机械毕业设计69搅拌器毕业设计说明书

1 第一章 绪论 搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。 搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕秒以上的高粘度液体是难于使 用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其结构形式如下：（结构图） 第一节 搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的 99%。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作 条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。 搅拌设备的作用如下：使物料混合均匀；使气体在液相中很好的分散；使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；使不相溶 2 的另一液相均匀悬浮或充分乳化；强化相间的传质（如吸收等）；强化传热。 搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶 、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。 第二节 搅拌物料的种类及特性 搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。 第三节 搅拌装置的安装形式 搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。一下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。 一、 立式容器中心搅拌 将搅拌装置安装在历史设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普 通电机直接联接。一般认为功率 3.7kW 一下为小型， 5.522kW为中型。本次设计中所采用的电机功率为 18.5kW，故为中型电机。 二、 偏心式搅拌 3 搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。 三、 倾斜式搅拌 为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲 板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。 此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为 0.122kW，使用一层或两层桨叶，转速为36300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及 pH值的调整等。 四、 底搅拌 搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装 工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。 底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封 4 处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。 五、 卧式容器搅拌 搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改 进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。 六、 卧式双轴搅拌 搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。 七、 旁入式搅拌 旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。 旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。 八、 组合式搅拌 有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形 式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。 5 第二章 搅拌罐结构设计 第一节 罐体的尺寸确定及结构选型 （一） 筒体及封头型式 选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 （二） 确定内筒体和封头的直径 发酵罐类设备长径比取值范围是 1.72.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取 / 2.5iHD根据工艺要求，装料系数 0.7 ，罐体全容积 39Vm ，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积） 39 0 . 7 6 . 3gV V m 。 初算筒体直径 iii DHDHDV 44 2 34igiDHVD 即 mDi 66.17.05.214.33.643 圆整到公称直径系列，去 mmDN 1700 。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度 mmh 402 ， （三） 确定内筒体高度 H 当 mmhmmDN 40,1 7 0 0 2 时，查化工设备机械基础表 16-6得封头的容积 30.734vm 224 ( 9 0 . 7 3 4 ) 3 . 6 43 . 1 4 1 . 74 iVvHmD ，取 3.7Hm 核算 /iHD与 6 / 3 . 7 / 1 . 7 2 . 1 8iHD ，该值处于 1.7 2.5 之间，故合理。 226 . 3 0 . 6 9 1 . 7 3 . 7 0 . 7 3 444ggiVVV D H v 该值接近 0.7 ，故也是合理的。 （四） 选取夹套直径 表 1 夹套直径与内通体直径的关系 内筒径 ,iD mm500 600 700 1800 2000 3000 夹套 ,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 。 夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 （六） 校核传热面积 工艺要求传热面积为 211m ，查化工设备机械基础表 16-6 得内筒体封头表面积 23 . 3 4 , 3 . 7iA m m高筒体表面积为 21 3 . 7 3 . 1 4 1 . 7 3 . 7 1 9 . 7 5iA D m 总传热面积为 3 . 1 4 1 9 . 7 5 2 3 . 0 9 1 1A 故满足工艺要求。 第二节 内筒体及夹套的壁厚计算 （一） 选择材料，确定设计压力 按照钢制压力容器（ 150 98GB ）规定，决定选用 0 18 9Cr Ni 高合金钢板，该板材在 150Co 一下的许用应力由过程设备设计附表 1D 查取， 1 0 3t M Pa ，常温屈服极限 137s MPa 。 计算夹套内压 7 介质密度 31 0 0 0 /kg m 液柱静压力 1 0 0 0 1 0 3 . 7 0 . 0 3 7g H M P a 最高压力m ax 0 .5P M Pa设计压 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 故计算压力 0 . 5 5 0 . 0 3 7 0 . 5 8 7cP P g H M P a 内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取0 .5 8 7cP M Pa ，按外压则取 0.5cP MPa （三） 夹套筒 体和夹套封头厚度计算 夹套材料选择 235QB 热轧钢板，其 2 3 5 , 1 1 3ts M P a M P a夹套筒体计算壁厚j2 cjj t cPDP 夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表 4-3得 0.85 则 0 . 5 5 1 8 0 0 5 . 1 72 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 5j mm 查过程设备设计表 4-2取钢板厚度负偏差1 0.8C mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量2 0C，对于碳钢取腐蚀裕量2 2C mm，故内筒体厚度附加量12 0 . 8aC C C m m ，夹套厚度附加量12 2 . 8bC C C m m 。 根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 14nj mm 。 夹套封头计算壁厚kj为 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 ，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。 （四） 内筒体壁厚计算 按承受 0.587MPa 内压计算 焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为： 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 外压计算 设内筒体名义厚度 12n mm ，则 1 2 0 .8 1 1 .2e n aC m m ，内筒体外径 2 1 7 0 0 2 1 1 . 2 1 7 2 2 . 4o i nD D m m 。 内筒体计算长度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 2 ) 2 9 4 5 . 733jL H h m m 。 则 / 1.71oLD， / 1 5 3 .7 9oeD ，由过程设备设计图 4-6查得 0.0004A ，图 4-9查得 50B MPa ，此时许用外压 P 为： 5 0 1 1 . 2 0 . 3 3 0 . 5 51 7 2 2 . 4eoBP M P a M P aD 不满足强度要求，再假设 16n mm ，则 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 ， 内筒体计算长度 112 8 0 0 ( 4 2 5 1 6 ) 2 9 4 733jL H h m m 则 / 1.7oLD， / 1 1 3 .8 4oeD 查过程设备设计图 4-6 得 0.0006A ,图 4-9 得 60B MPa ，此时许用外压为： 6 0 1 5 . 2 0 . 5 6 2 0 . 5 51 7 3 0 . 4eoBP M P a M P aD 故取内筒体壁厚 16n mm 可以满足强度要求。 （五） 考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义 9 厚度 16nk mm 。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。 封头有效厚度 1 6 0 . 8 1 5 . 2e mm 。由过程设备设计表 4-5查得标准椭圆形封头的形状系数1 0.9K ，则椭圆形封头的当量球壳内径1 0 . 9 1 7 0 0 1 5 3 0iiR K D m m ，计算系数 A 1 5 . 20 . 1 2 5 0 . 1 2 5 0 . 0 0 1 2 4 21530eiA R 查过程设备设计图 4-9得 110B MPa 1 1 0 1 5 . 2 1 . 0 9 0 . 5 51530eiBP R 故封头壁厚取 16mm 可以满足稳定性要求。 （六） 水压试验校核 试验压 力 内同试验压力取 0 . 1 0 . 5 8 7 0 . 1 0 . 6 8 7TcP P M P a 夹套实验压力取 0 . 1 0 . 5 5 0 . 1 0 . 6 5TcP P M P a 内压试验校核 内筒筒体应力 () 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 夹套筒体应力 () 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 故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。 外压实验校核 10 由前面的计算可知，当内筒体厚度取 16mm 时，它的许用外压为 0 .5 6 2P M P a ，小于夹套 0.6MPa 的水压试验压力，故在做夹套的压力实验校核时，必须在 内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。 第三节 人孔选型及开孔补强设计 人孔选型 选择 回转 盖带颈法兰人孔，标记为：人孔 PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示 : 密封面 形式 公称压力 PN（ MP） 公称直径 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 总质量 （ kg ） 数量 直径 长度 41 46 375 175 250 24 20 40 3 3 2 1 6 5M 245 开孔补强设计 最大的开孔为人孔，筒节 16nt mm ，厚度附加量 0.6C mm ，补强计算如下： 开孔直径 4 5 0 2 0 . 6 4 5 1 . 2d m m 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为： 11 2 ( ) ( 1 )n t rA d C f 人孔材料亦为不锈钢 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 有效补强区尺寸：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 在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为： 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 可见仅1A就大于 A ,故不需另行补强。 最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。 第四节 搅拌器的选型 （一）搅拌器选型 桨径与罐内径之比叫桨径罐径比 /dD,涡轮式叶轮的 /dD一般为0.250.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在 1.3HD 时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径 d。适应的最高黏度为50Pa s 左右。 搅拌器在圆形罐中心直立安装时，涡轮式下层叶轮离罐底面的高度 C一般为桨径的 11.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度 /10CD .最上层叶轮高度离液面至少要有 1.5d的深度。 符号说明 b 键槽的宽度 12 B 搅拌器桨叶的宽度 d 轮毂内经 0d 搅拌器桨叶连接螺栓孔径 1d 搅拌器紧定螺钉孔径 2d 轮毂外径 JD 搅拌器直径 1D 搅拌器圆盘的直径 G 搅拌器参考质量 1h 轮毂高度 2h 圆盘到轮毂底部的高度 L 搅拌器叶片的长度 R 弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径 M 搅拌器许用扭矩 ()Nm t 轮毂内经与键槽深度之和 搅拌器桨叶的厚度 1 搅拌器圆盘的厚度 13 工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘 涡轮搅拌器，其后掠角为 45o ，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径jd:桨长 l :桨宽 20 : 5 : 4b ，圆盘直径一般取桨径的 23，弯 叶的圆弧半径可取桨径的 38。 查 HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如下表 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 由前面的计算可知液层深度 2.45Hm ，而 1 .3 2 2 1 0iD m m，故 1.3iHD，则设置两层搅拌器。 为防止底部有沉淀，将底层叶轮放置低些，离底层高度为 425mm ，上层叶轮高度离液面 2JD的深度，即 1025mm 。则两个搅拌器间距为1000mm ，该值大于也轮直径，故符合要求。 （二） 搅拌附件 14 挡板 挡板一般是指长条形的竖向固定在罐底上板，主要是在湍流状态时，为了消除罐中央的“圆柱状回转区”而增设的。 罐内径为 1700mm ，选择 4 块竖式挡板，且 沿罐壁周围均匀分布地直立安装。 第三章 传动装置选型 第一节 减速机选型 由工艺要求可知，传动方式为带传动，搅拌器转速为 220 / minr ，电机功率为 18.5kW ,查长城搅拌表 3.5-3选择减速机型号为 6FPV 减速机主要参数及尺寸如下表： 第二节 联轴器的选型 选择减速机输出轴轴头型式为普通型，选择 GT型刚 性联轴器 联轴器主要尺寸为： 轴径 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 搅拌轴的设计与校核 4.1符号说明 d 设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径， mm ； 15 od 设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径， mm ； 1d 按扭转变形计算的传动侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径，mm ； 2d 按强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心轴外径， mm ； Ld 单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径 ,mm ； E 轴材料的弹性模量， MPa ； e 搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的许用偏心距，mm ； eF 搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引起的离心力， N ; hiF 第 i 个搅拌器上的流体径向力， N ; LI 单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩， 4mm ； iK 单跨轴第 i 个圆盘（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长 L的比值（ 1i 、 2 m ）； L 单跨轴两轴承之间的长度， mm ； 1L 、 2L iL 1i 个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘至传动侧轴承的距离（对于单跨轴）， mm ； eL 搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴）， mm ； M 轴上弯矩总和， mN ； AM 由轴向推力引起作用于轴的弯矩， mN ； 16 nM 按传动装置效率 2 计算的搅拌轴传递扭矩， mN ； RM 由径向力引起作用于轴的弯矩， mN ； m 固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数； 1m 、 2m im 圆盘（搅拌器及附件） 1、 2 i 的质量， kg ； em1、em2iem 圆盘（搅拌器及附件） 1、 2 i 的有效质量， kg ； Lm 单跨轴 L 段轴的质量 922 10)1(4 soLL LNdm kg Lem 单跨轴 L 段轴的有效质量， kg ； wm 单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量， oN 空心轴内径与外径的比值； n 轴的转速， min/r ； kn 轴的一阶临界转速， min/r ； NP 电动机额定功率， kW ; p 设备内的设计压力， MPa ； S 相当质量的折算点； S 传动侧轴承游隙 ,mm ； S 单跨轴末端轴承游隙， mm ； W 单跨轴 L 段有效质量的相当质量， kg ； 1W 、 2W iW em1 、 em2 iem 的相当质量， kg ； sW 在 S 点所有相当质量的总和， kg ； 搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角， (o )； i 第个搅拌器叶片倾斜角， (o )； 17 轴的扭转角， mo/ ； X1 由轴承径向游隙引起在轴上离图或图中轴承距离 x 处的径向位移， mm ； X2 由流体径向作用力引起在轴上离图或图中轴承距离 x 处的径向位移， mm ； X3 由组合质量偏心引起离心力在轴上离图或图中轴承 x 处产生的径向位移， mm ； X 离图或图中轴承距离 x 处轴的径向总位移， mm ； 搅拌物料的密度， 3/mkg ； s 轴材料的密度， 3/mkg ； 轴上所有搅拌器其对应编号 i 之和。 4.2搅拌轴受力模型选择与轴长的计算 轴长： ( 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按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径 4 4m ax1 )1(On NGMd mm 轴的许用扭转角，对单跨轴有 mo /7.0 ； maxnM搅拌轴传递的最大扭矩 Nn PnM 1m ax 9553 mN 上式中 kNPN 5.18, min/220 rn ，带传动 1 取 95.0 ， MP aG 41028.7 所以 mNMn 15.7635.1895.02209553m axmmd 36.5411028.17.015.7634.155 441 根据前面附件的选型。取 mmd 80 根据轴径 d 计算轴的扭转角 544 m ax 10)1(5 8 3 6 onNGd Mmo/ 所以 /15.0101801028.7 15.7635836 544 mo4.4根据临界转速核算搅拌轴轴径 4.4.1搅拌轴有效质量的计算 刚性轴（不包括带锚式和框式搅拌器的刚性轴）的有效质量等于轴自身的质量加上轴附带的液体质量。 对单跨轴 922 10)1(4 osLLe NLdm kg 所以 kgmLe 9.19910100011085.74496804 932 圆盘（搅拌器及附件）有效质量的计算 刚性搅拌轴（不包括带锚式和框式搅拌器的刚性轴）的圆盘有效质量等于圆盘自身重量叫上搅拌器附带的液体质量 19 92 10c o s4 iikiiie hDmmJikg 上式中： ki 第 i 个搅拌器的附加质量系数，查 9420569/ THG 表 3.3.4 1 JiD 第 i 个搅拌器直径， mmDJi 550ih 第 i 个搅拌器叶片宽度， mmB 110 叶片倾角 oi 45 ，圆盘质量 kgmi 9.14所以 kgm ie o 02.19101045c o s11055043.09.14 932 4.4.2作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算 （ 1）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量Lem在中点 S 处的相当质量为： kgmW Le 09.979.19935173517 第 i 个圆盘有效质量iem在中点 S 处的相当质量为： 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 点处的相当质量为： 21siiW W W 所以 9 7 . 0 9 ( 0 . 2 6 1 0 . 7 0 ) 1 0 8 . 0 5sW 临界转速为： 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）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量Lem在中点S 处的相当质量为： 1 5 1 5 1 9 9 . 9 8 5 . 6 73 5 3 5LeW m k g 第 i 个圆盘有效质量iem在中点 S 处的相当质量为： 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 点处总的相当质量为： 21siiW W W 所以 8 5 . 6 7 ( 0 . 4 3 1 4 . 9 0 ) 1 0 1W s k g 临界转速为： 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）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数2K的选取 传动侧轴承支点型式一般情况是介于简支和固支之间，其程度用系数2K表示。采用刚性联轴节时，2 0.4 0.6K ,取2 0.4K 。 22K + Kk knn 固 简 k 简（ 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 根据搅拌轴的抗震条件：当搅拌介质为液体 液体，搅拌器为叶片式搅拌器及搅拌轴为刚性轴时， 0.7knn 且 ( 0 . 4 5 0 . 5 5 )knn 220 0 . 4 0 25 4 6 . 6 6 2knn 所以满足该条件。 4 5按强度计算搅拌轴的轴径 4 5 1受强度控制的轴径2d按下式求得： 32 41 7 . 2 (1 )teoMdN mm 式中：teM 轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩 22te nM M MNm 轴材料的许用剪应力 600 3 7 . 51 6 1 6b M P a 4 5 2轴上扭矩nM按下式求得： 22 29553nNMPn Nm 2 包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按 / 2 0 5 6 9 9 4H G T 附录 D选取，则 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轴上弯矩总和 M 应按下式求得： RAM M MNm （ 1） 径向力引起的轴上弯矩RM的计算 对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩RM可以近似的按下式计算： () ()1 0 0 0 1 0 0 0h i i i e e eRF L L L F L L LMLL Nm 第 i 个搅拌器的流体径向力hiF应按下式求得 ： 31103 8nqihi JiMFKDN 式中：1K 流体径向力系数，按照附录 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 个搅拌器功率产生的扭矩 9553nqi qiMPn Nm qiP 第 i 个搅拌器的设计功率，按附录 C. 3有 5s Jiqi JiPDPD kW 两个搅拌器为同种类型， 1 8 .5sNP P kW，则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） 搅拌轴与各层圆盘的组合质量按下式求得。 对于单跨轴： 1mW L iim m mkg Lm 单跨轴 L 段轴的质量 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）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力eF按下式求得。 对于单跨轴： 22521 1 09 1 ( )eWkF m n e nn N 上式中，对刚性轴2()knn 的初值取 0.5 e 许用偏心距（组合件重心处） 9 .5 5 /e G n ， mm G 平衡精度等级， /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 则 2 25 12 0 7 . 1 2 2 2 0 0 . 2 7 1 0 5 9 . 3 09 1 0 . 5eFN （ 4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离eL按下式计算。 对于单跨轴： 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）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩AM的计算。 AM的 粗略计算： 当 2p MPa 或轴上任一搅拌器 0i时，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前面计算中取轴 径为 80，故强度符合要求。 4 6按轴封处（或轴上任意点处处）允许径向位移验算轴径。 4 6 1因轴承径向游隙 S 、 S 所引起轴上任意点离图中轴承距离 x 处的位移。 25 对于单跨轴： 1 1 ()2x S x S xS LL mm 轴承径向游隙 按照附录 C 1选取，因此 传动侧轴承游隙 0.03S mm （传动侧轴承为滚动轴承） 单跨轴末端轴承游隙 0.07S mm （该侧轴承为滑动轴承） 当oxl时，求得的x即为轴封处的总位移， 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由流体径向作用力hiF所引起轴上任意点离图中轴承距离 x 处的位移。 对于单跨轴： 两端简支的单跨轴 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 一端固支另一端简支的单跨轴： 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 代入已知数据可得 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由搅拌轴与各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离图中轴承距离 x 处产生的位移3x按下式计算 3 2( ) 1XxkeKnn mm 对两端简支单跨轴： 32 2 (1 )(1 )11 ( 3 ) | |31 (1 ) 3 (1 )11 1 ( 3 ) (1 )3eeexLeeXe e exxLLLLLx LL L LKL L LL L L 代入已知数据可得 1.7746XK 所以3 20 . 2 7 1 . 7 7 4 6 0 . 0 9 2 5547( ) 1220x mm对一端固支一端简支单跨轴： 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 代入已知数据可得： 6.240XK 所以3 20 . 2 7 6 . 2 4 0 0 . 3 2 5 1547( ) 1220X mm一般单跨轴传动侧支点的夹持系数2K介于简支和固支之间，此时2值应取式和式之中间值，查附录 C 4取2 0.6K 查附录 C 5得 2 2 222( 1 )KK 固 简 简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 简 3 简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总位移及其校核 对于刚性轴： 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 验算应满足下列条件： XX mm 轴封处允许径向位移()oxl 按下式计算： ( ) 3 0 . 1oxl Kd mm 3K 径向位移系数，按附录 C 6 1选取3 0.3K 所以() 0 . 1 0 . 3 8 0 0 . 2 6 8 3 3x l o mm 28 则满足 XX4 7轴径的最后确定 由以上分析可得，搅拌轴轴径 d 满足临界转速和强度要求，故确定轴径为 80mm 。 搅拌轴轴封的选择 机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长 的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的1% ，功率消耗约为填料密封的 30% 。故采用机械密封。 第五章 支座选型及校核 该搅拌设备为中小型直立设备，选择 B型耳式支座，对于 310m 一级发酵罐配置 4个耳式支座。 查 JB/T4712.3-2007选择耳式支座 B5-1，该支座参数为： 耳式支座实际承受载荷计算 34 ( ) 10o g e eemG P h G SQ k n n D 式中： Q 支座实际承受的载荷， kN ； D 支座安装尺寸， 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 偏心载荷， 0eGN； h 水平力作用点至地板高度， 900h mm ； k 不均匀系数，安装 3个以上支座时，取 0.83k ； om 设备总质量（包括壳体及附件，内部介质及保温层质量）， kg ； 筒体质量 2 2 31 . 7 1 6 1 . 7 ( ) ( ) 3 . 7 7 . 8 5 1 0 1 2 4 6 . 222 kg 封头质量 2 4 0 6 . 1 8 1 2 . 2 kg 轴质量 230 . 0 8( ) 4 . 4 9 6 7 . 8 5 1 0 1 7 7 . 32 kg 搅拌器质量 2 1 4 . 9 2 9 . 8 kg 夹套质量 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 人孔质量 259kg 减速