機械畢業(yè)設計--3000升開式搪玻璃反應釜的設計

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文檔簡介

1、　　3000升開式搪玻璃反應釜的設計　　摘要：搪玻璃設備具有質量好、耐腐蝕等優(yōu)點，對資源的節(jié)約、我國經(jīng)濟發(fā)展和石油工業(yè)的發(fā)展起著巨大的作用。設計一臺操作容積為3000L的搪玻璃反應釜，全容積為3715L。按照GB150-1998《鋼制壓力容器》，HG2432-2001《搪玻璃設備技術條件》，HG/T2371-2003《搪玻璃開式攪拌容器》進行設計、制造、檢驗和驗收。容器圓筒的

2、材料為Q235B，工作壓力為0.4MPa，工作溫度為0 ~ 200℃；夾套材料為Q235B，工作壓力為0.6MPa，工作溫度為0 ~ 200℃。此次設計主要進行了搪玻璃反應釜的結構設計和強度計算。進行了圓筒壁厚計算，夾套的壁厚計算，電動機軸功率校核，攪拌器強度校核，開孔補強計算，耳座的校核等。該設備按JB/T4709-2009進行焊接，焊縫進行無損探傷。該設備應根據(jù)TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》和《壓力容

3、器定期檢驗規(guī)則》的要求定期檢驗。　　關鍵詞：搪玻璃；反應釜；耐腐蝕　　The design for 3,000 litres open-cycle glass lining reaction kettle　　Abstract: Glass-lined equipment with good quality, co

4、rrosion resistance, etc., resource conservation, economic development and the development of the oil industry plays a huge role. The design operating glass-lined reactor with a volume of 3000L, 3715L full volume.《Steel p

5、ressure vessel》in accordance with the GB150-1998 HG2432-2001《glass-lined equipment technical conditions》, HG/T2371-2003《glass-lined open mixing vessel》for the design, manufacture, inspection and acceptance. The material

6、of the 　　Key words: Honing glass ; reaction kettle; corrosion resistance.　　目錄　　摘要……………………………………………………………………………………1　　A

7、bstract………………………………………………………………………………2　　緒論……………………………………………………………………………………5　　第一章反應釜釜體與傳熱裝置……………………………………………………7　　1.1反應釜釜體…………………………………………………………………7

8、;　　1.1.1確定反應釜釜體的直徑和高度…………………………………………7　　1.1.2確定反應釜夾套的直徑和高度…………………………………………8　　1.1.3夾套類型的選擇…………………………………………………………9　　1.1.4夾套圓筒的應力計算………………………………………………

9、……9　　1.1.5夾套試驗壓力…………………………………………………………10　　1.2確定反應釜內(nèi)筒的材料和壁厚……………………………………………11　　1.3封頭、卡子及密封裝置的選擇……………………………………………13　　反應釜的傳遞裝置………………………………

10、…………………………14　　2.1減速裝置…………………………………………………………………14　　2.2電動機基本特性及選用…………………………………………………16　　2.3機架………………………………………………………………………17　　2.3.1機架的選用原則……

11、…………………………………………………17　　2.4傳動軸……………………………………………………………………18　　2.5聯(lián)軸器……………………………………………………………………19　　反應釜的攪拌裝置…………………………………………………………20　　3.1攪拌器…

12、…………………………………………………………………20　　3.1.1攪拌器的選擇…………………………………………………………20　　3.1.2攪拌器的強度計算……………………………………………………21　　3.2攪拌軸……………………………………………………………………24

13、;　　3.2.1攬拌軸的材質及加工要求……………………………………………24　　3.2.2攪拌軸直徑的確定及強度計算………………………………………24　　反應釜的軸封裝置………………………………………………………34　　4.1軸封裝置的選用原則……………………………………………………34&

14、lt;p>　　4.2機械密封原理……………………………………………………………34　　4.3填料密封原理……………………………………………………………35　　4.4機械密封與填料密封的對比……………………………………………35　　4.5機械密封及其循環(huán)保護系統(tǒng)的選擇……………………………………35</

15、p>　　4.6反應釜耳座的選用計算…………………………………………………36　　反應釜開孔補強計算……………………………………………………38　　5.1人孔M的開孔補強計算………………………………………………38　　5.2 溫度計套管口T的開孔補強計算……………………………………40&

16、lt;/p>　　5.3 攪拌孔e的補強計算……………………………………………………42　　5.4 放料口f的補強計算……………………………………………………44　　第六章主要技術要求……………………………………………………………46　　6.1 材料方面…………………………………………

17、………………………46　　6.2 焊接方面…………………………………………………………………46　　6.3 焊縫無損探傷……………………………………………………………46　　結語…………………………………………………………………………………47　　參考文獻……………………

18、………………………………………………………48　　致謝…………………………………………………………………………………50　　緒論　　搪玻璃反應釜是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復合材料制品。所以，它具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強度

19、的雙重優(yōu)點，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設備。搪玻璃反應釜廣泛地應用于化工、石油、醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等工業(yè)。　　搪瓷反應釜技術規(guī)范： 　　使用壓力：0.2---0.4Mpa 　　2、耐酸性：　　對各種有機酸、無機酸、有機溶劑均有較好的抗蝕性。如將

20、我廠生產(chǎn)的搪玻璃試樣置于20%HCI溶液中煮沸48h，腐蝕速率為0.9lg/m2.d（優(yōu)等品指標為1.0g/m2.d）。　　3、耐堿性：　　搪玻璃對堿性溶液抗蝕性較酸溶液差。但將我廠搪玻璃試樣置于1N氫氧化鈉溶液腐蝕，試驗溫度80℃時間48h。腐蝕速率為6.76g/m2.d（優(yōu)等品指標為7.0g/m2.d）。<

21、/p>　　4、操作溫度：搪玻璃設備加熱和冷卻時，應緩慢進行。我廠制造的搪玻璃設備使用溫度為0－200℃，耐溫急變性≥200℃。　　5、瓷層厚度：玻璃設備的瓷層厚度0.8-2.0mm，搪玻璃設備附件的瓷層厚度0.6-1.8mm。　　6、耐壓電：搪玻璃具有良好的絕緣性，當搪玻璃在規(guī)定厚度內(nèi)用20KV高頻電火花檢查瓷層時，高頻電火花

22、不能擊穿瓷層。　　7、耐沖擊性：玻璃層的內(nèi)應力越小，彈性越好，硬度越大，抗彎抗壓強度越高，則耐沖擊就越好。　　8搪玻璃設備的耐溫差急變性是指搪玻璃表面或其反側的金屬基體經(jīng)受突然溫度急變的性能。搪玻璃設備耐溫差急變溫度為：冷急變溫度為110℃，熱急變溫度為120℃。　　本設計主要介紹制膠搪玻璃反應釜的結構、特點和各

23、個零件的選型原則。　　制膠搪玻璃反應釜的基本結構：反應釜、攪拌裝置、傳動裝置、軸封等組成。攪拌裝置由攪拌軸和攪拌器組成，靠攪拌軸傳動動力，由攪拌器達到攪拌目的。傳動裝置包括電動機、減速機、機座、聯(lián)軸器、底座、和活套法蘭等附件，它為攪拌器提供攪拌動力和相應的條件。軸封裝置為反應釜和攪拌軸間的密封裝置，以封住反應釜體內(nèi)的流體不致泄露。　　制膠搪玻璃反應釜機械

24、設計的依據(jù)：制膠搪玻璃反應釜機械設計是在工藝設計之后進行的。工藝設計所確定的對反應釜的工藝要求是機械設計的依據(jù)。反應釜的工藝要求通常包括反應釜的面積、最大工作壓力、工作溫度、工作介質、腐蝕情況、傳熱面積、換熱方式、攪拌形勢、轉動及速率、接管方位尺寸的確定等。反應釜中的攪拌器有錨式、框式、漿式、渦輪式，刮板式，組合式，轉動機構可采用擺線針輪減速機、無級變速減速機或變頻調(diào)速等，可滿足各種物料的特殊反應要求。密封裝置可采用機械密封、填料密封等

25、密封機構。加熱、冷卻可采用夾套、半管、盤管、米勒板等機構，加熱方式有蒸汽、電加熱、導熱油，以滿足耐酸、耐高溫、設計磨損、抗腐蝕等不同工作環(huán)境的工藝要求。可根據(jù)用戶工藝要求進行設計、制造。　　制膠搪玻璃反應釜機械設計大體包括：1確定反應釜的結構形式和尺寸；2選擇材料；3計算強度或穩(wěn)定性；4選擇主要零件；5繪制圖樣；6提出技術要求。　　反應釜釜體與傳熱裝置&

26、lt;/p>　　攪拌設備常被稱作攪拌釜（或攪拌槽），當攪拌設備用作反應器時，又被稱為攪拌釜式反應器，有時簡稱反應釜。釜體的結構型式通常是立式圓筒形，其高徑比值主要依據(jù)操作容器的裝液高徑比以及裝料系數(shù)大小而定。傳熱方式有兩種：夾套式壁外傳熱結構和釜體內(nèi)部蛇管聯(lián)合使用。根據(jù)工藝需要，釜體上還需要安裝各種工藝接管。所以，反應釜釜體和傳熱裝置設計的主要內(nèi)容包括釜體的結構和部分尺寸、傳熱形式和結構、各種工藝接管的安設等

27、。　　1.1反應釜釜體　　1.1.1確定反應釜釜體的直徑和高度　　在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇筒體適宜的長徑比（H/Di），以確定筒體直接和高度。選擇筒體長徑比主要考慮一下兩方面因素：　　長徑比對攪拌功率的影響：在轉速不變的情

28、況下，PD5(其中D：攪拌器直徑；P：攪拌功率），P隨釜體直徑的增大而增大很多，減小長徑比只能無謂的損耗一些攪拌功率。一次一般情況下，長徑比應該大一點。　　長徑比對傳熱的影響：當容積一定時H/Di越高越有利于傳熱。　　長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值。　　表1-1

29、;　　在確定反應釜直徑和高度時，還應該根據(jù)反應釜操作時所允許的裝料程度---裝料系數(shù)η等予以綜合考慮，通常裝料系數(shù)η可取0.6-0.85.如果物料在反應過程中產(chǎn)生泡沫或沸騰狀態(tài)，η應取較低值，一般為0.6-0.7；若反應狀態(tài)平穩(wěn)，可取0.8-0.85（物料粘度大時可取最大值）。因此，釜體的容積V與操作溶積V0有如下關系：　　V=V0/η…………………………………………………

30、………………（1.1）　　選取反應釜裝料系數(shù)η=0.8，由V=V0/η可得設備容積：　　V=V0/η=2.97/0.8=3.715　　對液-液相類型選取H/Di=1.3，　　由公式……………………………………（1.2）　　將計算結

31、果圓整至公稱直徑標準系列，選取筒體直徑Di=1600mm，查JB/T4746-2002，DN=1600mm時的標準封頭曲面高度h=400mm，直邊高度h2=25mm，封頭容積Vh=0.5864，內(nèi)表面積Fh=2.9007，由手冊查得每一米高的筒體容積為，表面積。　　由公式可知筒體高度…………………（1.3）　　筒體高度圓整為H=2100mm。</p

32、>　　于是，復核結果基本符合原定范圍。　　1.1.2確定反應釜夾套的直徑和高度　　Dj可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表推薦的數(shù)據(jù)選取。　　表1.2夾套直徑Dj與罐體直徑Di的關系（mm）　　對于筒體內(nèi)徑Di=700~1800mm，夾套內(nèi)徑Dj=Di+100

33、，因此Dj=1600+100=1700mm，符合壓力容器公稱直徑系列。　　按式　　……………………………（1.4）　　取夾套高度Hj=1200mm，則夾套頂部與釜體法蘭間應留有足夠的距離：這樣便于筒體法蘭拆裝。　　驗

34、算夾套傳熱面積：　?。ú?化工設備基礎 16-5 16-6得）　　夾套傳熱面積符合傳熱要求。　　符號說明　　—厚度附加量　　—鋼

35、板或鑄鐵件厚度的負偏差　　—夾套的腐蝕余量　　—夾套的內(nèi)直徑　　—夾套的外直徑（） 　　—計算壓力　　—夾套的

36、最大允許工作壓力　　—夾套的計算厚度　　—夾套的有效厚度　　—夾套的名義厚度　　—設計溫度下圓通材料的需用應力<

37、;b>　　—焊接接頭系數(shù)　　—設計溫度下材料的彈性模量　　—許用外壓力　　—容器筒體的實際壁厚,　　—夾套筒體、封口錐或通道的實際壁厚，　　1.1.3夾套類型的選擇&

38、lt;/p>　　U型整體夾套，采用封口錐方式與筒體連接　　夾套的最高工作壓力　　夾套的材料為Q235B，許用應力　　夾套的最高工作壓力　　夾套的壁厚

39、的計算　　所以夾套圓筒的厚度圓整為。　　1.1.4夾套圓筒的應力計算　　夾套圓筒的有效厚度的計算　　的計算　　圓筒的應力計算</

40、p>　　所以應力強度符合要求。　　夾套圓筒的最大允許工作壓力　　所以夾套圓筒的最大允許工作壓力符合要求[1]。　　1.1.5夾套試驗壓力　　夾套的水壓試驗　　所以夾

41、套水壓試驗壓力為0.75。　　夾套壓力試驗前的應力校核　　壓力試驗前，應按下式校核夾套應力：　　液壓試驗時，滿足　　所以夾套試驗前得應力校核滿足要求。　　夾套橢圓形封頭的計算

42、;　　設計溫度下標準橢圓封頭的計算厚度的計算　　則夾套橢圓形封頭厚度圓整為。　　有效厚度的計算　　所以夾套封頭厚度符合要求。　　夾套橢圓形封頭最大允許工作壓力的計算　　所

43、以夾套橢圓形封頭最大允許工作壓力符合要求。　　封口錐　　所以封口錐的厚度符合要求。　　封口錐厚度應等于或大于某相接的夾套筒體壁厚則取等于。　　1.2確定反應釜內(nèi)筒的材料和壁厚　　筒體材料的選用

44、要根據(jù)所給相關數(shù)據(jù)來選取，材料Q235-B的設計壓力P≤1.6MP，使用溫度為0~350℃，用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm，不可用于毒性強度為高度和極危害介質的壓力容器，還根據(jù)本次設計要求，選Q235-B，已知筒體受內(nèi)壓，取設計壓力0.4MP，設計溫度為200℃。　　符號說明　　—厚度附加量&l

45、t;/b>　　—鋼板或鑄鐵件厚度的負偏差　　—筒體的腐蝕余量　　—筒體的內(nèi)直徑　　—封頭曲面深度<b&g

46、t;　　—筒體的外直徑（）　　—計算壓力　　—筒體的最大允許工作壓力　　—筒體的計算厚度　　—筒體的有效厚度<

47、;p>　　—筒體的名義厚度　　—設計溫度下圓通材料的需用應力　　—焊接接頭系數(shù)　　—系數(shù)，查GB150 圖6—1~表6—9　　—系數(shù)，查圖6—3~圖6—10. <

48、;p>　　—設計溫度下材料的彈性模量　　—圓筒計算長度　　—許用外壓力　　內(nèi)壓圓筒壁厚的計算　　的計算</p

49、>　　公式適用范圍　　所以該公式適用　　內(nèi)壓圓筒的計算厚度　　假設　　令&

50、lt;/b>　　外壓圓筒的計算與校核　　查GB150得使用下面方法進行外壓圓筒的計算　　假設，則　　=橢圓直邊段之間的長度加上曲面深度的　　則<

51、;/p>　　由，、　　查得：外壓或軸向受壓圓筒和管子集合參數(shù)計算圖 　　外壓圓筒、管子和球殼厚度計算圖。　　許用外壓力的計算　　則假設成立，取圓筒的。</p&

52、gt;　　1.3封頭、卡子及密封裝置的選擇　　封頭的選擇　　橢圓形封頭是由半個橢球面和短圓筒組成，直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，適合

53、中、低壓容器。故該搪玻璃反應釜選用橢圓形封頭。　　卡子的選型　　根據(jù)HG/T2054-2007《搪玻璃設備卡子》規(guī)定，A型卡子適用于設計溫度高于-20℃~200℃，設計壓力小于等于1.0MPa的搪玻璃設備，該設備選用法蘭高度為110mm。則h3=110mm，所以選用卡子的型號為AM20[15]。

54、　　密封裝置的選用　　密封主要有兩種：填料密封和機械密封。本設備選用機械密封。機械密封是把轉軸的密封面從軸向改為徑向，通過動環(huán)和靜環(huán)兩個端面的相互貼合，并做相對運動達到密封的裝置，又稱端面密封。機械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長，在攪拌反應器中得到廣泛使用。故本設備選用機械密封作為密封裝置。&l

55、t;p>　　反應釜的傳遞裝置　　反應釜的傳動裝置包括電動機、減速機、機架、傳動軸、傳動軸聯(lián)軸器、攪拌釜內(nèi)聯(lián)軸器、活套法蘭、安裝底蓋、攪拌軸軸封等。　　反應釜的長動裝置通常設置在反應釜的頂蓋（上封頭）上，一般采用立式布置電動機經(jīng)減速機將轉速減至工藝要求的攪拌轉速，再通過聯(lián)軸器帶動攪拌軸轉速，從而帶動攪拌器轉動。電

56、動機與減速機配套使用，減速機下設置一機架，安裝在反應釜的封頭上?？紤]到傳動裝置與軸封裝置安裝時要求保持一定的同心度以及裝卸檢修的方便，常在機架下安裝一個安裝底蓋，還在上封頭的開口處安裝一個活套法蘭。　　2.1減速裝置　　主要形式： 　　目

57、前我國已頒布的標準釜用立式減速機，有擺線針齒行星減速機、兩級齒輪減速機、三角皮帶減速機和諧波減速機四種。　　擺線針齒星減速機：減速比87~9，轉速16~160r/min,功率0.6~30kw。特點是傳動效率高，結構緊湊，拆裝方便，壽命長，承載能力高，工作平穩(wěn)，允許正反轉。　　兩級齒輪減速機：為兩級同中心距并流式斜齒輪減速傳動裝置。減速比11.6~5.63

58、，轉速125~250r/min，功率0.6~30Kw。體積小，效率高，制造成本低，結構簡單，裝配檢修方便，可以正反轉。　　三角皮帶減速機：單級三角皮帶傳動的減速裝置。減速比4.53~2.9，轉速320~550r/min，功率0.6~5.5Kw。結構簡單，過載打滑，起保護作用，允許反轉。　　諧波減速機：減速比359~90，轉速4~16r/min，功率0.6

59、~13Kw。結構簡單，重量輕，承載能力高，運轉平穩(wěn)，封閉性好，可用于有防爆要求的場合。　　查標準《攪拌傳動裝置系統(tǒng)組合、選用及技術要求》（HG21563-1995）以及《釜用立式減速機》，按照攪拌功率和轉速選擇擺線針齒行星減速機，已知攪拌轉速為85r/min，功率為5.5kw，查標表可知，選用機型號為3，減速比為17的擺線針齒行星減速機，其傳動效率為0.9。<p&g

60、t;　　標定符號為:BLD 3-3-17。　　表2.1釜用立式減速機的基本特性　　注:電動機若采用AJ02(防爆型)型時，在標定符號前加“A"字樣，對BJ02(隔爆型)加“B”字樣，對J02型電動機則不加寫代號。　　2.2電動機的基本特性及選用　　通常電動機與減

61、速及配套供應，設計時可根據(jù)反應器應配電機功率、轉速、安裝形式及防爆要求，選擇電動機及配套的減速機。　　電動機的軸功率校核　　符號說明　　—軸封處摩擦損耗功率,　　—攪拌軸功率,&

62、lt;/b>　　—電動機計算功率,　　—傳動效率　　軸封處摩擦損耗功率的計算　　由于該填料密封采用單端面密封　　則</b&g

63、t;　　攪拌軸功率的計算　　其中攪拌介質選擇乳膠聚合　　則　　電動機計算功率的計算　　由傳動類型為擺線針輪行星傳動，則傳動裝置各零部件的傳動效率。<

64、/p>　　則　　圓整為　　2.3機架　　2.3.1機架的選用原則　　具備下列條件之一者，可選用單支點機架:

65、　?、贉p速機輸出軸側的軸承作為一個支點者;　　②設置底軸承，作為一個支點者:　?、嘣跀嚢枞萜鲀?nèi)設置中間軸承，并能作為一個支點者。　　本設計中以減速機輸出軸側的軸承作為一個支點者，故選用單支點機架。為了與標準配合，傳動軸的軸徑選用d=80mm，參考標準（HG21566-95《攪拌傳動裝置-單支點機

66、架》），選用機架公稱直徑為300mm, B型單支點機架。結構如下圖:　　具體尺寸表:　　表2.2機架尺寸表mm　　查表可知:傳動軸軸徑d=80mm時，機架的公稱直徑取300mm, D1=320mm, D2=400mm, D3=445mm, D4=495mm, D5=530

67、mm, H=1040mm, H1=399mm,螺栓數(shù)量為12-M22,軸承型號46219，機架質量137kg,又由表查得:單支點機架的支點軸承間距L=690mm。　　機架的標記為:HG21566-1995機架B 300-80。　　2.4傳動軸　　為了與標準配合，傳動軸的軸徑選

68、用d=80mm，材料為Q235-B，并且在軸的外表面加一玻璃層，以提高其耐腐蝕性。 　　傳動軸采用上裝式，傳動軸釜外軸頭形式為D型，即釜外聯(lián)軸器為帶短節(jié)聯(lián)軸器。　　傳動軸釜外軸頭形式如下:　　查表可知:傳動軸軸徑d=80mm，上端軸徑d1= 65mm,釜內(nèi)軸長L=550mm,下端軸徑d2=80mm。<

69、/p>　　傳動軸的標記為:HG21568-1995 BSD 300-80/550-Q235-B。　　2.5聯(lián)軸器　　帶短節(jié)聯(lián)軸器用于攪拌機傳動裝置的減速機輸出軸與傳動軸的連接，并在拆卸聯(lián)軸器的短節(jié)之后，能在不拆除減速機和機架的條件下，裝拆機架的中間支點、軸承箱和軸封。因此釜外聯(lián)軸器選用帶短

70、節(jié)聯(lián)軸器。　　查表《帶短節(jié)聯(lián)軸器的形式及與機架、傳動軸的配套》可選用B型帶短節(jié)聯(lián)軸器。如下圖:　　帶短節(jié)聯(lián)軸器軸孔與軸的配合代號為H7/m6。　　減速機輸出軸的軸孔直徑，即上半聯(lián)軸孔徑為80mm，傳動軸的上端軸孔，即下半聯(lián)軸孔徑直徑為65mm，材料為ZG270-500的B型帶短節(jié)聯(lián)軸器，其標記為:HG 21569

71、. 1-95聯(lián)軸器B90/75-ZG。　　第三章反應釜的攪拌裝置　　攪拌裝置由攪拌器、攪拌軸及其支撐組成。電動機驅動攪拌軸上的攪拌器以一定的方向和轉速旋轉，使靜止的流體形成對流循環(huán)，并維持一定的湍流強度，　　從而達到加強混合、提高傳熱和傳質速率的目的。

72、　3.1攪拌器　　攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應器的關鍵部件，其功能是提供過程所需的能量和適宜的流動狀態(tài)。其類型分為:推進式、漿式、渦輪式、錨式、框式、螺桿式、螺帶式等，攪拌器選型時，主要考慮:　　具有顯著的攪拌效果，特別是對多相反應。　　攪拌所消耗的能量應盡可能小。

73、;　　保證從反應器壁或侵入式熱交換裝置到反映混合物能有高的給熱系數(shù)。　　3.1.1攪拌器的選擇　　按攪拌器類型和適用條件選型:對低粘度流體的混合，推進式攪拌器由于循環(huán)能力強，動力消耗小，可應用到很大容積的釜中;渦輪式攪拌器應用最廣，各種攪拌操作都適用，但流體粘度不超過50Pa} s ;槳式攪拌器結構簡單，在小容積的流體混合幣應用較廣

74、，對大容積的流體混合，則循環(huán)能力不足;對于高粘度流體的混合以錨式、框式、螺桿式、螺帶式更為合適。本設計的攪拌器選擇不帶擋板的框式攪拌器。　　表4-1攪拌器型試選擇　　注:有●者為可用:空白者不詳或不合用。　　3.1.2攪拌器的強度計算　　符號說明<

75、/b>　　—攪拌器強度計算時的設計功率， 　　—每個槳葉強度計算時設計功率, 　　—軸上相同攪拌器的層數(shù)　　—攪拌器的槳葉數(shù)，選擇的是框式攪拌器，則槳葉數(shù)為4　　—I-I斷面上彎矩,<p&g

76、t;　　—由扭矩在I-I斷面上增加的彎矩, 　　—I-I斷面上的扭矩, 　　—I-I斷面的抗彎截面系數(shù)　　—I-I斷面彎曲應力,　　—槳葉的厚度　　圖1 框式攪拌器<

77、/b>　　攪拌器強度計算時的設計功率　　每個槳葉強度計算時設計功率　　框式攪拌器　　I-I斷面上彎矩的計算　　槳葉垂直方向懸臂高度<b&g

78、t;　　查表得：　　槳葉總高度　　攪拌器半徑　　攪拌器葉根半徑　　則槳葉垂直方向懸臂高度H1按一下公式計算：<

79、;p>　　攪拌器橫梁寬度中心線至橢圓形葉寬中心線的距離按下式計算：　　[3]。　　系數(shù)a的計算　　I-I斷面上的扭矩的計算　　由扭矩在I-I斷面上增加的彎矩按的計算&

80、lt;p>　　I-I斷面的抗彎截面系數(shù)的計算　　I-I斷面彎曲應力　　所以I-I斷面彎曲應力符合要求。　　框式攪拌器II-II斷面的計算　　II-II斷面的彎矩　　II-II斷面上的彎曲

81、應力　　II-II斷面的抗彎斷面模數(shù)　　II-II斷面上的彎曲應力應滿足：　　所以II-II斷面上的彎曲應力符合要求[7]。　　3.2攪拌軸　　3.2.1攬拌軸的材質及加工要求</p&g

82、t;　　攪拌軸工作時，主要受扭轉、彎曲和沖擊作用，故對軸的材質應有足夠的強度、剛度和韌性。本設計轉速較低，攪拌軸可用合金鋼Q235-B，又因為設計中介質的腐蝕性較強，外加一層搪玻璃層以提高攪拌軸的耐腐蝕性。　　3.2.2攪拌軸直徑的確定及強度計算　　符號說明<p&g

83、t;　　—懸臂軸兩支點間（跨間）的距離，；　　—設計最終確定的實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—設計最終確定的密封部位實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—按扭轉變形計算的傳動側軸承處實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—按強度計算的懸臂軸攪拌側軸承處實心軸軸徑或空心軸外徑；</

84、p>　　強度計算的單跨軸跨間段實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—懸臂軸跨間段實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—懸臂軸段跨間段實心軸軸徑或空心軸外徑，；　　—軸材料的彈性模量，；　　—攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心處的許用偏心距；</

85、p>　　—攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心處質量偏心引起的　　離心力，；　　—第個攪拌器上的流體徑向力，；　　—軸材料剪切彈性模量，(合金鋼)　　—懸臂軸跨間軸段的慣性矩，；

86、　　—懸臂軸懸臂軸段（實心或空心）的慣性矩，；　　—1～個圓盤（攪拌器及附件）的每個圓盤懸臂長度（對于懸臂軸）或1～個圓盤（攪拌器及附件）的每個圓盤至傳動側軸承的距離（對于單跨軸），；　　—攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心離攪拌側軸承的距離（對于懸臂軸）或攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心離傳動側軸承的距離（對于單跨軸），

87、；　　—軸上彎矩總和，；　　—由軸向推力引起作用于軸的彎矩，；　　—按傳動裝置的效率計算的攪拌軸傳遞扭矩，；　　—軸傳遞的最大轉矩，　　—由徑向力引起作用于軸的彎矩，；

88、　　—固定在攪拌軸上的圓盤（攪拌器及附件）數(shù)；　　、……—圓盤（攪拌器及附件）1、2……的質量，；　　、……—圓盤（攪拌器及附件）1、2……的有效質量，；　　—懸臂軸段軸的質量　　—懸臂軸段軸的有效質量，；</

89、p>　　—懸臂軸及各層圓盤（攪拌器及附件）的組合質量，；　　—空心軸內(nèi)徑與外徑的比值；　　—軸的轉速，；　　—軸的一階臨界轉速，；　　—電動機額定功率，；5.5

90、—軸封處摩擦損耗功率，；　　—設備內(nèi)的設計壓力，；　　—相當質量的折算點；　　—傳動側軸承游隙，；　　—懸臂軸攪拌側軸承或單跨軸末端軸承游隙，；　　—單跨軸段或懸臂軸段軸有效質量的相當質量，；<p&g

91、t;　　、……—、……的相當質量，；　　—在點所有相當質量的總和，；　　—攪拌軸軸線與安裝垂直線的夾角，（°）　　—第個攪拌器葉片傾斜角（°）　　—軸的扭轉角，；　　—由軸

92、承徑向游隙引起在軸上離軸承距離處的徑向位移，；　　—由流體徑向作用力引起在軸上離軸承距離處的徑向位移；　　—由組合質量偏心引起在軸上離軸承處產(chǎn)生的徑向位移，；　　—離軸承距離處軸的徑向總位移，；　　—懸臂軸段慣性矩與跨間軸段慣性矩的比值<p&

93、gt;　　—攪拌物料的密度，；　　—軸材料的密度，；　　—軸上所有攪拌器其對應編號之和。　　—傳動裝置效率，0.9　　按扭轉變形計算攪拌軸的軸徑　　攪拌軸受轉矩和彎矩的聯(lián)合作用，扭轉變形過大會

94、造成軸的振動，使軸封失效，因　　圖2 攪拌軸受力圖　　此應將軸單位長度最大扭轉角限制在允許的范圍內(nèi)，軸轉矩的剛度條件為　　軸傳遞的最大轉矩的計算　　空心軸內(nèi)徑與外徑的比值的計算

95、;　　攪拌軸直徑的計算 　　—許用扭轉角，對于懸臂梁。　　故攪拌軸的直徑為　　則取符合要求。　　按臨界轉速校核攪拌軸的直徑　　攪拌軸

96、有效質量的計算　　對于帶框式攪拌器的剛性軸，其有效質量等于軸自身的質量。　　懸臂軸兩支點間距離的計算　　第一個攪拌器懸臂長度的計算　　攪拌軸的有效質量的計算　　合金鋼&

97、lt;p>　　則：對于懸臂軸　　圓盤有效質量的計算　?、偃嵝暂S以及帶錨式和框式攪拌器的剛性軸的圓盤有效質量等于圓盤自身的質量，即：　　②軸及攪拌器的有效質量在點的等效質量之和的計算<b

98、>　?、蹜T性矩的計算　　④一階臨界轉速的計算　　合金彈性模量　　則　　則　　所以臨界轉速符

99、合要求　　按強度計算攪拌軸的直徑　　軸上扭矩的計算　　徑向力引起的軸上彎矩的計算　　流體徑向力系數(shù)的計算　　式中 —基本流體徑向力系數(shù)，<b

100、>　　—物料粘度修正系數(shù)　　—攪拌容器內(nèi)平直擋板數(shù)的修正系數(shù)　　—攪拌器偏心安裝的修正系數(shù)　　—攪拌容器內(nèi)件的修正系數(shù)　　攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩的計算　　攪拌器上的流體徑向力的計算&

101、lt;p>　　—攪拌器的直徑，，查標準得，　　則：　　攪拌軸與各層攪拌器的組合質量的計算　　攪拌軸及各層圓盤（攪拌器及附件）組合重心處許用偏心距的計算　　平衡精度等級，取

102、　　則：　　攪拌軸與攪拌器質量偏心引起的離心力的計算　　—對剛性軸初值取0.5　　則：對于懸臂軸 　　攪拌軸與各層攪拌器組合重心離軸承的距離的計算　　徑向力引起的軸上

103、彎矩的計算　　軸上扭矩和彎矩同時作用時的當量扭矩的計算　　的粗略計算　　當或軸上所有攪拌器時，取　　則　　軸上扭矩和彎矩同時作用時的當量扭矩的計算<

104、/p>　　軸材料的許用剪切應力的計算　　—軸材料的抗拉強度，　　受強度控制的軸徑的計算　　MA的精確計算　　按上述粗略求得后，再按下述方法求精確

105、　計算段長度的計算　　回轉半徑的計算　　軸承型式系數(shù) 　　軸的壓縮屈服限 　　回轉半徑 </

106、p>　　由于則　　當量長度為的軸與攪拌器重力總和的計算　　作用在攪拌軸上的軸向合力的計算　　—流體作用在攪拌器的軸向推力，　　由軸向推力引起作用于軸上的彎矩按下式計算<p

107、>　　則返回重新取　　軸上彎矩總和按下式計算　　軸上扭矩和彎矩同時作用是的當量扭矩按下式計算　　受強度控制的軸徑按下式計算　　則取符合要求。　　按軸

108、封處允許徑向位移驗算軸徑　　由軸徑，軸承型式為滾動軸承　　則軸承徑向游隙為　　對于懸臂軸，因軸承徑向游隙,所引起的軸上任意點離軸承距離位移的計算　　由流體徑向作用所引起的軸上任意點離軸承處位移的計算<p&

109、gt;　　其中 　　懸臂軸段慣性矩與跨間軸段慣性矩比值　　則　　由攪拌軸與攪拌器組合質量偏心引起的離心力在軸上任意點離軸承距離處產(chǎn)生的位移的計算　　由 <

110、;/p>　　對于剛性軸總位移按下式計算　　查得：　　驗算應滿足以下條件　　符合要求。　　第四章反應釜的軸封裝置

111、　　反應釜中介質的泄漏會造成物料浪費并污染環(huán)境，易燃、易爆、劇毒、腐蝕，介質的泄漏會危及人身安全和設備安全，因此選擇合理的密封裝置是非常重要的，為了防止介質從傳動軸與封頭之間的間隙泄漏而設置的密封裝置為軸封裝置。　　4.1軸封裝置的選用原則　　機械密封:

112、　　機械密封是一種旋轉機械的油封裝置。比如離心泵、離心機、反應釜和壓縮機等設備。由于傳動軸貫穿在設備內(nèi)外，這樣，軸與設備之間存在一個圓周間隙，設備中的介質通過該間隙向外泄露，如果設備內(nèi)壓力低于大氣壓，則空氣向設備內(nèi)泄露，因此必須有一個阻止泄露的軸封裝置。軸封的種類很多，由于機械密封具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點，所以當今世界上機械密封是在這些設備最主要的軸密封方式。機械密封又叫端面密封，在國家有關標準中是這樣定義的:“由至少一對垂直于旋轉軸

113、線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置?！?lt;/p>　　①密封介質為易燃、易爆、有毒物料，可選機械密封，介質壓力高時( >0. 6Mpa )，選用平衡型雙端面機械密封;介質壓力低時(<0. 6 Mpa)選用非平衡型雙端面機械密封或非平衡性單端面密封。　?、诒幻芊饨橘|為一般物料，選

114、用單端面機械密封，介質壓力高時(>0. 6Mpa )，選用平衡型機械密封;介質壓力低時(<0.6 Mpa)，選用非平衡型機械密封。　?、勖芊庖蟾邥r，攪拌軸和傳動軸承受較大的徑向力時，應選用帶內(nèi)置軸承的機械密封，但機械密封的內(nèi)置軸承不能作為軸的支點。　?、軝C械密封的運轉溫度T>80℃時，攪拌軸的圓周線速度v > 1. 5m/s時，

115、機械密封應配置循環(huán)保護系統(tǒng)。(按HG 21572-95 )　　填料密封:　　填料密封又稱為壓緊填料(Gland Packings）密封，俗稱盤根密封。盤根密封是最古老的一種密封結構，在我國古代的提水機械中，就是用填塞棉紗的方法來堵住泄漏的，世界上最早出現(xiàn)的蒸汽機也是采用這種密封形式的。而19世紀石油和天然氣開采技術的

116、生產(chǎn)與發(fā)展，使填料密封的材料有了新的發(fā)展。到了20世紀，填料密封因其結構比較簡單，價格不貴，來源廣泛而獲得許多工業(yè)部門的青睞。　　填料密封主要用于機械行業(yè)中的過程機器和設備運動部分等動密封，比如離心泵、壓縮機、真空泵、攪拌機、反應釜的轉軸密封和往復泵、往復式壓縮機的柱塞或活塞桿，以及做螺旋運動閥門的閥桿與固定機體之間的密封。　?、俦幻芊饨橘|為一般物料，介

117、質壓力中等，選用填料密封。　?、诮橘|壓力低，密封要求不高時，選用一般石棉或浸漬石棉填料的填料密封箱。　?、劢橘|壓力中等，密封要求較高時，選用高性能填料并組配循環(huán)保護系統(tǒng)中的流程圖。　　4.2機械密封原理　　當軸轉動時，攪拌軸帶動彈簧座

118、、彈簧墊板、動環(huán)等零件一起旋轉。由于彈簧力的作用，動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上，靜環(huán)靜止不動，這樣動環(huán)和靜環(huán)相接觸的環(huán)形斷面就阻止了介質的泄漏。　　4.3填料密封原理　　填料裝入填料腔以后，經(jīng)壓蓋螺絲對它作軸向壓縮，當軸與填料有相　　對運動時，由于填料的塑性，使它產(chǎn)生徑向力，并與軸緊密

119、接觸。與此同時，填料中浸漬的潤滑劑被擠出，在接觸面之間形成油膜。由于接觸狀態(tài)并不是特別均勻的，接觸部位便出現(xiàn)“邊界潤滑”狀態(tài)，稱為“軸承效應”;而未接觸的四部形成小油槽，有較厚的油膜，接觸部位與非接觸部位組成一道不規(guī)則的迷宮，起阻止液流泄漏的作用，此稱“迷宮效應”。這就是填料密封的機理。顯然，良好的密封在于維持“軸承效應”和“迷宮效應”。也就是說，要保持良好的潤滑和適當?shù)膲壕o。若潤滑不良，或壓得過緊都會油膜中斷，造成填料與軸之間出現(xiàn)干摩

120、擦，最后導致燒軸和出現(xiàn)嚴重磨損。　　為此，需要經(jīng)常對填料的壓緊程度進行調(diào)整。以便填料中的潤滑劑在運行一段時間流失之后，再擠出一些潤浴劑，同時補償填料因體積變化所造成的壓緊力松弛。顯然，這樣經(jīng)常擠壓填料，最終將使浸漬枯竭，所以定期更換填料是必要的。此外，為了維持液膜和帶走摩擦熱，有意讓填料處有少量泄露也是必要的。　　4.4機械密封與填料密封的對比</

121、p>　　密封可靠，在較長的試用期中不會泄露，清潔，無死角，可以防止雜菌污染。　　使用壽命長，正確選擇摩擦負荷比壓的機械密封可以使用2-5年，最長有用到9年。　　維修周期長，在正常的使用情況下，不需要維修。　　軸或軸套不受磨損。

122、　　摩擦功耗少，一般約為填料密封的10%-15%。　　機械密封對軸精度和光潔度沒有填料密封要求那么嚴格，對旋轉軸的振擺和軸對殼體孔的偏移不敏感，對軸的震動敏感性小。　　適用范圍廣，能適用低溫，高溫，高真空，高壓，各種轉速以及腐蝕性，磨損性，易燃，易爆，有毒介質的密封。　　鑒于軸封裝置的選用原則

123、以及本設計中介質為有毒物質，所以選用軸向雙端面非平衡型機械密封2005型(帶內(nèi)置軸承)，以保證軸封的嚴密性。　　4.5機械密封及其循環(huán)保護系統(tǒng)的選擇　　機械密封主要部件:動環(huán)和靜環(huán)。輔助密封件:密封圈(有O形、X形、U形、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡膠O圈等）。彈力補償機構:彈簧、推環(huán)。傳動件:彈簧座及鍵或各種螺釘。<

124、p>　　查表根據(jù)壓力、溫度選擇其型式，根據(jù)傳動軸軸徑選取d=60mm，其他外形尺寸可查標準HG21571-1995得到雙端面飛平衡性機械密封2005結構如下圖：　　選擇機械密封的循環(huán)保護系統(tǒng)根據(jù)《過程設備機械設計》標表34-3推薦選用表根據(jù)壓力等級1. 6MPa，介質溫度大于80℃可選擇循環(huán)保護系統(tǒng)流程3。　　4.6耳座計算<

125、;/b>　　符號說明　　—支座本體允許載荷，　　—支座承受的實際載荷，　　—地震影響系數(shù)　　—偏心載荷，<

126、;/p>　　—偏心距，　　—設置地區(qū)基本風壓　　—地震載荷，　　—風載荷， 　　—支座處圓筒

127、所受支座彎矩，　　—耳座的數(shù)目　　選型　　選用個支座，，支座本體允許載荷。　　假設：地震設防烈度為，則地震影響系數(shù)　　偏心載荷為，偏心距

128、　　設置地區(qū)基本風壓為　　計算支座承受的實際載荷Q　　地震載荷的計算　　風載荷的計算　　（按設備

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機械畢業(yè)設計--3000升開式搪玻璃反應釜的設計

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