7m3連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì)含11張CAD圖,m3,連續(xù),攪拌,反應(yīng)器,設(shè)計(jì),11,十一,cad 7m3連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器設(shè)計(jì) 摘 要 反應(yīng)器，顧名思義就是一種用來(lái)給各類(lèi)反應(yīng)提供一個(gè)合適空間的容器，反應(yīng)器的前身還要追溯到古代用來(lái)燒制陶瓷器的窯洞，如今的反應(yīng)器早已經(jīng)不像原先那樣單調(diào)的應(yīng)用在某一個(gè)行業(yè)，各行各業(yè)都充斥著各種各樣的反應(yīng)器。 釜式反應(yīng)器也是反應(yīng)器的一種，這次我要設(shè)計(jì)的就是一個(gè)釜式反應(yīng)器，任務(wù)書(shū)上給出的公稱(chēng)容積是7m3。首先要做的就是對(duì)整個(gè)釜式反應(yīng)器進(jìn)行分解，把一個(gè)整體分解成幾個(gè)重要的裝置，然后通過(guò)各種已知條件來(lái)確定每一個(gè)裝置的選型和設(shè)計(jì)以及每個(gè)裝置之間的配合。如上所述，我最先分解出來(lái)的就是反應(yīng)器的釜體，釜體是整個(gè)反應(yīng)器最重要的部分，所以釜體的設(shè)計(jì)應(yīng)該放在第一步，通過(guò)對(duì)任務(wù)書(shū)的分析，我們很容易就能通過(guò)已知數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)分解出的第二個(gè)裝置了，這個(gè)裝置我選擇的是攪拌裝置，攪拌裝置起著一個(gè)承前啟后的作用，一個(gè)合適的攪拌器肯定是要同時(shí)考慮到釜內(nèi)的介質(zhì)和釜體的幾何尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，然后還是強(qiáng)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(shè)計(jì)，這一步要確定的就是傳動(dòng)裝置了，傳動(dòng)裝置起著一個(gè)輸出動(dòng)力和傳遞動(dòng)力的作用，它是整個(gè)反應(yīng)器的動(dòng)力來(lái)源，所以一個(gè)合適的傳動(dòng)裝置也是至關(guān)重要的，先根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇一個(gè)合適的電動(dòng)機(jī)，然后根據(jù)選擇的電動(dòng)機(jī)來(lái)選擇和設(shè)計(jì)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(nèi)介質(zhì)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(jìn)行強(qiáng)度校核就完成了。最后就是設(shè)計(jì)各種附件了，附件的設(shè)計(jì)基本上可以通過(guò)已知數(shù)據(jù)查表來(lái)確定，最后還是要進(jìn)行強(qiáng)度校核，到這里一個(gè)完整的釜式反應(yīng)器基本上就設(shè)計(jì)完成了。 這次的設(shè)計(jì)主要展示了一個(gè)釜式反應(yīng)器從無(wú)到有的過(guò)程，在每一步設(shè)計(jì)完成后都要進(jìn)行強(qiáng)度校核，主要就是為了保證所設(shè)計(jì)的裝置是能夠正常工作的，目前來(lái)說(shuō)釜式反應(yīng)器是適用性最廣的一種反應(yīng)器，在多個(gè)行業(yè)中被廣泛使用。 關(guān)鍵詞：反應(yīng)器；釜體；攪拌裝置；傳動(dòng)裝置；軸封裝置 ABSTRACT The 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. Today's 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 7m^3. 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 1 1.1 前言 1 1.2 釜式反應(yīng)器的介紹 1 1.2.1 釜式反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用 1 1.2.2 釜式反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì) 2 1.3 設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容 2 1.3.1 設(shè)計(jì)條件 2 1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 2 釜體尺寸的確定 4 2.1釜體形狀的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)選型 4 2.1.1 筒體和封頭的選型 4 2.1.2 計(jì)算筒體內(nèi)徑 4 2.1.3 計(jì)算筒體高度 5 2.1.4 夾套的選型以及內(nèi)徑的確定 5 2.1.5 夾套高度的計(jì)算 5 2.2 釜體的受力分析以及厚度的確定 6 2.2.1 釜體的受力分析 6 2.2.2 夾套厚度的計(jì)算 6 2.2.3 內(nèi)筒厚度的計(jì)算 7 3 反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì) 9 3.1 選擇攪拌器 9 3.1.1 攪拌器簡(jiǎn)介 9 3.1.2 待選攪拌器的詳細(xì)介紹 9 3.1.3 確定攪拌器的型式 11 3.2 攪拌軸的設(shè)計(jì) 11 3.2.1 攪拌軸轉(zhuǎn)速和攪拌功率的確定 11 3.2.2 攪拌軸的直徑計(jì)算 12 3.2.3 攪拌軸剛度校核 12 3.2.4 攪拌軸長(zhǎng)度的設(shè)計(jì) 13 4 傳動(dòng)裝置的選擇 14 4.1 傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)介 14 4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 14 4.3 減速器的分析與選擇 15 4.4 機(jī)座的分析與選擇 17 4.5 聯(lián)軸器的分析與選擇 17 4.5.1 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)分析 18 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇 18 4.6 底座的設(shè)計(jì) 19 5 反應(yīng)釜軸封裝置的選擇 20 5.1 軸封型式的確定 20 5.2 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)以及分類(lèi) 21 5.3 軸封裝置的確定 22 6 其余附件的設(shè)計(jì)與選型 23 6.1 支座的選型 23 6.2 釜體法蘭的選型 23 6.3 手孔的設(shè)計(jì) 23 6.4 視鏡的選型 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 1 緒論 1.1 前言 釜式反應(yīng)器，顧名思義是用來(lái)給物理或化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)場(chǎng)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(dòng)裝置、軸封裝置這四個(gè)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(nèi)，然后將電動(dòng)機(jī)通電，電動(dòng)機(jī)是與減速器相連的，減速機(jī)把轉(zhuǎn)速降到一個(gè)合適的數(shù)值，然后減速器的輸出軸通過(guò)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(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)釜體內(nèi)物料進(jìn)行攪拌混合，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的充分?jǐn)嚢韬?，合格的產(chǎn)品就被生產(chǎn)出來(lái)了。 釜式反應(yīng)器的應(yīng)用范圍非常的廣泛，分類(lèi)方法也有很多種，在這里我們按照不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式來(lái)分類(lèi)，可以分為三種。第一種是間歇釜式反應(yīng)器，它是操作最不呆板的一種反應(yīng)釜，總是能夠輕松的勝任各種條件和介質(zhì)種類(lèi)，當(dāng)需要生產(chǎn)的數(shù)量較小，但是種類(lèi)確相對(duì)比較繁雜的時(shí)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(lái)生產(chǎn)，但是這種反應(yīng)釜也有一個(gè)局限，那就是成品的合格率問(wèn)題，一般都像摸獎(jiǎng)一樣很難確定。第二種是連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，也就是我們?cè)谶@里要設(shè)計(jì)的釜式反應(yīng)器，它的優(yōu)勢(shì)就在于不用像摸獎(jiǎng)一樣來(lái)猜成品的合格率了，但是它的不足之處就是物料不能反應(yīng)太久，不然很容易產(chǎn)生各種雜質(zhì)。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(shuō)明。 1.2 釜式反應(yīng)器的介紹 1.2.1 釜式反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用 在上個(gè)世紀(jì)二十年代初期，釜式反應(yīng)器第一次出現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)入人們的視線(xiàn)，初期的各種釜式反應(yīng)器因?yàn)閮?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)都很顯著而并沒(méi)有得到很廣泛的使用。直到出現(xiàn)了專(zhuān)用反應(yīng)釜焊條，隨后就開(kāi)始出現(xiàn)各種成熟的釜式反應(yīng)器，這段時(shí)間是釜式反應(yīng)器快速發(fā)展的時(shí)期。雖然與國(guó)外相比我國(guó)釜式反應(yīng)器的出現(xiàn)晚了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是隨著近幾十年以來(lái)我國(guó)國(guó)力的快速提升，同時(shí)也催生了多種行業(yè)對(duì)于釜式反應(yīng)器的需求。目前來(lái)說(shuō)因?yàn)閲?guó)外對(duì)于這方面的核心技術(shù)封鎖的很?chē)?yán)密，我國(guó)的釜式反應(yīng)器相比與國(guó)外還是有很多不足的，但正是因?yàn)檫@樣就意味著我國(guó)的釜式反應(yīng)器還有很大的進(jìn)步空間，釜式反應(yīng)器從始至今數(shù)量一直保持增長(zhǎng)，相信隨著我國(guó)的日益強(qiáng)大，釜式反應(yīng)器各種相關(guān)技術(shù)一定會(huì)得到更加快速的提升和發(fā)展。 釜式反應(yīng)器能夠應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，雖然最大的需求還是來(lái)源于化工行業(yè)，但是在其他的各種行業(yè)也是遍地開(kāi)花。它的主要構(gòu)件有釜體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置以及軸封裝置，它的分類(lèi)方法也有很多種，可以按照釜體材料進(jìn)行分類(lèi)，可以按照釜內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，可以按照不同的加料方式來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，可以按照攪拌形式進(jìn)行分類(lèi)，還可以按照釜內(nèi)介質(zhì)的加熱方法來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。在這里我主要介紹一下釜體材料的分類(lèi)，按照釜體材料主要可以分為不銹鋼反應(yīng)釜、碳鋼反應(yīng)釜、搪玻璃反應(yīng)釜、鋼襯PE反應(yīng)釜、鋼襯ETFE反應(yīng)釜等等，它們都各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面是它們的適用范圍： 搪玻璃反應(yīng)釜：廣泛的應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、科研、化工、石油等行業(yè)。 碳鋼反應(yīng)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(yīng)釜：適用于需要進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)的行業(yè)，例如冶金、科研、高校等部門(mén)，它能使顆粒物和粘稠物 質(zhì)達(dá)到高攪拌的效果。 1.2.2 釜式反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì) 在總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)反復(fù)的思考后，預(yù)測(cè)未來(lái)釜式反應(yīng)器的產(chǎn)業(yè)升級(jí)會(huì)主要聚焦在大容積化、環(huán)境保護(hù)、制造和生產(chǎn)工藝進(jìn)步等幾個(gè)方面。 首先是大容積化，這肯定是大趨勢(shì)，容積增大后最起碼的優(yōu)勢(shì)就是產(chǎn)量的增加、每個(gè)生產(chǎn)批次之間的質(zhì)量會(huì)更加的相近，最重要的是生產(chǎn)成本會(huì)顯著的降低。 然后就是環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)一直以來(lái)都是一個(gè)很?chē)?yán)峻的問(wèn)題，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有關(guān)于環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題就更加的凸顯了，這不僅會(huì)影響到未來(lái)能否繼續(xù)高速發(fā)展，更重要的是影響到地球未來(lái)的存亡。 最后是制造和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，釜式反應(yīng)器的制造和生廠工藝的進(jìn)步是理由當(dāng)然的，制造和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步直接影響到反應(yīng)器的質(zhì)量，反應(yīng)器的質(zhì)量變好了生產(chǎn)的產(chǎn)品當(dāng)然就會(huì)更加的優(yōu)質(zhì)。 隨著各種技術(shù)的進(jìn)步，相信未來(lái)我國(guó)的釜式反應(yīng)器一定會(huì)發(fā)展的越來(lái)越好。 1.3 設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.3.1 設(shè)計(jì)條件 由任務(wù)書(shū)可知，給定的設(shè)計(jì)參數(shù)有： 物料： 釜內(nèi) 藥物水溶液 夾套內(nèi) 蒸汽 設(shè)計(jì)壓力： 釜內(nèi) 0.35MPa 夾套內(nèi) 0.45MPa 設(shè)計(jì)溫度： 釜內(nèi) 85℃ 夾套內(nèi) 115℃ 公稱(chēng)容積： 7m3 電機(jī)功率： 自定 1.3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 需完成的主要內(nèi)容如下： 1、緒論 2、釜體設(shè)計(jì) 3、攪拌裝置設(shè)計(jì) 4、傳動(dòng)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(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)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?yàn)樵谌蝿?wù)書(shū)上給我們列出來(lái)了一些設(shè)計(jì)參數(shù)要求，所以我們可以基本確定這次所要設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜是屬于低壓反應(yīng)釜類(lèi)型，通常情況下低壓容器的筒體會(huì)設(shè)計(jì)成圓柱體，所以在這里我們筒體型式?jīng)Q定設(shè)計(jì)成圓柱體。 經(jīng)過(guò)對(duì)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(diǎn)以及制造工藝的難易程度后，根據(jù)這次設(shè)計(jì)所需決定封頭型式選擇標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，類(lèi)型為EHA。 2.1.2 計(jì)算筒體內(nèi)徑 查文獻(xiàn)可得幾種反應(yīng)釜的HDi如下表所示： 表1 反應(yīng)釜的HDi值 種類(lèi) 設(shè)備內(nèi)物料類(lèi)型 H/Di 一般反應(yīng)釜 液-固相物料或液-液相物料 1～1.3 氣-液相物料 1～2 發(fā)酵罐類(lèi) 氣-液相物料 1.7～2.5 計(jì)算筒體內(nèi)徑首先需要確定兩個(gè)常量參數(shù)，那就是長(zhǎng)徑比和裝料系數(shù)，根據(jù)上表和釜內(nèi)所要生產(chǎn)的物質(zhì)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(guān)重要的，通常它的取值都會(huì)在0.6～0.85。如果釜內(nèi)介質(zhì)在攪拌過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)時(shí)，取值范圍還能取 0.8～0.85。為了平衡設(shè)備的反應(yīng)效率和安全性，本設(shè)計(jì)的裝料系數(shù)選取η=0.8。 已知公稱(chēng)容積V0=7m3,由V=V0η,可得設(shè)備計(jì)算容積： V=V0η#1 V=70.8=8.75m3 由此，估算的筒體內(nèi)徑為： Di=34VπHDi#2 Di=34×8.75π×1.4=1.996m 將計(jì)算所結(jié)果圓整至公稱(chēng)直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體內(nèi)徑Di=2000mm，封頭取相同的內(nèi)徑。 2.1.3 計(jì)算筒體高度 上述計(jì)算可以得知筒體內(nèi)徑，封頭內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑取相同的數(shù)值，查閱參考文獻(xiàn)得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭容積Vh=1.13m3。 把筒體的計(jì)算容積V=8.75m3和筒體內(nèi)徑Di=2m代入筒體高度的計(jì)算公式： H=V-Vhπ4Di2#3 H=8.75-1.13π4×22=2.426m 取H=2400mm，復(fù)核得H/Di=1.2，復(fù)核結(jié)果在原定范圍內(nèi)，符合要求。 2.1.4 夾套的選型以及內(nèi)徑的確定 夾套就相當(dāng)于是給內(nèi)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(lái)保溫和加熱。推薦的比較多的夾套類(lèi)型有：整體夾套、半圓管夾套、型鋼夾套和蜂窩夾套。按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)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(nèi)徑通常都是按照筒體內(nèi)徑來(lái)進(jìn)行選擇，如下表所示： 表2 筒體直徑與夾套直徑的關(guān)系 筒體內(nèi)徑 Di/mm 500～600 700～1800 2000～3000 夾套內(nèi)徑 Dj/mm Di+50 Di+100 Di+200 由上表可以得知夾套的內(nèi)徑為：Dj=DN+200=2200mm，夾套封頭取相同的內(nèi)徑。 2.1.5 夾套高度的計(jì)算 前面所得的結(jié)果可知筒體每一米高的容積V1=π4Di2=3.14m3/m，則夾套筒體高度的估算公式如下： Hj=ηV-VhV1#4 Hj=0.8×8.75-1.133.14=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(wù)書(shū)上給定的設(shè)計(jì)參數(shù)為： 設(shè)計(jì)壓力： 釜內(nèi) 0.35MPa 夾套內(nèi) 0.45MPa 設(shè)計(jì)溫度： 釜內(nèi) 85℃ 夾套內(nèi) 115℃ 分析如下：夾套一直承受0.45Mpa內(nèi)壓，工作狀態(tài)下內(nèi)筒筒體和下封頭承受0.35MPa的內(nèi)壓的同時(shí)還要承受0.45Mpa的外壓，停止?fàn)顟B(tài)下內(nèi)筒單獨(dú)承受夾套內(nèi)蒸汽所施加的0.45Mpa的外壓。 2.2.2 夾套厚度的計(jì)算 焊縫系數(shù)是計(jì)算厚度的一個(gè)重要常量參數(shù)，因?yàn)楦w的環(huán)焊縫很難在實(shí)際操作中得到檢測(cè)，所以決定取?=0.8。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作環(huán)境，確定Q235-A鋼作為設(shè)備材料。設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力σt=113℃。 取Pc=1.1P，夾套的厚度計(jì)算如下： δd≥PCDj2σt-PC+C1+C2#5 δd≥1.1×0.45×22002×113×0.8-1.1×0.45+0.3+2=8.34mm Pc——計(jì)算壓力，MPa δd——圓筒的名義厚度，mm C1——鋼板厚度的負(fù)偏差，mm C2——腐蝕裕量，mm 封頭的厚度計(jì)算： δd≥PCDj2σt-0.5PC+C1+C2#6 δd≥1.1×0.45×22002×113×0.8-0.5×1.1×0.45+0.3+2=8.33mm Pc——計(jì)算壓力，MPa δd——圓筒的名義厚度，mm C1——鋼板厚度的負(fù)偏差，mm C2——腐蝕裕量，mm 因?yàn)檫x擇和鋼板的規(guī)格厚度相同的數(shù)值能大大簡(jiǎn)便加工過(guò)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(nèi)筒厚度的計(jì)算 （1）筒體厚度的計(jì)算 承受0.35Mpa內(nèi)壓時(shí)： 由公式（5）可得： δd≥1.1×0.35×20002×113×0.8-1.1×0.35+0.3+2=6.57mm 承受0.45Mpa外壓時(shí)： 為簡(jiǎn)化運(yùn)算過(guò)程，在這里我采用圖算法計(jì)算，先設(shè)筒體名義厚度δn=8mm，則δe=δn-C1+C2=8-2.3=5.7mm，因?yàn)橥搀w與夾套有一個(gè)高度差，在這里我把這個(gè)高度差定為200mm， 所以筒體受壓高度為H-200mm，所以可以計(jì)算出L/D0和D0/δe： D0=Di+2δn#7 L=H-200+h2+13h1#8 代入已知數(shù)據(jù)得： D0=2000+2×8=2016mm L=2400-200+25+13×500=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=1.2 D0/δe=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(dāng)名義厚度δn=8mm時(shí)， 不能滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。 再假設(shè)δn=12mm，則δe=12-0.3-2=9.7mm D0=2000+2×12=2024mm 而D0/δe=2024/9.7=209，L/D0=2391.67/2024=1.2。 由文獻(xiàn)[8]圖15-4查得A=0.00067,再由此查文獻(xiàn)[8]圖15-5得 B=96MPa,則許用壓力為： p=BD0δe#9 p=9620249.7=0.460MPa>0.45MPa 計(jì)算得出δn=12mm時(shí)，筒體能符合強(qiáng)度要求。 所以取δn=12mm是我們的最佳厚度選擇。 （2）計(jì)算封頭厚度 承受0.35Mpa內(nèi)壓時(shí)： 由公式（6）可見(jiàn) δd≥1.1×0.35×20002×113×0.8-0.5×1.1×0.35+0.3+2=6.56mm 承受0.45Mpa外壓時(shí)： 設(shè)δ=12mmn，則δe=δn-C1-C2=10-0.3-2=9.7 mm，而 A=0.1250.9D0δe#10 A=0.1250.9×20249.7=0.00067 查閱資料得B=96MPa，所以得 p=B0.9D0δe#11 p=960.9×20249.7=0.51MPa>0.35MPa 符合任務(wù)書(shū)上的設(shè)計(jì)參數(shù)要求。 所以最后選取兩者中的最大值，確定內(nèi)筒封頭厚度取12mm。 3 反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì) 3.1 選擇攪拌器 3.1.1 攪拌器簡(jiǎn)介 攪拌裝置是反應(yīng)釜的重要組成部分之一。生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝條件是選擇攪拌裝置最基本的原則，當(dāng)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(guò)程產(chǎn)生的流向與攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)這兩點(diǎn)中間的聯(lián)系。因?yàn)槲覀兯玫降漠a(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不合格，嚴(yán)重的甚至可能會(huì)威脅到生產(chǎn)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(lèi)別相對(duì)而言比較多，從所需要加工的原料方面來(lái)看可以分為低粘和高粘。因?yàn)槲覀冞@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(jìn)式、槳式、渦輪式等。 3.1.2 待選攪拌器的詳細(xì)介紹 下面是這三種攪拌器的詳細(xì)介紹： 渦輪式攪拌器：渦輪式攪拌器應(yīng)用廣泛，能有效地實(shí)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(pán)上有2～6片彎曲的或平直的葉片，槳葉的圓周速度一般能達(dá)到1秒3-8米左右，由于它能使物料產(chǎn)生徑向流動(dòng)，所以它在不互溶液體與氣體的分散以及液液相反應(yīng)過(guò)程方面得到了大量的使用。其中被攪拌液體的黏度不會(huì)超過(guò)25Pa·s。圖（1）是渦輪式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 圖1 渦輪式攪拌器 推進(jìn)式攪拌器：推進(jìn)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(lái)鑄造推進(jìn)式攪拌器，加工方便。但采用焊接時(shí)需要模鍛 后才能與軸套焊接，加工比較 困難。在制造過(guò)程中都應(yīng) 做靜平衡試驗(yàn)。攪拌器可用軸套以平鍵和 緊定螺釘與軸聯(lián)接。 推進(jìn)式攪拌器直徑的 取值約為反應(yīng)釜內(nèi)徑Di 的 1/6～1/2。其切向線(xiàn)速度 v≤15m/ s, 轉(zhuǎn)速為 300～600r/ min，甚至更快，一般來(lái)說(shuō)大直 徑取較低轉(zhuǎn)速，小直徑取高轉(zhuǎn)速。材料常用 鑄鐵、鑄鋼等。圖2是推進(jìn)式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 圖2 推進(jìn)式攪拌器 槳式攪拌器：槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)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(shù)脂、酚醛、玻璃布等。槳分為折葉和直 葉兩種類(lèi)型：其中折葉式是槳葉與旋轉(zhuǎn)方向有一個(gè)傾斜角θ，θ= 45°或 60°，可使物料有較多的軸向分流；而直葉的 葉面與旋轉(zhuǎn)方向呈直角，使物料能在切線(xiàn)方向產(chǎn)生流動(dòng)。槳式攪拌器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較遲緩，速度多在 20～80 r/ min之間，v≤5m/ 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(cuò)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(xiàn)所在水平線(xiàn)上。 二層：其中一層安裝在下 封頭的環(huán)向 焊縫線(xiàn)所在水平線(xiàn)上， 把另一層安裝在液面與 下封頭的環(huán)向焊 縫線(xiàn)的中間或者稍微高一點(diǎn)的位置上。 三層 ：一層安裝在下封頭的焊 縫線(xiàn)所在水平線(xiàn)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(yīng)釜內(nèi)徑Di大小的14～34為合理。 圖（3）是槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhì)的粘度對(duì)攪拌過(guò)程的影響不能輕易地忽視，所以按照釜內(nèi)的所要攪拌的液體粘度大小來(lái)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(zhì)黏度，筒內(nèi)設(shè)計(jì)的各種尺寸的大小、物料加工后所要求的質(zhì)量等等都是要注重的參數(shù)，同時(shí)還應(yīng)該考慮到經(jīng)濟(jì)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?yàn)槲覀兗庸さ奈锪鲜撬幬锼芤?，并不需要太高的轉(zhuǎn)速，所以首先排除掉推進(jìn)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(kāi)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(shè)計(jì) 攪拌軸直徑的初步設(shè)計(jì)通常都是直接根據(jù)扭矩計(jì)算出來(lái)的，但是在實(shí)際的工作狀態(tài)下攪拌軸還會(huì)受到彎矩的作用，所以一般初步計(jì)算出軸徑大小以后還要進(jìn)行后面的剛度校驗(yàn)才能得到最終合格的軸徑大小。最后還要注意的一點(diǎn)就是如果設(shè)計(jì)的攪拌軸轉(zhuǎn)速超過(guò)了200r/min的話(huà)，那就必須要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。 3.2.1 攪拌軸轉(zhuǎn)速和攪拌功率的確定 攪拌器在進(jìn)行攪 拌作業(yè)時(shí)，維持?jǐn)嚢柽^(guò)程能夠正常運(yùn)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(wù)書(shū)并沒(méi)有給出具體的電動(dòng)機(jī)功率和攪拌軸轉(zhuǎn)速，所以要先根據(jù)已知條件設(shè)計(jì)電機(jī)功率和攪拌軸轉(zhuǎn)速后才能進(jìn)行下一步的計(jì)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(zhuǎn)速n=90 r/min，而攪拌功率很難得到準(zhǔn)確的測(cè)定，在這里我是在網(wǎng)上查閱了大量文獻(xiàn)最后找到了下列這個(gè)公式。它是經(jīng)過(guò)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(lái)大致估算要達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速所需要的功率數(shù)值。 上述所提及的公式為： P=NP×N3×d5×ρW#12 式中：d：攪拌器直徑（m） N：攪拌器的轉(zhuǎn)速（r/s） ρW：液體密度（kg/m3） NP：功率準(zhǔn)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(xiàn)得，在湍急狀態(tài)下，六平直葉圓盤(pán)渦輪的功率準(zhǔn)數(shù)NP≈6，液體密度取ρW=0.9 kg/m3 代入各數(shù)據(jù)得：P=6×1.53×0.85×0.9=5.97kw 圓整后取P=6kw。 3.2.2 攪拌軸的直徑計(jì)算 由上可得攪拌功率P=6kw，攪拌軸轉(zhuǎn)速n=90 r/min，選擇不銹鋼作為這次攪拌軸的材料，取τ=40Mpa。 攪拌軸主要受扭矩作用，所以首先根據(jù)扭矩計(jì)算最小軸徑，扭矩的大小為： MT=9.55×106pn#13 解得：MT=9.55×106×690=6.37×105Nmm。 工作狀態(tài)下攪拌軸截面的應(yīng)力為： τ=MTWρ#14 因?yàn)橛笑?40Mpa，所以抗扭矩系數(shù)：Wρ≥MTτ=6.37×10540=1.60×104 又因?yàn)閷?shí)心軸的抗扭矩系數(shù)： Wρ=πd316#15 所以可以得到軸徑：d≥316Wρπ=316×1.60×104π=43.4mm。 取d=50mm。 3.2.3 攪拌軸剛度校核 因?yàn)樯弦徊降贸鰜?lái)的攪拌軸直徑的數(shù)值是在不考慮彎矩作用下計(jì)算出來(lái)的，為了工作時(shí)操作人員的安全必須要對(duì)初步確定的軸徑進(jìn)行剛度校驗(yàn)。 查閱文獻(xiàn)資料得知許用扭轉(zhuǎn)角θ=0.8°/m，彈性模量G=8.1×104MPa。 查文獻(xiàn)可以得到攪拌軸扭轉(zhuǎn)角計(jì)算公式為： θ=MTGJρ×180°π×103#16 而攪拌軸截面上圓面對(duì)圓心的極慣性矩為： Jρ=πd432#17 代入上一步所得軸徑解得Jρ=π×50432=613592.32mm4。 所以：θ=6.37×1058.1×104×613592.32×180°π×103=0.734°/m<θ=0.8°/m 校核的結(jié)果表明攪拌軸的剛度和強(qiáng)度都足夠，考慮到軸上還要開(kāi)鍵槽，以及攪拌軸與聯(lián)軸器的配合，最后決定取d=60mm。 3.2.4 攪拌軸長(zhǎng)度的設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)攪拌軸可以分成三個(gè)段，第一段是從減速器的輸出軸到軸封底座的水平面，長(zhǎng)度記做L1；第二段是軸封底座到釜內(nèi)上液面，長(zhǎng)度記做L2；第三段就是剩下在物料里面的部分，長(zhǎng)度記做L3。 （1）第一段： L1=H-M#18 代入機(jī)架高H=750mm，減速機(jī)輸出軸長(zhǎng)度M=89mm 計(jì)算得：L1=661mm （2）第二段： L2=HT+2HF-Hi#19 其中筒體高度HT=2400mm，封頭高度HF=h1+h2=500+25=525mm 筒內(nèi)物料的總高度： Hi=H1+h1+h2#20 筒體浸入物料的高度： H1=VC-VFπ4Di2#21 代入公稱(chēng)容積VC=7m3，封頭容積VF=1.13m3，筒體內(nèi)徑Di=2m 計(jì)算得： H1=7-1.13π4×22=1.8685m 代入上式可以解得：Hi=1868.5+25+500=2393.5mm 所以 L2=2400+525×2-2393.5=1056.5mm （3）第三段： L3=23Di=23Hi#22 由上述計(jì)算得Hi=2393.5mm>Di=2000mm 解得：L3=23×2393.5=1595.7mm 將上述計(jì)算所得結(jié)果代入可得攪拌軸的長(zhǎng)度為： L=661+1056.5+1595.7=3313.2mm 結(jié)果經(jīng)圓整后取L=3315mm。 4 傳動(dòng)裝置的選擇 4.1 傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)介 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是反應(yīng)釜設(shè)計(jì)中很重要的一塊，電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)座組成了傳動(dòng)裝置，由于本設(shè)計(jì)是立式攪拌反應(yīng)釜，所以把傳動(dòng)裝置裝在反應(yīng)釜的頂部，按電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)座的順序，從上往下排列。電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，然后經(jīng)減速機(jī)減速把轉(zhuǎn)速降下來(lái)，然后經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)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(dòng)裝置和軸封裝置一起安裝在一個(gè)裝在反應(yīng)釜上封頭上的底座上。所以，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際要求選擇適合的電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)和聯(lián)軸器，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)和釜體的數(shù)據(jù)把機(jī)與底座設(shè)計(jì)出來(lái)。 圖4就是傳動(dòng)裝置各組成部分的基本結(jié)構(gòu)和位置： 圖4 傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu) 4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)得第一原則就是一定要安全，然后就是要能夠滿(mǎn)足設(shè)備所需要的功率以及轉(zhuǎn)速。 由于任務(wù)書(shū)上要求自定電動(dòng)機(jī)的功率，而由上一個(gè)步驟可知設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的攪拌功率P=6kw，所以需要自己確定一個(gè)合適的電動(dòng)機(jī)功率。 由任務(wù)書(shū)上給的設(shè)計(jì)參數(shù)可以知道反應(yīng)釜內(nèi)的物料是藥物水溶液，所以決定選擇Y系列三相異步電機(jī)。轉(zhuǎn)速方面選擇常見(jiàn)的轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)。 查閱參考資料的電動(dòng)機(jī)的功率與攪拌功率的關(guān)系如下式： Pd=Pη#23 式中：Pd—電動(dòng)機(jī)功率； η—傳動(dòng)裝置以及軸封裝置的損耗補(bǔ)償系數(shù)，取η=0.85。 代入攪拌功率P=6kw，解得Pd=7.06kw。 根據(jù)電機(jī)的功率Pd=7.06kw以及轉(zhuǎn)速nd=1500r/min，查Y系列電動(dòng)機(jī)型號(hào)大全，得所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)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(lái)減速的機(jī)器，具體來(lái)說(shuō)就是用來(lái)把原動(dòng)件高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速然后輸出給工作機(jī)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，在這里原動(dòng)件就是電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)就是攪拌器，如果不考慮轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功率損耗的話(huà)，在轉(zhuǎn)速降低的同時(shí)力矩會(huì)變大。它根據(jù)內(nèi)部的減速傳動(dòng)系統(tǒng)的不同可以分為多種類(lèi)型，下表是幾種常見(jiàn)減速器的簡(jiǎn)單介紹： 表3 常見(jiàn)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(xiàn)針輪行星減速器 V形皮帶減速器 傳動(dòng)比 傳動(dòng)效率 輸出軸轉(zhuǎn)速（r/m） 輸入功率（KW） 傳動(dòng)原理 12～6 0.95～0.96 65～250 0.55～315 兩級(jí)同中心距斜齒輪傳動(dòng) 80～15 0.8~0.93 12～100 0.55～55 圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng) 9～87 0.9～0.95 17～160 0.04～55 利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動(dòng) 4.53～2.96 0.95~0.96 200～500 0.55～200 單級(jí)V形皮帶傳動(dòng)  續(xù)表3 比較參數(shù) 齒輪減速器 圓形蝸桿減速器 擺線(xiàn)針輪行星減速器 V形皮帶減速器 主要特點(diǎn) 在相同傳動(dòng)比范圍內(nèi)擁有制 造成本低，傳動(dòng)效率高，體積小，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，裝配檢修方便，不允許承受外 加軸向載荷，允許正反轉(zhuǎn)。 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(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于搪玻璃反應(yīng)釜。 傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高，拆裝方 便，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，壽命 長(zhǎng)，承載能力高，工作平穩(wěn)。能承 受過(guò)載和沖擊載荷，允許正反 轉(zhuǎn)。 結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，而且過(guò) 載時(shí)能打滑，因此可以起到安全保 護(hù)作用，但不能保持精確的傳動(dòng)比。 傳動(dòng)效率高的減速機(jī)是我們要優(yōu)先考慮的類(lèi)型，根據(jù)電機(jī)的功率Pd=7.5kw、轉(zhuǎn)速nd=1500r/min以及攪拌軸轉(zhuǎn)速n=90 r/min,得出傳動(dòng)比i=1500/90=16.7。最后決定選擇行星擺線(xiàn)針輪減速器。它的外形見(jiàn)圖5所示： 圖5 行星擺線(xiàn)針輪減速機(jī)的外形 該減速器的外形安裝尺寸如下表所示： 表4 減速機(jī)的外形安裝尺寸（mm） D b D2 D3 D4 n-d DM P 60 18 340 310 270 6-Φ11 270 4 E B h M CF l 20 435 64 89 219 80 4.4 機(jī)座的分析與選擇 機(jī)座就是傳動(dòng)裝置的支架，主要作用是支撐電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)以及在機(jī)座里面安裝聯(lián)軸器、軸封等各種重要構(gòu)件。所以機(jī)座的設(shè)計(jì)主要就是考慮它的強(qiáng)度和內(nèi)部空間是否能夠滿(mǎn)足要求。 一般來(lái)說(shuō)機(jī)座的型式可以分為無(wú)支點(diǎn)、單支點(diǎn)以及雙支點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)在電動(dòng)機(jī)或者減速器上能夠找出兩個(gè)可以當(dāng)做支點(diǎn)的機(jī)構(gòu)時(shí)，或者是在電動(dòng)機(jī)或減速器只能夠找出一個(gè)支點(diǎn)，但容器內(nèi)部也有可當(dāng)做支點(diǎn)的構(gòu)件時(shí)，在機(jī)座的選擇上就可以選擇無(wú)支點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)在減速機(jī)或電動(dòng)機(jī)以及攪拌容器內(nèi)都只能找到一個(gè)可以當(dāng)做支點(diǎn)的機(jī)構(gòu)時(shí)，就只能選擇單只點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)以上兩種機(jī)座都不適用時(shí)選用雙支點(diǎn)機(jī)座。 按照前面計(jì)算所得的攪拌軸轉(zhuǎn)速以及攪拌軸軸徑，決定選用公稱(chēng)直徑DN300的單支點(diǎn)機(jī)架，單支點(diǎn)支架的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。 圖6 單支點(diǎn)機(jī)座的結(jié)構(gòu)示意圖 4.5 聯(lián)軸器的分析與選擇 由于需要將傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸連接在一起并帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以設(shè)置了一個(gè)連接裝置用來(lái)連接傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸，這就是聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的主要作用就是用來(lái)傳遞動(dòng)力，有時(shí)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(jī)與攪拌軸。 4.5.1 聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)分析 聯(lián)軸器又叫做聯(lián)軸節(jié)，因?yàn)樾枰脕?lái)連接多種結(jié)構(gòu)不同的裝置，所以能夠適用于多種機(jī)構(gòu)，聯(lián)軸器能夠分為兩大類(lèi)：撓性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器。 撓性聯(lián)軸器又有無(wú)彈性撓性聯(lián)軸器和彈性撓性聯(lián)軸器，無(wú)彈性撓性聯(lián)軸器只有補(bǔ)償軸線(xiàn)位移的功能，而有彈性撓性聯(lián)軸器還多了一個(gè)緩沖減震的作用，但是強(qiáng)度比不上無(wú)彈性撓性聯(lián)軸器。而剛性聯(lián)軸器因?yàn)闆](méi)有彈性不能發(fā)生變形所以上述的兩種功能都沒(méi)有，剛性聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)較高的對(duì)中性，同時(shí)還擁有很強(qiáng)的抗油性與耐腐蝕性。 幾種常見(jiàn)聯(lián)軸器的基本特征如表5所示： 表5 幾種常見(jiàn)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(xiāo)聯(lián)軸器 特點(diǎn) 靠摩擦力傳導(dǎo)扭矩力，由兩個(gè)半環(huán)組裝而成的懸吊環(huán)在夾殼的中部，作用是用來(lái)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(gè)凸緣盤(pán)式半聯(lián) 軸器、聯(lián)接鍵和螺栓等 組成。有兩種不同的結(jié)構(gòu)。 由兩個(gè)帶有溝槽的半聯(lián)軸器 和一個(gè)帶有互 相垂直凸牙的中間盤(pán)組成?？梢匝a(bǔ)償兩軸間的軸向偏移、徑向偏移和小量的 角偏移。 它的構(gòu)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(xiāo)代替了聯(lián) 接螺栓。通過(guò)橡膠 圈傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩徑向偏移量為3-6mm，角偏移量為1°。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆卸方便。缺點(diǎn)是只適用于低轉(zhuǎn)速，并且不適用于有沖擊的情況，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品單一，后期還要加工。 可承受較大載荷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被聯(lián)接的兩軸對(duì)中精確，應(yīng)用廣泛，但要求安裝準(zhǔn)確。 只適用于轉(zhuǎn)速少于250r/min，軸剛度較大，并無(wú)劇烈沖突的場(chǎng)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(zhuǎn)或起動(dòng)頻繁的中、小載荷傳遞 的情況。 4.5.2 聯(lián)軸器的選擇 因?yàn)樯弦徊襟E選用了擺線(xiàn)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(zhuǎn)矩大小等各種影響因素綜合考慮，在查閱相關(guān)資料和標(biāo)準(zhǔn)后，決定選擇型號(hào)為GJL-4的立式夾殼聯(lián)軸器，標(biāo)記為：DN 65 HG 5-213-65。 4.6 底座的設(shè)計(jì) 底座的設(shè)計(jì)如下圖所示，底座的邊緣設(shè)置了通孔，在底座的側(cè)面還設(shè)計(jì)了用來(lái)調(diào)節(jié)螺桿的把手，底座的上表面至少有三個(gè)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(jié)構(gòu)示意圖以及尺寸： 圖7 底座的結(jié)構(gòu)以及尺寸  5 反應(yīng)釜軸封裝置的選擇 軸封裝置的作用簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是堵住反應(yīng)釜釜體與外界之間的縫隙，雖然軸封裝置在反應(yīng)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(guān)系到生產(chǎn)效率的高低和生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至關(guān)乎攪拌中作業(yè)人員的人身安全。假設(shè)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(guò)程中釜體就很容易產(chǎn)生泄露，這樣不僅會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)而且還會(huì)對(duì)到我們周?chē)沫h(huán)境造成很大的危害，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)發(fā)生燒壞軸承、打壞齒輪、擰斷傳動(dòng)軸或其他的危害性極大的安全事故。安全責(zé)任重于山，勿覺(jué)與己不相關(guān)啊！如上所述，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(dòng)力密封、機(jī)械密封和填料密封，下面是它們的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)介紹。如表6所示： 表6 幾種軸封型式的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn) 動(dòng)力密封 機(jī)械密封 填料密封 原理 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 利用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)副葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使軸封處的氣壓降低到常壓甚至負(fù)壓，使反應(yīng)釜在使用中不泄露。 價(jià)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(jī)械密封大，停車(chē)密封裝置的壽命比較短。 利用一對(duì)或者多對(duì)與軸垂直的端面在各種機(jī)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(duì)不大，壽命相對(duì)比較長(zhǎng)。 主要是經(jīng)濟(jì)方面，價(jià)格比較高，使用和維護(hù)的要求也比較高 填料中含有潤(rùn)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(yīng)”從而阻止泄露。 結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，價(jià)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(shè)計(jì)中，軸封裝置的主要作用就是為了防止在攪拌過(guò)程中反應(yīng)釜筒內(nèi)的攪拌介質(zhì)泄露出來(lái)，所以我們先從防止泄露這一點(diǎn)出發(fā)來(lái)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(dá)到了450ml/h，而動(dòng)力密封和機(jī)械密封在防止泄漏這一點(diǎn)上做的都非常的好，尤其是動(dòng)力密封，在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下基本不發(fā)生泄漏，所以從防止泄露這一點(diǎn)看，我們優(yōu)先選擇動(dòng)力密封和機(jī)械密封，排除掉填料密封。接下來(lái)就是比較機(jī)械密封和動(dòng)力密封中哪一種密封型式更加適合應(yīng)用在此次設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜上，首先看動(dòng)力密封，動(dòng)力密封只能在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)生效，所以動(dòng)力密封一般不單獨(dú)使用；電動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)離心力消失，這時(shí)只能依靠與動(dòng)力密封配合使用的停車(chē)密封裝置來(lái)起到密封的作用，與動(dòng)力密封配合的停車(chē)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(lái)分析機(jī)械密封，機(jī)械密封機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命相對(duì)較長(zhǎng)，一般可以達(dá)到一年左右，而且有足夠的強(qiáng)度和剛度，適用于各種環(huán)境。綜上所述，決定這次設(shè)計(jì)的密封型式選擇機(jī)械密封。 5.2 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)以及分類(lèi) 圖8 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)示意圖 上圖所示是某種主要用于釜式反應(yīng)器的機(jī)械密封裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖 。在上面的圖中能夠看出來(lái)，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和壓緊彈簧以及輔助密封件這四個(gè)必不可少的部分共同組成了機(jī)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(shè)備固定連接在一起，當(dāng)攪拌軸被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，靜環(huán)是不會(huì)跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的；動(dòng)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(dòng)環(huán)以及固定它的每個(gè)零件都會(huì)跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)釜進(jìn)行攪拌作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)也跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)因?yàn)楸还潭ㄔ陟o環(huán)座上所以不轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)和動(dòng)環(huán)在彈簧座和彈簧壓板的作用在緊緊的靠在一起。從結(jié)構(gòu)上看，只要?jiǎng)迎h(huán)和靜環(huán)靠的足夠緊密，釜體內(nèi)的物料也就沒(méi)那么容易泄露了，采用機(jī)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(jī)械密封是按照作用原理和結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)的，比如按照密封端面的對(duì)數(shù)，按照作用在密封端面的壓力性質(zhì)，按照靜環(huán)安裝在密封端面的內(nèi)外，按照彈簧機(jī)構(gòu)的數(shù)目等等，除了上面說(shuō)的這些還有很多種分類(lèi)方法，在這里我們先通過(guò)幾種常見(jiàn)的分類(lèi)來(lái)選擇合適的結(jié)構(gòu)型式。如下所示表7是幾種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)型式以及它們的特點(diǎn)： 表7 幾種常見(jiàn)機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) 型式 特點(diǎn) 非平衡式機(jī)械密封 平衡式機(jī)械密封 單端面機(jī)械密封 雙端面機(jī)械密封 不能平衡液體壓力對(duì)端面的作用，載荷系數(shù)大于或等于1，適用于釜內(nèi)壓力低的情況，對(duì)于一般液體可用壓力小于或等于0.7MPa，當(dāng)釜內(nèi)液體潤(rùn)滑性較差時(shí)，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(duì)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(nèi)壓力較高的情況。 只有一對(duì)密封端面，多用于釜內(nèi)物料本身的潤(rùn)滑性較好以及允許微量泄露的情況 有兩對(duì)密封端面，當(dāng)一級(jí)密封面失效時(shí)二級(jí)密封面仍可密封，多用于釜內(nèi)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(guān)資料后決定選取B104型內(nèi)裝單端面平衡型機(jī)械密封作為此次設(shè)計(jì)的軸封裝置。 6 其余附件的設(shè)計(jì)與選型 6.1 支座的選型 對(duì)于釜式反應(yīng)器這種相對(duì)大型的化工設(shè)備一般都會(huì)在釜體的周?chē)惭b四個(gè)支座，因?yàn)檫@是立式的設(shè)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(hào)，在這里我打算采用四個(gè)耳式支座焊接在釜體上。 首先我們要做的是估算出設(shè)備在工作狀態(tài)下的總質(zhì)量（包括設(shè)備本身和容器內(nèi)的物料）。設(shè)備本身的質(zhì)量可以根據(jù)前面設(shè)計(jì)的尺寸以及選擇的各配件預(yù)估，在這里我們估算值取m1=6000kg，然后是容器內(nèi)的物料，因?yàn)槿萜髟O(shè)計(jì)的計(jì)算容積為8.75m3，假設(shè)物料密度與水一樣，所以可以粗略計(jì)算出最大的物料質(zhì)量m2=8750kg。所以可以得出整個(gè)設(shè)備的總質(zhì)量m=m1+m2=14750kg。 總質(zhì)量均分給四個(gè)支座，所以單個(gè)支座受到的載荷： Q=mg4=14750×9.84=36137.5N=36.14KN 根據(jù)容器夾套的公稱(chēng)直徑DN=2200mm以及載荷Q=36.14KN決定選擇5號(hào)B型耳式支座，詳細(xì)尺寸見(jiàn)零件圖。 6.2 釜體法蘭的選型 法蘭就是用來(lái)連接兩個(gè)器件的一個(gè)構(gòu)件，一般不會(huì)單獨(dú)使用，形狀一般就像是一個(gè)盤(pán)，在這里我們要選擇的是釜體法蘭。 根據(jù)筒體的公稱(chēng)內(nèi)徑DN=2000mm以及筒內(nèi)壓力為0.35MPa,查閱參考文獻(xiàn)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(xì)形狀與尺寸以及各配件見(jiàn)零件圖。 6.3 手孔的設(shè)計(jì) 手孔是檢查孔的一種，一般來(lái)說(shuō)手孔的尺寸標(biāo)準(zhǔn)只有150mm和250mm兩種，在這里因?yàn)橥矎较鄬?duì)比較大所以我們選擇250mm作為手孔的標(biāo)準(zhǔn)直徑。因?yàn)橥矁?nèi)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(xì)尺寸見(jiàn)零件圖。 下面是手孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 圖9 手孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 6.4 視鏡的選型 視鏡是用來(lái)觀察設(shè)備的內(nèi)部情況的一個(gè)構(gòu)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(xì)尺寸見(jiàn)零件圖。 下面是視鏡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 圖10 視鏡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖  參考文獻(xiàn) [1] 王鋒濤.機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)備的安全控制管理［Ｊ］.價(jià)值工程，2017,36（32）：44~46