連續(xù)攪拌釜式反應器設計（含圖紙和說明書文檔資料）

連續(xù)攪拌釜式反應器設計（含圖紙和說明書文檔資料）,連續(xù),攪拌,反應器,設計,圖紙,以及,說明書,仿單,文檔,資料 7m3連續(xù)攪拌釜式反應器設計摘 要反應器，顧名思義就是一種用來給各類反應提供一個合適空間的容器，反應器的前身還要追溯到古代用來燒制陶瓷器的窯洞，如今的反應器早已經(jīng)不像原先那樣單調的應用在某一個行業(yè)，各行各業(yè)都充斥著各種各樣的反應器。 釜式反應器也是反應器的一種，這次我要設計的就是一個釜式反應器，任務書上給出的公稱容積是7m3。首先要做的就是對整個釜式反應器進行分解，把一個整體分解成幾個重要的裝置，然后通過各種已知條件來確定每一個裝置的選型和設計以及每個裝置之間的配合。如上所述，我最先分解出來的就是反應器的釜體，釜體是整個反應器最重要的部分，所以釜體的設計應該放在第一步，通過對任務書的分析，我們很容易就能通過已知數(shù)據(jù)設計出釜體的幾何尺寸，然后要做的就是各種校核，校核合格之后第一步基本上就完成了。第二步就是要設計分解出的第二個裝置了，這個裝置我選擇的是攪拌裝置，攪拌裝置起著一個承前啟后的作用，一個合適的攪拌器肯定是要同時考慮到釜內的介質和釜體的幾何尺寸來進行設計的，然后還是強度校核，合格之后第二步也基本上完成了。第三步繼續(xù)往上設計，這一步要確定的就是傳動裝置了，傳動裝置起著一個輸出動力和傳遞動力的作用，它是整個反應器的動力來源，所以一個合適的傳動裝置也是至關重要的，先根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇一個合適的電動機，然后根據(jù)選擇的電動機來選擇和設計其他的零部件。然后是選擇合適的軸封裝置了，主要是根據(jù)釜內介質以及上面確定的各數(shù)據(jù)確定密封的型式，然后選擇合適的組件，之后進行強度校核就完成了。最后就是設計各種附件了，附件的設計基本上可以通過已知數(shù)據(jù)查表來確定，最后還是要進行強度校核，到這里一個完整的釜式反應器基本上就設計完成了。這次的設計主要展示了一個釜式反應器從無到有的過程，在每一步設計完成后都要進行強度校核，主要就是為了保證所設計的裝置是能夠正常工作的，目前來說釜式反應器是適用性最廣的一種反應器，在多個行業(yè)中被廣泛使用。關鍵詞：反應器；釜體；攪拌裝置；傳動裝置；軸封裝置 ABSTRACTThe reactor, as its name suggests, is a container used to provide a suitable space for various types of reactions. The precursor of the reactor is also traced back to the caves used to burn ceramics in ancient times. Todays reactors are not as monotonous as they used to be. Applied in a certain industry, all walks of life are filled with a variety of reactors. The kettle reactor is also a type of reactor. I want to design a tank reactor this time. The nominal volume given in the task book is 7m3. The first thing to do is to decompose the entire kettle reactor, break down the whole into several important devices, and then determine the selection and design of each device and the fit between each device through various known conditions. . As mentioned above, the first thing I broke down is the reactor body. The kettle body is the most important part of the whole reactor. Therefore, the design of the kettle body should be placed in the first step. Through the analysis of the task book, we are very easy. The geometry of the kettle body can be designed from known data, and then various checks are made. After the calibration is completed, the first step is basically completed. The second step is to design the second device to be disassembled. I chose the stirring device for this device. The stirring device plays a role of front and back. A suitable agitator must take into account both the medium and the kettle in the kettle. The geometry of the body is designed, and then the strength is checked. After the pass, the second step is basically completed. The third step is to continue to design. This step is to determine the transmission. The transmission plays an important role in outputting power and transmitting power. It is the power source for the entire reactor, so a suitable transmission is also essential. First, select a suitable motor based on the known data, and then select and design other components according to the selected motor. Then choose the appropriate shaft sealing device, mainly based on the medium in the kettle and the data determined above to determine the type of seal, and then select the appropriate components, and then the strength check is completed. Finally, the design of the various accessories, the design of the attachment can basically be determined by the known data lookup table, and finally the strength check, to complete a complete tank reactor is basically designed. This design mainly shows the process of a tank reactor from scratch. After each step of design, the strength check is carried out, mainly to ensure that the designed device can work normally. The reactor is the most versatile reactor and is widely used in many industries.Key words: Reactor; kettle body; stirring device; transmission device; shaft sealing device目 錄1緒論11.1 前言11.2 釜式反應器的介紹11.2.1 釜式反應器的發(fā)展現(xiàn)狀和應用11.2.2 釜式反應器的發(fā)展趨勢21.3 設計條件及設計內容21.3.1 設計條件21.3.2 設計內容32釜體尺寸的確定42.1釜體形狀的設計及結構選型42.1.1 筒體和封頭的選型42.1.2 計算筒體內徑42.1.3 計算筒體高度52.1.4 夾套的選型以及內徑的確定52.1.5 夾套高度的計算52.2 釜體的受力分析以及厚度的確定62.2.1 釜體的受力分析62.2.2 夾套厚度的計算62.2.3 內筒厚度的計算73 反應釜攪拌裝置的設計93.1 選擇攪拌器93.1.1 攪拌器簡介93.1.2 待選攪拌器的詳細介紹93.1.3 確定攪拌器的型式113.2 攪拌軸的設計113.2.1 攪拌軸轉速和攪拌功率的確定113.2.2 攪拌軸的直徑計算123.2.3 攪拌軸剛度校核123.2.4 攪拌軸長度的設計134 傳動裝置的選擇144.1 傳動裝置的簡介144.2 電動機的選擇144.3 減速器的分析與選擇154.4 機座的分析與選擇174.5 聯(lián)軸器的分析與選擇174.5.1 聯(lián)軸器的結構分析184.5.2 聯(lián)軸器的選擇184.6 底座的設計195 反應釜軸封裝置的選擇205.1 軸封型式的確定205.2 機械密封的結構以及分類215.3 軸封裝置的確定226 其余附件的設計與選型236.1 支座的選型236.2 釜體法蘭的選型236.3 手孔的設計236.4 視鏡的選型24參考文獻25致 謝261 緒論1.1 前言釜式反應器，顧名思義是用來給物理或化學反應提供反應場所的容器，通常情況下都是壓力容器。主要由釜體、攪拌裝置、傳動裝置、軸封裝置這四個大部分組成，基本工作原理為：將需要混合的各種物料都放入釜體內，然后將電動機通電，電動機是與減速器相連的，減速機把轉速降到一個合適的數(shù)值，然后減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器與攪拌軸緊緊連接在一起，攪拌槳葉在攪拌軸的帶動下轉動，從而帶動釜體內物料進行攪拌混合，經(jīng)過一段時間的充分攪拌后，合格的產品就被生產出來了。釜式反應器的應用范圍非常的廣泛，分類方法也有很多種，在這里我們按照不同的運轉方式來分類，可以分為三種。第一種是間歇釜式反應器，它是操作最不呆板的一種反應釜，總是能夠輕松的勝任各種條件和介質種類，當需要生產的數(shù)量較小，但是種類確相對比較繁雜的時候，它就是最好的選擇，而且出成品速度較慢的物料也非常適合采用它來生產，但是這種反應釜也有一個局限，那就是成品的合格率問題，一般都像摸獎一樣很難確定。第二種是連續(xù)攪拌釜式反應器，也就是我們在這里要設計的釜式反應器，它的優(yōu)勢就在于不用像摸獎一樣來猜成品的合格率了，但是它的不足之處就是物料不能反應太久，不然很容易產生各種雜質。第三種叫半連續(xù)釜式攪拌器，顧名思義，介于上述兩者之間，在這里不做太多說明。1.2 釜式反應器的介紹1.2.1 釜式反應器的發(fā)展現(xiàn)狀和應用在上個世紀二十年代初期，釜式反應器第一次出現(xiàn)工業(yè)化生產進入人們的視線，初期的各種釜式反應器因為優(yōu)點缺點都很顯著而并沒有得到很廣泛的使用。直到出現(xiàn)了專用反應釜焊條，隨后就開始出現(xiàn)各種成熟的釜式反應器，這段時間是釜式反應器快速發(fā)展的時期。雖然與國外相比我國釜式反應器的出現(xiàn)晚了很長一段時間，但是隨著近幾十年以來我國國力的快速提升，同時也催生了多種行業(yè)對于釜式反應器的需求。目前來說因為國外對于這方面的核心技術封鎖的很嚴密，我國的釜式反應器相比與國外還是有很多不足的，但正是因為這樣就意味著我國的釜式反應器還有很大的進步空間，釜式反應器從始至今數(shù)量一直保持增長，相信隨著我國的日益強大，釜式反應器各種相關技術一定會得到更加快速的提升和發(fā)展。釜式反應器能夠應用的范圍相當廣泛，雖然最大的需求還是來源于化工行業(yè)，但是在其他的各種行業(yè)也是遍地開花。它的主要構件有釜體、攪拌裝置、傳動裝置以及軸封裝置，它的分類方法也有很多種，可以按照釜體材料進行分類，可以按照釜內的設計壓力來進行分類，可以按照不同的加料方式來進行分類，可以按照攪拌形式進行分類，還可以按照釜內介質的加熱方法來進行分類。在這里我主要介紹一下釜體材料的分類，按照釜體材料主要可以分為不銹鋼反應釜、碳鋼反應釜、搪玻璃反應釜、鋼襯PE反應釜、鋼襯ETFE反應釜等等，它們都各自有各自的優(yōu)缺點，下面是它們的適用范圍：搪玻璃反應釜：廣泛的應用于農藥、醫(yī)藥、食品、科研、化工、石油等行業(yè)。碳鋼反應釜：不含有腐蝕性液體的環(huán)境，例如某些油品加工。不銹鋼反應釜：適用于需要進行高溫高壓實驗的行業(yè)，例如冶金、科研、高校等部門，它能使顆粒物和粘稠物 質達到高攪拌的效果。1.2.2 釜式反應器的發(fā)展趨勢在總結前人的經(jīng)驗經(jīng)過反復的思考后，預測未來釜式反應器的產業(yè)升級會主要聚焦在大容積化、環(huán)境保護、制造和生產工藝進步等幾個方面。首先是大容積化，這肯定是大趨勢，容積增大后最起碼的優(yōu)勢就是產量的增加、每個生產批次之間的質量會更加的相近，最重要的是生產成本會顯著的降低。然后就是環(huán)境保護，環(huán)境保護一直以來都是一個很嚴峻的問題，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，有關于環(huán)境保護的問題就更加的凸顯了，這不僅會影響到未來能否繼續(xù)高速發(fā)展，更重要的是影響到地球未來的存亡。最后是制造和生產工藝的進步，隨著各種先進制造技術的迅速發(fā)展，釜式反應器的制造和生廠工藝的進步是理由當然的，制造和生產工藝的進步直接影響到反應器的質量，反應器的質量變好了生產的產品當然就會更加的優(yōu)質。隨著各種技術的進步，相信未來我國的釜式反應器一定會發(fā)展的越來越好。1.3 設計條件及設計內容1.3.1 設計條件由任務書可知，給定的設計參數(shù)有：物料： 釜內 藥物水溶液 夾套內 蒸汽設計壓力： 釜內 0.35MPa 夾套內 0.45MPa設計溫度： 釜內 85 夾套內 115 公稱容積： 7m3電機功率： 自定1.3.2 設計內容需完成的主要內容如下：1、緒論2、釜體設計3、攪拌裝置設計4、傳動裝置及軸封裝置選用5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等6、繪制裝配圖及零部件圖2 釜體尺寸的確定2.1釜體形狀的設計及結構選型2.1.1 筒體和封頭的選型選擇合適的筒體型式在這里尤為重要，筒體的型式選的好首先就能節(jié)約很多的材料，降低重量，方便制造等等，因為在任務書上給我們列出來了一些設計參數(shù)要求，所以我們可以基本確定這次所要設計的反應釜是屬于低壓反應釜類型，通常情況下低壓容器的筒體會設計成圓柱體，所以在這里我們筒體型式?jīng)Q定設計成圓柱體。經(jīng)過對比橢圓形封頭、半球封頭、蝶形封頭這三種封頭各自的優(yōu)缺點以及制造工藝的難易程度后，根據(jù)這次設計所需決定封頭型式選擇標準橢球封頭，類型為EHA。2.1.2 計算筒體內徑查文獻可得幾種反應釜的HDi如下表所示：表1 反應釜的HDi值種類設備內物料類型H/Di一般反應釜液-固相物料或液-液相物料11.3氣-液相物料12發(fā)酵罐類氣-液相物料1.72.5計算筒體內徑首先需要確定兩個常量參數(shù)，那就是長徑比和裝料系數(shù)，根據(jù)上表和釜內所要生產的物質特性，為了保證總高度，選擇 HDi=1.4是非常合適的，而裝料系數(shù)的取值同樣也是至關重要的，通常它的取值都會在0.60.85。如果釜內介質在攪拌過程中并不會發(fā)生劇烈反應時，取值范圍還能取 0.80.85。為了平衡設備的反應效率和安全性，本設計的裝料系數(shù)選取=0.8。已知公稱容積V0=7m3,由V=V0,可得設備計算容積：V=V0#1V=70.8=8.75m3由此，估算的筒體內徑為： Di=34VHDi#2Di=348.751.4=1.996m將計算所結果圓整至公稱直徑標準系列，選取筒體內徑Di=2000mm，封頭取相同的內徑。2.1.3 計算筒體高度上述計算可以得知筒體內徑，封頭內徑與筒體內徑取相同的數(shù)值，查閱參考文獻得標準橢圓形封頭容積Vh=1.13m3。把筒體的計算容積V=8.75m3和筒體內徑Di=2m代入筒體高度的計算公式：H=V-Vh4Di2#3H=8.75-1.13422=2.426m取H=2400mm，復核得H/Di=1.2，復核結果在原定范圍內，符合要求。2.1.4 夾套的選型以及內徑的確定夾套就相當于是給內筒體穿的一件鋼甲，先把夾套和筒體之間的縫隙焊接好，然后在夾套和筒體中間的密閉空隙里充上蒸汽用來保溫和加熱。推薦的比較多的夾套類型有：整體夾套、半圓管夾套、型鋼夾套和蜂窩夾套。按照設計參數(shù)進行分析，在這里不可拆式U型夾套是最為合適的選擇。夾套內徑通常都是按照筒體內徑來進行選擇，如下表所示：表2 筒體直徑與夾套直徑的關系筒體內徑Di/mm500600700180020003000夾套內徑Dj/mmDi+50Di+100Di+200由上表可以得知夾套的內徑為：Dj=DN+200=2200mm，夾套封頭取相同的內徑。2.1.5 夾套高度的計算前面所得的結果可知筒體每一米高的容積V1=4Di2=3.14m3/m，則夾套筒體高度的估算公式如下：Hj=V-VhV1#4Hj=0.88.75-1.133.14=1.87m圓整后取Hj=2000mm。2.2 釜體的受力分析以及厚度的確定2.2.1 釜體的受力分析 任務書上給定的設計參數(shù)為： 設計壓力： 釜內 0.35MPa 夾套內 0.45MPa設計溫度： 釜內 85 夾套內 115 分析如下：夾套一直承受0.45Mpa內壓，工作狀態(tài)下內筒筒體和下封頭承受0.35MPa的內壓的同時還要承受0.45Mpa的外壓，停止狀態(tài)下內筒單獨承受夾套內蒸汽所施加的0.45Mpa的外壓。2.2.2 夾套厚度的計算焊縫系數(shù)是計算厚度的一個重要常量參數(shù)，因為釜體的環(huán)焊縫很難在實際操作中得到檢測，所以決定取=0.8。根據(jù)設計參數(shù)和工作環(huán)境，確定Q235-A鋼作為設備材料。設計溫度下材料的許用應力t=113。取Pc=1.1P，夾套的厚度計算如下：dPCDj2t-PC+C1+C2#5d1.10.45220021130.8-1.10.45+0.3+2=8.34mmPc計算壓力，MPad圓筒的名義厚度，mm C1鋼板厚度的負偏差，mm C2腐蝕裕量，mm 封頭的厚度計算：dPCDj2t-0.5PC+C1+C2#6d1.10.45220021130.8-0.51.10.45+0.3+2=8.33mmPc計算壓力，MPad圓筒的名義厚度，mm C1鋼板厚度的負偏差，mm C2腐蝕裕量，mm 因為選擇和鋼板的規(guī)格厚度相同的數(shù)值能大大簡便加工過程，所以確定10mm是我們的最佳厚度選擇，封頭與夾套厚度取相同。2.2.3 內筒厚度的計算（1）筒體厚度的計算承受0.35Mpa內壓時：由公式（5）可得：d1.10.35200021130.8-1.10.35+0.3+2=6.57mm承受0.45Mpa外壓時：為簡化運算過程，在這里我采用圖算法計算，先設筒體名義厚度n=8mm，則e=n-C1+C2=8-2.3=5.7mm，因為筒體與夾套有一個高度差，在這里我把這個高度差定為200mm， 所以筒體受壓高度為H-200mm，所以可以計算出L/D0和D0/e：D0=Di+2n#7L=H-200+h2+13h1#8代入已知數(shù)據(jù)得： D0=2000+28=2016mmL=2400-200+25+13500=2391.67mm上述式中： h2橢圓封頭的直邊 高度，查表得h2=25mm。h1橢圓封頭的曲面高度，查表得h1=500mm。所以： L/D0=2391.67/2016=1.2D0/e=2016/5.7=354查表查得A=0.00004，再據(jù)此查查表查得B不存在。 所以，當名義厚度n=8mm時， 不能滿足穩(wěn)定要求。再假設n=12mm，則e=12-0.3-2=9.7mmD0=2000+212=2024mm而D0/e=2024/9.7=209，L/D0=2391.67/2024=1.2。由文獻8圖15-4查得A=0.00067,再由此查文獻8圖15-5得 B=96MPa,則許用壓力為：p=BD0e#9p=9620249.7=0.460MPa0.45MPa計算得出n=12mm時，筒體能符合強度要求。所以取n=12mm是我們的最佳厚度選擇。（2）計算封頭厚度承受0.35Mpa內壓時：由公式（6）可見d1.10.35200021130.8-0.51.10.35+0.3+2=6.56mm承受0.45Mpa外壓時：設=12mmn，則e=n-C1-C2=10-0.3-2=9.7 mm，而A=0.1250.9D0e#10A=0.1250.920249.7=0.00067 查閱資料得B=96MPa，所以得 p=B0.9D0e#11 p=960.920249.7=0.51MPa0.35MPa符合任務書上的設計參數(shù)要求。所以最后選取兩者中的最大值，確定內筒封頭厚度取12mm。3 反應釜攪拌裝置的設計3.1 選擇攪拌器3.1.1 攪拌器簡介攪拌裝置是反應釜的重要組成部分之一。生產產品的工藝條件是選擇攪拌裝置最基本的原則，當然攪拌目的以及攪拌要求也是選擇攪拌裝置的重要條件。還要能夠基本了解物料加工的要求和攪拌過程產生的流向與攪拌器的轉動特點這兩點中間的聯(lián)系。因為我們所要得到的產品的生產過程主要就是攪拌，所以攪拌器選擇的合不合適直接能決定了產品質量的好壞。如果不小心選擇了不合適的攪拌器，造成的最直接的后果就是生產的產品質量不合格，嚴重的甚至可能會威脅到生產人員的人身安全，所以選擇合適的攪拌器是一件特別重要的事情。攪拌器的類別相對而言比較多，從所需要加工的原料方面來看可以分為低粘和高粘。因為我們這次主要加工的就是藥物水溶液，所以在這里我們只看用于低粘液體的攪拌器，主要有：推進式、槳式、渦輪式等。3.1.2 待選攪拌器的詳細介紹下面是這三種攪拌器的詳細介紹：渦輪式攪拌器：渦輪式攪拌器應用廣泛，能有效地實現(xiàn)幾乎所有的攪拌操作，并且能適用于于處理一些黏度范圍比較廣的流體。渦輪攪拌器在水平圓盤上有26片彎曲的或平直的葉片，槳葉的圓周速度一般能達到1秒3-8米左右，由于它能使物料產生徑向流動，所以它在不互溶液體與氣體的分散以及液液相反應過程方面得到了大量的使用。其中被攪拌液體的黏度不會超過25Pas。圖（1）是渦輪式攪拌器的結構簡圖：圖1 渦輪式攪拌器推進式攪拌器：推進式攪拌器有三瓣螺旋形葉片，它的螺距和漿直徑D相等。一般采用整體鑄造的方法來鑄造推進式攪拌器，加工方便。但采用焊接時需要模鍛 后才能與軸套焊接，加工比較 困難。在制造過程中都應 做靜平衡試驗。攪拌器可用軸套以平鍵和 緊定螺釘與軸聯(lián)接。推進式攪拌器直徑的 取值約為反應釜內徑Di 的 1/61/2。其切向線速度 v15m/ s, 轉速為 300600r/ min，甚至更快，一般來說大直 徑取較低轉速，小直徑取高轉速。材料常用 鑄鐵、鑄鋼等。圖2是推進式攪拌器的結構簡圖：圖2 推進式攪拌器槳式攪拌器：槳式攪拌器的結構非常簡單，它的槳葉一般由扁鋼制造而成的，材料可以選用合金鋼、碳素鋼、有色金屬、環(huán)氧樹脂、酚醛、玻璃布等。槳分為折葉和直 葉兩種類型：其中折葉式是槳葉與旋轉方向有一個傾斜角，= 45或 60，可使物料有較多的軸向分流；而直葉的 葉面與旋轉方向呈直角，使物料能在切線方向產生流動。槳式攪拌器的運轉速度比較遲緩，速度多在 2080 r/ min之間，v5m/ s。在料液層比較高的情況下，常裝有幾層槳葉，以使物料攪拌均勻，相鄰的兩層攪拌葉交錯成 90安裝。一般情況下，不同層數(shù)的槳葉安裝位置如下：一層：安裝在下封頭環(huán)向焊縫 線所在水平線上。二層：其中一層安裝在下 封頭的環(huán)向 焊縫線所在水平線上， 把另一層安裝在液面與 下封頭的環(huán)向焊 縫線的中間或者稍微高一點的位置上。三層 ：一層安裝在下封頭的焊 縫線所在水平線上， 另一層安裝在液面下方大約 200mm 處，在兩者中間再安裝一層。槳式攪拌器直徑D約取反應釜內徑Di大小的1434為合理。圖（3）是槳式攪拌器的結構簡圖：圖3 槳式攪拌器3.1.3 確定攪拌器的型式由于攪拌介質的粘度對攪拌過程的影響不能輕易地忽視，所以按照釜內的所要攪拌的液體粘度大小來選擇攪拌器是一種基本方法。想要最后能得到非常合適的攪拌器肯定不能僅僅考慮攪拌介質黏度，筒內設計的各種尺寸的大小、物料加工后所要求的質量等等都是要注重的參數(shù)，同時還應該考慮到經(jīng)濟性等多方面的因素。在這里我主要就是要從上面所推薦的三種低黏流體攪拌器里面選擇出一種最合適的。因為我們加工的物料是藥物水溶液，并不需要太高的轉速，所以首先排除掉推進式攪拌器。而由于渦輪式的各種能力都比較全面，所以在這里我決定選擇渦輪式攪拌器，型式為4片斜葉開啟式，槳葉直徑取d=800 mm，選擇Q235-A鋼作為它的材料。3.2 攪拌軸的設計攪拌軸直徑的初步設計通常都是直接根據(jù)扭矩計算出來的，但是在實際的工作狀態(tài)下攪拌軸還會受到彎矩的作用，所以一般初步計算出軸徑大小以后還要進行后面的剛度校驗才能得到最終合格的軸徑大小。最后還要注意的一點就是如果設計的攪拌軸轉速超過了200r/min的話，那就必須要進行臨界轉速的校核。3.2.1 攪拌軸轉速和攪拌功率的確定攪拌器在進行攪 拌作業(yè)時，維持攪拌過程能夠正常運行所消耗的功率就叫做攪拌功率。攪拌功率的大小能直接影響到攪拌軸的選擇。由于任務書并沒有給出具體的電動機功率和攪拌軸轉速，所以要先根據(jù)已知條件設計電機功率和攪拌軸轉速后才能進行下一步的計算。先從選擇的攪拌器特性和攪拌物料出發(fā)假定攪拌軸轉速n=90 r/min，而攪拌功率很難得到準確的測定，在這里我是在網(wǎng)上查閱了大量文獻最后找到了下列這個公式。它是經(jīng)過分析待加工物料的特性然后綜合上一步確定攪拌器尺寸來大致估算要達到要求的轉速所需要的功率數(shù)值。上述所提及的公式為：P=NPN3d5W#12式中：d：攪拌器直徑（m） N：攪拌器的轉速（r/s） W：液體密度（kg/m3） NP：功率準數(shù)一般情況下，攪拌器多數(shù)在工作在湍急狀態(tài)下。查閱參考文獻得，在湍急狀態(tài)下，六平直葉圓盤渦輪的功率準數(shù)NP6，液體密度取W=0.9 kg/m3代入各數(shù)據(jù)得：P=61.530.850.9=5.97kw圓整后取P=6kw。3.2.2 攪拌軸的直徑計算由上可得攪拌功率P=6kw，攪拌軸轉速n=90 r/min，選擇不銹鋼作為這次攪拌軸的材料，取=40Mpa。 攪拌軸主要受扭矩作用，所以首先根據(jù)扭矩計算最小軸徑，扭矩的大小為： MT=9.55106pn#13解得：MT=9.55106690=6.37105Nmm。工作狀態(tài)下攪拌軸截面的應力為：=MTW#14因為有=40Mpa，所以抗扭矩系數(shù)：WMT=6.3710540=1.60104又因為實心軸的抗扭矩系數(shù)：W=d316#15所以可以得到軸徑：d316W=3161.60104=43.4mm。取d=50mm。3.2.3 攪拌軸剛度校核因為上一步得出來的攪拌軸直徑的數(shù)值是在不考慮彎矩作用下計算出來的，為了工作時操作人員的安全必須要對初步確定的軸徑進行剛度校驗。查閱文獻資料得知許用扭轉角=0.8/m，彈性模量G=8.1104MPa。查文獻可以得到攪拌軸扭轉角計算公式為：=MTGJ180103#16而攪拌軸截面上圓面對圓心的極慣性矩為：J=d432#17代入上一步所得軸徑解得J=50432=613592.32mm4。所以：=6.371058.1104613592.32180103=0.734/mDi=2000mm解得：L3=232393.5=1595.7mm將上述計算所得結果代入可得攪拌軸的長度為：L=661+1056.5+1595.7=3313.2mm結果經(jīng)圓整后取L=3315mm。4 傳動裝置的選擇4.1 傳動裝置的簡介傳動裝置設計是反應釜設計中很重要的一塊，電動機、減速機、聯(lián)軸器、機座組成了傳動裝置，由于本設計是立式攪拌反應釜，所以把傳動裝置裝在反應釜的頂部，按電動機、減速機、聯(lián)軸器、機座的順序，從上往下排列。電動機提供動力，然后經(jīng)減速機減速把轉速降下來，然后經(jīng)聯(lián)軸器帶動攪拌軸轉動，再帶動攪拌器完成作業(yè)。為了日后檢修方便以及同心度要求，把傳動裝置和軸封裝置一起安裝在一個裝在反應釜上封頭上的底座上。所以，傳動裝置的設計，應該根據(jù)實際要求選擇適合的電動機，減速機和聯(lián)軸器，同時根據(jù)這些數(shù)據(jù)和釜體的數(shù)據(jù)把機與底座設計出來。圖4就是傳動裝置各組成部分的基本結構和位置：圖4 傳動裝置的結構4.2 電動機的選擇選擇電動機得第一原則就是一定要安全，然后就是要能夠滿足設備所需要的功率以及轉速。由于任務書上要求自定電動機的功率，而由上一個步驟可知設備正常運轉所需的攪拌功率P=6kw，所以需要自己確定一個合適的電動機功率。由任務書上給的設計參數(shù)可以知道反應釜內的物料是藥物水溶液，所以決定選擇Y系列三相異步電機。轉速方面選擇常見的轉速為1500r/min的電動機。查閱參考資料的電動機的功率與攪拌功率的關系如下式：Pd=P#23式中：Pd電動機功率； 傳動裝置以及軸封裝置的損耗補償系數(shù)，取=0.85。代入攪拌功率P=6kw，解得Pd=7.06kw。根據(jù)電機的功率Pd=7.06kw以及轉速nd=1500r/min，查Y系列電動機型號大全，得所選電動機型號為Y132M-4。4.3 減速器的分析與選擇減速器，顧名思義就是用來減速的機器，具體來說就是用來把原動件高轉速轉換成低轉速然后輸出給工作機的一個機構，在這里原動件就是電動機，工作機就是攪拌器，如果不考慮轉換過程中的功率損耗的話，在轉速降低的同時力矩會變大。它根據(jù)內部的減速傳動系統(tǒng)的不同可以分為多種類型，下表是幾種常見減速器的簡單介紹：表3 常見減速器的基本參數(shù)比較參數(shù)齒輪減速器圓形蝸桿減速器擺線針輪行星減速器V形皮帶減速器傳動比傳動效率輸出軸轉速（r/m）輸入功率（KW）傳動原理1260.950.96652500.55315兩級同中心距斜齒輪傳動80150.80.93121000.5555圓弧齒圓柱蝸桿傳動9870.90.95171600.0455利用少齒差內嚙合行星傳動4.532.960.950.962005000.55200單級V形皮帶傳動續(xù)表3比較參數(shù)齒輪減速器圓形蝸桿減速器擺線針輪行星減速器V形皮帶減速器主要特點在相同傳動比范圍內擁有制 造成本低，傳動效率高，體積小，結構 簡單，裝配檢修方便，不允許承受外 加軸向載荷，允許正反轉。凹凸面圓弧齒廓嚙合，效率 高，發(fā)熱低，磨損小，承載能力高，重量輕，體 積小，結構緊湊，廣泛用于搪玻璃反應釜。傳動比大，傳動效率高，拆裝方 便，結構緊湊，體積小，重量輕，壽命 長，承載能力高，工作平穩(wěn)。能承 受過載和沖擊載荷，允許正反 轉。結構非常簡單，而且過 載時能打滑，因此可以起到安全保 護作用，但不能保持精確的傳動比。傳動效率高的減速機是我們要優(yōu)先考慮的類型，根據(jù)電機的功率Pd=7.5kw、轉速nd=1500r/min以及攪拌軸轉速n=90 r/min,得出傳動比i=1500/90=16.7。最后決定選擇行星擺線針輪減速器。它的外形見圖5所示：圖5 行星擺線針輪減速機的外形該減速器的外形安裝尺寸如下表所示：表4 減速機的外形安裝尺寸（mm）DbD2D3D4n-dDMP60183403102706-112704EBhMCFl204356489219804.4 機座的分析與選擇機座就是傳動裝置的支架，主要作用是支撐電動機和減速機以及在機座里面安裝聯(lián)軸器、軸封等各種重要構件。所以機座的設計主要就是考慮它的強度和內部空間是否能夠滿足要求。一般來說機座的型式可以分為無支點、單支點以及雙支點機座。當在電動機或者減速器上能夠找出兩個可以當做支點的機構時，或者是在電動機或減速器只能夠找出一個支點，但容器內部也有可當做支點的構件時，在機座的選擇上就可以選擇無支點機座。當在減速機或電動機以及攪拌容器內都只能找到一個可以當做支點的機構時，就只能選擇單只點機座。當以上兩種機座都不適用時選用雙支點機座。按照前面計算所得的攪拌軸轉速以及攪拌軸軸徑，決定選用公稱直徑DN300的單支點機架，單支點支架的結構示意圖見圖6。圖6 單支點機座的結構示意圖4.5 聯(lián)軸器的分析與選擇由于需要將傳動軸和從動軸連接在一起并帶動從動軸轉動，所以設置了一個連接裝置用來連接傳動軸和從動軸，這就是聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的主要作用就是用來傳遞動力，有時也可以作為一種安全裝置，聯(lián)軸器在這里的作用是連接電機與攪拌軸。4.5.1 聯(lián)軸器的結構分析聯(lián)軸器又叫做聯(lián)軸節(jié)，因為需要用來連接多種結構不同的裝置，所以能夠適用于多種機構，聯(lián)軸器能夠分為兩大類：撓性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器又有無彈性撓性聯(lián)軸器和彈性撓性聯(lián)軸器，無彈性撓性聯(lián)軸器只有補償軸線位移的功能，而有彈性撓性聯(lián)軸器還多了一個緩沖減震的作用，但是強度比不上無彈性撓性聯(lián)軸器。而剛性聯(lián)軸器因為沒有彈性不能發(fā)生變形所以上述的兩種功能都沒有，剛性聯(lián)軸器的優(yōu)點是結構簡單、使用方便且制造和保養(yǎng)成本低，能夠保證被連接的兩軸有相對較高的對中性，同時還擁有很強的抗油性與耐腐蝕性。幾種常見聯(lián)軸器的基本特征如表5所示：表5 幾種常見聯(lián)軸器的基本特征立式夾殼聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器彈性圓柱銷聯(lián)軸器特點靠摩擦力傳導扭矩力，由兩個半環(huán)組裝而成的懸吊環(huán)在夾殼的中部，作用是用來固定軸的軸向位置。適用于最高使用溫度為250，最高圓周速度5m/s。由兩個凸緣盤式半聯(lián) 軸器、聯(lián)接鍵和螺栓等 組成。有兩種不同的結構。由兩個帶有溝槽的半聯(lián)軸器 和一個帶有互 相垂直凸牙的中間盤組成?？梢匝a償兩軸間的軸向偏移、徑向偏移和小量的 角偏移。它的構造與剛性凸 緣聯(lián)軸器相似，不 同的是用套有橡膠圈的柱銷代替了聯(lián) 接螺栓。通過橡膠 圈傳遞運動和扭矩徑向偏移量為3-6mm，角偏移量為1。優(yōu)缺點優(yōu)點是構造簡單、拆卸方便。缺點是只適用于低轉速，并且不適用于有沖擊的情況，生產出來的產品單一，后期還要加工?？沙惺茌^大載荷，結構簡單，被聯(lián)接的兩軸對中精確，應用廣泛，但要求安裝準確。只適用于轉速少于250r/min，軸剛度較大，并無劇烈沖突的場合。制造容易、成本低，裝拆方便，適用于載荷平穩(wěn)，需要正、反轉或起動頻繁的中、小載荷傳遞 的情況。4.5.2 聯(lián)軸器的選擇因為上一步驟選用了擺線針輪行星減速器，所以在聯(lián)軸器的選擇上決定選用立式夾殼聯(lián)軸器。由上一步所選的減速器輸出軸直徑D=60mm和攪拌軸直徑d=60mm以及所需要傳遞的轉矩大小等各種影響因素綜合考慮，在查閱相關資料和標準后，決定選擇型號為GJL-4的立式夾殼聯(lián)軸器，標記為：DN 65 HG 5-213-65。4.6 底座的設計底座的設計如下圖所示，底座的邊緣設置了通孔，在底座的側面還設計了用來調節(jié)螺桿的把手，底座的上表面至少有三個凹槽的存在，凹槽的下面部分與孔相連。如下所示圖7就是底座的結構示意圖以及尺寸：圖7 底座的結構以及尺寸5 反應釜軸封裝置的選擇軸封裝置的作用簡單來說就是堵住反應釜釜體與外界之間的縫隙，雖然軸封裝置在反應釜中占據(jù)的體積很小，但是軸封裝置選用的合適與否輕則直接關系到生產效率的高低和生產產品的品質，嚴重時甚至關乎攪拌中作業(yè)人員的人身安全。假設選擇的軸封裝置和其他的組件不能配套，那么在攪拌作業(yè)過程中釜體就很容易產生泄露，這樣不僅會產生浪費而且還會對到我們周圍的環(huán)境造成很大的危害，嚴重時甚至還會發(fā)生燒壞軸承、打壞齒輪、擰斷傳動軸或其他的危害性極大的安全事故。安全責任重于山，勿覺與己不相關?。∪缟纤?，軸封裝置的選擇影響非常大。5.1 軸封型式的確定通常情況下軸封型式可以分為動力密封、機械密封和填料密封，下面是它們的原理以及優(yōu)缺點介紹。如表6所示：表6 幾種軸封型式的特點與優(yōu)缺點動力密封機械密封填料密封 原理 優(yōu)點缺點 利用電機轉動時帶動副葉輪轉動，使軸封處的氣壓降低到常壓甚至負壓，使反應釜在使用中不泄露。價格便宜，修理方便，使用中基本不泄露，性能比較靠譜。功率損耗比機械密封大，停車密封裝置的壽命比較短。利用一對或者多對與軸垂直的端面在各種機械壓力的作用下緊密貼合并配合輔助裝置從而保持密封。 密封性較好，泄漏量相對不大，壽命相對比較長。主要是經(jīng)濟方面，價格比較高，使用和維護的要求也比較高填料中含有潤滑劑，在軸料接觸面上形成油膜，接觸部位和未接觸部位形成“迷宮效應”從而阻止泄露。結構非常簡單，價格低廉，容易檢修。泄漏量相比其他很大，壽命很短，功耗損失也比較大在這次設計中，軸封裝置的主要作用就是為了防止在攪拌過程中反應釜筒內的攪拌介質泄露出來，所以我們先從防止泄露這一點出發(fā)來比較上述的三種軸封型式，首先可以看出填料密封的泄漏量是最大的，查閱資料得填料密封的最大泄漏量甚至達到了450ml/h，而動力密封和機械密封在防止泄漏這一點上做的都非常的好，尤其是動力密封，在開機狀態(tài)下基本不發(fā)生泄漏，所以從防止泄露這一點看，我們優(yōu)先選擇動力密封和機械密封，排除掉填料密封。接下來就是比較機械密封和動力密封中哪一種密封型式更加適合應用在此次設計的反應釜上，首先看動力密封，動力密封只能在電動機工作時生效，所以動力密封一般不單獨使用；電動機停車時離心力消失，這時只能依靠與動力密封配合使用的停車密封裝置來起到密封的作用，與動力密封配合的停車密封裝置大多數(shù)是填料密封，而填料密封的泄漏量大壽命又短。然后再來分析機械密封，機械密封機構簡單，壽命相對較長，一般可以達到一年左右，而且有足夠的強度和剛度，適用于各種環(huán)境。綜上所述，決定這次設計的密封型式選擇機械密封。5.2 機械密封的結構以及分類圖8 機械密封的結構示意圖上圖所示是某種主要用于釜式反應器的機械密封裝置的結構簡示圖 。在上面的圖中能夠看出來，動環(huán)、靜環(huán)和壓緊彈簧以及輔助密封件這四個必不可少的部分共同組成了機械密封裝置。靜環(huán)被各種固定螺釘共同固定在靜環(huán)座上，靜環(huán)座與設備固定連接在一起，當攪拌軸被電動機帶動時，靜環(huán)是不會跟隨攪拌軸一起轉動的；動環(huán)被彈簧座和彈簧壓板以及各種螺釘壓緊固定在攪拌軸上，所以動環(huán)以及固定它的每個零件都會跟隨攪拌軸一起轉動。當反應釜進行攪拌作業(yè)時，電動機帶動攪拌軸轉動，動環(huán)也跟隨攪拌軸一起轉動，靜環(huán)因為被固定在靜環(huán)座上所以不轉動，靜環(huán)和動環(huán)在彈簧座和彈簧壓板的作用在緊緊的靠在一起。從結構上看，只要動環(huán)和靜環(huán)靠的足夠緊密，釜體內的物料也就沒那么容易泄露了，采用機械密封這種密封型式就能夠有效的隔絕釜體和外界。通常機械密封是按照作用原理和結構來分類的，比如按照密封端面的對數(shù)，按照作用在密封端面的壓力性質，按照靜環(huán)安裝在密封端面的內外，按照彈簧機構的數(shù)目等等，除了上面說的這些還有很多種分類方法，在這里我們先通過幾種常見的分類來選擇合適的結構型式。如下所示表7是幾種常見的結構型式以及它們的特點：表7 幾種常見機械密封的結構型式及特點型式特點非平衡式機械密封平衡式機械密封單端面機械密封雙端面機械密封不能平衡液體壓力對端面的作用，載荷系數(shù)大于或等于1，適用于釜內壓力低的情況，對于一般液體可用壓力小于或等于0.7MPa，當釜內液體潤滑性較差時，可用壓力小于或等于0.3-0.5MPa能部分或全部平衡平衡液體壓力對端面的作用，一般采取部分平衡載荷系數(shù)（大于或等于0，小于1），適用于釜內壓力較高的情況。只有一對密封端面，多用于釜內物料本身的潤滑性較好以及允許微量泄露的情況有兩對密封端面，當一級密封面失效時二級密封面仍可密封，多用于釜內物料有毒、易燃易爆以及不允許泄露的情況5.3 軸封裝置的確定根據(jù)PW=0.35MPa、t=85、n=90r/min、d=60mm，查閱相關資料后決定選取B104型內裝單端面平衡型機械密封作為此次設計的軸封裝置。6 其余附件的設計與選型6.1 支座的選型對于釜式反應器這種相對大型的化工設備一般都會在釜體的周圍安裝四個支座，因為這是立式的設備，所以一般選擇懸掛式支座。懸掛式支座又叫做耳式支座，耳式支座可以分為很多種型號，在這里我打算采用四個耳式支座焊接在釜體上。首先我們要做的是估算出設備在工作狀態(tài)下的總質量（包括設備本身和容器內的物料）。設備本身的質量可以根據(jù)前面設計的尺寸以及選擇的各配件預估，在這里我們估算值取m1=6000kg，然后是容器內的物料，因為容器設計的計算容積為8.75m3，假設物料密度與水一樣，所以可以粗略計算出最大的物料質量m2=8750kg。所以可以得出整個設備的總質量m=m1+m2=14750kg?？傎|量均分給四個支座，所以單個支座受到的載荷：Q=mg4=147509.84=36137.5N=36.14KN根據(jù)容器夾套的公稱直徑DN=2200mm以及載荷Q=36.14KN決定選擇5號B型耳式支座，詳細尺寸見零件圖。6.2 釜體法蘭的選型法蘭就是用來連接兩個器件的一個構件，一般不會單獨使用，形狀一般就像是一個盤，在這里我們要選擇的是釜體法蘭。根據(jù)筒體的公稱內徑DN=2000mm以及筒內壓力為0.35MPa,查閱參考文獻后，決定選擇乙型平焊法蘭作為這次的釜體法蘭，材料選擇Q235A，詳細形狀與尺寸以及各配件見零件圖。6.3 手孔的設計手孔是檢查孔的一種，一般來說手孔的尺寸標準只有150mm和250mm兩種，在這里因為筒徑相對比較大所以我們選擇250mm作為手孔的標準直徑。因為筒內的氣壓小于0.6MPa，所以我們選用板式平焊法蘭手孔，形狀為圓形，直徑為250mm。詳細尺寸見零件圖。下面是手孔的結構簡圖：圖9 手孔的結構簡圖6.4 視鏡的選型視鏡是用來觀察設備的內部情況的一個構件，也可以用作物料液面指示鏡。視鏡分為帶頸視鏡和不帶頸視鏡，在這里我們選擇不帶頸視鏡，視鏡的詳細尺寸見零件圖。下面是視鏡的結構簡圖：圖10 視鏡的結構簡圖參考文獻1 王鋒濤.機械設計自動化設備的安全控制管理.價值工程，2017,36（32）：4446