搅拌器的设计

摘 要 本课题主要介绍了搅拌器在化工工业中的应用，研究现状以及发展趋势；通过对罐体设定为筒体式以及搅拌介质确定为丙烯酸和醋酸，夹套介质为水蒸气，来设计并选用推进式搅拌器。其中包括了对搅拌功率的计算；附件的选取；搅拌器的结构设计；搅拌器强度计算及其校核；搅拌轴与搅拌器的连接；电机、机架、联轴器等一系列传动装置的选择；以及计算筒体封头厚度与稳定性校核；筒体开孔及补强。根据所设计的搅拌器绘制出相应的装配图以及零件图。最后，在对自己所设计的进行总结。关键词：搅拌器；推进式；设计；校核；AbstractThis topic mainly introduced the application of mixer in chemical industry, the research status and development trend; Through the setting of tank cylinder postures and mixing of medium for acrylic acid and acetic acid, jacketed medium for water vapor, to design and choose its agitator. Including the calculation of the stirring power; The selection of accessories; The structure of the mixer design; Agitator strength calculation and checking; Stirring shaft of the agitator and connectivity; Motor, frame, coupling, and a series of transmission device choice; And calculating the thickness of the cylinder head and stability; Cylinder hole and reinforcement. According to the design of the mixer to draw out the corresponding assembly drawing and part drawing. Finally, in summarize of my own design.Key words：mixer; Push type; Design; Check;目 录1 引言51.1 概述51.2 研究现状及发展趋势51.3 本文研究的目的、内容和意义61.4 本课题的设计思路及设计条件61.4.1 设计思路61.4.2 设计条件62 搅拌轴功率的确定72.1 雷诺准数的计算72.2 Re对搅拌功率的影响82.3 搅拌功率PS的确定93 搅拌器的结构设计以及计算103.1 搅拌器结构设计103.1.1 结构形式103.1.2 结构尺寸104 搅拌轴的设计与校核134.1 搅拌轴的力学结构134.2 轴的结构设计134.3 搅拌轴机械计算134.3.1 受扭转变形计算搅拌轴的轴径134.3.2 按强度计算搅拌轴的轴径d2144.3.3 根据临界转速核算轴径164.4 搅拌器浸入溶液深度的确定185 功率的确定及搅拌器桨叶的校核185.1 电动机的计算功率和额定功率185.1.1 电动机计算功率的确定185.1.2 电动机额定功率的确定195.2 搅拌器设计功率Pq195.3 推进式搅拌器的强度计算195.4 桨叶材料的许用应力225.5 桨叶的校核235.6 桨叶设计的其他要求235.7 搅拌的附件236 搅拌器与搅拌轴的连接236.1 搅拌器轴与轴套的连接236.2 键连接的强度计算及校核246.2.1 键连接的剪切强度计算及校核246.2.2 键连接的挤压强度计算及校核247 传动装置247.1 电动机的选型257.2 减速机的选型257.3 机架选型257.4 安装底盖的选择267.5 凸缘法兰的选择267.6 联轴器的选取277.7 轴封277.8 轴承的确定288 筒体及封头的强度设计288.1 内筒体和封头厚度的确定288.1.1 受内压时筒体厚度确定288.1.2 受内压时封头厚度的确定298.1.3 受外压时筒体厚度确定308.1.4 受外压时下封头厚度的确定318.1.5 压力试验及应力校核328.2 夹套筒体及封头厚度的确定328.2.1 夹套筒体厚度计算328.2.2 夹套封头厚度的确定338.3 液压试验状态下的稳定性校核338.3.1 夹套试验压力338.3.2 内筒体的校核349 开孔和开孔补强349.1 判断管口是否需要开孔不强349.2 管口d的开孔补强计算359.3 管口a开孔补强计算3510 总结36谢辞38参考文献39搅拌器的设计1 引 言1.1 概述纵观现在市场的需求，搅拌器在化工工业中起着重要的作用并且得到了广泛的应用，不管是在实验室制备某种水溶液，或者是在工业上搅拌水泥，使之能均匀的混合，搅拌器都起了至关重要的作用。搅拌器的用途很广泛，它主要能使物质间进行搅拌、混合，使物质处于悬浮、分散的状态。尤其是在工业生产中，搅拌器的应用更大大的降低了人员在生产有毒或者对人体皮肤有伤害的化工用品时的危害。同时用电动代替手动不仅提高了生产效率，而且还大大的提高了产品的质量，显然，搅拌器已然成为化工生产中不可或缺的一部分。1.2 研究现状及发展趋势国外研究现状：美国Rochester混合设备公司研发了LighteningA系列桨；德国Ekato公司也相继研发出了德In-terming桨；法国Robin公司研发了HPM桨；加拿大公司也研发了Maxflo轴流桨。1国内研究现状：北京化工大学和华东理工大学分别开发了CBY轴流桨和翼型桨；中国石油化工学院的沈惠平教授等人也研发出了一种新型高效并且容易加工的轴流式搅拌叶轮；燕山石油化工有限公司设计院还设计了一种能配置大功率电机的复合式搅拌器；大型石化企业也与浙江大学合作开发出了搅拌槽式反应器的智能化辅助选型和设计软件。发展趋势：随着社会的进步、科技的发展，化工行业等各个领域对于搅拌操作的要求越来越多，而且对于搅拌的物料来说也越来越复杂了，不再是局限于那种低粘度的流体，也会遇到高粘度的。对于现在，搅拌器的研究也成为了一个热点，搅拌器正在向大型化、微型化和集成化、连续化、智能化、节能化以及高粘度化的趋势发展。2相信在不久之后，搅拌器的发展会越来越快，而且能越来越满足行业的需求。1.3 本文研究的目的、内容和意义研究目的：本次设计搅拌器的目的是为了借助搅拌器的作用使丙烯酸和醋酸能够得到充分的混合，以便于能够使他们充分反应。研究意义：设计这个搅拌器能够避免手动搅拌对人体带来的危害，而且结构简单，使用也方便，能够在化工生产中广泛应用。研究内容：本课题要求在给定一个容积为10L的罐体，设计出能在这个给定的容器中搅拌丙烯酸和醋酸并且使其能均匀混合的搅拌器，而且使用方便，能平稳工作。本设计主要涉及到化工工业中搅拌器的设计，主要进行的设计包括：搅拌功率的设计；搅拌器结构的设计及其直径校核；搅拌器的强度计算及其校核；还有减速机、机架、电机、安装底盖、联轴器等一系列传动装置的选择；筒体所承受的压应力的校核；然后根据这些设计来画出相应的装配图和零件图。1.4 本课题的设计思路及设计条件1.4.1 设计思路此次设计的思路可以分为以下几个步骤：(1) 根据给定的值、搅拌轴转速、介质密度、粘度来确定出搅拌功率以及搅拌器的类型；(2) 结合搅拌器类型及给定设备的情况，来给定搅拌轴的长度以及设计出合理的搅拌轴轴径；(3) 根据计算所得的搅拌轴功率、搅拌轴轴封处的摩擦损耗功率来对电动机进行选型；(4) 根据以上所设计出的在来选定减速机、联轴器、机架、安装底盖等传动装置；(5) 最后再对容器由于搅拌器运作所引起的压应力进行校核，以及容器的开孔和开孔补强。1.4.2 设计条件此次设计的条件如表1-1以及表1-2所示：表1-1 管口表 符号规格法兰标准号用途或名称连接面形式aDN40HG20594-97出料口-bDN25HG20594-97水蒸汽进口RFcDN400HG21515-95人孔-d1-2DN80HGT21619-86视镜-eDN25HG20594-97水蒸汽出口RFfDN25HG20594-97备用口RFgDN40HG20594-97备用口RFhDN25HG20594-97备用口RFjDN25HG20594-97备用口RF表1-2 操作条件流体名称丙烯酸、醋酸筒体内径2400mm流体特点甲 腐蚀危害筒体高度2800mm密度设计温度粘度0.19设计压力搅拌强度适中运行状态连续操作材料316液体高度2400mm搅拌轴转速150操作温度2 搅拌轴功率的确定2.1 雷诺准数的计算由文献3P241可知，雷诺数符号为，计算公式为： (2-1)式中：搅拌器直径，m；搅拌轴转速，; 搅拌液体密度，；液体黏度，。由条件可以知道： ，代入(2-1)可得： 2.2 对搅拌功率的影响根据此次要求，决定采用推进式搅拌器来达到设计目地。因此，我们得考虑到影响搅拌功率的因素，因为 ，是属于强湍流的区域，所以我们还得考虑筒体中是否有挡板，挡板的宽度和数量都会对搅拌功率造成很大的影响，本次设计我们讲采用常用的直立式平挡板，通过用挡板系数 来反映挡板的安装对搅拌功率的影响。把挡板系数公式定义为： (2-2)式中： 挡板宽度挡板的个数在时，挡板系数越大，搅拌功率就会越小。但是当时，系数越大大，搅拌功率则会越小。因此我们就把的情况，作为是全挡板条件，当时，就称其为部分挡板条件。通常认为，在用4块挡板的时候，就可以认定为是全挡板条件。此次设计我们采用的就是4挡板，因此可以认定为是全挡板的条件。2.3 搅拌功率的确定此次设计我们采用常用的三叶式的推进式搅拌器，并且 根据图2-1可以看出：当 的时候， 已经趋于水平线了，这时我们可以认定为定值。由上面计算可以知道，所以查图2-1就可以得到： 图2-1 推进式搅拌器功率准数3 图中纵坐标为搅拌器功率准数 ,横坐标为雷诺准数搅拌功率 的通用公式为： (2-3)由文献3P242可知，当计算搅拌器在标准几何参数关系条件下时，其功率准数校正总系数 。由条件可得： 因此，搅拌器的搅拌功率就为，也就是搅拌轴的功率为。3 搅拌器的结构设计以及计算3.1 搅拌器结构设计3.1.1 结构形式推进式叶轮的形状有点复杂，叶片的加工比其他桨叶更不易加工。本次设计我们采用的是将搅拌器的轴套用止动螺钉和键连接在搅拌轴上，接着用螺母拧在轴端用来支撑住叶片和轴套。此次设计采用的这种结构是利用盖帽来保护轴端螺纹，非常实用于腐蚀性介质的场合。如图3-1结构所示：图3-1 推进式搅拌器桨叶展开图推进式搅拌器的旋转方向会使桨叶前表面成为螺旋面的一部分，其后表面就会成为常用的二次抛物面或者圆弧面。螺旋面是不可以展开的，因此我们只能够采取近似的办法来将桨叶展开。把垂直于搅拌轴线上的平面当作是桨叶的投影面，然后再把桨叶断面在这上面的投影近似展开，就可以得到推进式搅拌器桨叶的展开面，展开的面上就会得到桨叶的实际宽度。3.1.2 结构尺寸(1) 图3-1中的A是由桨叶展开面起点到坐标原点(轴套中心)的距离。 (3-1)参考文献4可知，轴套外径一般为 ，通常取 。(2) 将从叶片前端的地方到轴承的长度分为10等分，使其半径分别是、，对应的叶宽就为、。用来表示任意的值，因此任意半径是处的桨叶展开的宽度是，的计算公式为： (3-2)式中： 一桨叶宽度系数，取值如下：表3-1 桨叶宽度系数0.1820.2240.260.2820.310.320.3220.3080.2760.2120(3) 沿着轴套的桨叶展开的宽度b为： (3-3)式中： 一桨叶根部（轴套处）断面与搅拌轴轴线的夹角 (3-4)式中： 一桨叶根部（轴套处）的螺旋截面升角 (3-5)由上可知： ， ，代入(3-5)可得： 所以 其中 、 角如图3-2所示：图3-2 推进式搅拌器的断面示意图取3-1表中数据，代入式(3-2)中，可得：。在把， ，代入(3-3)中得：。因此，我们此本设计就取轴套长度为 。(4) 处桨叶宽度的半径 计算公式如下： (3-6)把，代入式(3-6)中得： 。(5) 沿轴套的桨叶根部展开圆弧半径 的计算公式为： (3-7)把，代入式（3-7）中得：(6) 查文献1P278可知，当桨叶直径 的时候，对钢制的桨叶，其前端的厚度我们可以取，桨叶根部靠近轴套处的厚度可按 的范围来初步选定，由于我们这次桨叶设计采用的是316不锈钢材料，因此，我们就选定前端厚度为4mm，桨叶根部靠近轴套的厚度可取(2448)mm，本次设计就取28mm。4 搅拌轴的设计与校核在对搅拌轴进行设计的时候，我们一般要从四个因素去考虑：搅拌轴的扭转变形；从临界转速去核算轴径；弯扭矩共同作用的强度；搅拌轴在轴封处的允许径向位移。考虑完这些因素之后所得到的轴径只算是危险截面处的轴径，一般在得出搅拌轴的实际直径的时候，还得考虑到其腐蚀裕量，最后在根据算出来的轴的直径圆整为现有标准的轴径。4.1 搅拌轴的力学结构对搅拌轴进行设定：搅拌器及其轴上的其它零件的各种力都设定为作用在零件轴套的中间；搅拌轴除了受到扭矩的作用以外，还应该考虑到搅拌器上流体的径向力及搅拌轴跟搅拌器在组合的时候重心的地方质量会骗心所引起的离心力的作用；此次设计的联轴器连接的可拆的轴可以看成是整体轴。由这些设定我们可以将此次悬臂轴的受力简化成为简支梁来看。4.2 轴的结构设计通过已知条件，我们可以知道此次设计筒体内的介质粘度为，由此可以看出粘度系数很小，因此可看出搅拌轴在筒内受到的扭转力不大。所以本次设计搅拌轴上只要安装一个搅拌器就可以满足条件要求，因此搅拌轴两端可确定为阶梯轴。4.3 搅拌轴机械计算4.3.1 受扭转变形计算搅拌轴的轴径由文献5P370可知，轴的直径为： (4-1)式中：搅拌轴传递的最大扭矩； 轴的许用扭转角， ，对于悬臂轴来说，；G 切变模量，由文献6P77可知，钢材的G值约为，为80000MPa。 (4-2)式中：一传动装置的转动效率，由文献1P264可知，选因此，把代入式(4-1)中得到：。4.3.2 按强度计算搅拌轴的轴径(1) 尺寸的确定对于此次的设计，我们采用的是悬臂轴，并且还是等直径的，如图4-1（b）右图所示，在进行计算前，要先确定出两个尺寸。第一个就是搅拌侧的轴承到传动侧轴承的距离，把它定义为字母a，第二个就是搅拌器桨叶到搅拌侧轴承的距离，定义为L，通过文献7P313对机架的选定，我们可以确定出a=388mm，从而确定出L=2500mm。对于悬臂支撑的搅拌轴的径向力: (4-3)把，代入(4-3)中得：(a) 多层桨叶受力图3(b) 搅拌轴轴承外的外伸轴3图4-1悬臂搅拌轴典型受力图。(2) 由径向力引起的轴的弯矩计算搅拌容器与搅拌轴组合质量偏心所引起的离心力为： (4-4)径向力引起的轴的弯矩的计算公式如下： (4-5) (3) 由轴向力引起的搅拌轴弯矩的计算由文献1P291可知，当或者任一搅拌器的时候，取，因为本次设计压力为0.2MPa，所以可以取。把，代入公式: (4-6)可得：(4) 弯扭矩共同作用时轴径的计算把，代入公式 (4-7)可得：式中：一搅拌轴在弯扭矩共同作用下产生的当量弯矩因此,在共同作用下的搅拌轴的直径为： (4-8)式中：为搅拌轴的许用剪应力，根据文献1P265规定： (4-9)其中，所以，因此轴径为：因此，在弯扭矩共同作用下的轴径为32.35mm4.3.3 根据临界转速核算轴径由文献1P255可知，搅拌器桨叶的直径为800，筒体直径为2400，在此我们应该要考虑到在轴上开键槽的直径对强度影响的强弱，所以在这次设计当中我们就选取搅拌轴的直径为100，由上面计算可知道，搅拌轴轴径已经符合扭矩校核以及弯扭矩共同作用的校核，因此我们就进行以下对临界转速的校核。(1) 一开始我们可以对搅拌器质量进行估算。搅拌器单个桨叶的长度(搅拌器的半径)为400，根据文献8P54的规定，我们取搅拌器的平均厚度为18mm，搅拌器的平均叶宽为，在这次设计当中，我们就选用0.25倍来算，因此平均叶宽就为200mm，如此一来就可以把桨叶看成是长方体,查得316材料的密度为，于是就可以知道质量大约为：因此可以大约估算出搅拌器质量为34.26Kg。(2) 其次是算出搅拌侧轴的质量： (4-10) 刚性轴的有效质量,计算公式如下： (4-11)式中：一混合的液体密度，1050，计算可得：。(3) 轴的有效质量在搅拌器末端处的当量质量： (4-12)把a=388mm,L=2500mm，代入(4-12)中得到：。搅拌器的有效质量为： (4-13) 在末端处所有当量质量的总和为： (4-14)(4) 等直径的搅拌器悬臂轴的临界转速为： (4-15) 由文献1P287可知，对于刚性轴并且是推进式的搅拌器而言，搅拌轴操作转速n和临界转速的允许比值应该满足并且，本次设计的转速，当所取搅拌轴轴径为d=80mm的时候，由此可知，搅拌轴径d=100mm满足设计要求，所以此次设计的搅拌轴直接就为d=100mm。4.4 搅拌器浸入溶液深度的确定由文献3P253可知：搅拌器浸入溶液的深度为： (4-16)5 功率的确定及搅拌器桨叶的校核5.1 电动机的计算功率和额定功率5.1.1 电动机计算功率的确定电动机计算功率公式如下： (5-1)式中：一搅拌轴轴功率，一搅拌轴轴封处的摩擦损耗功率，一传动装置各零部件的传动效率由文献1P350可知，本次设计就选用双端面轴向带内置轴承的机械密封(2005型)，所以机械密封处的摩擦损耗功率计算公式为： (5-2)式中：一轴封处搅拌轴直径，由上设计可以知道，搅拌轴的轴径为100mm，因此我们可以取轴封处的直径为90mm，代入(5-2)得：。考虑到搅拌轴转速、单向旋转以及安装形式等各方面的条件，此次设计我们选用摆线针轮传动，因此我们可以取。由此我们可以求出电动机计算功率为：，圆整为5.1.2 电动机额定功率的确定由于计算功率，因此我们可以选择额定功率为3KW的电动机。5.2 搅拌器设计功率由上述设计可知，我们所用的是三叶、单层式的推进式搅拌器，因此搅拌器的设计功率为： (5-3)把，代入式(5-3)中，得：，因此可算出每个叶片的设计功率为：5.3 推进式搅拌器的强度计算如图5-1所示，桨叶的危险断面在I-I处，其受到了与搅拌轴平行的垂直力 和垂直于搅拌轴线的水平力 的作用。垂直力 作用于桨叶的 处；水平力作用于桨叶的处。图5-1 桨叶危险截面及受力示意图3(1) 、 值，如下表5-1所示:表5-1 作用力位置系数 、 值11.11.21.31.41.51.61.70.6960.6950.6900.6870.6850.6880.6900.6960.6000.5950.6110.6170.6240.6320.6410.6491.81.922.12.22.32.42.50.7010.7060.7100.7140.7140.7180.7160.7060.6530.6570.6580.6580.6570.6550.6500.646(2) 每个叶片的水平力和轴向力的计算公式如下： (5-4) (5-5)式中： 设计功率； 螺距；叶片的个数； 搅拌轴的转速；把，分别代入(5-4)和(5-5)中得：(3) 计算、作用在I-I断面产生的弯矩、 (5-6) (5-7)把，分别代入式(5-6)和(5-7)中，得：，作用在搅拌轴线的平面内，作用在垂直于搅拌轴线的平面内，将其转化到断面的两个主惯性轴x-x和y-y上的弯矩为： (5-8) (5-9)把，分别代入式(5-8)和(5-9)中得：，。(4) 由于此次设计是将I-I断面作为二次抛物线形成的弓形断面，则对x-x和y-y的断面惯性转矩为： (5-10) (5-11)式中：-桨叶有效厚度，mm，由文献9P122可知，厚度在26-30mm的负偏差为0.9mm，腐蚀裕量为2mm。代入公式： (5-12) (5) 在I-I断面上的1、2、3点处的应力如下： (5-13) (5-14) (5-15) 把，分别代入式(5-13)、(5-14)、(5-15)中可得：5.4 桨叶材料的许用应力对于本次设计，我们所用的材料是316，牌号为06Cr17Ni12Mo2的不锈钢，查的其，安全系数为，则其弯曲许用应力为： (5-16)，扭转许用应力: (5-17) 5.5 桨叶的校核由上面计算可知，只要、满足条件即可。因为，、均是小于许用应力，所以桨叶设计符合要求。5.6 桨叶设计的其他要求(1) 由于此次设计，桨叶名义厚度为28mm，超过了16mm，因此要采用加强筋桨叶结构。(2) 本设计中桨叶、轴套与加强筋之间的连接采用焊接。并且在其之间采用全焊透双面焊；焊脚高度不得大于较薄厚度的0.85倍，并且不小于0.75倍。5.7 搅拌的附件由上面计算可知，是属于强湍流区域，因此我们在设计的时候应该要有挡板，可以消除搅拌过程中产生的涡流，增大搅拌的强度。在本次设计中，我们采取四个挡板，其中，。挡板上缘我们取低于液面120mm，下缘面取与容器底封头的切线齐平。式中：一挡板宽度；一挡板与容器内壁的间距。6 搅拌器与搅拌轴的连接6.1 搅拌器轴与轴套的连接搅拌器轴与其搅拌轴套采用的是键连接，并且用止动螺钉来将它们固定。搅拌器轴套的长度为210，轴套外径为160。在本次设计当中，我们采用普通平键来连接轴套与轴，轴的直径为100，采用键B28100 GB/T1096-2003。因此，根据文献5P106，我们可以得出：键宽b键高h选用，轮毂长度为 200mm，键长度L为180mm，毂深度6.4。键上强度由式(6-1)可得： (6-1)把，代入得：6.2 键连接的强度计算及校核 6.2.1 键连接的剪切强度计算及校核 由公式(6-2)可知： (6-2)把，d=100mm，b=28mm，L=180mm代入式(6-2)中得：查文献5P106可知：因为，所以符合剪切强度校核。6.2.2 键连接的挤压强度计算及校核由公式(6-3)可知： (6-3)把，d=100mm，h=16mm，L=180mm，代入式(6-3)中得：，查文献5P106可知，因为，所以符合挤压强度校核。因此，采用键B28100 GB/T1096-2003 是可以的。7 传动装置搅拌器的传动装置包括电动机、减速机、机架、安装底盖、凸缘法兰、联轴器。7.1 电动机的选型由上述计算可知，电动机的额定功率确定为3KW，根据文献10P146可选：电动机为Y系列V1型的立式电动机，其型号为Y100L2-4。7.2 减速机的选型根据此次条件要求以及传动效率的要求，因此我们本次设计就选用摆线针轮减速机。由已知条件我们可以知道搅拌器转速是为150，电动机的额定功率为3KW,查文献11P156，可选用XLD型摆线针轮减速机。根据文献1P365规定，此次设计的搅拌轴轴径为d=100mm，因此可选出减速机的输出轴轴径为mm，本次设计就采用输出轴轴径为80mm的减速机，根据文献12P772查的，本次设计选用减速机型号为。外形如7-1图所示： 图7-1 减速机外形示意图37.3 机架选型因为机架是用来安装减速机用的，所以其尺寸要跟减速机尺寸相配。本次设计我们采用单支点机架，可适用于减速机输出轴侧的轴承作为一个支点者或者在搅拌容器内设置中间轴承，并且能够作为一个支点者。由于本次设计的搅拌轴轴径为100mm，根据文献1P313查得，选公称直径为500mm的机架，其型号为B500-100，材料为HT200。机架外形图如图7-2所示：图7-2 单支点机架外形示意图37.4 安装底盖的选择根据规定，机架、安装底盖和凸缘法兰的公称直径需要相等。因此，安装底盖的公称直径也需为500mm。本次设计我们选用上装式搅拌轴，标记为HG 21565-95 底盖。7.5 凸缘法兰的选择此次设计我们采用上装式传动轴，需要凸缘法兰、机架和底座的公称直径要相等，因此凸缘法兰的DN也要为500mm。则所选凸缘法兰的标准为，型号为法兰 R 500-0Cr17Ni12Mo2。图7-3 机架、凸缘法兰、轴封和安装底盖的组配37.6 联轴器的选取由上面计算和选取可知电机的功率为3，搅拌轴的直径为100，搅拌轴转速为150。并且考虑到此次设计当中对联轴器对中性能的要求较高，因此我们就选用刚性联轴器。联轴器的公称转矩： (7-1) 联轴器的计算转矩为： (7-2)查文献5P351可知：，代入式(7-2)中得：由文献3P329查的，轴径为80mm的凸缘联轴器的许用转矩T为5800，因为,所以我们就可以选型号为。7.7 轴封根据条件可知，要求搅拌器连续运作，因此本次设计我们采用的是机械密封，由文献1P350查得，本次设计将使用2005型双端面轴向带内置轴承的机械密封，标记为 。7.8 轴承的确定由于滚动轴承的摩擦阻力比其他轴承的小，而且功率损耗也不多，维护润滑都挺简单，起动也比较快，选用方便，在各种机械设备中的应用也比较广泛。因此此次设计我们就选用滚动轴承。通过对轴承所承受载荷的方向、大小和性质的了解和认识，并且查文献13P153可知，本次设计选用角接触球轴承，主要承受轴向载荷，也可承受一定的径向载荷，其代号为7211C，轴承的密封我们就选用毡圈式密封，润滑则选用脂润滑。8 筒体及封头的强度设计8.1 内筒体和封头厚度的确定8.1.1 受内压时筒体厚度确定(1) 通过对液柱静压力和设计压力的计算来确定出计算压力的大小液柱静压力为： (8-1) 由于设计压力的5为，显然液柱静压力已经超过了设计压力的5%，因此我们应该把液柱静压力算入计算压力中，则：式中：一为设计压力，0.2MPa(2) 设计厚度的确定查文献14P143可以知道，材料316在工作温度条件下的许用应力为，则筒体的计算厚度为： (8-2)式中：一为焊缝系数，由文献15P209查得：焊缝系数，把，代入式(8-2)中可得：。由文献16P122可知，材料316的负偏差为0.9mm，腐蚀裕量为2mm，且对于容器材料为高合金钢的，要求不包括腐蚀裕量的最小厚度应该不小于2，因此计算厚度就选用2，则设计厚度为： (8-3)式中：一316材料的腐蚀裕量，则筒体的名义厚度为： (8-4) 因此有效厚度就为: (8-5) 8.1.2 受内压时封头厚度的确定根据此次设计要求，从各方面考虑，决定用标准椭圆形封头。封头厚度的计算公式为： (8-6)由文献15P214可知，针对标准椭圆形封头，K取1，代入式(8-6)中得：。查文献16P122可知，对于容器材料为低合金钢的，要求不包括腐蚀裕量的最小厚度应该要不小于3，因此计算厚度就选用3，则设计厚度为： (8-7) 名义厚度为： (8-8) 因此有效厚度为： (8-9)8.1.3 受外压时筒体厚度确定在受到外压的作用时，所求厚度计算如下：(1) 设筒体厚度为。有效厚度，式中：0.9，则：筒体外径为: (8-10) 筒体计算长度L应该包括封头直边段长度(50)和封头曲面深度()的。因此：，。(2) 由文献9P166得，筒体的临界长度的公式为： 因为,可以知道此次筒体为短圆筒。所以： (8-11)把，代入式(8-11)中得：因为，所以。(3) 由文献15P250，查得：。(4) 筒体的许用外压力： (8-12)把数据代入可得：。(5) 由于，因此其厚度还需要在增大，我们就应该重新对筒体的厚度进行设定。此次设为，然后按照以上步骤再进行计算，可得出：=。查得：。由此可得出：。因为，而且数值相近，因此筒体的名义厚度就可以确定为16mm。由上面计算就可以得出筒体的有效厚度为，名义厚度为。8.1.4 受外压时下封头厚度的确定(1) 椭圆封头当量球壳内半径为： (8-13)查文献15P214可知，K=1。因此:。(2) 我们对封头的名义厚度进行设定，取值为。有效厚度就为。(3) A值的确定 (8-14)(4) 查得：。(5) 许用应力的确定：因为，而且数值相近，因此封头的名义厚度就可以确定为16mm，则有效厚度就为13.1mm。8.1.5 压力试验及应力校核由文献3P158得： (8-15) 式中：一在试验温度下材料的许用应力，试验温度为90摄氏度。 (8-16) 查文献5P236得：对于316，。则。由于，因此筒体的强度校核合格。通过以上的计算，可知在内、外压作用时确定出的封头及其筒体的名义厚度都为16mm，有效厚度都为13.1mm。8.2 夹套筒体及封头厚度的确定8.2.1 夹套筒体厚度计算由条件可知,查文献10P38可得：夹套的直径为。本次设计采用的是不可拆卸的整体夹套，所用材料为。其夹套筒体的计算厚度就为： (8-17)式中：一焊接接头系数0.85，一筒体的内径2400，由文献15P205查得：在90度时，材料的许用应力为133，代入(8-17)得：由文献16P133可知，对于容器材料为碳素钢的，其不包括腐蚀裕量的最小厚度应该不小于3，因此，设计厚度就为： 式中：一腐蚀裕量，对于 来说就等于1。通过文献6P222查得：，名义厚度为：有效厚度为。8.2.2 夹套封头厚度的确定夹套封头厚度为： (8-18) 同上步骤可得：夹套封头名义厚度：夹套封头有效厚度，因为 0.15=3.6，所以满足其稳定要求。通过以上的计算，夹套封头及筒体的名义厚度都为，有效厚度为。8.3 液压试验状态下的稳定性校核8.3.1 夹套试验压力由文献15P205查得：材料在温度为90度的时候其许用应力为133，在温度为100度的时时候则为132.8。；。因此夹套的试验压力就为=0.325。8.3.2 内筒体的校核对于筒体的封头来说，由上可知，得B=71，则，因此在试验中筒体的封头较稳定。而就筒体而言，= ，得B=48，则：，因此在试验中要对筒体进行保压，其能维持的最小压力为。9 开孔和开孔补强管口尺寸如下：表9-1 管口表符号规格法兰标准号用途或名称连接面形式aDN40HG20594-97出料口-bDN25HG20594-97水蒸汽进口RFcDN400HG21515-95人孔-d1-2DN80HGT21619-86视镜-eDN25HG20594-97水蒸汽出口RFfDN25HG20594-97备用口RFgDN40HG20594-97备用口RFhDN25HG20594-97备用口RFjDN25HG20594-97备用口RF9.1 判断管口是否需要开孔不强根据文献5P342规定，当设计压力的壳体上开孔，其中心间距应该要比两孔2倍的直径之和还要大，并且在接管公称外径时，只要厚度满足表9-2的要求就可以不用在另外进行补强，此次设计中需要补强的接管只有、和。表9-2 不另行补强的接管的最小厚度公称外径253238454857657689最小厚度3.53.53.54.04.05.05.06.06.09.2 管口c的开孔补强计算因为管口c为人孔，所以其接管规格为，采用等面积补强计算得：其最小补强的面积为： (9-1) 式中:开孔削弱所需要的补强面积，；d开孔直径，； 壳体开孔处的计算厚度，；接管的有效厚度，；强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料的许用应力之比，改值大于1.0时，取1.0。接管为20，。有效宽度就为 ，因此。壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积：=3323.42，因为所以，补强满足要求 ，不需设补强圈。9.3 管口a、g开孔补强计算针对管口、g，其接管规格为因此我们采用等面积补强来计算。其最小补强的面积为： 有效宽度为因此取。外侧高度为 ，则，由于内侧高度没有内伸，所以0。壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积： ， 因为所以，补强满足要求 ，不需设补强圈。10 总 结根据此次的设计要求，设计出了能在操作容积为10L的筒体里面搅拌丙烯酸和醋酸，达到了设计的目的，能够使其运行平稳，并且可以连续操作，可以避免手动操作所造成的危害，大大地提高生产效率。在本次设计中通过查询各种文献以及设计手册，按结构要求设计一步一步的做下来。首先，根据所给的条件对搅拌轴的搅拌功率进行确定；然后对搅拌器的结构形式进行设计；接下来就是根据所给条件及设计所得的来设计出搅拌轴；再对搅拌器桨叶及搅拌轴的轴径就行校核；以及再对机架、电动机、安装底座、减速机、联轴器等一系列的传动装置进行选定；最后根据所给条件对筒体和夹套进行校核，对管口进行开孔不强。通过这次对搅拌器的设计，我相信不管是在今后的学习中，或者是工作中都能对我有一定的启发，同时也让我对化工设备增加了不少了解，并且让我逐渐掌握了对设计手册以及其他参考书的应用，学会了怎么去利用手册去查阅自己所需的尺寸，然后在根据其设计出自己所要的，经过这次的毕业设计，对于自己所学所掌握的知识是一次很好的验收机会。总的来看，自己所要学习的东西还有很多，今后要更加的努力才能有所成。谢 辞经过这次的设计，我要感谢我的指导老师靳玉柱老师，由于自己的专业知识有限，感谢老师能给予我专业知识上的帮助，这对我毕业设计有了莫大的帮助，才能在老师耐心的指导下完成设计。同时，在这次设计当中，也得到了周围同学以及舍友的帮助，使我在设计上能够不断的改进，直至满意。因此，不管是老师、舍友或者是班级同学，我都向他们表示万分感谢。参 考 文 献1 王平玲.沈惠平.轴流式搅拌桨的研制展望N.常州工学院学报, 2006-02-28(1).2 陈俊英.李红伟.化工行业常用搅拌器研究热点J.现代化工, 2011(10):4-5.3 曲文海.压力容器与化工设备实用手册M.北京:化学工业出版社,2000:253-256.4 阙甲球.推进式搅拌器的机械设计J.化工炼油机械,1983(06):6-7.5 濮良贵.纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2006:370-372.6 刘鸿文.材料力学M.北京:高等教育出版社,2002:77-78.7 HG21566-95,搅拌传动装置-单支点支架S.北京:中国标准出版社,1996.8 王凯.虞军.化工设备设计全书搅拌设备M.北京:化学工业出版社,2003:54-56.9 GB150-1998,钢制压力容器S.北京:学苑出版社,1999.10 蔡纪宁.张莉彦.化工设备机械基础课程设计指导书M.北京:化学工业出版社,2010:146-147.11 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002:156-158.12 周明衡.减速器选用手册M.北京:化学工业出版社,2002:772-774.