搅拌器设计说明书.doc

摘 要瓦斯是煤矿生产中的很难管理控制的一种危险隐患，同时也是一种能源及化工资源。为了做好瓦斯抽放，搞好瓦斯的防治工作，提高瓦斯的资源利用率。所以，必须再瓦斯抽放过程中确保无瓦斯泄漏，务必把抽放钻孔封堵完备。这就需要使用封填材料，而此材料是一种混合浆液，需要用搅拌设备将其搅拌均匀。而搅拌设备使用历史悠久，应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎间单，单实际上，它所涉及的因素却极为复杂。本文介绍了小型搅拌器设计的基本思路和基本理论，分析了搅拌器的基本结构及其相关内容，阐述了搅拌器的运动及其动力装置。通过对搅拌器的基本设备的描述和对其基本工作原理、作用和功能等相关文献的参与，从而对小型搅拌器的设计加以综述。关键词：传动装置 搅拌桨叶 支撑装置 风动马达 轴封AbstractGas drill holes sealing system mixing part of the design and analysisThe gas is difficult to manage in the coal mine production control of a dangerous hidden, And also a kind of energy and chemical resources. In order to carry gas drainage , improve the prevention and control of the gas , improve the utilization of gas resources. And also a kind of energy and chemical resources. In order to carry gas drainage , improve the prevention and control of the gas , improve the utilization of gas resources. The operation of mix round looks as if simpleness, but actually, the ingredient it involved are plaguy of small pulsator design, and analyzed the basic configuration of pulsator and interfix content and analyzed the athletics and motivity equipment of pulsator. Overpass describe the basic fixture of pulastor and consult its basic employment principle. Function and operation, thereby summarize the design of small pulsator.Key word: gearing mixing blades bearing device pneumatic motor shaft seal目 录摘 要IAbstractII前言11搅拌器的发展史及其现状41.1 搅拌器的主要类型及其发展概况41.2 搅拌器的工作原理71.3 搅拌器的类型71.4 搅拌器的适应条件和构造81.4.1 搅拌器的使用条件81.4.2 搅拌器的构造81.5 本课题的设计思路92拌容器的设计92.1 搅拌容器的设计思路92.2 总体设计方案102.3 搅拌器部件的设计计算112.3.1 搅拌筒体及夹套设计112.3.2 确定筒体和封头112.3.3 确定筒体和封头直径122.3.4 计算传热面积142.3.5 筒体及夹套的强度计算142.3.6 选择设备材料，确定设计压力142.3.7 选择材料，确定设计压力152.3.8 设计筒体的筒体壁厚162.3.9 筒体的封头壁厚计算173 搅拌轴的结构与材料以及轴承选择校核183.1 轴的结构183.2 轴的材料183.3 搅拌轴的计算183.3.1 搅拌功率的计算193.3.2 搅拌轴直径的计算193.3.3 搅拌轴的临界转速213.4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求213.5 轴承的选择213.6 轴承的校核214 搅拌器及传动装置的设计及计算234.1 概述234.2 电机的选择234.3 减速器的选择244.4 机架和联轴器的选择254.4.1机架的选择254.4.2 联轴器的选择254.5 轴封的选择274.5.1 填料的选择274.5.2 填料箱的选择274.6 凸缘法兰及安装底盖的设计284.6.1 凸缘法兰284.6.2 安装底盖295 搅拌装置设计315.1 反应釜搅拌装置论述315.2 搅拌器的选型与直径的确定设计315.3 反应釜内挡板设计326.设备接口346.1 接管与管法兰的选择346.2 垫片的选择346.3 视镜的选择347. 支座的选择与计算357.1 支座的选择35总结37致谢38参考文献39前言矿井瓦斯的主要成分是甲烷（CH），约占80%90%，此外还含有其他烃类（乙烷、丙烷）等。它是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一，同时瓦斯（主要以煤层气的形式存在）也是主要的清洁能源和化工原料。瓦斯是在瓦斯的生成和变质过程中伴生的气体。在成煤过程中生成的瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧细菌作用分解而形成的；另外，在高温、高压的环境下，在成煤的同时由于物理和化学的作用，可继续生成瓦斯。瓦斯是无色无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢化合物气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.544，在标准状态下瓦斯的密度为0.71kg/m，所以常积聚在巷道的上部及高顶处。瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难容于水，不助燃也不能维持呼吸，瓦斯在空气中达到一定的浓度时，遇火能燃烧并爆炸。在煤矿的采掘过程中，当条件合适时，会发生瓦斯突出，产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的损失和人员伤亡。瓦斯的燃烧、爆炸火突出是矿井的主要灾害。瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生剧烈氧化反应的过程，瓦斯爆炸后产生高温、冲击波和大量有毒有害气体。瓦斯爆炸能造成大量的人员伤亡及井下设备、设施被严重摧毁等，有时还会引起煤尘爆炸和井下火灾，从而使灾害加重。瓦斯浓度、引火温度、氧的浓度是矿井发生瓦斯爆炸必须具备的三个条件，三者缺任何一个都不会发生瓦斯爆炸。煤矿安全规程规定井下空气中氧浓度不得低于20%，因此预防瓦斯爆炸的有效措施，主要从防止瓦斯积聚和消除火源着手。瓦斯喷出和煤与瓦斯突出是矿井瓦斯的特殊涌出现象。瓦斯喷出和煤与瓦斯突出能使工作面或井巷充满瓦斯，造成窒息，形成爆炸条件，以致破坏通风系统、造成风流紊乱或短时逆转。突出的煤和瓦斯能堵塞巷道，破坏支架、设备及设施。除了煤与瓦斯突出外，当煤层中含有大量二氧化碳气体时，由于煤对二氧化碳的吸附能力极强，故也会发生煤和二氧化碳突出。我国煤矿已经发生过数起煤和二氧化碳突出。 当矿井瓦斯涌出量很大时，但靠通风方法来冲淡和排除瓦斯，不但经济上不合理，技术上也有困难。同时，瓦斯是一种很有价值的资源，除用作燃料外，也是制造炭黑、工业塑料等方面的主要原料。因此对高瓦斯煤层进行瓦斯抽放，对于减少瓦斯涌出量、充分利用自然资源、具有重要的意义。瓦斯抽放是将矿井瓦斯通过钻孔（或专门抽放瓦斯的巷道）、管道、瓦斯泵直接抽至地面。抽放方法有本层抽放、临近层抽放、采空区抽放及地面定向钻孔抽放等。一、本煤层抽放瓦斯是在开采煤层之前或开采煤层过程中利用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。在开采煤层的顶板或底板沿巷中，每隔约30m开一个钻场，向煤层打35个钻孔，贯穿整个煤层厚度，成扇形布置。当以个钻场布置的钻孔全部竣工，即可封闭钻孔，装上瓦斯抽放管道，进行瓦斯抽放。二、掘进巷道瓦斯抽放。在掘进巷道的两帮随掘进工作面的推进，每隔1015m开一钻窝，在巷道周围泄压区内打12个4560m的钻孔，封孔深1.52.0m，封口后于抽放系统连接进行抽放。三、临近煤层抽放瓦斯。当开采汗瓦斯的煤层群时，在有瓦斯赋存的临近煤层内预先开凿抽放瓦斯的巷道或预先从开采煤层的某些巷道中向临近煤层的顶板或底板打抽放钻孔，装上瓦斯抽放管道，进行瓦斯抽放。四、采空区抽放瓦斯。如果在采空区内积存大量瓦斯时，往往会通过漏风而进入生产巷道或采煤工作面，造成瓦斯超限而影响正常产生。需采取有效措施，1、在采空区上方开掘一条专用瓦斯抽放巷道，在巷道中布设钻场向下部采空区打钻抽放；2、从工作面超前巷道中掘专用钻窝向工作面采空区的上隅角打钻抽放；3、在放顶煤工作面煤层中沿顶板在靠回风巷一侧开设专用的瓦斯抽放巷道，密闭后安设管道抽放。五、地面定向钻孔抽放瓦斯。近年来，应用石油部门的拐弯钻机从地面打抽放瓦斯钻孔获得成功，先从地面打垂直钻孔到煤层，经拐弯或沿煤层钻进，再没层内可延伸达1000m以上，然后在地面利用钻孔直接抽放瓦斯。据煤矿安全规程规定，抽放瓦斯的矿井中，利用瓦斯时瓦斯浓度不得于30%；不利用瓦斯时，采用干式抽放瓦斯设备，瓦斯浓度不得低于25%。抽出的瓦斯可以按浓度的不同，合理的加以利用：浓度为35%40%时，可作为工业或民用燃料、浓度为50%以上的瓦斯可作为化工原料。 针对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔现场存在的技术难题，以钻孔封孔技术理论为指导研究开发了组合封孔器带压封孔技术。在井下现场实施过程中，进一步优化了封孔施工工艺。现场实践表明，利用组合封孔器和与之相配套的带压封孔施工工艺，可有效解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔不严的技术难题，从而大幅度提高突出煤层瓦斯抽采效果，为突出矿井顺利开展煤与瓦斯共采技术研究工作提供技术支撑。采用主动支护式封孔原理研制的囊袋式注浆封孔装置，有效地封闭了钻孔周围裂隙，减少漏气通道，降低了封孔段煤体的透气性，解决了“三软”煤层抽放钻孔封孔难的问题，提高了本煤层瓦斯抽放浓度，其效果显著。 充填囊袋，使其能够最大限度的充填瓦斯抽放钻孔，封闭管道周围空隙，使瓦斯只从抽放管道抽出，而不至于扩散到巷道或采煤工作面，从而保证井下的生产安全。对于囊袋的充填，采用浆液充填法。把充填材料用搅拌器搅拌成浆液后，再由充填设备把搅拌好的充填浆液注入囊袋，从而达到封孔的目的。本设计题目“瓦斯抽放钻孔封孔系统设计分析”仅对其整个系统中的搅拌部分进行设计分析。搅拌器的目的是借助搅拌器的作用使化工生产中的液体充分混合，以满足化学反应能够最大限度的进行。该设备可以代替手动搅拌对人体有毒或对皮肤忧伤害的化工原料，结构简单，使用方便，在化工生产中比较方便。搅拌容器广义理解即有物理或化学反应的不锈钢容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。随之， 生产过程中的不同条件要求不同对容器的设计要求也不尽相同。生产必须严格按照相应的标准加工、检测并试运行。搅拌器是过程装备行业中典型的设备，大量应用于化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等行业中。带搅拌夹套反应釜由搅拌器和筒体组成。搅拌器包括动力装置、传动装置，搅拌轴，轴封，叶轮，搅拌桨、联轴器、减速器;筒体包括筒体、夹套、支座、手孔、视空、工艺接管和保温装置和其他内件等。本题目主要涉及生产中搅拌器的设备设计，主要解决的问题是工业生产中该设备的设计，包括：搅拌器的选择、风马达及减速器的选型、支撑装置的设计、轴的选择及密封设置、搅拌容器的设计，并画出相应的设备图。1搅拌器的发展史及其现状搅拌混合设备室一种应用广泛、品种繁多的流体机械产品，适用于化工、医药、食品、饲料、工业等领域。搅拌操作是工业反应过程的主要环节，它的原理设计流体力学、热传、传质及化学反应等多种过程，而搅拌器也焦作Mixer。广义的搅拌还包括将固体微粒分散悬浮在溶液里面或将溶液变成均匀的乳化液，因此它包括分散器和均质机。某些搅拌器能产生极大的剪切力，以获得细化的粒子比胶体磨大10倍以上的亚微米悬浮体，因此，可以用于制造色拉酱、美容乳之类的精细食品和化学品。石化工业常用于聚氯乙烯合金、顺丁橡胶合金、反应釜、汽提釜等统称为搅拌容器。近年来，搅拌器和搅拌容器获得飞速发展的同时，正面临着合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战。搅拌器和搅拌容器在服从装置规模经济化和品种多样化的同时，正日趋大型化。日立制作所自1949年生产搅拌反应釜以来已为聚氯乙烯、对苯二甲酸、苯乙烯单体、聚丙烯等装置生产了搅拌反应釜近4000台，容器的最大容量已达576m，最大直径达7620mm，圆筒部分最大长度达44380mm，设计压力最大28Mpa，设计温度最高530度，电机最大功率达100Kw。基于节能的要求，开发出变频调速电机、小剪切阻力桨叶、以新型密封代替机械密封盒填料密封，以磁力驱动代替机械传动。基于降低产品总体成本、减少维修保养成本和提高设备整体平均维修间隔时间的要求，大大提高了设备运行寿命。基于满足卫生和降低清洗和杀菌成本的要求，实现了CIP（就地清洗）和SIP（就地杀菌），提高了自动化水平，避免了人与产品的接触，减少了人工操作和待机时间，大大提高了产品的卫生水平。1.1 搅拌器的主要类型及其发展概况根据搅拌器的形状可以分成直叶浆式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式等；根据不同液体的粘度可以分为低粘度搅拌器、中高年度搅拌器。低粘度搅拌器，如：三叶推进式叶轮，折叶浆式，6直叶涡轮式，超级混合叶轮式等；中高粘度搅拌器如：锚式、螺杆叶轮式、双螺旋螺带叶轮型，超混合搅拌器等；为了达到成品高精度、高品质化要求，国外，特别是日本开发了新型的搅拌器，以满足高粘度产品的生产需要。如倒圆锥形螺带翼式搅拌器、超混合搅拌器、高性能浮动搅拌槽、超震动型搅拌器等。在对物料的操作搅拌过程中，人们希望实现多种搅拌目的，因此了解各种搅拌器的特点，选择适宜的叶轮形式，设计出符合流动状态特性的搅拌器是非常重要的。搅拌槽内的液体进行着三维流动，为了区分搅拌桨叶排液的流向特点，根据主要排液方向，按圆柱坐标把典型桨叶分成径向和轴向流叶轮。齿片式、平叶浆式、直叶圆盘涡轮式和弯曲叶涡轮式在无挡板搅拌槽中除了使液体与叶轮一起回转的周向流外，还由于叶轮的离心力是液体沿叶片向槽壁射出，形成强大有力的径向流，故称这些叶轮为径向流叶轮。径向流叶轮搅拌器旋转时，将物料由轴向吸入再径向排出，叶轮功率消耗大，搅拌速度较快，剪切力强。如图1.1、图1.2所示，是典型的径向流叶轮型式。 图1.1 图1.2 在湍流状态下，推进式叶轮除了产生周向流动外，还产生大量轴向流动，是典型的轴向流叶轮。折叶涡轮式叶轮与直叶圆盘涡轮和弯曲叶涡轮式叶轮相比，轴向流成分较多，多用于轴向流的场合。螺带式和螺杆式叶轮使高粘度物料产生轴向流动，也属轴向流动叶轮型式。轴向流叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小且在浆液附近较大范围内分布均匀，具有较强大防脱流能力。如图1.3、图1.4所示，是典型的轴向流叶轮型式。 在通常情况下，大量的搅拌设备用于低粘度物系的混合和固一液悬浮操作，要求叶轮能以低的能耗提供高的轴向循环流量。由于传统的推进式叶轮叶片为复杂的立体曲面，虽能满足要求，但制造却很困难，亦不宜大型化。因此竞相开发节能高效、造价低廉且易于大型化的第二代高效轴流搅拌器成为混合设备公司的目标。美国莱宁公司开发了A310和A315系列。如图1.5，图1.6所示。 国内如北京化工大学和华东理工大学等也分别开发了CBY轴流浆和翼型浆；中国石油化工学院的沈慧平教授等人还研制开发了一种新型高效易于加工的轴流式搅拌叶轮。它是一种空间扭曲板材型桨叶，从叶片端部看，它由许多相似的供组成，与其所处半径有关，且具有合理的叶片倾角、拱度及叶片宽度。 新型搅拌混合设备 近年来欧洲和Et本开发了很多种适用于高粘度和超高粘物系的卧式自清洁搅拌设备。瑞士卧式双轴全相型搅拌机就是典型的一例另外，北京燕山石油化工有限公司设计院针对在大直径、低转速、介质较粘稠的场合，设计了一种复合式搅拌器，很好的解决了无法配备大功率的电机，存在制造、检修以及安装的困难等问题。设备设计智能化的实现 根据混合专家的经验和常识，将搅拌混合设备与自动控制技术相结合，在混合设备选型和设计中运用人工智能技术和基于知识的系统（KBS），即实现了混合设备选型和设计的智能化。搅拌设备设计专家系统采用总设计任务控制各阶段设计分任务，分任务调度相应的设计知识和数据，实现混合设备的专家系统设计的组织方法。通过仔细分析、归属，用智能化设计系统原型阶段性地实现混合设备的设计过程，可以把其表示为一系列的设计过程的链式序列。各阶段相互独立又相互连续，其中每一个设计阶段都将设计结构传递给后续设计过程L6j。该系统从搅拌叶轮的选型、过程设计、机械设计和经济分析评价，到最终机械绘图的全过程都给都给出了智能化的计算机辅助设计。它可应用于牛顿流体和非牛顿流体，液液体系、固液体系和气液体系，并且可以处理容积超过上百立方米的应用体系。20世纪90年代以来，有关搅拌设备选型和设计的专家系统在国外已有少量报道。如1994年美国Chemineer公司报道了该公司有一个用于涡轮式搅拌器的设备均已用此软件进行设计。芬兰的Lappeenranta工业大学在1994男发表了有关混合设备初步的知识库系统的论文。在国内，浙江大学也正与大型石化企业合作开发搅拌槽式反应器的智能化辅助选型和设计软件 。1.2 搅拌器的工作原理通常搅拌装置由作为原动机的马达（电动、风动或液压），减速机与其输出轴相连的搅拌轴，和安装在搅拌轴上的叶轮组成。当容器内有压力时，搅拌轴穿过底板进入容器时应有一个密封装置，常用填料密封或机械密封。通常马达与密封均外购，研究重点是传动轴和叶轮。叶轮的搅拌作用表现为“泵送”和“涡流”，即产生流体速度和流体剪切，前者导致全容器中的回流，介质异位，防止固体的沉淀并产生对换热热管束的冲刷；剪切是一种大回流中的微混合，可以打碎气泡或不可溶的液滴，造成“均匀”。1.3 搅拌器的类型根据搅拌器叶轮的形状可以分成直液浆式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式。根据处理的液体粘度不同够可以分为低粘度液搅拌器。低粘度液搅拌器，如：三叶推进式、折叶浆式、6直叶涡轮式、超级混合叶轮式HR100，HV100等；中高粘度液搅拌器如：锚式、螺杆叶轮式、双螺旋螺带叶轮型，MR205,305超混合搅拌器等等。1.4 搅拌器的适应条件和构造1.4.1 搅拌器的使用条件搅拌加速传热和传质，在化工设备设备中广泛应用。化工搅拌器的作用使化工生产中的液体充分混合，以满足化学反应能够最大程度的进行，该设备可以代替手动搅拌对人体有毒或有害的化工原料减少对人体的危害，同时通过电机或风马达带动转轴加速搅拌，提高生产率。搅拌加速传热或传质，在化工设备中广泛应用。搅拌的对象可以是液体、固体和气体、其中液体是必不可少的。最常见的液体是水，其粘度很低。液体也可能很粘，如黄油在室温下可达1，000，000cp。液体如加入过多固体，如泥沙，会失去流动性，成为泥团。这种物料也可以搅拌，但不在本文叙述范围内。1.4.2 搅拌器的构造工业生产过程中，通常用到的搅拌器种类 器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其构造、性能等差异，使其能够分别适用于化工生产中各种不同的工况。浆式搅拌器直径d与筒径D比d/D为0.350.8，其运转速度为10100r/min。为大型低速搅拌器，适用于低、中等粘度物料的混合及促进传热，可溶固体的混合与溶解等场合。涡轮式搅拌器又可分为开启涡轮式和圆盘涡轮式两类，每类又可分为平直叶、折叶、后弯叶三种。涡轮式搅拌器外形结构上与浆式搅拌器类似，只是叶片较多。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.170.5，转速为30500r/min。旋转时有较高的局部剪切作用，能得到高分散度微团，适用于气液混合及液液混合或强烈搅拌的场合，常用于低中等粘度物料（）.就一开启式和圆盘式相比较而言，其构造上差异造成开启式比圆盘式循环流量更大，轴向混合效果更好。推进式搅拌器也常被称为旋转式搅拌器。顾名思义，其叶片形式类似于轮船上的螺旋桨。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.20.5，转速较高，为100800r/min。运转时产生较大的轴向循环流量，宏观混合效果很好，适用于均相液体混合等搅拌不是非常强烈的以宏观混合为目的的搅拌场合，常用于低粘度料液（）的混合。框式搅拌器的搅拌外缘与釜壁间隙很小，d/D为0.90.98，次热点似的搅拌时物料不易产生死区。转速为10100r/min，为低速搅拌器，只产生切线流，剪切作用小，无轴向混合，适用于高粘度物料的搅拌。如精细化工产品涂料油漆、化妆品的生产过程中常用到此类搅拌器。螺带式搅拌器是把一定螺距的螺旋形式钢带固定在搅拌轴上，螺带外缘很接近釜壁。搅拌时，物料沿釜壁上升，沿轴向下运动。适用于高粘度液的混合。1.5 本课题的设计思路本设计的设计思路可分为以下步骤：1：按设计要求可用的D/T（轮径/罐径）值，和对搅拌时间、搅拌程度的要求，选定若干个不同转速下的扭矩或功率要求；2：选定合理的叶轮安装间隔，结合设备情况，估计近似的搅拌轴长；3：估计合理的电动机或风马达的功率；4：根据叶轮功耗，输出轴、支架等等，选择能满足前三项要求的搅拌器；5：按照叶尖线速度等条件，确定最合适的转速，对设计进行优化，按已确定的条件，对轴系进行动力和强度等因素的验算和分析。2拌容器的设计2.1 搅拌容器的设计思路 根据设计要求，要求搅拌器的容积在600L左右，液体粘度为0.3pa.s，液体的密度为，运转速度为100r/min。结合实际条件，本课题选用的筒式搅拌器。将搅拌器的外壳设计成圆筒形，搅拌器旋转时，把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流，使流体具有较高的压头，推动液体在搅拌容器内循环流动。在圆筒的导流作用下，介质从筒体的顶部流入桶内，完成一个循环，使介质产生高速的径向流和轴向流，同时加大介质流量，完成一个循环，使介质产生高速的径向流和轴向流，同时加大介质流量，介质流动更均匀。 通过筒式搅拌器与涡轮式搅拌器和推进式搅拌器的功率对比试验，在相同的搅拌情况下，同时搅拌器将电能转化为机械能的效率更高，如图2.1所示。图2.1 (1) 筒式搅拌器的搅拌流型始于低粘度液体的搅拌，搅拌釜内的搅拌死角较少。(2) 筒式搅拌器对电能的利用率高，在相同的情况下，筒式搅拌器的功率准数较小，耗能少，表明筒式搅拌器在节能方面具有非常好的效果。(3) 筒式搅拌器的搅拌混合效率高，在相同的情况下，是推进式搅拌器的23倍。因此，本课题选用的筒式搅拌器能够满足设计的要求。2.2 总体设计方案工业生产过程中，通常用到的搅拌器种类有浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、推进式搅拌器、锚式搅拌器、框式搅拌器、螺带式搅拌器等。各类搅拌器由于其结构的不同，性能的差异，使其能够分别适用于化工生产中各种不同的工况。由于本次设计的搅拌器是低粘度、低速度、固液混合的小功率设备，容积为600L，根据搅拌器对这些因素的要求，本次设计选用涡轮式与对开式直桨搅拌器。对开式直桨搅拌器，其夹角为180度。在旋转搅拌时，阻力将减小；另一方面，对开旋转的叶桨能使容器内的液料形成涡流，搅拌效果好，特别是当轴正向或反向旋转时，可使沉淀物不下沉，而是上下翻动，对物料的搅拌效果相当好；对搅拌的旋转方向要求不高。但是搅拌轴收到扭矩和玩具复合作用，对其强度及安装要求较高，多用于低速。低粘度。小功率（=40120r/min）搅拌，符合设计要求。 为了满足搅拌器中传动轴的位置保持不变，已达到设计的要求，提高旋转时的精度。在搅拌容器里安装了一个定心架，以此来稳定传动轴，保证传动轴在生产过程中振动降低，轴端摆动程度大大降低，提高了旋转精度。2.3 搅拌器部件的设计计算2.3.1 搅拌筒体及夹套设计 图2.22.3.2 确定筒体和封头根据设计要求与搅拌设备标准初选圆柱型筒体和圆型封头。2.3.3 确定筒体和封头直径设备容积要求搅拌物料为液固类型，由表3-1知，考虑容器不大，为使直径不致太小，在顶盖上容易布置接管和传动装置，设计的为搅拌式筒体 故选用。 表2-1长径比值种类设备内物料类型一般搅拌器液-固或液-液相物料11.3气-液相物料12筒体类1.72.5由下式估算 （2-1）将的估算值圆整到公称直径系列，故取。封头内径取筒体内径值，采用椭圆型封头，直边高查表初选。确定筒体高度当=600mm，=25mm时，查表得椭圆形封头的容积。查表得筒体1m高的容积，由下式计算得：取，所以 与前文比较是符合要求的。选取夹套类型及直径根据搅拌筒内温度和压力选用整体型夹套，其形式如下 图2.3 整体夹套型式时，查表得夹径 夹套封头也采用椭圆形并与夹套筒体取直径相同。确定夹套由下面公式 （2-2）确定夹套高，式中为装料系数，代入上面公式2-2得：取2.3.4 计算传热面积由JB/T4746-2002查得：封头表面积，1m高筒节表面积，则：实际总传热面，经分析可用。2.3.5 筒体及夹套的强度计算 图2.4夹套筒体和夹套型式2.3.6 选择设备材料，确定设计压力由已知条件并分析工艺要求和腐蚀因素，决定采纳下面办法，选用Q235-B钢板，其在下的许用应力为：设计压力的确定：夹套的筒体和封头均是内压容器，由已知，设计压力搅拌器的筒体和封头既受内压又受外压的作用。其内压设计压力，设计外压的取法是考虑操作过程出现的最大压力差，所以取为设计外压。夹套的筒体和封头壁厚计算2.3.7 选择材料，确定设计压力（1）选择筒体和夹套材料筒体内的工作介质为有机酸，无机酸，弱碱等，选用1Cr8Ni9Ti奥氏体不锈钢完全满足设备的要求，在35C时（2）夹套的连接形式整体型夹套和罐体有两种连接形式，可拆卸式和不可拆卸式。考虑到罐体材质是不锈钢，而夹套是普通碳钢，在结构上避免不锈钢罐体与碳钢的夹套直接焊接，以防止在焊缝处渗入过连碳元素使罐体产生局部腐蚀。选用如下结构：图2.5夹套连接型式夹套的筒体壁厚计算公式 （2-3）其中，为焊接系数，采用双面焊缝，进行探伤检查：（夹套封头用钢板拼焊）；壁厚附加量，式中为钢板负偏差，初步取，腐蚀裕度，热加工减薄量（封头热加工），因此；C=0.6+2+0=2.6mm. ，圆整成钢板厚度标准规格，取S=6mm.设计夹套封头壁厚 （2-4）式中，、取值同上式，其中，代入上式：为使筒体和封头焊接的方便取2.3.8 设计筒体的筒体壁厚（1）按承受的内压设计 （2-5）式中，设计压力；筒体内径；许用应力，同夹套材料；焊缝同夹套，故；厚度附加量；上述各值代入3-4得（2）按承受的外压设计设筒体的计算壁厚，并决定之值；-筒体外径，-筒体的计算长度， - 有效壁厚， 则：，由参考文献图查，由于筒体材料Q235-B钢板，由图查得，则许用外压故：满足外压稳定性要求。2.3.9 筒体的封头壁厚计算（1）先按内压计算 （2-6）式中，代入上式：考虑到封头与筒体的焊接方便取封头与筒体等壁厚相同（2）按外压校核，采用经验计算封头计算壁厚椭圆封头的计算当量半径，由设计规定查表得，故；系数，查文献图表得，则许用外压大于压力时的压力，故用，外压稳定安全。3 搅拌轴的结构与材料以及轴承选择校核3.1 轴的结构搅拌轴主要用来支撑搅拌器的，并电动机输出轴取得动力搅拌器旋转，达到搅拌的目的。因此，搅拌轴的结构就是以这些要求为依据进行设计的。搅拌轴一端应同电动机输出轴连接。轴连接处应用联轴器。目前常用的搅拌器大都采用平键、穿轴销钉或穿轴螺钉固定。其结构如下图3.1所示。 图3.1 3.2 轴的材料搅拌轴的材料通常选用45号钢，还应进行正火或调制处理。因为物料腐蚀程度较弱，所以搅拌轴的材料选用最常用的45钢就足够用，且经济性良好。3.3 搅拌轴的计算搅拌轴的设计主要工作是确定危险截面处的最小尺寸，从而确定轴的其他部分的轴径，再进行强度、刚度计算或校核、验算轴的临界转速n和挠度，以便保证搅拌轴能安全平稳地运转。对于搅拌筒体，其搅拌器的要求既要能有承受较强的剪切力，又要有较大的流体循环特性，固本筒体采用径向流和轴向流结合的多层搅拌桨组合式的搅拌系统。通常情况下，搅拌轴直径d必须满足强度和临界转速要求，当有其他特殊要求时，还应满足扭转或刚度径向位移的要求。在确定轴的实际直径时，通常还得考虑材料的腐蚀度，最后把直径圆整为标准轴径。因此，本设计中搅拌轴设计内容和一般轴设计基本相同，主要涉及强度、刚度的计算校核和临界转速校核等。3.3.1 搅拌功率的计算K功率数经估算的功率为2千瓦3.3.2 搅拌轴直径的计算(1)搅拌轴的强度计算轴的扭转强度条件按公式（3-1）计算： （3-1） 式中 轴横截面上的最大剪应力，MPa； 轴所传递的扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数mm³； 材料的许用应力，MPa。(45号钢的许用应力为=3040 MPa)其中 （3-2）对于实心轴扭转界面系数见公式（3-3） （3-3）综合（3-1）、（3-2）和（3-3）等公式得： 式中 搅拌轴直径，mm； 搅拌轴传递的功率，Kw； 搅拌轴转速，r/min(2)搅拌轴刚度的计算为了防止轴在旋转过程中产生过大的扭转过程中变形，影响正常的工作，应把轴的扭转变形限制在一个允许的尺寸范围内。工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角作为扭转的刚度条件， （3-4） 其中 轴扭转变形的扭转角，； 搅拌轴材料的剪切弹性模数，MPa；（对于碳钢和低合金钢 MPa） 轴截面的极惯性矩，； 许 用扭转角，； （对于一般传动，查得搅拌轴取=0.51.0，对于悬臂轴取=0.35）由前面导出实心轴的直径计算公式见（4-5）为： （3-5）47.4mm即 mm搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，取两者较大值，圆整到适当的轴径故取=50mm。3.3.3 搅拌轴的临界转速当搅拌轴的转速达到其固有频率时会发生共振，产生剧烈的震动，并出现很大的弯曲变形，这时的速度称为临界转速。当轴在靠近临界转速时，常因为剧烈震动而发生损坏，或破坏轴封是发酵无法进行，因此工程要上求搅拌轴的转速应不要靠近临界转速。通常把工作转速n低于第一阶转速的轴成为刚性轴，而工作转速大于第一阶临界转速的轴称为柔性轴。但一般搅拌轴的工作转速较低，即为刚性轴，一般是不会发生共振，本设计中搅拌速度不大于200r/min，此转速较低，故不用进行临界转速校核。3.4 搅拌轴的形位公差和表面粗糙度要求由于要求运转平稳，防止轴的弯曲对轴封处的不利影响，因此轴安装和加工要控制轴的直度，当转速n<120r/min时，直线度允许差为1000:0.15。轴的配合面的配合公差和表面粗糙度可按所配零件的标准要求选取。3.5 轴承的选择 搅拌器在搅拌过程中，承受的轴向力较小，主要受径向力作用。而深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时，可用来承受纯轴向载荷。工作中允许内、外圈轴线偏斜量,大量生产，价格最低。故考虑采用深沟球轴承。先预选用深沟球轴承的国内新型号为6317。内径85mm，外径180mm，宽度41mm。脂润滑转速3600r/min，油润滑转速4300r/min。3.6 轴承的校核轴承的校核轴承所受的径向载荷为，轴承转速n=100r/min，运转时有轻微冲击，预期计算寿命。（1）求比值根据机械设计的表13-5，深沟球轴承的最小值为0.22故此时。（2）初步计算当量动载荷，根据机械设计课本（13-8a）按照机械设计的表13-6，=1.01.2，取=1.2.按照，.则（3）根据机械设计的式（13-6），求轴承应有的基本额定动载荷(4)按照轴承样本或设计手册选择=132000的6006型深沟球轴承。此轴承的基本额定静载荷为求相对轴向载荷对应的值和值。相对轴向载荷为，机械设计的表13-5中查的值为0，值为0。求当量动载荷P。验算6006型深沟球轴承的寿命，机械设计的式（13-5）即高于轴承的预期寿命，该轴承合格。4 搅拌器及传动装置的设计及计算4.1 概述搅拌设备传动装置系统一般包括电动机、变速器、联轴器、传动轴、搅拌轴、机架，机座及凸缘法兰等组成。电动机经减速器将速度降低，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，之后带动搅拌器转动，整个传动装置连同轴封装置都安装在机架上。图4.14.2 电机的选择电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作