小型攪拌器的設(shè)計(jì)

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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè)1 緒 論1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的目的、意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的目的、意義化工反應(yīng)中攪拌器的目的是借助攪拌器的作用使化工生產(chǎn)中的液體充分混合，以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進(jìn)行。該設(shè)備可以代替手動(dòng)攪拌對(duì)人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在化工生產(chǎn)應(yīng)用比較廣泛。本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)小型攪拌器，容積在 500 升左右，工作平穩(wěn)靈活，使用方便。本題目主要涉及化工生產(chǎn)中攪拌器的設(shè)備設(shè)計(jì)，主要解決的問題是化工生產(chǎn)中該設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括：攪拌器的選擇、電動(dòng)機(jī)及減速器的選型、支撐裝置的設(shè)計(jì)、軸的選擇及密封設(shè)置、攪拌容器的設(shè)計(jì)，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。1.1.2 攪拌器的發(fā)展史及現(xiàn)狀攪拌混合設(shè)備是一種應(yīng)用廣泛、品種繁多的流體機(jī)械產(chǎn)品，適用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品和飼料等領(lǐng)域。攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，它的原理涉及流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)等多種過程，而攪拌器是為了使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動(dòng)場(chǎng)而向其輸入機(jī)械能量的裝置。因此攪拌器也叫做Mixer，或叫做 Agitator,Stirrer。廣義的攪拌還包括將固體微粒分散懸浮在溶液里面或?qū)⑷芤鹤兂删鶆虻娜榛?，因此它包括分散器和均質(zhì)機(jī)。某些攪拌器能產(chǎn)生極大的剪切力，以獲得細(xì)化的粒子比膠體磨大 10 倍以上的亞微米懸浮體，因此，可用于制造色拉醬、美容乳之類的精細(xì)食品和化學(xué)品。石化工業(yè)常用于聚氯乙烯合金、順丁橡膠合釜、反應(yīng)釜、汽提釜等統(tǒng)稱為攪拌容器（Agitatored Vessels，或 Stirred Vessels）。近年來，攪拌器和攪拌容器獲得飛速發(fā)展的同時(shí)，正面臨著滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器和攪拌容器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化。日立制作所自 1949 年生產(chǎn)攪拌反應(yīng)釜以來已為聚氯乙烯、對(duì)苯二甲酸、苯乙烯單體、聚丙烯等裝置生產(chǎn)了攪拌反應(yīng)釜近 4000 臺(tái)，容器的最大容量達(dá) 576m ，最大直徑達(dá) 7620 mm，圓筒黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè)部分最大長(zhǎng)度達(dá) 44380 mm，設(shè)計(jì)壓力最大 28 MPa，設(shè)計(jì)溫度最高 530 cI，電機(jī)最大功率達(dá) 1100 kW?；诠?jié)能的要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備平均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高了設(shè)備運(yùn)行壽命?；跐M足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實(shí)現(xiàn)了 CIP(就地清洗 )和 SIP(就地殺菌)，提高了自動(dòng)化水平，避免了人與產(chǎn)品的接觸，減少了人工操作和待機(jī)時(shí)間，大大提高了產(chǎn)品的衛(wèi)生水平。1.1.3 攪拌器的主要類型及其發(fā)展概況 根據(jù)攪拌器的形狀可以分成直葉漿式、開啟渦輪式、推進(jìn)式、圓盤渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等；根據(jù)不同液體的粘度可以分為低粘度液攪拌器、中高粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進(jìn)式葉輪，折葉漿式 (2～4 折葉)，6 直葉渦輪式，超級(jí)混合葉輪式 (HR]O0，HV200)等 ；中高粘度液攪拌器如：錨式、螺桿葉輪式，雙螺旋螺帶葉輪型，超混臺(tái)攪拌器 (MR205，305)等。為了達(dá)到成品高精度、高品質(zhì)化要求，國(guó)外，特別是日本開發(fā)了新型的攪拌裝置 ，以滿足高粘度產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。如倒圓錐形螺帶翼式攪拌器、超混合攪拌器、高性能浮動(dòng)攪拌槽、超振動(dòng) α 型攪拌器等。 在對(duì)物料的攪拌操作中，人們希望實(shí)現(xiàn)多種攪拌目的，因此了解各種攪拌器的特點(diǎn)，選擇適宜的葉輪型式，設(shè)計(jì)出符合流動(dòng)狀態(tài)特性的攪拌器是非常重要的。攪拌槽內(nèi)的液體進(jìn)行著三維流動(dòng)，為了區(qū)分?jǐn)嚢铦{葉排液的流向特點(diǎn)，根據(jù)主要排液方向，按圓柱坐標(biāo)把典型漿葉分成徑向流葉輪和軸向流葉輪 。齒片式、平葉漿式、直葉圓盤渦輪式和彎曲葉渦輪式在無擋板攪拌槽中除了使液體產(chǎn)生與葉輪一起回轉(zhuǎn)的周向流外，還由于葉輪的離心力是液體沿葉片向槽壁射出，形成強(qiáng) 大有力的徑向流，故稱這些葉輪為徑向流葉輪。徑向流葉輪攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)，將物料由軸向吸入再?gòu)较蚺懦?，葉輪功率消耗大，攪拌速度較快，剪切力強(qiáng)。如圖 1.1、圖 1.2 所示，是典型的徑向流葉輪型式。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè)圖 1.1 圖 1.2在湍流狀態(tài)下，推進(jìn)式葉輪除了產(chǎn)生周向流動(dòng)外，還產(chǎn)生大量軸向流動(dòng)，是典型的軸向流葉輪。折葉渦輪式葉輪與直葉圓盤渦輪和彎曲葉渦輪式葉輪相比，軸向流成分較多，多用于軸向流的場(chǎng)合。螺帶式和螺桿式葉輪使高粘度物料產(chǎn)生軸向流動(dòng)，也屬軸向流葉輪型式。軸向流葉輪攪拌器不存在分區(qū)循環(huán)，單位功率產(chǎn)生的流量大，剪切速率小且在漿葉附近較大范圍內(nèi)分布均勻，具有較強(qiáng)的最大防脫流能力。如圖 1.3、圖 1.4 所示，是典型的軸向流葉輪型式。圖 1.3 圖 1.4新型軸向流葉輪 在通常情況下，大量的攪拌設(shè)備用于低粘物系的混合和固一液懸浮操作，要求葉輪能以低的能耗提供高的軸向循環(huán)流量。由于傳統(tǒng)的推進(jìn)式葉輪葉片為復(fù)雜的立體曲面，雖能滿足要求，但制造卻很困難，亦不易大型化。因此競(jìng)相開發(fā)節(jié)能高效 、造價(jià)低廉且易于大型化的第二代高效軸流攪拌器成為混合設(shè)備公司的目標(biāo)。美國(guó)萊寧公司開發(fā)了 A310 和 A315 系列(如圖 1.5，圖 1.6 所示)。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè)圖 1.5 圖 1.6國(guó)內(nèi)如北京化工大學(xué)和華東理工大學(xué)等也分別開發(fā)了 CBY 軸流漿和翼型漿；中國(guó)石油化工學(xué)院的沈惠平教授等人還研制開發(fā)了一種新型高效易于加工的軸流式攪拌葉輪。它是一種空間扭曲板材型漿葉，從葉片端部看，它由許多相似的拱組成，與其所處半徑有關(guān)，且具有合理的葉片傾角、拱度及葉片寬度。新型攪拌混合設(shè)備 近年來歐洲和 Et 本開發(fā)了很多種適用于高粘和超高粘物系的臥式自清潔攪拌設(shè)備。瑞士臥式雙軸全相(AllPhase)型攪拌機(jī)就是典型的一例。如圖 1.7 所示。圖 1.7黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè)圖 1.8另外，北京燕山石油化工有限公司設(shè)計(jì)院針對(duì)在大直徑、低轉(zhuǎn)速、介質(zhì)較粘稠的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合式攪拌器，很好地解決了無法配備大功率的電機(jī)，存在制造、檢修 以及安裝的困難等問題。復(fù)合式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖 1.8 所示。 設(shè)備設(shè)計(jì)智能化的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)混合專家的經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)，將攪拌混合設(shè)備與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)中運(yùn)用人工智能技術(shù)(AJ)和基于知識(shí)的系統(tǒng)(KBS)，即實(shí)現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的智能化。如圖 1.9 所示，攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)采用總設(shè)計(jì)任務(wù)控制各階段設(shè)計(jì)分任務(wù)，分任務(wù)調(diào)度相應(yīng)的設(shè)計(jì)知識(shí)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)混合設(shè)備的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組織方法。通過仔細(xì)的分析、歸屬，用智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原型階段性地實(shí)現(xiàn)混合設(shè)備的設(shè)計(jì)過程，可以把其表示為一系列的設(shè)計(jì)過程的鏈?zhǔn)叫蛄小８麟A段相對(duì)獨(dú)立又相互連續(xù)，其中每一個(gè)設(shè)計(jì)階段都將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)傳遞給后繼設(shè)計(jì)過程 L6j。該系統(tǒng)從攪拌葉輪的選型、過程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)，到最終機(jī)械繪圖的全過程的都給出了智能化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。它可應(yīng)用于牛頓流體和非牛頓流體，液一液體系、固 一液體系和氣 一液體系，并且可以處理容積超過上百立方米的應(yīng)用體系。20 世紀(jì) 90 年代以來，有關(guān)攪拌設(shè)備選型和設(shè)計(jì)的專黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè)家系統(tǒng)在國(guó)外已有少量報(bào)道。如 1994 年美國(guó) Chemineer 公司報(bào)道了該公司有一個(gè)用于渦輪式攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)軟件 AgDesign，據(jù)稱該公司 90％頂伸人攪拌器的設(shè)備均已用此軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。芬蘭的 Lappeenranta 工業(yè)大學(xué)在1994 年發(fā)表了有關(guān)混合設(shè)備初步設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的論文。在國(guó)內(nèi)，浙江大學(xué)也正與大型石化企業(yè)合作開發(fā)攪拌槽式反應(yīng)器的智能化輔助選型和設(shè)計(jì)軟件。圖 1.9 混合設(shè)計(jì)智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)1.1.4 結(jié)束語 攪拌操作是工業(yè)反應(yīng)過程的重要環(huán)節(jié)，攪拌混合設(shè)備在化學(xué)工業(yè)中擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)要求有更高更好的攪拌混合技術(shù)，因此必須改進(jìn)傳統(tǒng)攪拌裝置、研制新型混合設(shè)備；同時(shí)使用 LDV、PIV 和 EPT 等先進(jìn)量測(cè)技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)，深入分析攪拌反應(yīng)器內(nèi)的流體流動(dòng)機(jī)理和微黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè)觀混合，安全和優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高過程效率性能和降低失敗風(fēng)險(xiǎn)，并最終提高反應(yīng)產(chǎn)率。在這些現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的推動(dòng)下，攪拌混合技術(shù)一定會(huì)向一個(gè)更新的階段發(fā)展。1.2 攪拌器的工作原理通常攪拌裝置由作為原動(dòng)機(jī)的馬達(dá)(電動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或液壓)，減速機(jī)與其輸出軸相連的攪拌抽，和安裝在攪拌軸上的葉輪組成 減速機(jī)體通過一個(gè)支架或底板與攪拌容器相連。當(dāng)容器內(nèi)部有壓力時(shí)，攪拌軸穿過底板進(jìn)入容器時(shí)應(yīng)有一個(gè)密封裝置，常用填料密封或機(jī)械密封。通常馬達(dá)與密封均外購(gòu)，研究的重點(diǎn)是葉輪。葉輪的攪拌作用表現(xiàn)為“泵送”和 渦流”，即產(chǎn)生流體速度和流體剪切，前者導(dǎo)至全容器中的回流，介質(zhì)易位，防止固體的沉淀并產(chǎn)生對(duì)換熱熱管束 (如果有)的沖刷；剪切是一種大回流中的微混合，可以打碎氣泡或不可溶的液滴，造成“均勻”。1.3 化工反應(yīng)中的攪拌設(shè)備根據(jù)攪拌器葉輪的形狀可以分成直葉槳式、開啟渦輪式、推進(jìn)式、圓盤渦輪式、錨式、螺帶式、螺旋式等}根據(jù)處理的掖體牯度不同可以分為低粘度液攪拌器。低粘度液攪拌器，如：三葉推進(jìn)式、折葉槳葉，6 直葉渦輪式、超級(jí)混合葉輪式 HR 100，HV 100 等；中高粘度液攪拌器如：錨式、螺桿葉輪式、雙螺旋螺帶葉輪型，MR 205，305 超混合攪拌器等等。1.4 化工攪拌器的適應(yīng)條件和構(gòu)造1.4.1 化工攪拌器的適應(yīng)條件攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運(yùn)用?；嚢杵鞯淖饔檬够どa(chǎn)中的液體充分混合，以滿足化學(xué)反應(yīng)能夠最大程度的進(jìn)行，該設(shè)備可以代替手動(dòng)攪拌對(duì)人體有毒或?qū)ζつw有傷害的化工原料減少對(duì)人體的危害，同時(shí)通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸加速攪拌，提高生產(chǎn)率。 攪拌加速傳熱和傳質(zhì)，在化工設(shè)備中廣泛運(yùn)用。攪拌的對(duì)象可以是液體 、固體和氣體，其中液體是必不可少的。最常見的液體是水，其粘度很低。液體也可能很粘，如黃油在室溫下可達(dá) l，000，000 cP。液體中如加入過多的固體，如泥沙，會(huì)失去流動(dòng)性，成為泥團(tuán)。這種物料也可攪拌，但不在本文敘述的范圍內(nèi)。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè)1.4.2 化工攪拌器的構(gòu)造化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類攪拌器由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。槳式攪拌器又可分為平直葉和折葉攪拌器兩種。這類攪拌器的結(jié)構(gòu)和加工都比較簡(jiǎn)單。攪拌器直徑 d 與釜徑 D 之 比 d／D 為 0．35～0．8，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度為 10～100r／min，為大型低速攪拌器，適用于低、中等粘度物料的混合及促進(jìn)傳熱，可溶固體的混合與溶解等場(chǎng)合。渦輪式攪拌器又可分為開啟渦輪式和圓盤渦輪式兩類，每類又可分為平直葉、折葉、后彎葉三種。渦輪式攪拌器外形結(jié)構(gòu)上與槳式攪拌器類似，只是葉片較多。攪拌器直徑 d 與釜徑 D 之比 d／D 為0．17～0．5，轉(zhuǎn)速為 30～500r／min。旋轉(zhuǎn)時(shí)有較高的局部剪切作用，能得到高分散度微團(tuán)，適用于氣液混合及液液混合或強(qiáng)烈攪拌的場(chǎng)合，常用于低中等粘度物料 (μ1.0125 Mpa。故封頭壁厚取 7mm 可以滿足穩(wěn)定性的要求。2.3.3 攪拌器功率的計(jì)算在計(jì)算功率之前，首先計(jì)算攪拌過程的雷諾準(zhǔn)數(shù)，計(jì)算公式為Re= （8）??2jnd黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè)已知 η=40 r／min，d j=0.42m，μ=0.3Pa.s，ρ=1500kg/m 3所以雷諾數(shù)Re=588。攪拌所需動(dòng)力為P= （9）1053dnNP?其中 Np 為動(dòng)力系數(shù)，利用 Rushton 的算圖，查得 Np=0.75，代入上式得P=4.4KW，所需電動(dòng)機(jī)的功率為 Pe=P/η=4.4KW，所以選擇 5.5KW 的電動(dòng)機(jī)就可滿足要求。3 攪拌軸的結(jié)構(gòu)及材料3.1 軸的結(jié)構(gòu)攪拌軸主要用來支承攪拌器的，并從減速器輸出軸取得動(dòng)力使攪拌器旋轉(zhuǎn)，達(dá)到攪拌的目的。因此，攪拌軸的結(jié)構(gòu)就是以這些要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。攪拌軸上端應(yīng)同減速器輸出軸相連。它們是通過聯(lián)軸器相聯(lián)接的，因此，攪拌軸上端必須復(fù)合聯(lián)軸器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求。軸上相應(yīng)的位置應(yīng)加工出同攪拌器相配合的結(jié)構(gòu)尺寸。目前常用的攪拌器大都采用平鍵、穿軸銷釘或穿軸螺釘固定。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè)圖 3.1 1—攪拌器 2—防銹螺母3.2 軸的材料攪拌器軸的材料通常選用 45 號(hào)鋼，還應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。同時(shí)由于化工反應(yīng)中有腐蝕，所以還要進(jìn)行防腐蝕處理。3.3 攪拌軸的計(jì)算攪拌軸的計(jì)算主要是確定軸的最小截面尺寸（軸徑），需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算或校核，驗(yàn)算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度等，以便保證攪拌軸能安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌軸的特點(diǎn)是細(xì)而長(zhǎng)，攪拌器設(shè)在軸的一端，軸受到扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向等組合載荷，其中以扭轉(zhuǎn)載荷為主。工程應(yīng)用中常用近似的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即假定軸只受到扭矩作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的辦法來補(bǔ)償其他載荷的影響。（1） 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是：max = （10）?PTWM由上式可知，只要知道了攪拌軸上所傳遞的扭矩 MT和軸材料的許用剪應(yīng)力[ ]?值后，就可求出軸的抗扭截面模量，即：WP= （11）???T已知 MT可由軸傳遞的功率 P 和轉(zhuǎn)速 n 求出，即： MT=9.55×106P/n （12）然后再根據(jù)抗扭截面模量 Wp 同軸徑 d 的關(guān)系求出攪拌軸的最小直徑。因?yàn)辄S河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè)Wp= （13）163d?將（12） （13）式代入（11）式得d≥ × ≈365.09× mm36105.9????3?nP??3?nP已知攪拌軸的功率為 4.4KW，軸的轉(zhuǎn)數(shù) n=40r/min，[ ]=40Mpa，代入上式得d=51.2mm?？紤]到腐蝕，故攪拌軸的直徑為 55mm。（2）軸的剛度的計(jì)算為了防止攪拌軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)，造成動(dòng)密封失效，應(yīng)該把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件。為此攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。工程上是以單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)角 θ 不得超過許用扭轉(zhuǎn)角[θ]作為剛度條件的，即：θmax= ×103× ≤[θ] （14）PTGIMmax??180θ—軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角，°/m；G—剪切彈性模量，Mpa；G=8.1х10 4Mpa；Ip—截面的極慣性矩。一般情況下 Ip = 。324d?從（14）式可以看出，扭轉(zhuǎn)角 θ 的大小與扭矩 MTmax 成正比，與扭轉(zhuǎn)剛度GIp 成反比。許用扭轉(zhuǎn)角[θ]值是根據(jù)實(shí)際情況確定的，一般攪拌軸選用[θ]=（0.5—1.0）°/m。取[θ]=0.8。代入下式d≥1537× mm (15)??4?GnP得 d=53.2mm。軸徑應(yīng)同時(shí)滿足剛度和強(qiáng)度兩個(gè)條件。一般按剛度計(jì)算的軸徑較按強(qiáng)度計(jì)算的軸徑大，所以對(duì)攪拌軸來說，主要以剛度條件確定軸徑。考慮到腐蝕，所黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè)以取軸徑為 d=55mm。3.4 攪拌軸的形位公差和表面粗糙度要求由于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，防止軸的彎曲對(duì)軸封處的不利影響，因此軸安裝和加工要控制軸的直度，當(dāng)轉(zhuǎn)速 n100r/min 時(shí)，直線度允差為 1000：0.15。軸的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的標(biāo)準(zhǔn)要求選取。4 攪拌器及傳動(dòng)裝置等的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 攪拌器的選擇根據(jù)工藝要求，選用直徑為 800mm，軸徑 Ф55mm 的漿式攪拌器，標(biāo)記符號(hào)為 800—55。4.2 電動(dòng)機(jī)的選型根據(jù)攪拌器的結(jié)構(gòu)及電動(dòng)機(jī)的安裝方式，我們選用 Y 系列 V1 型立式電動(dòng)機(jī)，黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè)電動(dòng)機(jī)的型號(hào) Y132S—4同步轉(zhuǎn)速 1500 r/min額定功率 5.5KW滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min最大轉(zhuǎn)矩 2.2質(zhì)量 68Kg其結(jié)構(gòu)尺寸參照《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 12—5。 4.3 減速器的選型根據(jù)我國(guó)目前情況，反應(yīng)釜用的立式減速機(jī)主要有，擺線針輪減速機(jī)、兩級(jí)齒輪減速機(jī)、V 帶減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)等幾種，這幾種減速機(jī)已由有關(guān)工業(yè)部門訂有標(biāo)準(zhǔn)系列，根據(jù)本次設(shè)計(jì)情況和查閱有關(guān)手冊(cè)，我們選用擺線針輪減速機(jī)，如下圖所示。圖 4.1 擺線針輪減速機(jī)根據(jù)《單支點(diǎn)機(jī)架》（HG21566—95）標(biāo)準(zhǔn)的附錄中列有常用的“釜用傳動(dòng)裝置減速機(jī)型號(hào)及技術(shù)參數(shù)”可以根據(jù)公稱直徑和攪拌軸轉(zhuǎn)速來選擇減速機(jī)的型號(hào)。我們選用 BLD3—1—29Q 型減速器。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè)4.4 軸承的選擇軸承是機(jī)器中重要的部件，它的功用主要是支承軸及軸上的零件，并使軸保持一定的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦與磨損。一般的工作情況下，滾動(dòng)軸承的摩擦阻力較滑動(dòng)軸承的摩擦阻力小，其功率損耗也小，容易起動(dòng)，潤(rùn)滑與維護(hù)簡(jiǎn)單，而且滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，可由專門工廠大批生產(chǎn)，選用方便。所以在各種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛。所以本次設(shè)計(jì)我們選用滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承通常由四種元件組成，即外圈 1、內(nèi)圈 3、滾動(dòng)體 2 和保持架 4，如下圖。外圈和內(nèi)圈都制有一定形狀的滾道，以保證滾動(dòng)體在其間作精確的運(yùn)轉(zhuǎn)。滾動(dòng)體有球形、圓柱體、圓錐形、針形等，保持架的作用是把滾動(dòng)體彼此隔開并沿滾道均勻分布，通常內(nèi)圈裝配在軸頸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；外圈裝在軸承座里不轉(zhuǎn)動(dòng)。由于滾動(dòng)體和內(nèi)圈、外圈的接觸面積很小，接觸應(yīng)力很大，所以它們都是由合金鋼制造的，經(jīng)熱處理使硬度達(dá)到 60HRC 以上，保持架多用軟鋼沖壓而成，也有用鋼合金、塑料和其他材料制成的。根據(jù)軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，我們選用深溝球軸承，主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受一定的的軸向載荷。其結(jié)構(gòu)如下圖，其代號(hào)為6211。軸承的潤(rùn)滑選用脂潤(rùn)滑，密封用氈圈式密封。圖 4.24.5 聯(lián)軸器的選擇黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè)立式攪拌反應(yīng)器常用的聯(lián)軸器主要有 JQ 型夾殼式聯(lián)軸器、GT 型凸緣聯(lián)軸器和 TK 型彈性塊式聯(lián)軸器。根據(jù)有關(guān)要求，我們選用彈性塊式聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器適用于工作溫度－20°—+60°，且有油或有弱堿、弱酸的介質(zhì)浸蝕下的變載荷的連接，并能緩和一部分沖擊，以及補(bǔ)償少量的軸線偏差。彈性塊式聯(lián)軸器已經(jīng)作為化工設(shè)備立式減速器 HG 標(biāo)準(zhǔn)的附件，應(yīng)用較為廣泛。彈性塊式聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。上方與減速器軸相連的凸半聯(lián)軸器，有 4—12 片弧形凸塊。下方與攪拌軸相連的凹半聯(lián)軸器上則制有凹槽，可以容放相應(yīng)數(shù)量的彈性塊和凸半聯(lián)軸器上的凸塊。聯(lián)軸器與軸則以固定螺釘和鍵固定。當(dāng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸半聯(lián)軸器即通過彈性塊來帶動(dòng)凹半聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)。聯(lián)軸器材料采用不比HT200 差的鑄鐵，彈性塊采用能在－20°—+60°范圍內(nèi)工作，且耐油、弱酸及弱堿的橡膠制成。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè)圖 4.34.6 傳動(dòng)裝置的機(jī)架反應(yīng)釜立式傳動(dòng)裝置是通過機(jī)架安裝在反應(yīng)釜封頭的底座上的，機(jī)架上端需與減速機(jī)裝配，下端則與底座裝配。在機(jī)架上一般還需要有容納聯(lián)軸器、軸封裝置等部件及其安裝操縱所需要的空間。按照《攪拌傳動(dòng)裝置系統(tǒng)組合》HG21563—95 標(biāo)準(zhǔn)系列中選取機(jī)架。選用時(shí)，首先考慮上述要求，然后根據(jù)所選減速機(jī)的輸出軸軸徑及其安裝定位面的結(jié)構(gòu)尺寸選配合適的機(jī)架。根據(jù)上述條件，選用 J—A55 型單支點(diǎn)機(jī)架，機(jī)架的公稱直徑為 300mm。如下圖：黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè)圖 4.4機(jī)架的材料選用和加工，選用灰鑄鐵 HT200 鑄造毛坯再進(jìn)行加工。4.7 底座的設(shè)計(jì)為了易于保證底座既與減速機(jī)座連接又使穿過軸封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，要求軸封裝置與減速機(jī)架安裝時(shí)有一定的同心度，一般都將兩者的定位安裝面做在同一塊底座上。根據(jù)《攪拌傳動(dòng)裝置系統(tǒng)組合、選用及技術(shù)要求》（HG21563—95 中），我們選用下面的平底底座：圖 4.5黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè)4.8 攪拌器的軸封裝置解決化工設(shè)備的跑、冒、滴、漏，特別是防止有毒、易燃介質(zhì)的泄露，是一個(gè)很重要的問題。因此，在攪拌器的設(shè)計(jì)過程中選擇合理的密封裝置是很重要的。在反應(yīng)釜中使用的軸封裝置主要是填料箱密封和機(jī)械密封兩種。通過下表填料箱密封和機(jī)械密封的比較，我們選取機(jī)械密封作為攪拌器的軸封裝置。機(jī)械密封系指兩塊環(huán)形密封元件，在其光潔面平直的端面上，依靠介質(zhì)壓力或彈簧力的作用，在相互貼合的情況下作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)。圖4.6 是一種釜用機(jī)械密封裝置的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)了彈簧座、彈簧、彈簧壓板、動(dòng)環(huán)等零件一起旋轉(zhuǎn)。由于彈簧力的作用使動(dòng)環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)與軸一起旋轉(zhuǎn)，而靜環(huán)則固定于座架上靜止不動(dòng)，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)相接觸的環(huán)形密封端面阻止了介質(zhì)的泄露。因此，從結(jié)構(gòu)上看，機(jī)械密封主要是將較易泄露的軸向密封，改為不易泄露的端面密封。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè)圖 4.6化工部門已將釜用機(jī)械密封的基本型式及參數(shù)制定了系列標(biāo)準(zhǔn)《攪拌傳動(dòng)裝置—機(jī)械密封》 （HG21571—95） ，并有定點(diǎn)廠供應(yīng)各種規(guī)格產(chǎn)品，一般只需選用、訂購(gòu)即可。根據(jù)本次設(shè)計(jì)情況，我們選用單端面小彈簧平衡型，型號(hào)為 2001，代號(hào)為 HG21571 95 MS 2001—300—BUPFEBUP。4.9 攪拌器槳葉的設(shè)計(jì)4.9.1 攪拌器槳葉的選型由于液體的粘度較低，根據(jù)實(shí)際情況，我們選用斜漿式葉片。結(jié)構(gòu)如下所示黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè)圖 4.7 攪拌槳4.9.2 攪拌槳葉的直徑設(shè)計(jì)斜槳葉式攪拌器的漿徑與筒徑（D1／D）的比為 0.3～0.6，已知 D=0.8m，所以 D1=0.24m，槳葉的寬度為（0.1～0.25）D1，我們?nèi)=0.15D1=0.04m。θ=30°。一般槳葉距筒底的高度 H1 為（0.5～1）D1，本次設(shè)計(jì)取 H1= D1=0.24m。因?yàn)?H/D=2，所以取單層，攪拌器層間距為（1～1.5）D1。4.10 攪拌器的接管口支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.10.1 液體進(jìn)料管液體進(jìn)料管我們選用下圖所示的結(jié)構(gòu)，接管伸入設(shè)備并將管口切成 45°，這樣可以避免液料沿?cái)嚢杵鞯膬?nèi)壁流動(dòng)，減少物料對(duì)壁面的磨損與腐蝕。圖 4.8管材的選用參照《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 （北京化工學(xué)院出版）表 C—1，C—2 可得，選用 20 號(hào)鋼，GB699—88。4.10.2 液體出料管出料管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要從物料易放盡，阻力小和不易堵塞等因素考慮，另外黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè)還要考慮溫差應(yīng)力的影響。如下圖所示是兩種常見的結(jié)構(gòu)。圖 4.9根據(jù)設(shè)計(jì)我們選用（a）圖出料管，直接為 100mm，其結(jié)構(gòu)尺寸參照下表管徑 D 50 70 100 125 150Dmin 130 160 210 260 2904.10.3 儀表接管口儀表接管與釜體的安裝都用插入式，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的攪拌器處于低壓條件，所以采用單面角焊接。常用的儀表有玻璃溫度計(jì)，都要采用套管結(jié)構(gòu)并用多層套管加強(qiáng)。常用的幾種接口結(jié)構(gòu)參見《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表B—12。4.10.4 法蘭的選擇考慮到生產(chǎn)工藝上的要求和制造、運(yùn)輸和安裝檢修時(shí)的需要，化工設(shè)備常采用可拆卸的法蘭聯(lián)接方法。法蘭聯(lián)接是由一對(duì)法蘭，若干個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片所組成，如下圖所示。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè)圖 4.10 法蘭根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們選用甲型平焊法蘭，其結(jié)構(gòu)如下：圖 4.11其結(jié)構(gòu)尺寸參照《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 （第二版）表 16—13。法蘭材料選用 Q235—B，法蘭墊片選用參照《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 （第二版）表 16—4，選用聚四氟乙烯板。4.10.5 設(shè)備支座的選擇化工設(shè)備上的支座是支承設(shè)備重量和固定設(shè)備位置用的一種不可缺少的部件。在某些場(chǎng)合下，支座還可能承受設(shè)備操作時(shí)的振動(dòng)、載荷等。支座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸往往決定于設(shè)備的型式、載荷情況及構(gòu)造材料。最常用的有：耳式支座、支承式支座和鞍式支座。根據(jù)實(shí)際情況，我們選用耳式支座。它通常有兩塊筋板及一塊底板焊接而成。筋板設(shè)備筒體焊接在一起，如下圖所示。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè)圖 4.12底板上開有通孔，可供安裝定位用。筋板是增較支座剛性的，輕型設(shè)備可以只用一塊。每個(gè)設(shè)備可用 2—4 個(gè)支座，必要時(shí)可用得跟多些。但個(gè)數(shù)多往往不能保證全部耳座都裝在同一水平面上。因而也就不能保證每個(gè)耳座受力均勻。根據(jù)有關(guān)部門制定的系列標(biāo)準(zhǔn)，我們選用 A 型 3 號(hào)耳式支座。支座材料為 Q235—A.F，其標(biāo)記為：JB/T4725—92 耳座 AN3。其尺寸見《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 （第二版）表 16—22。支座的安裝尺寸 D（見下圖）可按下式計(jì)算：D= +2（L 2-S1） （16）????2231 ????bDn式中 D——支座安裝尺寸，mm；D1——容器內(nèi)徑，mm；δn——?dú)んw名義厚度，mm；δ1——加強(qiáng)墊板厚度，mm。圖 4.13計(jì)算得 D=970mm。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè)結(jié) 論1 一方面我們可以根據(jù)操作目的、操作條件、操作方法、原料和成品的特性、安全等初選攪拌器葉輪的型式；另一方面還需要依據(jù)各種攪拌器葉輪的性能及其應(yīng)用實(shí)例、使用經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮選擇攪拌器。2 設(shè)計(jì)攪拌器時(shí)，除了運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和公式計(jì)算所需要?jiǎng)恿?、回轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)外，還需要以中小模擬試驗(yàn)為基準(zhǔn)，進(jìn)行放大，以符合實(shí)際操作達(dá)到預(yù)期的效果。3 必須改進(jìn)現(xiàn)有的攪拌器和設(shè)計(jì)新型的攪拌器，達(dá)到合適的攪拌液體流動(dòng)狀態(tài)，以適應(yīng)各種粘度攪拌的需要和滿足產(chǎn)品的性能要求，最終實(shí)現(xiàn)裝置高效、節(jié)能的效果。黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè)致 謝本次設(shè)計(jì)得到了楊漢嵩老師的大力幫助，為本人完成本次設(shè)計(jì)提供了大量的幫助，在設(shè)計(jì)中提出了許多有益的意見，提出了設(shè)計(jì)中的不足，使我及時(shí)得到改正。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)也得到了同學(xué)們的大力幫助。給我提出了許多好的意見和建議。對(duì)此，我向楊漢嵩老師及同學(xué)們表示衷心的感謝。