1 第一章 緒論 攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作時(shí)從化學(xué)工業(yè)開(kāi)始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過(guò)程的一部分而被廣泛應(yīng)用。 攪拌操作分為機(jī)械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過(guò)液體層，對(duì)液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。與機(jī)械攪拌相比，僅氣泡的作用對(duì)液體進(jìn)行的攪拌時(shí)比較弱的，對(duì)于幾千毫帕秒以上的高粘度液體是難于使 用的。但氣流攪拌無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體的攪拌時(shí)比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系機(jī)械攪拌，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設(shè)備為主。攪拌設(shè)備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。其結(jié)構(gòu)形式如下：（結(jié)構(gòu)圖） 第一節(jié) 攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作。攪拌設(shè)備在許多場(chǎng)合時(shí)作為反應(yīng)器來(lái)應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的 99%。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設(shè)備操作 條件（如濃度、溫度、停留時(shí)間等）的可控范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。 攪拌設(shè)備的作用如下：使物料混合均勻；使氣體在液相中很好的分散；使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸??；使不相溶 2 的另一液相均勻懸浮或充分乳化；強(qiáng)化相間的傳質(zhì)（如吸收等）；強(qiáng)化傳熱。 攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠 、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過(guò)程，都裝備著各種型式的攪拌設(shè)備。 第二節(jié) 攪拌物料的種類(lèi)及特性 攪拌物料的種類(lèi)主要是指流體。在流體力學(xué)中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在攪拌設(shè)備中由于攪拌器的作用，而使流體運(yùn)動(dòng)。 第三節(jié) 攪拌裝置的安裝形式 攪拌設(shè)備可以從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)，如按工藝用途分、攪拌器結(jié)構(gòu)形式分或按攪拌裝置的安裝形式分等。一下僅就攪拌裝置的各種安裝形式進(jìn)行分類(lèi)說(shuō)明。 一、 立式容器中心攪拌 將攪拌裝置安裝在歷史設(shè)備筒體的中心線上，驅(qū)動(dòng)方式一般為皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，用普 通電機(jī)直接聯(lián)接。一般認(rèn)為功率 3.7kW 一下為小型， 5.522kW為中型。本次設(shè)計(jì)中所采用的電機(jī)功率為 18.5kW，故為中型電機(jī)。 二、 偏心式攪拌 3 攪拌裝置在立式容器上偏心安裝，能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”，可以產(chǎn)生與加擋板時(shí)相近似的攪拌效果。攪拌中心偏離容器中心，會(huì)使液流在各店所處壓力不同，因而使液層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，增加了液層間的湍動(dòng)，使攪拌效果得到明顯的提高。但偏心攪拌容易引起振動(dòng)，一般用于小型設(shè)備上比較適合。 三、 傾斜式攪拌 為了防止渦流的產(chǎn)生，對(duì)簡(jiǎn)單的圓筒形或方形敞開(kāi)的立式設(shè)備，可將攪拌器用甲 板或卡盤(pán)直接安裝在設(shè)備筒體的上緣，攪拌軸封斜插入筒體內(nèi)。 此種攪拌設(shè)備的攪拌器小型、輕便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，應(yīng)用范圍廣。一般采用的功率為 0.122kW，使用一層或兩層槳葉，轉(zhuǎn)速為36300r/min，常用于藥品等稀釋、溶解、分散、調(diào)和及 pH值的調(diào)整等。 四、 底攪拌 攪拌裝置在設(shè)備的底部，稱(chēng)為底攪拌設(shè)備。底攪拌設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：攪拌軸短、細(xì)，無(wú)中間軸承；可用機(jī)械密封；易維護(hù)、檢修、壽命長(zhǎng)。底攪拌比上攪拌的軸短而細(xì)，軸的穩(wěn)定性好，既節(jié)省原料又節(jié)省加工費(fèi)，而且降低了安裝要求。所需的檢修空間比上攪拌小，避免了長(zhǎng)軸吊裝 工作，有利于廠房的合理排列和充分利用。由于把笨重的減速機(jī)裝置和動(dòng)力裝置安放在地面基礎(chǔ)上，從而改善了封頭的受力狀態(tài)，同時(shí)也便于這些裝置的維護(hù)和檢修。 底攪拌雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)，突出的問(wèn)題是葉輪下部至軸封 4 處的軸上常有固體物料粘積，時(shí)間一長(zhǎng)，變成小團(tuán)物料，混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此需用一定量的室溫溶劑注入其間，注入速度應(yīng)大于聚合物顆粒的沉降速度，以防止聚合物沉降結(jié)塊。另外，檢修攪拌器和軸封時(shí)，一般均需將腹內(nèi)物料排凈。 五、 臥式容器攪拌 攪拌器安裝在臥式容器上面，殼降低設(shè)備的安裝高度，提高攪拌設(shè)備的抗震性，改 進(jìn)懸浮液的狀態(tài)等?？捎糜跀嚢铓庖悍蔷嘞档奈锪?，例如充氣攪拌就是采用臥式容器攪拌設(shè)備的。 六、 臥式雙軸攪拌 攪拌器安裝在兩根平行的軸上，兩根軸上的攪拌葉輪不同，軸速也不等，這種攪拌設(shè)備主要用于高黏液體。采用臥式雙軸攪拌設(shè)備的目的是要獲得自清潔效果。 七、 旁入式攪拌 旁入式攪拌設(shè)備是將攪拌裝置安裝在設(shè)備筒體的側(cè)壁上，所以軸封結(jié)構(gòu)是罪費(fèi)腦筋的。 旁入式攪拌設(shè)備，一般用于防止原油儲(chǔ)罐泥漿的堆積，用于重油、汽油等的石油制品的均勻攪拌，用于各種液體的混合和防止沉降等。 八、 組合式攪拌 有時(shí)為了提高混合效率，需要將兩種或兩種以上形 式不同、轉(zhuǎn)速不同的攪拌器組合起來(lái)使用，稱(chēng)為組合式攪拌設(shè)備。 5 第二章 攪拌罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 （一） 筒體及封頭型式 選擇圓柱形筒體，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 （二） 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 發(fā)酵罐類(lèi)設(shè)備長(zhǎng)徑比取值范圍是 1.72.5，綜合考慮罐體長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率、傳熱以及物料特性的影響選取 / 2.5iHD根據(jù)工藝要求，裝料系數(shù) 0.7 ，罐體全容積 39Vm ，罐體公稱(chēng)容積（操作時(shí)盛裝物料的容積） 39 0 . 7 6 . 3gV V m 。 初算筒體直徑 iii DHDHDV 44 2 34igiDHVD 即 mDi 66.17.05.214.33.643 圓整到公稱(chēng)直徑系列，去 mmDN 1700 。封頭取與內(nèi)筒體相同內(nèi)經(jīng)，封頭直邊高度 mmh 402 ， （三） 確定內(nèi)筒體高度 H 當(dāng) mmhmmDN 40,1 7 0 0 2 時(shí)，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表 16-6得封頭的容積 30.734vm 224 ( 9 0 . 7 3 4 ) 3 . 6 43 . 1 4 1 . 74 iVvHmD ，取 3.7Hm 核算 /iHD與 6 / 3 . 7 / 1 . 7 2 . 1 8iHD ，該值處于 1.7 2.5 之間，故合理。 226 . 3 0 . 6 9 1 . 7 3 . 7 0 . 7 3 444ggiVVV D H v 該值接近 0.7 ，故也是合理的。 （四） 選取夾套直徑 表 1 夾套直徑與內(nèi)通體直徑的關(guān)系 內(nèi)筒徑 ,iD mm500 600 700 1800 2000 3000 夾套 ,jD mm50iD 100iD 200iD 由表 1，取 1 0 0 1 7 0 0 1 0 0 1 8 0 0jiD D m m 。 夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑 （六） 校核傳熱面積 工藝要求傳熱面積為 211m ，查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表 16-6 得內(nèi)筒體封頭表面積 23 . 3 4 , 3 . 7iA m m高筒體表面積為 21 3 . 7 3 . 1 4 1 . 7 3 . 7 1 9 . 7 5iA D m 總傳熱面積為 3 . 1 4 1 9 . 7 5 2 3 . 0 9 1 1A 故滿足工藝要求。 第二節(jié) 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算 （一） 選擇材料，確定設(shè)計(jì)壓力 按照鋼制壓力容器（ 150 98GB ）規(guī)定，決定選用 0 18 9Cr Ni 高合金鋼板，該板材在 150Co 一下的許用應(yīng)力由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)附表 1D 查取， 1 0 3t M Pa ，常溫屈服極限 137s MPa 。 計(jì)算夾套內(nèi)壓 7 介質(zhì)密度 31 0 0 0 /kg m 液柱靜壓力 1 0 0 0 1 0 3 . 7 0 . 0 3 7g H M P a 最高壓力m ax 0 .5P M Pa設(shè)計(jì)壓 力m a x1 . 1 0 . 5 5P P M P a所以 0 . 0 3 7 5 % 0 . 0 2 7 5g H M P a P M P a 故計(jì)算壓力 0 . 5 5 0 . 0 3 7 0 . 5 8 7cP P g H M P a 內(nèi)筒體和底封頭既受內(nèi)壓作用又受外壓作用，按內(nèi)壓則取0 .5 8 7cP M Pa ，按外壓則取 0.5cP MPa （三） 夾套筒 體和夾套封頭厚度計(jì)算 夾套材料選擇 235QB 熱軋鋼板，其 2 3 5 , 1 1 3ts M P a M P a夾套筒體計(jì)算壁厚j2 cjj t cPDP 夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表 4-3得 0.85 則 0 . 5 5 1 8 0 0 5 . 1 72 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 5j mm 查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表 4-2取鋼板厚度負(fù)偏差1 0.8C mm，對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)，可取腐蝕裕量2 0C，對(duì)于碳鋼取腐蝕裕量2 2C mm，故內(nèi)筒體厚度附加量12 0 . 8aC C C m m ，夾套厚度附加量12 2 . 8bC C C m m 。 根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚度 14nj mm 。 夾套封頭計(jì)算壁厚kj為 0 . 5 5 1 8 0 0 5 . 1 62 0 . 5 2 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 0 . 5 5cjkj t cPD mmP 8 取厚度附加量 2.8C mm ，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。 （四） 內(nèi)筒體壁厚計(jì)算 按承受 0.587MPa 內(nèi)壓計(jì)算 焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計(jì)算壁厚為： 0 . 5 8 7 1 7 0 0 5 . 7 22 2 1 0 3 0 . 8 5 0 . 5 8 7cjt cPD mmP 按承受 0.55MPa 外壓計(jì)算 設(shè)內(nèi)筒體名義厚度 12n mm ，則 1 2 0 .8 1 1 .2e n aC m m ，內(nèi)筒體外徑 2 1 7 0 0 2 1 1 . 2 1 7 2 2 . 4o i nD D m m 。 內(nèi)筒體計(jì)算長(zhǎng)度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 2 ) 2 9 4 5 . 733jL H h m m 。 則 / 1.71oLD， / 1 5 3 .7 9oeD ，由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)圖 4-6查得 0.0004A ，圖 4-9查得 50B MPa ，此時(shí)許用外壓 P 為： 5 0 1 1 . 2 0 . 3 3 0 . 5 51 7 2 2 . 4eoBP M P a M P aD 不滿足強(qiáng)度要求，再假設(shè) 16n mm ，則 1 6 0 . 8 1 5 . 2nae C m m ，2 1 7 0 0 2 1 5 . 2 1 7 3 0 . 4o i nD D m m ， 內(nèi)筒體計(jì)算長(zhǎng)度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 6 ) 2 9 4 733jL H h m m 則 / 1.7oLD， / 1 1 3 .8 4oeD 查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)圖 4-6 得 0.0006A ,圖 4-9 得 60B MPa ，此時(shí)許用外壓為： 6 0 1 5 . 2 0 . 5 6 2 0 . 5 51 7 3 0 . 4eoBP M P a M P aD 故取內(nèi)筒體壁厚 16n mm 可以滿足強(qiáng)度要求。 （五） 考慮到加工制造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義 9 厚度 16nk mm 。按內(nèi)壓計(jì)算肯定是滿足強(qiáng)度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進(jìn)行校核。 封頭有效厚度 1 6 0 . 8 1 5 . 2e mm 。由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表 4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)1 0.9K ，則橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)徑1 0 . 9 1 7 0 0 1 5 3 0iiR K D m m ，計(jì)算系數(shù) A 1 5 . 20 . 1 2 5 0 . 1 2 5 0 . 0 0 1 2 4 21530eiA R 查過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)圖 4-9得 110B MPa 1 1 0 1 5 . 2 1 . 0 9 0 . 5 51530eiBP R 故封頭壁厚取 16mm 可以滿足穩(wěn)定性要求。 （六） 水壓試驗(yàn)校核 試驗(yàn)壓 力 內(nèi)同試驗(yàn)壓力取 0 . 1 0 . 5 8 7 0 . 1 0 . 6 8 7TcP P M P a 夾套實(shí)驗(yàn)壓力取 0 . 1 0 . 5 5 0 . 1 0 . 6 5TcP P M P a 內(nèi)壓試驗(yàn)校核 內(nèi)筒筒體應(yīng)力 () 0 . 6 8 7 ( 1 7 0 0 1 5 . 2 ) 4 4 5 . 62 2 1 5 . 2 0 . 8 5T i e iTi eiPD M P a 夾套筒體應(yīng)力 () 0 . 6 5 ( 1 8 0 0 1 1 . 2 ) 6 1 . 82 2 1 1 . 2 0 . 8 5T j e jTj ejPD M P a 而 0 . 9 0 . 9 1 3 7 1 2 3 . 3si M P a 0 . 9 0 . 9 2 3 5 2 1 1 . 5sj M P a 故內(nèi)筒體和夾套均滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力要求。 外壓實(shí)驗(yàn)校核 10 由前面的計(jì)算可知，當(dāng)內(nèi)筒體厚度取 16mm 時(shí)，它的許用外壓為 0 .5 6 2P M P a ，小于夾套 0.6MPa 的水壓試驗(yàn)壓力，故在做夾套的壓力實(shí)驗(yàn)校核時(shí)，必須在 內(nèi)筒體內(nèi)保持一定壓力，以使整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的任意時(shí)間內(nèi)，夾套和內(nèi)同的壓力差不超過(guò)允許壓差。 第三節(jié) 人孔選型及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 人孔選型 選擇 回轉(zhuǎn) 蓋帶頸法蘭人孔，標(biāo)記為：人孔 PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示 : 密封面 形式 公稱(chēng)壓力 PN（ MP） 公稱(chēng)直徑 DN wdsd D 1D1H2Hb 突面 （ RF） 4.0 450 480 14 451.6 685 610 270 137 57 1b2bA B L od螺柱 螺母 螺柱 總質(zhì)量 （ kg ） 數(shù)量 直徑 長(zhǎng)度 41 46 375 175 250 24 20 40 3 3 2 1 6 5M 245 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 最大的開(kāi)孔為人孔，筒節(jié) 16nt mm ，厚度附加量 0.6C mm ，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下： 開(kāi)孔直徑 4 5 0 2 0 . 6 4 5 1 . 2d m m 圓形封頭因開(kāi)孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 11 2 ( ) ( 1 )n t rA d C f 人孔材料亦為不銹鋼 0Cr18Ni9，所以 1.0rf 所以 21 . 5 8 7 1 7 0 04 5 0 0 2 5 6 0 . 32 1 0 3 0 . 8 5 0 . 5 . 5 8 7A m m 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)尺寸：1 4 5 1 . 2 1 6 8 4 . 9 7nth d m m 2 2 4 5 1 . 2 9 0 2 . 4B d m m m 在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬面積為： 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( 1 )e n t e rA B d C f 故 21 ( ) ( ) 4 5 1 . 2 ( 1 5 . 2 5 . 7 ) 4 3 7 6 . 6 4eA B d m m 可見(jiàn)僅1A就大于 A ,故不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 最大開(kāi)孔為人孔，而人孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)，則其他接管均不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 第四節(jié) 攪拌器的選型 （一）攪拌器選型 槳徑與罐內(nèi)徑之比叫槳徑罐徑比 /dD,渦輪式葉輪的 /dD一般為0.250.5，渦輪式為快速型，快速型攪拌器一般在 1.3HD 時(shí)設(shè)置多層攪拌器，且相鄰攪拌器間距不小于葉輪直徑 d。適應(yīng)的最高黏度為50Pa s 左右。 攪拌器在圓形罐中心直立安裝時(shí)，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度 C一般為槳徑的 11.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度 /10CD .最上層葉輪高度離液面至少要有 1.5d的深度。 符號(hào)說(shuō)明 b 鍵槽的寬度 12 B 攪拌器槳葉的寬度 d 輪轂內(nèi)經(jīng) 0d 攪拌器槳葉連接螺栓孔徑 1d 攪拌器緊定螺釘孔徑 2d 輪轂外徑 JD 攪拌器直徑 1D 攪拌器圓盤(pán)的直徑 G 攪拌器參考質(zhì)量 1h 輪轂高度 2h 圓盤(pán)到輪轂底部的高度 L 攪拌器葉片的長(zhǎng)度 R 弧葉圓盤(pán)渦輪攪拌器葉片的弧半徑 M 攪拌器許用扭矩 ()Nm t 輪轂內(nèi)經(jīng)與鍵槽深度之和 攪拌器槳葉的厚度 1 攪拌器圓盤(pán)的厚度 13 工藝給定攪拌器為六彎葉圓盤(pán) 渦輪攪拌器，其后掠角為 45o ，圓盤(pán)渦輪攪拌器的通用尺寸為槳徑j(luò)d:槳長(zhǎng) l :槳寬 20 : 5 : 4b ，圓盤(pán)直徑一般取槳徑的 23，彎 葉的圓弧半徑可取槳徑的 38。 查 HG-T 3796.112-2005,選取攪拌器參數(shù)如下表 JDd 2d1D1dod 1550 80 120 370 10M 10M 5 6 B 1h2hL b t M G 110 120 40 137 22 85.4 2526 14.9 由前面的計(jì)算可知液層深度 2.45Hm ，而 1 .3 2 2 1 0iD m m，故 1.3iHD，則設(shè)置兩層攪拌器。 為防止底部有沉淀，將底層葉輪放置低些，離底層高度為 425mm ，上層葉輪高度離液面 2JD的深度，即 1025mm 。則兩個(gè)攪拌器間距為1000mm ，該值大于也輪直徑，故符合要求。 （二） 攪拌附件 14 擋板 擋板一般是指長(zhǎng)條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態(tài)時(shí)，為了消除罐中央的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”而增設(shè)的。 罐內(nèi)徑為 1700mm ，選擇 4 塊豎式擋板，且 沿罐壁周?chē)鶆蚍植嫉刂绷惭b。 第三章 傳動(dòng)裝置選型 第一節(jié) 減速機(jī)選型 由工藝要求可知，傳動(dòng)方式為帶傳動(dòng)，攪拌器轉(zhuǎn)速為 220 / minr ，電機(jī)功率為 18.5kW ,查長(zhǎng)城攪拌表 3.5-3選擇減速機(jī)型號(hào)為 6FPV 減速機(jī)主要參數(shù)及尺寸如下表： 第二節(jié) 聯(lián)軸器的選型 選擇減速機(jī)輸出軸軸頭型式為普通型，選擇 GT型剛 性聯(lián)軸器 聯(lián)軸器主要尺寸為： 軸徑 1D 2D 3D 4D 1 2 mnd od 2l 1L H 80 220 185 120 150 24 28 6 16M 16M 30 162 324 第四章 攪拌軸的設(shè)計(jì)與校核 4.1符號(hào)說(shuō)明 d 設(shè)計(jì)最終確定的實(shí)心軸的軸徑或空心軸外徑， mm ； 15 od 設(shè)計(jì)最終確定的密封部位實(shí)心軸軸徑或空心軸外徑， mm ； 1d 按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算的傳動(dòng)側(cè)軸承處實(shí)心軸軸徑或空心軸外徑，mm ； 2d 按強(qiáng)度計(jì)算的單跨軸跨間段實(shí)心軸軸徑或空心軸軸徑或空心軸外徑， mm ； Ld 單跨軸的實(shí)心軸軸徑或空心軸外徑 ,mm ； E 軸材料的彈性模量， MPa ； e 攪拌軸及各層圓盤(pán)（攪拌器及附件）組合重心處的許用偏心距，mm ； eF 攪拌軸及各層圓盤(pán)（攪拌器及附件）組合重心處的質(zhì)量偏心引起的離心力， N ; hiF 第 i 個(gè)攪拌器上的流體徑向力， N ; LI 單跨軸跨間軸段（實(shí)心或空心）的慣性矩， 4mm ； iK 單跨軸第 i 個(gè)圓盤(pán)（攪拌器及附件）至傳動(dòng)側(cè)軸承距離與軸長(zhǎng) L的比值（ 1i 、 2 m ）； L 單跨軸兩軸承之間的長(zhǎng)度， mm ； 1L 、 2L iL 1i 個(gè)圓盤(pán)（攪拌器及附件）的每個(gè)圓盤(pán)至傳動(dòng)側(cè)軸承的距離（對(duì)于單跨軸）， mm ； eL 攪拌軸及各層圓盤(pán)（攪拌器及附件）組合重心離傳動(dòng)側(cè)軸承的距離（對(duì)于單跨軸）， mm ； M 軸上彎矩總和， mN ； AM 由軸向推力引起作用于軸的彎矩， mN ； 16 nM 按傳動(dòng)裝置效率 2 計(jì)算的攪拌軸傳遞扭矩， mN ； RM 由徑向力引起作用于軸的彎矩， mN ； m 固定在攪拌軸上的圓盤(pán)（攪拌器及附件）數(shù)； 1m 、 2m im 圓盤(pán)（攪拌器及附件） 1、 2 i 的質(zhì)量， kg ； em1、em2iem 圓盤(pán)（攪拌器及附件） 1、 2 i 的有效質(zhì)量， kg ； Lm 單跨軸 L 段軸的質(zhì)量 922 10)1(4 soLL LNdm kg Lem 單跨軸 L 段軸的有效質(zhì)量， kg ； wm 單跨軸及各層圓盤(pán)（攪拌器及附件）的組合質(zhì)量， oN 空心軸內(nèi)徑與外徑的比值； n 軸的轉(zhuǎn)速， min/r ； kn 軸的一階臨界轉(zhuǎn)速， min/r ； NP 電動(dòng)機(jī)額定功率， kW ; p 設(shè)備內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力， MPa ； S 相當(dāng)質(zhì)量的折算點(diǎn)； S 傳動(dòng)側(cè)軸承游隙 ,mm ； S 單跨軸末端軸承游隙， mm ； W 單跨軸 L 段有效質(zhì)量的相當(dāng)質(zhì)量， kg ； 1W 、 2W iW em1 、 em2 iem 的相當(dāng)質(zhì)量， kg ； sW 在 S 點(diǎn)所有相當(dāng)質(zhì)量的總和， kg ； 攪拌軸軸線與安裝垂直線的夾角， (o )； i 第個(gè)攪拌器葉片傾斜角， (o )； 17 軸的扭轉(zhuǎn)角， mo/ ； X1 由軸承徑向游隙引起在軸上離圖或圖中軸承距離 x 處的徑向位移， mm ； X2 由流體徑向作用力引起在軸上離圖或圖中軸承距離 x 處的徑向位移， mm ； X3 由組合質(zhì)量偏心引起離心力在軸上離圖或圖中軸承 x 處產(chǎn)生的徑向位移， mm ； X 離圖或圖中軸承距離 x 處軸的徑向總位移， mm ； 攪拌物料的密度， 3/mkg ； s 軸材料的密度， 3/mkg ； 軸上所有攪拌器其對(duì)應(yīng)編號(hào) i 之和。 4.2攪拌軸受力模型選擇與軸長(zhǎng)的計(jì)算 軸長(zhǎng)： ( 4 7 5 1 2 0 ) 1 6 4 2 5 3 7 0 0 4 4 9 6L m m 2 3371L mm1 4371L mm 18 4.3按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算計(jì)算攪拌軸的軸徑 4 4m ax1 )1(On NGMd mm 軸的許用扭轉(zhuǎn)角，對(duì)單跨軸有 mo /7.0 ； maxnM攪拌軸傳遞的最大扭矩 Nn PnM 1m ax 9553 mN 上式中 kNPN 5.18, min/220 rn ，帶傳動(dòng) 1 取 95.0 ， MP aG 41028.7 所以 mNMn 15.7635.1895.02209553m axmmd 36.5411028.17.015.7634.155 441 根據(jù)前面附件的選型。取 mmd 80 根據(jù)軸徑 d 計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)角 544 m ax 10)1(5 8 3 6 onNGd Mmo/ 所以 /15.0101801028.7 15.7635836 544 mo4.4根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算攪拌軸軸徑 4.4.1攪拌軸有效質(zhì)量的計(jì)算 剛性軸（不包括帶錨式和框式攪拌器的剛性軸）的有效質(zhì)量等于軸自身的質(zhì)量加上軸附帶的液體質(zhì)量。 對(duì)單跨軸 922 10)1(4 osLLe NLdm kg 所以 kgmLe 9.19910100011085.74496804 932 圓盤(pán)（攪拌器及附件）有效質(zhì)量的計(jì)算 剛性攪拌軸（不包括帶錨式和框式攪拌器的剛性軸）的圓盤(pán)有效質(zhì)量等于圓盤(pán)自身重量叫上攪拌器附帶的液體質(zhì)量 19 92 10c o s4 iikiiie hDmmJikg 上式中： ki 第 i 個(gè)攪拌器的附加質(zhì)量系數(shù)，查 9420569/ THG 表 3.3.4 1 JiD 第 i 個(gè)攪拌器直徑， mmDJi 550ih 第 i 個(gè)攪拌器葉片寬度， mmB 110 葉片傾角 oi 45 ，圓盤(pán)質(zhì)量 kgmi 9.14所以 kgm ie o 02.19101045c o s11055043.09.14 932 4.4.2作用集中質(zhì)量的單跨軸一階臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算 （ 1）兩端簡(jiǎn)支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量Lem在中點(diǎn) S 處的相當(dāng)質(zhì)量為： kgmW Le 09.979.19935173517 第 i 個(gè)圓盤(pán)有效質(zhì)量iem在中點(diǎn) S 處的相當(dāng)質(zhì)量為： 20 ieiii mKKW 22 )1(16 kg 所以 221 6 0 . 9 7 ( 1 0 . 9 7 ) 1 9 . 0 2 0 . 2 6W i k g 222 1 6 0 . 7 5 ( 1 0 . 7 5 ) 1 9 . 0 2 1 0 . 7 0W k g 在 S 點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 21siiW W W 所以 9 7 . 0 9 ( 0 . 2 6 1 0 . 7 0 ) 1 0 8 . 0 5sW 臨界轉(zhuǎn)速為： 423( 1 )4 5 8 . 9 okLsENndWL /minr 所以 3231 9 0 1 04 5 8 . 9 8 0 4 0 8 . 5 3 / m i n1 0 8 . 0 5 4 4 9 6knr （ 2）一端固定另一端簡(jiǎn)支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量Lem在中點(diǎn)S 處的相當(dāng)質(zhì)量為： 1 5 1 5 1 9 9 . 9 8 5 . 6 73 5 3 5LeW m k g 第 i 個(gè)圓盤(pán)有效質(zhì)量iem在中點(diǎn) S 處的相當(dāng)質(zhì)量為： 3264 (1 ) ( 4 )7i i i i i eW K K K m kg 所以 321 64 0 . 9 7 (1 0 . 9 7 ) ( 4 0 . 9 7 ) 1 9 . 0 2 0 . 4 37W k g 322 64 0 . 7 5 (1 0 . 7 5 ) ( 4 0 . 7 5 ) 1 9 . 0 2 1 4 . 9 07W k g 在 S 點(diǎn)處總的相當(dāng)質(zhì)量為： 21siiW W W 所以 8 5 . 6 7 ( 0 . 4 3 1 4 . 9 0 ) 1 0 1W s k g 臨界轉(zhuǎn)速為： 21 423(1 )6 9 3 . 7 okLENndW s L/minr 所以 3231 9 0 1 06 9 3 . 7 6 3 8 . 7 5 / m i n1 0 1 4 4 9 6kLn d r（ 3）單跨攪拌軸傳動(dòng)側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)2K的選取 傳動(dòng)側(cè)軸承支點(diǎn)型式一般情況是介于簡(jiǎn)支和固支之間，其程度用系數(shù)2K表示。采用剛性聯(lián)軸節(jié)時(shí)，2 0.4 0.6K ,取2 0.4K 。 22K + Kk knn 固 簡(jiǎn) k 簡(jiǎn)（ 1- ） n/minr 所以 6 3 8 . 7 5 ( 1 0 . 4 ) 4 0 8 . 5 3 0 . 4 5 4 6 . 6 6 2 / m i nknr 根據(jù)攪拌軸的抗震條件：當(dāng)攪拌介質(zhì)為液體 液體，攪拌器為葉片式攪拌器及攪拌軸為剛性軸時(shí)， 0.7knn 且 ( 0 . 4 5 0 . 5 5 )knn 220 0 . 4 0 25 4 6 . 6 6 2knn 所以滿足該條件。 4 5按強(qiáng)度計(jì)算攪拌軸的軸徑 4 5 1受強(qiáng)度控制的軸徑2d按下式求得： 32 41 7 . 2 (1 )teoMdN mm 式中：teM 軸上扭矩和彎矩同時(shí)作用時(shí)的當(dāng)量扭矩 22te nM M MNm 軸材料的許用剪應(yīng)力 600 3 7 . 51 6 1 6b M P a 4 5 2軸上扭矩nM按下式求得： 22 29553nNMPn Nm 2 包括傳動(dòng)側(cè)軸承在內(nèi)的傳動(dòng)裝置效率，按 / 2 0 5 6 9 9 4H G T 附錄 D選取，則 2 0 . 9 5 0 . 8 0 . 9 9 0 . 9 9 0 . 7 4 5 所以 9553 0 . 7 4 5 1 8 . 5 5 9 8 . 4 7220nM N m 4 5 3軸上彎矩總和 M 應(yīng)按下式求得： RAM M MNm （ 1） 徑向力引起的軸上彎矩RM的計(jì)算 對(duì)于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩RM可以近似的按下式計(jì)算： () ()1 0 0 0 1 0 0 0h i i i e e eRF L L L F L L LMLL Nm 第 i 個(gè)攪拌器的流體徑向力hiF應(yīng)按下式求得 ： 31103 8nqihi JiMFKDN 式中：1K 流體徑向力系數(shù)，按照附錄 C. 2有 1 1 1 1 1 1 0 . 1 0 0 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 0 . 0 2n b e iK K K K K K nqiM 第 i 個(gè)攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩 9553nqi qiMPn Nm qiP 第 i 個(gè)攪拌器的設(shè)計(jì)功率，按附錄 C. 3有 5s Jiqi JiPDPD kW 兩個(gè)攪拌器為同種類(lèi)型， 1 8 .5sNP P kW，則12 9 . 2 5qqP P k W所以12 4 0 1 . 6 6n q n qM M N m 23 所以 3124 0 1 . 6 6 1 00 . 0 2 3 8 . 9 53 1 8 5 5 0hhF F N （ 2） 攪拌軸與各層圓盤(pán)的組合質(zhì)量按下式求得。 對(duì)于單跨軸： 1mW L iim m mkg Lm 單跨軸 L 段軸的質(zhì)量 2 2 9(1 ) 1 04L L o sm d N L 所以 2 3 98 0 1 4 4 9 6 7 . 8 5 1 0 1 0 1 7 7 . 3 14Lm k g 故 1 7 7 . 3 1 1 4 . 9 1 4 . 9 2 0 7 . 1 2Wm k g （ 3）攪拌軸與各層圓盤(pán)組合質(zhì)量偏心引起的離心力eF按下式求得。 對(duì)于單跨軸： 22521 1 09 1 ( )eWkF m n e nn N 上式中，對(duì)剛性軸2()knn 的初值取 0.5 e 許用偏心距（組合件重心處） 9 .5 5 /e G n ， mm G 平衡精度等級(jí)， /mm s 。一般取 6 .3 /G mm s 所以 9 . 5 5 6 . 3 / 2 2 0 0 . 2 7e m m 則 2 25 12 0 7 . 1 2 2 2 0 0 . 2 7 1 0 5 9 . 3 09 1 0 . 5eFN （ 4）攪拌軸與各層圓盤(pán)組合重心離軸承的距離eL按下式計(jì)算。 對(duì)于單跨軸： 24 1 2mi i LieWLm L mL m 所以 44961 4 . 9 4 3 7 1 1 4 . 9 3 3 7 1 1 7 7 . 3 2 2 2 4 8 1 . 5 12 0 7 . 1 2eL m m 而 () ()1 0 0 0 1 0 0 0h i i i e e eRF L L L F L L LMLL Nm 3 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 4 3 7 1 ) 3 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 3 3 7 1 ) 5 9 . 3 0 ( 4 4 9 6 2 4 8 1 . 5 1 ) 1 0 3 . 5 21 0 0 0 4 4 9 6 1 0 0 0 4 4 9 6RM N m （ 5）由軸向推力引起作用于軸上的彎矩AM的計(jì)算。 AM的 粗略計(jì)算： 當(dāng) 2p MPa 或軸上任一攪拌器 0i時(shí)，取 0 .2AM M PaNm 故 0 . 2 1 0 3 . 5 2 2 0 . 7 0 4AM N m 所以 1 2 4 . 2 2 4RAM M M N m 所以 2 2 2 25 9 8 . 4 7 1 2 4 . 2 2 4 6 1 1 . 2 3t e nM M M N m 所以32 6 1 1 . 2 31 7 . 2 4 3 . 6 13 7 . 5 1d m m前面計(jì)算中取軸 徑為 80，故強(qiáng)度符合要求。 4 6按軸封處（或軸上任意點(diǎn)處處）允許徑向位移驗(yàn)算軸徑。 4 6 1因軸承徑向游隙 S 、 S 所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離 x 處的位移。 25 對(duì)于單跨軸： 1 1 ()2x S x S xS LL mm 軸承徑向游隙 按照附錄 C 1選取，因此 傳動(dòng)側(cè)軸承游隙 0.03S mm （傳動(dòng)側(cè)軸承為滾動(dòng)軸承） 單跨軸末端軸承游隙 0.07S mm （該側(cè)軸承為滑動(dòng)軸承） 當(dāng)oxl時(shí)，求得的x即為軸封處的總位移， 12 4 7 5 1 2 0 3 5 5ol H l m m 所以1 1 0 . 0 3 3 5 5 0 . 0 7 3 5 5( 0 . 0 3 ) 0 . 0 1 3 42 4 4 9 6 4 4 9 6x mm 4 6 2由流體徑向作用力hiF所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離 x 處的位移。 對(duì)于單跨軸： 兩端簡(jiǎn)支的單跨軸 1355ox l L 且2xL, 222 () 2 ( ) ( ) 6h i i i ixLF L L L x L L xE I L L L 26 而 44 480 20096006 4 6 4L dI m m 所以 2233 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 4 3 7 1 ) 4 4 9 6 3 5 5 4 3 7 1 4 3 7 1 3 5 52 2 ( ) ( ) 6 1 9 0 1 0 2 0 0 9 6 0 0 4 4 9 6 4 4 9 6 4 4 9 6x 2233 8 . 9 5 ( 4 4 9 6 3 3 7 1 ) 4 4 9 6 3 5 5 3 3 7 1 3 3 7 1 3 5 5 2 ( ) ( ) 6 1 9 0 1 0 2 0 0 9 6 0 0 4 4 9 6 4 4 9 6 4 4 9 6 = 0 . 0 0 3 4 0 . 0 2 8 4 0 . 0 3 1 8 一端固支另一端簡(jiǎn)支的單跨軸： 333 2 33 1 3 32 ( ) ( ) (1 ) ( ) 3 (1 ) 2 | | (1 )6 2 3 2 6ih i i h i ixLL i i i L iF L F LL x L x x xxE I L L L L L E I L 代入已知數(shù)據(jù)可得 2 1 . 1 0 0 8 0 . 4 6 3 3 1 . 1 0 1 2 0 . 4 6 6 4 0 . 0 0 3 5x mm 4 6 3由攪拌軸與各層圓盤(pán)（攪拌器及附件）組合質(zhì)量偏心引起的離心力在軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離 x 處產(chǎn)生的位移3x按下式計(jì)算 3 2( ) 1XxkeKnn mm 對(duì)兩端簡(jiǎn)支單跨軸： 32 2 (1 )(1 )11 ( 3 ) | |31 (1 ) 3 (1 )11 1 ( 3 ) (1 )3eeexLeeXe e exxLLLLLx LL L LKL L LL L L 代入已知數(shù)據(jù)可得 1.7746XK 所以3 20 . 2 7 1 . 7 7 4 6 0 . 0 9 2 5547( ) 1220x mm對(duì)一端固支一端簡(jiǎn)支單跨軸： 27 2 3 3233 3 3 12 3 (1 ) (1 ) ( ) ( ) ( ) | | (1 )2 2 39 12 3 ( ) ( )22exLe e e eXe e ex L x L x xL L L L L LKL L LL L L 代入已知數(shù)據(jù)可得： 6.240XK 所以3 20 . 2 7 6 . 2 4 0 0 . 3 2 5 1547( ) 1220X mm一般單跨軸傳動(dòng)側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)2K介于簡(jiǎn)支和固支之間，此時(shí)2值應(yīng)取式和式之中間值，查附錄 C 4取2 0.6K 查附錄 C 5得 2 2 222( 1 )KK 固 簡(jiǎn) 簡(jiǎn)mm 所以2 0 . 0 0 3 5 ( 1 0 . 6 ) 0 . 0 3 1 8 0 . 6 0 . 0 2 0 4 8 mm 3 2 2( 1 )KK 3 固 簡(jiǎn) 3 簡(jiǎn)mm 所以3 0 . 3 2 5 1 ( 1 0 . 6 ) 0 . 0 9 2 5 0 . 6 0 . 1 8 5 5 4 mm 4 6 4總位移及其校核 對(duì)于剛性軸： 1 2 3X X X X mm 所以 0 . 0 1 3 4 0 . 0 2 0 4 8 0 . 1 8 5 5 4 0 . 2 1 9 4 2X mm 驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件： XX mm 軸封處允許徑向位移()oxl 按下式計(jì)算： ( ) 3 0 . 1oxl Kd mm 3K 徑向位移系數(shù)，按附錄 C 6 1選取3 0.3K 所以() 0 . 1 0 . 3 8 0 0 . 2 6 8 3 3x l o mm 28 則滿足 XX4 7軸徑的最后確定 由以上分析可得，攪拌軸軸徑 d 滿足臨界轉(zhuǎn)速和強(qiáng)度要求，故確定軸徑為 80mm 。 攪拌軸軸封的選擇 機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長(zhǎng) 的旋轉(zhuǎn)軸密封。與填料密封相比，機(jī)械密封的泄漏率大約為填料密封的1% ，功率消耗約為填料密封的 30% 。故采用機(jī)械密封。 第五章 支座選型及校核 該攪拌設(shè)備為中小型直立設(shè)備，選擇 B型耳式支座，對(duì)于 310m 一級(jí)發(fā)酵罐配置 4個(gè)耳式支座。 查 JB/T4712.3-2007選擇耳式支座 B5-1，該支座參數(shù)為： 耳式支座實(shí)際承受載荷計(jì)算 34 ( ) 10o g e eemG P h G SQ k n n D 式中： Q 支座實(shí)際承受的載荷， kN ； D 支座安裝尺寸， mm； 223 2 2 1( 2 2 ) 2 ( )inD D b l s 22( 1 7 0 0 2 1 4 2 1 0 ) 1 8 0 2 ( 3 3 0 9 0 ) 2219mm 29 g 重力加速度，取 29.8 /g m s ； eG 偏心載荷， 0eGN； h 水平力作用點(diǎn)至地板高度， 900h mm ； k 不均勻系數(shù)，安裝 3個(gè)以上支座時(shí)，取 0.83k ； om 設(shè)備總質(zhì)量（包括殼體及附件，內(nèi)部介質(zhì)及保溫層質(zhì)量）， kg ； 筒體質(zhì)量 2 2 31 . 7 1 6 1 . 7 ( ) ( ) 3 . 7 7 . 8 5 1 0 1 2 4 6 . 222 kg 封頭質(zhì)量 2 4 0 6 . 1 8 1 2 . 2 kg 軸質(zhì)量 230 . 0 8( ) 4 . 4 9 6 7 . 8 5 1 0 1 7 7 . 32 kg 攪拌器質(zhì)量 2 1 4 . 9 2 9 . 8 kg 夾套質(zhì)量 2 2 31 . 8 1 4 1 . 8 ( ) ( ) ( 2 . 8 0 . 4 5 ) 7 . 8 5 1 0 2 3 2 9 6 522 kg 人孔質(zhì)量 259kg 減速