推进式搅拌器设计论文 .docx

山东学院毕业设计（论文）题目：推进式搅拌器设计学生姓名 学院机械制造及自动化工程学院专业 机械设计制造及其自动化学 号指导教师毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明并表示了谢意。论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、 保密口，在 年解密后适用本授权书。2、不保密口。（请在以上相应方框内打W”）论文作者签名：日期： 年 月 日导师签名:日期： 年 月摘要IAbstract II1.绪论11.1推进式搅拌器的现状与应用 11.2推进式搅拌器总体分析12搅拌器功率的计算32.1功率准数Np的计算32.2利用算图法计算Np 32.2.1Nr的计算32.2.2影响搅拌功率的因素42.3计算搅拌功率P的值53叶轮的设计73.1该设计所给的设计条件与要求73.2叶轮桨叶的设计83.2.1桨叶形状的确定83.2.2桨叶与轮毂的连接83.2.3尺寸确定与计算93.3电动机功率的计算123.3.1电动机功率的计算123.3.2额定功率Pn的确定133.4设计功率叩值的确定133.5桨叶的强度计算143.5.1桨叶材料的许用应力143.5.2桨叶的强度计算143.6桨叶设计的其他要求173.7搅拌附件173.7.1 挡板174搅拌轴的设计与校核194.1搅拌轴的力学模型194.2轴的结构设计194.3搅拌轴的直径设计204.3.1计算搅拌轴直径d1 204.3.2在扭矩和弯矩合成作用下计算搅拌轴直径d2 204.3.3在临界转速情况下计算轴径2 224.4搅拌轴与搅拌器的连接244.4.1减小挠度或者提高临界转速的几项措施245传动装置255.1电动机的选择255.2减速机的选择255.3机架的选择255.4底座型号的选择265.5凸缘法兰型号的选择265.6联轴器的选择275.7机械密封设计276反应釜筒体与封头的设计296.1反应釜筒体及上、下封头厚度的设计296.1.1筒体的厚度计算296.1.2封头的厚度计算 316.1.3应力校核326.2夹套筒体与封头厚度的计算336.2.1夹套筒体厚度计算336.2.2夹套封头厚度计算346.3液压试验状态下的稳定性校核346.4反应釜上的开孔以及开孔补强356.4.1管口参数表356.4.2判别需要进行开孔补强计算管口 356.4.3管口 A、G开孔补强计算366.4.4管口 c的开孔补强计算37结论38参考文献39致谢40推进式搅拌器设计摘 要：搅拌器作为一种常用的搅拌设备，在化工生产中起着举足轻重的作用，依靠叶 轮简单的旋转，可以使物料充分的混合。搅拌器凭借着它操作简便、运行平稳、易于安 装等特点，被广泛应用于化工生产、冶金工业、环保等领域，随着他进一步的发展，将 会有更大的市场空间。本设计的内容是推进式搅拌器，反应釜内的流体黏度和密度都不 大，适合推进式搅拌器的搅拌条件，容器外夹套内的介质是水蒸气。本文主要对推进式 搅拌器的叶轮及搅拌轴等主要部件进行设计与校核，最终使所设计的推进式搅拌器满足 所给设计条件的要求，达到对所给液体的搅拌效果。关键词：推进式；搅拌器；设计；计算；校核；Propeller Agitator DesignAbstract: Stirrer commonly used as a stirring device, in chemical production plays an important role, relying on a simple rotation of the impeller can make adequate mixing materials. Stirrer With its simple, smooth operation, easy installation, it is widely used in chemical production, metallurgy industry, environmental protection and other fields, with his further development, will have a larger market space. The contents of this design is to promote stirrer, fluid viscosity and density within the reactor is not large, propeller stirrer for stirring the outer jacket of the container medium is water vapor. This paper focuses on the main components of propeller stirrer and stirred impeller shaft design and verification, and finally to the propeller stirrer designed to meet the requirements of the design conditions, achieve a given liquid stirring effect.Key words： Push type; Mixer; Design calculation; Check;1.绪论1.1推进式搅拌器的现状与应用在工业生产中，大部分的搅拌设备都是机械搅拌。主要由不锈钢制成的搅拌设备为 主，搅拌设备主要由电动机、摆线针轮减速机、连轴器、搅拌轴、叶轮、等组装而成， 如图1.1所示。经过几十年的发展，中国的搅拌设备已经取得了重大的发展成果，各种搅拌器应运 而生，都在生产中发挥了重大的作用，推进式搅拌器是其中的一种。对于工业生产中， 无论是化学变化的反应，还是物理变化的反应，搅拌器都得到了很大的应用，为生产过 程提供了很大的方便。推进式搅拌器适用于流体黏度和密度不大的搅拌场合，三个螺旋式的桨叶在电动机 的带动下，对反应釜内的混合流体进行充分的搅拌，使之充分、均匀的混合，同时也可 以加速传热和传质过程。推进式搅拌器因为独特的特性，被广泛应用于石油、环保、化 工、纺织、食品、医药、冶金、卫生、生化分析室、试验室、教育科研等领域。推进式搅拌器的特点在于，它的桨叶不是由立体曲面组成，而是由钢板扭曲而制得。 在搅拌时叶轮会使液体向前方成轴向流排出，使流体在容器内形成循环。当在容器内无 挡板时，会形成轴向流和水平回转流，此时会减弱搅拌效果，为了达到理想的搅拌效果， 在容器内安装挡板，便可得到比较规整的轴向流，以增强搅拌效果。虽然我国的搅拌设备有了很大发展，但是和国外相比，还有很大的差距。对新产品 的研发不够，没有掌握核心的技术。要想做到质量可靠、高效节能、性能先进、经济安 全，还有很长的路要走。1.2推进式搅拌器总体分析推进式搅拌器主要分为电动机、减速机、上底座、下底座、机架、凸缘法兰、反应 釜、搅拌轴、叶轮几部分。其中电动机、减速机、搅拌轴是搅拌器的传动装置，底座、 机架等结构是起支撑作用的，最主要的结构是叶轮。对于推进式搅拌器的叶轮，它的桨 叶不是简单地像船舶上的推进器那样由立体曲面组成，而是由钢板扭曲而制得的，因此 它的桨叶刚度和强度都很高。推进式搅拌器的叶轮旋转时会使得容器内的流体沿轴向排 出，形成循环，从而使物料混合的更均匀。电动机的动力通过减速机的减速，传到与减速机连接的搅拌轴上，搅拌轴带动末端 的叶轮旋转，所以传动装置的强度和刚度要求是比较高的。在动力传递的过程中，功率 会有很大的损耗，并且搅拌轴会受到轴向和径向力的影响因此搅拌轴的刚度会特别高。图1.1搅拌设备结构2搅拌器功率的计算搅拌器的搅拌功率是指，搅拌器在一定的转速下进行搅拌时，对容器内液体做功并 使之发生流动所需的功率。搅拌功率的作用：第一是可以设计并校核搅拌器与搅拌轴的 刚度和强度，第二是利于选择电动机和减速机等传动装置。影响搅拌功率的几个主要因素如下：（1）搅拌器的几何尺寸以及桨叶的转动速度：如搅拌器的直径、桨叶倾斜角、桨 叶端面的转速、叶片数、层数、搅拌器距离容器底部的高度、搅拌轴直径等。（2）搅拌器结构：反应釜内径、容器内部液面高度、容器内挡板数、挡板宽度等。（3）搅拌物料特性：液体的密度、粘度、操作压力等。（4）重力加速度。2.1功率准数N的计算P _D B h式（2-1）NF = K (Re)，(Fr)qf (下,-,-，)式中：N 一功率数；PP 一搅拌功率，W ；P 一液体密度；F 液体弗劳德数，七二v 2/g； h 容器内液面高度，m ；K 系数；V一转动速度，"1 ；r, q 一指数；Re 一雷诺数，Re =如； mR 黏度；B 桨叶的宽度，m ；D/一搅拌器的直径，m ；D一反应釜内径，m ；2.2利用算图法计算np2.2.1 nr的计算NRe为雷诺数，计算公式如下:NReD vp4P式（2-2）式中：D 叶轮直径，m；p 一搅拌液体密度，K g/m3 ； v一搅拌器的转动速度，r/s;R 一搅拌液体黏度，cP。本设计中D =0.9m，p =1071 K /m3，v=2r/s，R =0.3cP，将这些数代入下式得:D vpN Ref式（2-3）0.9 x 2 x1071= 5.78 x 1062.2.2影响搅拌功率的因素（1）对于推进式搅拌器，此时雷诺数为5.78x 106，容器内的流体状态为湍流。所 以容器内的挡板数量以及挡板的宽度都对搅拌功率有影响。（2）一般情况下使用的直立式挡板，通常情况下都用挡板系数气来表示挡板对搅 拌功率的影响1。%可由以下公式表示：气=（氏/ D）1.2 气式（2-4）式中：吧表示挡板宽度，幻表示挡板个数。当K <0.35时，随着K的增大，N增大；当K >0.35时，随着K的增大，N降 bbpbbp低。因此在Kb =0.35的情况下，属于全挡板条件；则在0<Kb<0.35的情况下，属于部分 挡板条件。通常情况下，使用4挡板时，气=（1/101/12）D时，此时为全挡板的条件。由于此处选择n = 4,因此是全挡板的条件。b（3）8弗劳德数，公式：F =n2/g。由文献1可知：一般二的影响比较小，容器的内径D、挡板宽度、等参数均属系数气。（4）对于推进式搅拌器，在功率计算时，搅拌器雷诺数不仅对搅拌器反应釜内的 流体流动状态有影响，而且对搅拌器的搅拌特性有着决定性的作用。根据搅拌雷诺数的 数值的不同，反应釜内的流体的流动状态也不同，通常情况下划分为三种状态，当NRe<10时，流体状态为层流。当10< Nr <10 4时，流体状态为过度流。当NRe>10 4时，流体状态为湍流。当*广106时，流体状态为强湍流。因为搅拌器的特性与反应釜内流体的流动状态有着非常密切的关系，所以搅拌器在 工作过程中，容器内不得有死角，为了搅拌效果更好，在设计时，应该避免这一问题， 使得在搅拌过程中，容器内的每个地方的流体都能够运动起来。并且流体在流动时，应 该形成一定的流动状况和适当的流动状态。2.3计算搅拌功率P的值推进式搅拌器桨叶的螺距S与其排液量大小有关，一般在s =（0.82）,范围内， 常用值s/D广1。对于推进式搅拌器一般情况下桨叶个数为2、3、4个，因为所搅拌的 物料密度和黏度都不大，为了获得更好的搅拌效果，同时又为了搅拌轴保持良好的受力 状态，所以取3个，因此为三叶片推进式搅拌器。此时s/Dj=L由图2.1得：当Nr >106时，Np基本为水平线，因此Np为定值。由于Nr = 5.78x 106，因此Np为定值。由图2.1知：此时Np =0.35。图21 Rushton的算图图中纵坐标为七，横坐标为N政N p的计算公式:g N = 式（2-5）P j式中：p、认。数值均已知，所以只需求出Np的值。由上式得出：P= 8pv3D 5 = N pv 3D 5式（2-6）将4 = N =0.35代入上式得： PP = N pv 3D 5式(2-7)= 0.35 x 1071 x 23 x(0.9)5= 1.77KW因此，推进式搅拌器P = 1.77KW。P值即为搅拌器的轴功率的值。3叶轮的设计3.1该设计所给的设计条件与要求在设计推进式搅拌器时，首先考虑两方面的因素，第一：所要搅拌物料的黏度、密 度等性质；第二：搅拌反应过程中的传质传热要求等。推进式搅拌器适用于搅拌黏度不大，密度较小的液体，他所采用的螺旋式桨叶能够 比较理想的搅拌物料，产生塞流，以致得到较好的搅拌效果。在反应过程中，采用连续 操作，达到理想搅拌效果。设计要求条件如下：（1）操作条件1）操作温度：95°C；2）操作压力：0.05MPa.G；3）流体密度：1071Kg/m3；4）设计温度：120C；5）粘度：0.3cP；6）设计压力：0.1MPa.G；7）搅拌强度：适中；8）运行状态：连续操作；（2）管口表1）A出料口： DN40 PN1.6；2） B水蒸气进口： DN25 PN1.6；3） C人孔：DN400 PN1.6；4） d视镜：DN80 PN1.6；5) E水蒸气出口： DN25 PN1.6；（3）备用口:1) F2) GDN25DN403)4)DN25DN25PN1.6；PN1.6；PN1.6；PN1.6。3.1搅拌容器外形图3.2叶轮桨叶的设计3.2.1桨叶形状的确定一般情况下，搅拌器的桨叶形状有平叶、斜叶、弯叶、螺旋叶等，查表得，推进式 搅拌器一般选择螺旋式叶片。3.2.2桨叶与轮毂的连接对于推进式搅拌器的桨叶，为了在搅拌过程中达到良好的搅拌效果，螺旋式桨叶焊 接在轮毂上。轮毂与搅拌轴连接时，靠搅拌轴上的键连接和止动螺钉的紧固，如图3.2 所示。3.2叶片展开图所设计的推进式搅拌器桨叶的前表面由一部分的螺旋面组成，截面后表面是二次抛 物线或圆弧构成的表面。由于螺旋面是不可展开平面，只能采取近似方法进行展开。把 桨叶投影到与搅拌轴垂直的面内，将桨叶断面在该垂直面上近似展开，所以就得到桨叶 的展开平面，因此得到桨叶的实际宽度。3.2.3尺寸确定与计算上图中A值是由轮毂的中心与叶片的起点的距离。七一叶轮直径 ，mm ； di 一轮毂直径 ，mm。由文献1可知，对于推进式搅拌器，一般情况下轮毂直径« =（0.30.4叫，或者 等于2倍搅拌轴直轴径，因此取=320mm。把从桨叶与轮毂连接处到桨叶末端的距离10等分，使其长度依次为、，轮毂中心到连接处的距离为r八，与此对应的桨叶宽度为b、b、b。下标为i的值 00110表示任意值，b计算公式如下：式（3-1）xk (mm)式中：k.一叶片宽度系数，匕取值由表3.1得。表3.1匕的取值r0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10kkkkkkkkkkk0123456789100.1820.2240.260.2820.310.320.3220.3080.2760.2120搅拌器桨叶展开宽度b的计算公式:式（3-2）b=4d mm b sin 2 0 + 4d 2由 P = arctanj 得，1把 d =32mm，1D . =90mm，代入上式得：p =41.8°图3.3叶根的断面示意图由于是桨叶根部截面和搅拌轴轴线之间夹角，所以0和P互余，即得0 =48.2°。己 知螺距S=1，0、P角如图3.3所示。把 d =320mm， D .=90mm，k =0.182代入上式得：b =254.1mm。将b0 =254.17mm，d=320mm，0 =48.2°代入上式得：b =227.3mm在本设计中，由此得出轮毂的长度为240mm。叶片的宽度为b时，相对应半径为,，计算公式如下：r = d ( 一0.5) (mm)式(3-3)0当 b=227.3mm 时，把 b°=254.17mm, d320mm 代入上式得：b 、. 227 3r = d(b-0.5)= 320x( 0.5)= 134.22(mm)式(3-4)i b0254.17所以当b =254.17mm时，r =160mm为轮毂直径的一半。3.3电动机功率的计算3.3.1电动机功率的计算推进式搅拌器在搅拌的过程中，靠电动机提供动力，电动机的动力通过减速机、联 轴器、搅拌轴、传动轴传给桨叶，因此在传递的过程中电动机的功率有损耗。可能在搅 拌过程中由于物料的特性会对搅拌器产生影响，因此会加大功率的损耗。（1）匕值计算电动机功率可由下式计算：P = PS + Pm式（3-5）M r式中 p一电动机功率，KW；P 一搅拌器功率，KW；SP 一轴密封系统的摩擦损失，KW；门一传动系统的机械效率，KW。P为搅拌器功率，由前面可知：SP =1.77KWSP表示轴密封系统的摩擦损失，不同的密封机构造成的密封摩擦功率损失也不同 4。该处是机械密封，由于受工作环境、以及其他的一些特殊要求，例如防爆、防震、 防压等，所以此处采用双端面机械密封，计算公式为：P =1.8d01.2 X10-3 KWd0为轴封处的直径 ，mm。因为D = 900mm，反应釜的直径：D = 2,600mm，由文献可知，取搅拌轴的直径：d = 130mm，取轴封处的直径：d = 120mm。把d 0代入上式得：P =0.56KW（2）机械效率门的计算n表示传动系统的机械效率，该题搅拌轴的转速：v 0 = 120 r/min，推进式搅拌器 的搅拌轴是单向旋转轴，因为搅拌器立式安装在反应釜上，所以选择摆线针轮传动。下表给出了传动装置各个零部件的传动效率，因此可确定摆线针轮传动系统的传动 效率n。所以，查表3.2得n=0.9。表3.2传动装置各个零部件的传动效率类 别传劫形式传动效率类 别恃动形式传动效率如摆线针轮传动摆线针轮行星减速机>0.9蜗杆传动自械的单头嵋杆双头蜗杆三头和四头端杆0. 400. 450. 700. 750W56 826 8。092谐波齿轮传动谐波减速机>0. 83圆柱齿轮传动开式传动,铸陶（考虚轴承损失） 开式传动，铳齿（考虑粒承损失） 单级圆柱齿轮减速器双级圆柱齿轮减速器行星齿轮减速暮0.90.93山95。970.980. 950. 960. 950. 98蜗杆传动圆爻面蜗杆传动0.85 。、95皮带传动（平皮带和三角皮带）,0- 95 0- 9 &链传动开式传动链浸人油池中传动0. 920- 940. 95。 97圆锥齿轮恃动开我传动，铸齿（考虑轴承损失） 开式传动，佚齿（考虚袖承祺失） 单级圜锥齿轮减速器双级圆惟一圆柱齿轮减速器0, 880. 9210.940. 950 960. 94. 95变速器无级变速器0.8轴承滚动釉汞滑动轴承0.990.9950. 980 99旦（3）Pm的计算把 P =1.77KW；P =0.56KW；n = 0.9代入匕公式得：P =2.88KW3.3.2额定功率p的确定N额定功率的值是把以上计算的电动机功率P的值参照电动机系列中所给的标准参数圆整后确定6。圆整后可得p=3KW。3.4设计功率p值的确定q由于本题所给的流体的密度、黏度不大，所以推进式搅拌器采用单层、三叶螺旋式搅拌器设计，因此设计功率由以下公式：P=n P - P式（3-6）将 P =0.56 KW , P =3.0 KW 代入上式P=n Pn P式（3-7）=0.90x 3.0-0.56=2.14 KW即设计功率：P = 2.14KW。q所以可得每个桨叶的设计功率P:jP = P = 214 = 0.71KW。j 333.5桨叶的强度计算3.5.1桨叶材料的许用应力推进式搅拌器的桨叶材料采用316L不锈钢，其° b=480MPa ,316L不锈钢是一种碳 含量较低的不锈钢，由文献5 可知，取安全系数七=47。计算许用应力：b = b = 48° = 120MPa式（3-8）n 4b扭转许用应力lr= 0.577c=0.577 x 120=69.24 MPa得出该种材料的许用应力：c =120MPa，扭转许用应力：t =69.24MPa。3.5.2桨叶的强度计算推进式搅拌器桨叶的形状是螺旋式的，该形状比较复杂，一般进行计算时都采用近 似算法，在桨叶与轮毂连接处为危险截面，图中所示的I-I的断面处。叶轮在搅拌过程 中对液体做功，由于搅拌轴垂直安装，叶轮受到两个力，一个与搅拌轴平行的垂直力F， 一个是垂直于搅拌轴的水平力F。力F作用在桨叶的KD处；力F作用在桨叶的Hv1 2H(1) 桨叶靠近轮毂处的厚度一般用长度计算来决定，厚度沿桨叶的母线向叶片的 前端成线性变化。由文献1查得，对不锈钢制做的桨叶，桨叶的直径小于1000mm时， 桨叶前端的厚度一般取34mm，桨叶材料是316L不锈钢，所以厚度取4毫米。桨叶 根部靠近轮毂处的厚度一般为(0.030.06)倍的桨叶的直径，该处要求为2754mm。 此处取30mm。(2) KK2是随%而改变的系数，当% =1时，由下表得KK2。表3.3 %、K2的取值Ws i1L 1L21.31.4L 61,7Kt0. 6960. 6950.6900. 6870. 685o. 5880. 690 一0. 696Or 6000, 5950,6110.6170- 6240. 6320. 6410. 649D./Sb8】.922-2. 22.32. i2.5Ki0. 701O, 7066. 7100. 7140. 7140 7180. 7160. 706&0. 6530. 6570-6580- 658Q 6570. 6550.6500. 646查得 % =0.696、% =0.600。(3) 单个叶片的轴向力F和水平力FvHF =52525 x103 x一匕一vs x Z x nF =19106 x103 xHK2 x D. x Z. x n式中：P一搅拌器设计功率，已知Pq = 2.14KW ；Z.一桨叶个数，3个；s 一搅拌器的螺距，900mm，v 0一搅拌轴的转速，120 r/min。代入公式中得：PF = 52525x103 xqj2.14式(3-9)式(3-10)式（3-11）900 x 3 x 2= 52525 x103 x=346.51 KN式（3-12）式（3-13）式（3-14）PF = 19106 x103 xqHK x D x Z x n= 19106 x 103 x=210.13 KN0.600 x 900 x 3 x 22.14（4）力、力分别对断面产生的弯矩MM2：M = F （K x D -幺）x 10-31 v 122=3 4 6. 5x1 （0. % 9 6 -0. 4 5 = 0. 1NmM = F （K x D -幺）x10-32 H 222=2 1 0. 1x3 （0. ）600 -0. 4 5 = 0. 1NmM1作用于搅拌轴线的平面内，M2作用于平面外，将这两个弯矩值转换到断面上的 两个主惯性轴x-x、y-y上的弯矩为：M = M cos P + M sin p= 53.x 8 cos41.8x+23.11 s i nNnM = M sin p + M cos p= 23.x 1 cos41.8x+53.08 sin Nm（5）桨叶根部断面是由二次抛物线形成的拱形断面，则两个主惯性轴的断面惯性 转矩分别为：式（3-15）式（3-16）I = 8 幼对:mm4X 175b3 x5mm430七-根部的桨叶有效厚度，由文献3可知：不锈钢材料C = 0mm，把 6 = 30mm，C = 1.2mm，代入公式得：6 =6 -C -C式（3-17）=30-1. 2 = 0 mm. 8I-I断面上的1、2、3点处的应力分别如下:b=翊 x M ,15000 x M1 bxd2X b2 xdr8750 x 54.97 + 000 x 52.61 = 3.08MPa < o=120MPa。227.3 x 28.82227.32 x 28.8b =冬 x M -15000 x M2 bxd 2X b2 xdY_8750 x 54.97 -000 x 52.61 = 2.02MPa <o=120 MPa。227.3 x 28.82227.32 x 28.813125 x M b xd 2xe13125 一x 54.97 = -383MPa < o=120MPa。由此可知，227.3 x 28.82桨叶上的应力都满足o< o=120MPa。3.6桨叶设计的其他要求（1）由于设计的搅拌器桨叶的名义厚度为30mm，由文献1的可知，当搅拌器的 桨叶名义厚度大于16mm时，为了使桨叶更加稳固，通常情况下采用加强筋桨叶结构， 以达到更好的搅拌效果81。（2）桨叶、加强筋与轴套之间的连接均采用焊接。并且桨叶、加强筋与轴套之间 的焊接均采用全焊透双面焊焊接法；焊脚高度介于较薄厚度的0.75倍与0.85倍之间。3.7搅拌附件搅拌附件是指在搅拌容器内安装的，为了改善容器内的流体的运动状态而加入的零 件。通常情况下，搅拌容器内增设挡板，以进行改变流体的流动状态，同时也会产生一 些不好的影响，挡板会加大搅拌功率的损耗。3.7.1挡板在推进式搅拌器中，三叶式的搅拌器以高速旋转，由于该设计的流体黏度不大，在 搅拌的过程中，容器内的流体流动状态就会形成一个高速旋转的圆柱状回转区。同时， 容器内的液体在旋转离心力的作用下，会被离心力的作用甩到容器壁上，然后形成一种 叫做“打漩”的现象，由于搅拌器的高速旋转，靠近容器壁的液体会沿着容器壁往上升， 而中心的液体会向下降，从而会在容器内形成一个非常大的漩涡9。并且，随着搅拌器 转速的提高，漩涡的中心越深。为了能够使得搅拌容器内的流体能够在搅拌器的搅拌作用下混合的更均匀，搅拌效 果更好，因此，流体在容器内产生的较强的湍流状态，即圆柱回转区和打漩现象必须要 消除。未达到这一效果，通常情况下载搅拌容器内安装挡板，一般使用的都为纵向挡板。 这些挡板的主要作用有两个方面：第一个方面，挡板可以使容器内的液体的切向流转化 为轴向和径向的流动状态，为了使容器内的液体的主体进行对流扩散，流体的轴向流动 和径向流动都是有效的。第二方面，容器内的挡板可以在搅拌过程中增大被搅拌液体的 流动程度，使得液体的流动状态更为剧烈，从而达到更好地搅拌效果。容器内的挡板的宽度W = 10 %2)o.，如果容器内所要搅拌的液体黏度较高时， 此时挡板的宽度可减小至(>20)o.。容器内的挡板的数量Z可以根据反应容器的内径的 大小而确定。当反应容器内径较小时，一般挡板数量选择24个；当容器内径较大时， 通常选择用48个，一般情况下以4个或6个为主。当容器槽内安装有蛇管时，则挡板 一般情况下安装在蛇管的内侧。容器内挡板的上边缘一般可与静止液面平齐，当容器内 的液面上有质量特小、并且容易浮在液面、但不宜湿润的固体物料时，在搅拌器工作时， 则很容易会在液面上造成很大的漩涡，这种情况下挡板上边高度缘可低于液面高度 100150mm。而容器挡板下边缘可到槽底。因此，有时可以利用挡板的高度来改造容器 内流体的流型，例如在槽底希望将质量较大的、且极易于沉降的物料而分离出来时，此 时就可将挡板下端设计在桨叶高度之上，这样就会使槽底出现水平回转流，从而会有利 于物料的沉降和分离。通过以上的分析总结，该设计采用了 4个容器挡板，宽度：W=250mm，离壁距离： L=50 mm。4搅拌轴的设计与校核推进式搅拌器的搅拌轴通过联轴器与电动机的输出轴连接在一起，轴的另一端靠键 连接安装上三个桨叶，当搅拌器工作时，搅拌轴会在电动机的带动下，做单向转动，并 且他带动轴端的桨叶工作，起到搅拌流体的作用。在设计搅拌轴时，轴的密封性能、搅 拌器工作时反应器的振动等因素都与搅拌轴的设计有着密切的关系。一般情况下，尤其 是对体积比较大的，或者是高径比比较大的推进式搅拌器的反应器的搅拌轴的设计过 程，以上因素的影响是更大的。在设计推进式搅拌器搅拌轴的过程中，有许多因素需要考虑，其中有4个因素是非 常重要的，如下：（1）搅拌轴在工作时的扭转变形；（2）搅拌轴在工作时的临界转速；（3）搅拌轴在进行搅拌时，由于流体的阻力作用，会产生扭矩和弯矩，此时搅拌 轴在弯矩和扭矩共同作用下的强度；（4）搅拌轴转动时，轴封处可以允许搅拌轴的径向移动的位移。由上述的几个因素计算而得的搅拌轴的直径是指轴危险界面处的直径，如果确定搅 拌轴的实际直径时，一般情况下还需要考虑另外一个因素，即轴的腐蚀裕量，然后把计 算所得的直径圆整为搅拌轴的标准直径10。4.1搅拌轴的力学模型对于推进式搅拌器搅拌轴的设计可考虑到以下几个方面：（1）与刚性联轴器连接的部分的可拆轴可以看作整体轴；（2）在搅拌器以及搅拌轴上的其它零件的重力、工作时所受的惯性力、流体对零 件的作用力等都作用在零件轴套的中心部分。（3）搅拌轴在工作时除了受扭矩作用外，还应该考虑搅拌器所受流体的径向力， 以及搅拌轴和搅拌器在组合重心处，在工作时由于质量偏心而导致的离心力的作用。因此，为了提高轴的性能，该处将悬臂轴的受力简化为简支梁。4.2轴的结构设计因为搅拌器反应釜内所需要搅拌的物料的黏度和密度都不大，因此容器内的物料容 易进行搅拌，并且搅拌轴所受到的扭转力不大。所以在搅拌轴上只需要安装一个三桨叶 搅拌器就可达到理想的搅拌效果，所承受的力并不是太大，因此搅拌轴的两端为阶梯轴。搅拌轴结构如图4.1所示。4.3搅拌轴的直径设计4.3.1计算搅拌轴直径d1在计算搅拌器搅拌轴的直径时，按搅拌轴所受的最大扭矩来计算。搅拌轴在工作时， 由于自身的高速旋转会受到容器内流体的阻力，因此会受到扭转和弯曲的联合作用。由 于搅拌器是采用的是立式安装在反应釜上，工作时以扭转为主，弯曲特别小，几乎可以 忽略不计。因此可由以下计算得:式（4-1）9553Nx门 n9553 x 3x 0.9=238.83 Nm120式中：T 一搅拌轴所传递最大扭矩，Nm ； sN电动机的额定功率，Kw ；门一传动装置的机械效率，取门=0.9。搅拌轴的直径计算如下:4d= 155.4式（4-2）4=15 5. 4 0. 3 x5 7 3x 8 52 3 8. 8 3=4 8m m1 810式中：Y搅拌轴的许用扭转角，o/m，因为是悬臂轴，取W=0.35o/m；G一搅拌轴材料的剪切模量，材料为316L不锈钢，取G=738500MPa。4.3.2在扭矩和弯矩合成作用下计算搅拌轴直径d2（1）搅拌轴尺寸的确定在该设计中，我们所采用的是等直径的悬臂轴，如图4.2,当在进行扭矩和弯矩联 合作用下强度的计算时，先要确定轴的两个长度。第一个是轴在搅拌侧轴承到传动侧轴 承之间的长度，定义为第二个是轴从搅拌侧轴承到桨叶之间的长度，定义为L；因为两个长度暂时无法精确的确定，所以只能大致的选定。综合各方面得a=514mm, L=3500mm。悬臂轴径向力F式（4-3）F = K Ts X103 = 533LP 1 Rmdm=533 X 238,83 =141.44N900dm 一桨叶的直径，由前面得dm = 900mm。（2）弯矩的计算1）先是由径向力引起的弯矩。由于质量偏心产生的离心力：F。 cF = 0.05F=0. 0X 14 1. =44 N7式中：Mr 一径向力引起的弯矩，Nm ；M轴向力引起的弯矩，Nm ；M 轴的联合弯矩，Nm。Mr = (F + F) L=1 4 1. 4x4 1.X05 3x5-0 0 =1 0 Nm 1 9. 6 52)由轴向推力引起的弯矩。由资料查得，当P <2MPa时，M/0。因为所给P =0.1MPa，所以取M/0。由 M = Mr + Ma，得 M=519.65 Nm。（3）轴的当量弯矩在扭矩和弯矩同时作用下：T为当量弯矩，eT =、:T 2 + M 2式（4-4）e 、s= <238.832+ 519.