
В справочнике [16] (табл. (1 - 5)) приведены значения функций Ф(6), ю(6), ю'(6), Яек1, Яек^, Яе [-Хю(6)], 1тЕ [-Хю(6)], 1тк1, !тк{. Данные зависимости будут справедливы для случая, когда А3 > 5. Их можно получить, используя метод асимптотического интегрирования [14].
Угловые и линейные перемещения кольца и круглой пластины могут быть выражены:
3Д =--Р0Г1-+_МА<Ц МПЛ = 0; (11)
А 8Д(1 + V) £\(1 + v) д
= +Фк3; (12)
в Е11 2
ФКБ = М ^
Е13
Определяя неизвестные усилия в точках сопряжения оболочки, пластины и кольца Мд, ОП, Мв, Ов, найдем напряжения и деформации в любом сечении
крышки:
- для круглой пластины:
=6Mp. (I4)
аф max 2 ; (14)
h1
h1
- для торообразной оболочки:
6Mr
—^ = ^ф max. (15)
= (u) + (p) = 6M0 +1 + 0,5asin0 pr\. = CT0 max 00 max = 1 + a sin0 h2;
(16)
a =CT(u) +CT(P) = M + РП (17)
^ф max ^ф max ^ф max ^2 h '
где a0pm)ax,аф^ - растягивающие напряжения, найденные по безмоментной теории; 00^^, оф^х - напряжения от изгиба.
Максимальные нормальные напряжения в кольце
max (a + R) (a + R) I3
Для наибольших напряжений и перемещений в торообразной оболочке используем формулы [15]:
- для случая 9* = 0
ст£ =CTV 2,15(1 - v2)13 а" ^р 23 + pR,
h2
9 ± 1'225
- в точке 9* = ±-
X
ст9 = ±CTv2,99(1 -v2)"а-ХрХ[(9*К(9*)] + ii0*^ PpR, (19)
1 + а sin 9* h2
Fo 2 2 2
гДе = —0J—;Fo = pnroo + poon(a -ro).
2ла«2
Рассчитать максимальное осевое перемещение в точке А (9 = 9j) и максимальный прогиб в центре пластины можно по формулам:
8 2 12(1 -v2)R3 f . (20)
8A = UXA = "3-3-F1; (20)
X3 4£A2a
„пл _ „ . (5 + v)P0r0 . MAr0 (21)
мК _ MXA + ~——ГТТГГ• (21)
(22)
tf + M дГр2 (1 + v)64£»! (1 + v)2£»!
Условие прочности выразим (IV теория)
IV I 2 2 2 г 1
Сэ = д/ст1 + + — — — — [ст] а условие жесткости
«х max — [ux ], (23)
где CTi, ^2, СТ3 - главные напряжения в опасных точках крышки; [ст] - допускаемое напряжение для материала крышки; [ux ] - допускаемый прогиб для крышки в осевом направлении.
Результаты исследования
Рассмотрим расчетную схему торообразной оболочки (рис. 3). Во время рабочего процесса аппарата действует рабочее давление po со стороны плоскокамерного модуля на круглую пластину, со стороны трубчатого модуля на стенки оболочки действует давление p, которое в своем максимальном значении составляет около трети от рабочего. Кроме зон закрепления оболочки, в которых возникают значительные напряжения, вызванные изгибным эффектом, учитывая тонкость оболочки (5/R < 1/20), можно принять, что напряжения, возникающие в оболочке, постоянны по толщине. В этом случае теория называется безмо-ментной.
Рис. 3. Расчетная схема торообразной оболочки:
а - общий вид оболочки; б - схема загружения элемента оболочки
Из оболочки (см. рис. 3, а) выделим двумя меридиональными плоскостями (то есть плоскостями, проходящими через ось вращения оболочки) с углом ёф между ними и двумя плоскостями, перпендикулярными оси тора АВ и СО, элемент ЛБСБ.
Нормальные напряжения, действующие по граням АС и ВО в направлении касательной к окружности, называются окружными напряжениями с^,; действующие по граням АВ и СО в меридиональном направлении - меридиональными напряжениями се. Кроме напряжений Сф и се на элемент оболочки перпендикулярно поверхности действует внутреннее избыточное давление р.
Уравнение, связывающее между собой данные величины, является основным в безмоментной теории оболочек и называется уравнением Лапласа
^ф+^e = Р r R 5'
(24)
где г - расстояние до оси вращения; 5 - толщина стенки тора.
Для рассматриваемой оболочки и при отсчете угла е от вертикальной оси в [13] предлагаются следующие формулы: - для наружной части тора (0° < е < 90°):
сте =
25
(a + R sin е)2 - a2 (a+r sin e)sin е
ф 5
í П • n\ (a + R sin e)2 - a2
(a + R sine))---
2R sin e
(25)
- для внутренней части тора (9о < 9 < 0°):
" ra2 - (a + R sine)2 251 (a + R sin e)|sin e|
ae =-
CTm = —
Ф 5
( n • м a2-(a + Rsine)2
(a + R sin e) +---—
2R sin e
(26)
Из условия статического равновесия оболочки, отсеченной цилиндрическим сечением радиуса а, учитывая, что кольцевые волокна при 9 = 0° не деформируются Сф = 0, а С9 может быть найдена по выражению
ст8 = ^ , (27)
о
для напряжений Сф предложена упрощенная формула
9
стф = pR sin—. (28)
ф 28
При проектном расчете с погрешностью до 5 % необходимая толщина горообразной оболочки может быть найдена: - по меридиональным напряжениям
8>rR; (29)
[ p]
по окружным напряжениям
8>Р^. (30)
Ф p]
Из полученных величин выбирают большее значение.
При этом для сосудов и аппаратов, работающих под избыточным давлением, стандарт1 рекомендует следующее условие прочности:
5 > Бр + С, (31)
где С - сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм; Бр - расчетная толщина стенки (в нашем случае Бр = 5).
Расчет круглой пластины с отверстием, нагруженной внутренним давлением, проводится по формулам (32) - (34). Расчетная толщина пластины
Б р = КК 0 (32)
Условие выполнения прочности пластины
Б > 51 р + С . (33)
Значение коэффициента К определяется в зависимости от вида соединения частей крышки и для данного варианта соответствует значениям:
Б — С
-< 0,5; К = 0,41;
Б1 — С
:СТП 10-04-02 Расчет на прочность сосудов и аппаратов. Том 1. Расчет на прочность вертикальных и горизонтальных аппаратов // ООО НТП «Трубопровод». - М., 2005. -190 с. - URL : http://gostrf.eom/normativ/1/4293842/4293842279.htm
£ - С £ — С'
> 0,5; К = 0,38.
Во всех случаях толщина круглой пластины должна быть больше или равна толщине торообразной части.
Значение коэффициента ослабления Кэ для пластин, имеющих одно отверстие:
К0 =
1 ё
1 + — +
Ор
Г , Л2
V р у
(34)
где ё - диаметр отверстия.
Если неравенство Б, — СО > 0,11 не выполняется, вводится поправочный коэффициент:
К р =
2,2
; К = 2,21+1 + (бБ1 — СО)2.
1 + , 1 + 1 б
— С
О
2
Заключение
Необходимо учитывать, что прочностные характеристики стеклопластика во многом более высокие, чем у стали. Предел прочности (для металлов - предел текучести), МПа, составляет для стали - 240, алюминия - 50...440, стеклопластика - 800.1 700 [17], при этом следует учитывать, что является связующим веществом. Им могут быть полиэфирные, фенол-формальдегидные, эпоксидные, крем-нийорганические смолы, полиамиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др. Выбор связующего вещества оказывает влияние на величину предела прочности стеклопластика.
Допускаемое избыточное внутреннее давление в торообразной части
[р] = И§^. (35)
К
Допускаемое давление на круглую пластину определяется по формуле
[р] = Г Т [а]. (36)
V кк0 о у 1 J
В дальнейшем рассчитанная величина допускаемого избыточного давления умножается на данный коэффициент.
Используя данные табл. 1, где дано сравнение физико-механических показателей различных материалов: ПА 6-210/310 ОСТ 6-06-С9-93 - полиамид марки ПА 6; ПА 66-ЛТ0-СВ30 - полиамид марки ПА 66; Ст3 - сталь марки Ст3; ГСП-8 ГОСТ 17478-95 - гранулированный стекловолокнит (ГСП), изготовленный на основе комплексных стеклянных нитей, пропитанных модифицированным фе-нолоформальдегидным связующим, проведем расчет толщин крышек (табл. 2). Во всех случаях к этим величинам добавляется величина С.
Таблица 1
Сравнение физико-механических показателей различных материалов
Материал
Показатель ПА 6-210/310 ОСТ 6-06-С9-93 ПА 66-ЛТ0-СВ30 Ст3 ГСП-8 ГОСТ 17478-95
Плотность материала, г/см3 1,13___1,14 1,36 7,8 1,85
Допускаемое напряжение, МПа:
при растяжении изгибе 50 60...70 100 190 125 140 80 160
Модуль нормальной упругости, ГПа 1,9...2,0 7,0 210 22,5
Ударная вязкость, кДж/м2 5,0 23 784 65
Таблица 2
Расчет толщин крышек
Давление, МПа Материал
ПА 6-210/310 0СТ6-06-С9-93 ПА 66-ЛТ0-СВ30 Ст3 ГСП-8 ГОСТ 17478-95
0,5 0,62/3,46 0,31/2,45 0,25/2,19 0,39/2,74
1 1,24/4,89 0,62/3,45 0,50/3,09 0,78/3,86
2 2,48/6,92 1,24/4,87 0,99/4,36 1,55/5,44
3 3,69/8,47 1,85/5,96 1,49/5,35 2,31/6,66
5 6,18/10,93 3,09/7,71 2,47/6,91 3,86/8,62
10 12,32/15,46 6,16/10,91 4,93/9,77 7,7/12,2
Примечание. В числителе приведены толщины тороидальной части, в знаменателе - круглой пластины._
Приведенная методика аналитического описания механического воздействия на элементы комбинированного аппарата и выполненный пример расчета горообразной оболочки и пластины позволяют оценить напряженно-деформированное состояние конструкции на прочность и жесткость. При нагружении комбинированного аппарата трансмембранным давлением позволило определить необходимые размеры оболочек и пластин для его проектирования и разработки.
Список литературы
1. Development of a Membrane Distillation Module for Solar Energy Seawater Desalination / A. Cipollina, M. G. Di Sparti, A. Tamburini, G. Micale // Chemical Engineering Research and Design. - 2012. - Vol. 90, Issue 12. - P. 2101 - 2121. doi:10.1016/j.cherd.2012.05.021
2. Многокритериальная оптимизация параметров газоструйных аппаратов / Т. А. Юсупов, В. М. Емельянов, А. М. Гумеров, А. И. Рудаков // Вестн. Казанского технологического ун-та. - 2003. - № 2. - С. 131 - 136.
3. Иванец, В. Н. Интенсификация процесса смешивания путем оптимизации конструкции аппарата / В. Н. Иванец, А. В. Сибиль // Изв. высш. учеб. заведений. Пищевая технология. - 2010. - № 4 (316). - С. 66-67.
4. The Potential to Enhance Membrane Module Design with 3D Printing Technology / J.-Y. Lee, W. S. Tan, J. An [et al.] // Journal of Membrane Science. -2016. - Vol. 499. - P. 480 - 490. doi:10.1016/j.memsci.2015.11.008
5. Volfson, B. New Russian National Standards on Pressure Vessel and Apparatus Design and Strength Calculation / B. Volfson // Proceedings of the ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Conference, 26 - 30 July, 2009, Prague, Czech Republic. -Prague, 2009. - Vol. 1. - P. 531 - 535. doi:10.1115/PVP2009-77840
6. Теоретические аспекты прогнозирования производительности баромем-бранных установок для разделения жидких полидисперсных систем / С. П. Бабе-нышев, С. А. Емельянов, В. Е. Жидков [и др.] // Научное обозрение. - 2012. -№ 5. - С. 468 - 470.
7. Кочетов, В. И. Оптимизация конструктивных параметров фланца электро-баромембранного аппарата плоскокамерного типа / В. И. Кочетов, В. Ю. Попов // Механики XXI веку. - 2012. - № 11. - С. 92 - 96.
8. Kovaleva, O. A. Development and Calculation of an Electrobaromembrane Apparatus for Purifying Process Solutions / O. A. Kovaleva, S. I. Lazarev, S. V. Kovalev // Chemical and Petroleum Engineering. - 2017. - Т. 53, № 1-2. -С. 21 - 25. doi: 10.1007/s10556-017-0287-9
9. Improved Design of an Electrobaromembrane Apparatus and Calculation of the Parameters of the Housing Chamber when Subjected to the Effect of Excess Pressure / V. I. Kochetov, S. I. Lazarev, S. V. Kovalev [et al.] // Chemical and Petroleum Engineering. - 2018. - Т. 54, № 1-2. - С. 82 - 86. doi: 10.1007/s10556-018-0443-x
10. Flat-Chamber Electrobaromembrane Apparatus with Improved Characteristics and its Calculation Method / S. I. Lazarev, S. V. Kovalev, O. A. Kovaleva [et al.] // Chemical and Petroleum Engineering. - 2019. - Т. 55, № 1-2. - С. 114 - 121. doi: 10.1007/s10556-019-00590-0
11. Gaydzhurov, P. P. Study of Stress-Strain States of a Regular Hinge-Rod Constructions with Kinematically Oriented Shape Change / P. P. Gaydzhurov, E. R. Iskhakova, N. G. Tsaritova // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2020. - Т. 16, № 1. - С. 38 - 47. doi: 10.22337/25879618-2020-16-1-38-47
12. Соловьев, А. Н. Метод конечных элементов в моделировании центробеж-но-ротационной обработки / А. Н. Соловьев, М. А. Тамаркин, Н. В. Тхо // Advanced Engineering Research. - 2019. - Т. 19, № 3. - С. 214 - 220. doi: 10.23947/1992-5980-2019-19-2-214-220
13. Бояршинов, С. В. Основы строительной механики машин : учеб. пособие / С. В. Бояршинов. - М. : Машиностроение, 1973. - 456 с.
14. Геворкян, Р. С. Асимптотические решения связанных динамических задач термоупругости для анизотропных в плане неоднородных тороидальных оболочек / Р. С. Геворкян // International Scientific and Practical Conference World Science. - 2016. - Vol. 1, No. 9 (13). - P. 14 - 29.
15. Легостаев, В. Л. Методика расчета торообразных оболочек по безмо-ментной и моментной теориям прочности / В. Л. Легостаев, Е. Д. Мордовин // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2007. - Т. 13, № 3. - С. 795 - 801.
16. Прочность, устойчивость, колебания : справ. : в 3 т. / Под общ. ред. И. А. Биргера, А. Я. Пановко. - М. : Машиностроение, 1968. - Т. 1. - 831 с.
17. Сравнительная характеристика свойств стеклопластика, стали и алюминиевых сплавов. - Текст : электронный // Аквапром : офиц. сайт. - URL : http://www.aquaprom24.ru/upload/shss-new.pdf (дата обращения: 22.03.2021).
To the Question of Designing Baromembrane Combined Type Apparatus
111 2 S. I. Lazarev , O. V. Lomakina , V. E. Bulanov , I. V. Khorokhorina
Departments of Mechanics and Engineering Graphics (1), lomakinaolga@mail.ru;
Nature Management and Environmental Protection (2), TSTU, Tambov, Russia
Keywords: membrane apparatus; stress-strain state; strength characteristics; calculation scheme; toroidal plates.
Abstract: The paper considers works on methods for calculating design and technological parameters, design of membrane equipment, research of technological features of membrane devices, selection of design schemes, methods for calculating strength and stiffness. A method has been developed for calculating mechanical loads and determining the thickness of plates and toroidal shells of a membrane apparatus of the combined type, which makes it possible to assess the strength properties of apparatus of this class. An example of a calculation, which makes it possible to assess the adequacy of the application of this technique to devices of the combined type, is given.
References
1. Cipollina A., Di Sparti M.G., Tamburini A., Micale G. Development of a Membrane Distillation Module for Solar Energy Seawater Desalination, Chemical Engineering Research and Design, 2012, vol. 90, issue 12, pp. 2101-2121, doi: 10.1016/j.cherd.2012.05.021
2. Yusupov T.A., Yemel'yanov V.M., Gumerov A.M., Rudakov A.I. [Multi-criteria optimization of the parameters of gas-jet devices], Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University], 2003, no. 2, pp. 131-136. (In Russ.)
3. Ivanets V.N., Sibil' A.V. [Intensification of the mixing process by optimizing the design of the apparatus], Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya [Proceedings of higher educational institutions. Food technology], 2010, no. 4 (316), pp. 66-67. (In Russ.)
4. Lee J.-Y., W. S. Tan, J. An [et al.] The Potential to Enhance Membrane Module Design with 3D Printing Technology, Journal of Membrane Science, 2016, vol. 499, pp. 480-490, doi:10.1016/j.memsci.2015.11.008
5. Volfson B. New Russian National Standards on Pressure Vessel and Apparatus Design and Strength Calculation, Proceedings of the ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Conference, 26 - 30 July, 2009, Prague, Czech Republic, 2009, vol. 1, pp. 531-535, doi:10.1115/PVP2009-77840
6. Babenyshev S.P., Yemel'yanov S.A., Zhidkov V.Ye., Mamay D.S., Utkin V.P. [Theoretical aspects of forecasting the performance of baromembrane installations for the separation of liquid polydisperse systems], Nauchnoye obozreniye [Scientific Review], 2012, no. 5, pp. 468-470. (In Russ., abstract in Eng.)
7. Kochetov V.I., Popov V.Yu. [Optimization of the design parameters of the flange of the flat-chamber electro-baromembrane apparatus], Mekhaniki XXI veku [Mechanics of the XXI century], 2012, no. 11, pp. 92-96. (In Russ.)
8. Kovaleva O.A., Lazarev S.I., Kovalev S.V. Development and Calculation of an Electrobaromembrane Apparatus for Purifying Process Solutions, Chemical and Petroleum Engineering, 2017, vol. 53, no. 1-2, pp. 21-25, doi: 10.1007/s10556-017-0287-9
9. Kochetov V.I., Lazarev S.I., Kovalev S.V., Kovaleva O.A., Strel'nikov A.E. Improved Design of an Electrobaromembrane Apparatus and Calculation of the Parameters of the Housing Chamber when Subjected to the Effect of Excess Pressure, Chemical and Petroleum Engineering, 2018, vol. 54, no. 1-2, pp. 82-86, doi: 10.1007/s10556-018-0443-x
10. Lazarev S.I., Kovalev S.V., Kovaleva O.A., Rodionov D.A., Lazarev D.S., Konovalov D.N. Flat-Chamber Electrobaromembrane Apparatus with Improved Characteristics and its Calculation Method, Chemical and Petroleum Engineering, 2019, vol. 55, no. 1-2, pp. 114-121, doi: 10.1007/s10556-019-00590-0
11. Gaydzhurov P.P., Iskhakova E.R., Tsaritova N.G. Study of Stress-Strain States of a Regular Hinge-Rod Constructions with Kinematically Oriented Shape Change, International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 2020, vol. 16, no. 1, pp. 38-47, doi: 10.22337/2587-9618-2020-16-1-38-47
12. Solov'yev A.N., Tamarkin M.A., Tkho N.V. [The finite element method in modeling centrifugal-rotary processing], Advanced Engineering Research, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 214-220, doi: 10.23947/1992-5980-2019-19-2-214-220 (In Russ.)
13. Boyarshinov S.V. Osnovy stroitel'noy mekhaniki mashin: uchebnoye posobiye [Fundamentals of building mechanics of machines: textbook], Moscow: Mashinostroyeniye, 1973, 456 p. (In Russ.)
14. Gevorkyan R.S. [Asymptotic solutions of coupled dynamic problems of thermoelasticity for anisotropic inhomogeneous toroidal shells], International Scientific and Practical Conference World Science, 2016, vol. 1, no. 9 (13), pp. 14-29. (In Russ.)
15. Legostayev V.L., Mordovin Ye.D. [Methodology for calculating toroidal shells by momentless and moment theories of strength], Transactions of the Tambov State Technical University, 2007, vol. 13, no. 3, pp. 795-801. (In Russ., abstract in Eng.)
16. Birger I.A., Panovko A.Ya. [Eds.] Prochnost', ustoychivost', kolebaniya: spravochnik: v 3 t. [Strength, stability, fluctuations: reference book: in 3 vols.], Moscow: Mashinostroyeniye, 1968, vol. 1, 831 p. (In Russ.)
17. http://www.aquaprom24.ru/upload/shss-new.pdf (accessed 22 March 2021).
Zur Frage der Gestaltung der Bar-Membranen-Kombigeräte
Zusammenfassung: Der Beitrag betrachtet Arbeiten zu Methoden der Berechnung von technologischen und Konstruktionsparametern, Konstruktion von Membrananlagen, Erforschung technologischer Eigenschaften von Membranvorrichtungen, Auswahl von Konstruktionsschemata, Methoden zur Berechnung von Festigkeit und Steifigkeit. Es ist ein Verfahren zur Berechnung mechanischer Belastungen und zur Bestimmung der Dicke von Platten und torusförmigen Schalen einer Membranvorrichtung des kombinierten Typs entwickelt, das es ermöglicht, die Festigkeitseigenschaften von Vorrichtungen dieser Klasse zu bewerten. Es wird ein Berechnungsbeispiel gegeben, das es ermöglicht, die Angemessenheit der Anwendung dieser Technik auf kombinierte Geräte zu bewerten.
Sur la question de la conception des appareils baromembranes du type combiné
Résumé: Sont examinés les travaux sur les méthodes du calcul des paramètres structurels et technologiques, la conception de l'équipement à membrane, les recherches sur les caractéristiques technologiques des dispositifs à membrane, la sélection des schémas de calcul, les méthodes du calcul de la résistance et de la rigidité. Est élaborée la méthode du calcul des charges mécaniques et de détermination de l'épaisseur des plaques et des enveloppes toriques de l'appareil à membrane du type combiné permettant d'évaluer les propriétés de résistance des appareils de cette classe. Est cité un exemple de calcul permettant d'évaluer l'adéquation de l'application de cette technique aux appareils du type combine.
Авторы: Лазарев Сергей Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Механика и инженерная графика»; Ломакина Ольга Владимировна - кандидат педагогических наук, доцент кафедры «Механика и инженерная графика»; Буланов Владимир Евгеньевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика и инженерная графика»; Хорохорина Ирина Владимировна - доктор технических наук, доцент кафедры «Природопользование и защита окружающей среды», ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия.
Рецензент: Селиванов Юрий Тимофеевич - доктор технических наук, доцент кафедры «Механика и инженерная графика», ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов, Россия.
