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1 緒 論1.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的目的、意義、國內(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。基于滿足衛(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徑向排出,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 頁圖 1.5 圖 1.6國內(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 頁家系統(tǒng)在國外已有少量報(bào)道。如 1994 年美國 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)庫系統(tǒng)的論文。在國內(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?,F(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,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??紤]到腐蝕,所黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 17 頁以取軸徑為 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。軸承的潤滑選用脂潤滑,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。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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