搅拌器设计选型

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1、搅拌器设计选型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

2、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。其结构形式如下图：电动机减速机联轴器联轴器搅拌轴b片间轴承罐体机架密圭安装底盖11底轴承第一章搅拌装置第一节 搅拌装置的使用范围及作用 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。

3、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

4、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 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

5、 “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/mi n,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

6、 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

7、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。Ld. i4HD.iDi 4Vg即d.4 6.3314 2.5 0.71.66m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

8、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。第二章容器 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H / Dj=2.5根据工艺要求，装料系数-0.7，罐体全容积V =9m3,罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）V 二

9、V =9 0.7 = 6.3m3。g初算筒体直径TT 2V 忌一D H =4圆整到公称直径系列，去DN =1700mm。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度d=40mm，（三）确定内筒体高度 H当DN =1700mm,h2=40mm时，查化工设备机械基础表16-6得封头的容积v = 0.734m3V -v _ 4（9 - 0.734）一 3.14 1 72=364m,取 h =3.7m核算H / D.与H/Di =3.7/1.7 =2.18，该值处于 1.7 2.5之间，故合理。Vgg!2：2Di H V 4 176.33.7 O734= 0.69该值接近 0.7，故也是合理的（四）选取夹套直

10、径表 1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径Dp mm500 600700180020003000夹套q, mmD.+50jD.+100jU + 200表 1,取 D.D.100=1700 100 = 1800mm。j =Dj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11m2，查化工设备机械基础表16-6得内筒体封头表面 积A = 3.34 m2 ,3.和高筒体表面积为入=9 3.7 =3.14 1.7 3.7 =19.75m2总传热面积为A =3.14 19.75 =23.0911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

11、压力按照钢制压力容器（GB150 -98 ）规定，决定选用0C门8Ni9高合金钢板，该板材在150 C 下的许用应力由过程设备设计附表D1查取，打=103MPa,常温屈服极限匚s=137MPa 计算夹套内压介质密度：一1000kg / m3液柱静压力，gH =1000 10 3.7 =0.037MPa最高压力 Pmax =0.5MPa设计压力 P =1.1Pmax =0.55MPa所以 TgH =0.037MPa5%P =0.0275MPa故计算压力 PC 二 P , gH =0.55 0.037 = 0.587MPa内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取R =0.587MPa,按

12、外压则取pc=0.5MPa（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择Q235 B热轧钢板，其 二=235MPa上汀=113MPa夹套筒体计算壁厚:j夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表 4-3 得=0.850.55 18002 113 0.85 -0.55=5.17mm查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差CA 0.8mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量C2=0,对于碳钢取腐蚀裕量Ca 2mm，故内筒体厚度附加量Ca= C1C2= 0.8mm，夹套厚度附加量 Cb= G C2= 2.8mm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度 f 4mm夹套封头计算壁厚w为PA切 2

13、汀65巳O.55 勺 800=5.16mm2 113 0.85-0.5 0.55取厚度附加量C = 2.8mm，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：2汀-巳0.587 17002 103 0.85-0.587=5.72mm按承受0.55MPa外压计算设内筒体名义厚度=12mm，贝飞八n-Ca1 2 0 = 8 1m1m 2内筒体外径D。 2n -1700 2 11.2=1722.4mm。 n1内筒体计算长度 L=Hjh =2800j31(425 12)= 2945.7 mm3则L/D。=1.71，D/e=15

14、3.79，由过程设备设计图4-6查得A = 0.0004，图4-9查得B =50MPa，此时许用外压P为:0.33MPa ： 0.55MPaB 風 50d1.2PeDo 1722.4 o不满足强度要求，再假设、：n6mm ,贝UnCa=1 6 8 mr! 5D。=D. 2、=1700 2 15.2=17304mm,jn1i 内筒体计算长度 L=Hj- h =2800 -(425 16)= 2947mm j 33则 L/Do-1.7, D/、e=113.84查过程设备设计图4-6得A =0.0006 ,图4-9得B =60MPa，此时许用外压为：BQ 60 05.2Pe0.562MPa0.55M

15、PaDo 1730.4故取内筒体壁厚=16mm可以满足强度要求。16mm（五）考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度“ 。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e=16-0 八152mm。由过程设备设计表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数& =09，贝财椭圆形封头的当量球壳内径R二KQ =0.9 1700 = 1530mm，计算系数A6A =0.125 - =0.125R15 20.0012421530查过程设备设计图 4-9 得 B =110MPaBe 110 152 R 1530= 1.09 0.55故封头壁厚取 16mm 可以满足

16、稳定性要求。（六）水压试验校核试验压力 内同试验压力取 PT-FC0.1=0.587 0.1 =0.687MPa夹套实验压力取 PT二 R 0.1 二0.55 0.1 二 0.65MPa内压试验校核内筒筒体应力nPr(D )0.687 (1700 15.2)=445.6MPa、2 15.2 0.85夹套筒体应力CTjPr(Dj 飞)2.ej ；：0.65 昨.“,2 11.2 0.85BMPa而 0.9J =0.9 137 = 123.3MPa0.9= =0.9 235 =211.5MPa故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求 外压实验校核由前面的计算可知，当内筒体厚度取16mm时，它的许用

17、外压为P= 0.562MPa,小于夹套0.6 MPa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：密圭寸 面 形式公称压力PN（MP）公称直 径DNdAsdDD1H1H2b面(RF)4.04504804451.668561027013757b2ABLdo螺柱螺母螺柱总质量（kg）数量直径疋长度4146375175250242040M 33 汉 265245开孔补

18、强设计最大的开孔为人孔，筒节nt-16mm，厚度附加量C = 0.6mm，补强计算如下:开孔直径 d =450 2 0.6 = 451.2mm圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：A=d、 2、（nt-C）（1-fr）（ntr人孔材料亦为不锈钢0C门8Ni9，所以fr=10所以 A =4500 =2560.3mm 2有效补强区尺寸：0 = nt f 451.2 16 =8497mm1.5877002 103 0.85 -0.5 .587B =2d = 2 451.2 = 902.4mmm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:A =（B-d）（e i ）-2（、nt -C

19、）（、e- ）（1-fr）e i nt e- r故 A = （B d ）（ 、 e -、）=451.2 （ 15.2 5.7） = 4376.64mm2e可见仅A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d/D，涡轮式叶轮的d/D 般为02505,涡轮式为快速型，快速型搅拌 器一般在H 1.3D时设置多层搅拌器，且相邻搅拌器间距不小于叶轮直径d。适应的最咼黏度为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 般为桨径的 11.5 倍。 如果为 了防

20、止底部有沉降，也可将叶轮放置低些，如离底高度C = D /10 最上层叶轮高度离液面至少要有15d 的深度。符号说明b键槽的宽度B 搅拌器桨叶的宽度d轮毂内经d0 搅拌器桨叶连接螺栓孔径d1 搅拌器紧定螺钉孔径d2 轮毂外径DJ 搅拌器直径D1 搅拌器圆盘的直径G 搅拌器参考质量g -轮毂高度h2 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（N *m）t 轮毂内经与键槽深度之和搅拌器桨叶的厚度,-搅拌器圆盘的厚度SWY*WrCVWDY工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为 ： =45，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸332为桨径dj：桨长丨

21、：桨宽b= 20:5:4,圆盘直径一般取桨径的-,弯叶的圆弧半径可取桨径的-j查 HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如下表Djdd2D1ddo5655080120370M10M1056Bh1h2LtMG110120401372285.4252614.9由前面的计算可知液层深度H = 2.45m,而13Dj = 2210mm，故H 1.3Di，则设置两层搅拌为防止底部有沉淀，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2Dj的深度，即1025mm。贝D两个搅拌器间距为1000mm,该值大于也轮直径，故符合要求。（二）搅拌附件挡板挡板一般是指长条形的竖向固定在罐

22、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220r/min,电机功率为18.5kW ,查长城搅拌表 3.5-3 选择减速机型号为 FPV6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DiD2D3D4n-dmdo12L1H8022018512015024286-M16M 1630162324第四章搅扌W的设计与校核4.1 符号说

23、明d设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径，mm；d设计最终确定的密圭寸部位实心轴轴径或空心轴外径，mm ；di 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 ；d2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 ；dL -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 ;一一搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的许用偏心距，mm；Fe -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 ；Fhi -第i个搅拌器上的流体径向力，N ；IL -单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩，mm4;Ki -单跨轴第i个圆盘（搅拌

24、器及附件）至传动侧轴承距离与轴长L的比值（i = 1、2m） L -单跨轴两轴承之间的长度，mm ;mm;ML2Li 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），Le -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； 轴上弯矩总和， Nm ；MA由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N *m ；Mn 按传动装置效率2计算的搅拌轴传递扭矩，Nm ;Mr由径向力引起作用于轴的弯矩，N *m ;固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；mm2m,圆盘（搅拌器及附件）1、2i的质量，kg ;mie、 m2eme圆盘（搅拌器及附件）1、2 i的有效质量，

25、 kg ；mL-单跨轴L段轴的质量mL d2 (1 -N : ) :% 10 kg4mLe -单跨轴L段轴的有效质量，kg ;mw -单跨轴及各层圆盘(搅拌器及附件)的组合质量，No空心轴内径与外径的比值；n 轴的转速， r /min ；nk 轴的一阶临界转速， r/min ；PN 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 ；w、 W WBe、 m2emie 的相当质量，kg ；Ws -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

26、， (o)； 丁 一一第个搅拌器叶片倾斜角， () 轴的扭转角， /m ；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;2x -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，mmmm ；x -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， 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， kg/m3 ；焉一一轴材料的密度，kg/m3 ；Z -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：L =(475 -120)16 425 3700 = 4496 mmL2 = 3371mm L|= 43

27、71mm4.3按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径d1 二 44 mm1.G(1-NO) 4轴的许用扭转角，对单跨轴有二 0.7/m ；Mnmax搅拌轴传递的最大扭矩M.max9553 1PN N mn上式中 Pn-185kN, n =220r/min,带传动取 0.95, G =7.28 1 04MPa所以 Mnmax95530.95 18.5=763.15N *m220763.15d1=15544 0.7 1.28 ；04 54.36mm根据前面附件的选型。取 d =80mm根据轴径d计算轴的扭转角5836 M nmax nmax44Gd (1-N。)5836 763.157.28 104 80

28、4 1105 =0.15/m ：4.4 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mLedL =1 -N.）门 10 出 kgLe 4 ：所以 mLe802 4496 7.85 103 1 1000 10八-199.9kg4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mie = mj ki 才 D 2h cos 弓10 kg上式中：ki第i个搅拌器的附加质量系数，查HG /T20569

29、 -94表334 1D第i个搅拌器直径，D=550mm hi -第i个搅拌器叶片宽度，B = 110mm叶片倾角丁 =45，圆盘质量m 149kg所以 mie =14.9 0.35502 110 cos45103 10 = 19.02kg44.4.2作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量mLe在中点S处的相当质量为: LeLeW = 17 mLe = 17 199.9 = 97.09kg35 Le 35第i个圆盘有效质量mie在中点S处的相当质量为:Wi=16Ki(1 - Ki) miekg所以 Wi =16 0.972 (1 -0.97)2 19.0八 0

30、26kgW2 =16 0.75 (1 -0.75)2 19.02 = 10.70kg在 S 点处的相当质量为：2Ws =W 、 Wi sii珀所以 ws=97.09 (0.26 10.70) =108.05 s临界转速为:nk 二 458.9dL , kL ,EUf4min -WsL33 s_ 八458 9 80 所以.2/190 工103,108.05 4496 =408.53r/min,108.05 3 .3mLe 在中点 S 处的相当质量为:(2) 端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量W = 15 mL A 15 199.935 LLe 35=8567kg第 i 个圆盘有效质量

31、mie 在中点 S 处的相当质量为:64Wi 行 Ki3(1Ki)2(4Ki)miekg所以 W64 0.9732(1 -0.97)(4 -0.97) 19.02 = 0.43kgW20.75 3(1 -0.75) 2 (4 -0.75) 19.02 = 14.90kg在 S 点处总的相当质量为：s =WWii =1所以 Ws =85.67 (0.43 14.90) =101kg 临界转速为：nk =693 7d. JN_oA r / minkjN3k: Ws L3190 103所以 nk =6937d： 3 =63875r/min10 仆 4496(3)单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数 K2

32、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K2 表示。采用刚性联轴 节时，K2 =0406,取 K2 =0.4nk 二 nk 固简(“2)+ nk简 K2 r/min所以 nk =63875 (1-04) 40853 04 = 546662r / min根据搅拌轴的抗震条件：当搅拌介质为液体 一液体，搅拌器为叶片式搅拌器及搅拌轴为刚性 轴时，n 07 且 n - (045 055)nknkn _2200.402nk 546662 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 d2 按下式求得:d?=17务%； mm式中：Mte -轴

33、上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩Mt 二.M M2 Nte n-轴材料的许用剪应力 b37.5MPa16 164. 5. 2轴上扭矩Mn按下式求得：9553Mn2PN N *mHG /T 20569 - 94附录D选取，则n n 2 N2包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按2=0.95 0.8 0.99 0.99 = 0.7459553所以 Mn0.745 18.5 =598.47N2204. 5. 3轴上弯矩总和 M 应按下式求得M =M M N *mRA(1 )径向力引起的轴上弯矩Mr的计算对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩Mr可以近似的按下式计算:Fhi(L 丄JLj Fe(L-Le)Le

34、 N *m 1000 L1000 L第i个搅拌器的流体径向力Fhi应按下式求得：Mnqi1030二心呵% x 5式中：K1 流体径向力系数，按照附录C. 2有KA K/ *K1n *K1b *K1e *K1A0.10 0.2 1.0 1.0 1.0=0.02M nqi -第i个搅拌器功率产生的扭矩nqi9553P N *mqi两个搅拌器为同种类型，FS ：-Pn=185kW，则Pq1 = Pq2二9.25kW所以 M nqi = M nq 2= 401.66 N * m所以Fh1洛2=0.02401.66 103318八55038.95 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：

35、mm)W F mikgiz!mL-单跨轴L段轴的质量mL dfd） L ；-s 10J4所以 mL8O2 1 4496 7.85 103 10八-177.31kg4L故 mW-177.31 14.9 14.9 = 207.1 永 g（3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力Fe按下式求得对于单跨轴：兀 2 2FAmwn 11-西 nk上式中，对刚性轴（亠） 2的初值取 0.5许用偏心距（组合件重心处）e =9.55G/n，mmG -平衡精度等级，mm / s。一般取G二6.3mm / s所以e =9.55 6.3/ 220 =0.27mm则 Fe二二氏207.12 2202 0.27【寓和

36、-59.30 N9（4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离Le按下式计算对于单跨轴：7 mi *LiL _锂e2mL449614.9x 4371 +14.9x3371 +177.32x所以L耳=2481 51mme 207.12工一FhdL-LJLjF(L丄)L 、一而 MrhdL上 N *m*10352N *mR 1000 L1000 LM _38.95x(4496 4371)+38.95x(4496 3371) + 59.30x(4496 2481.51) r一1000 44961000 4496(5) 由轴向推力引起作用于轴上的弯矩 MA 的计算M A 的粗略计算: 当 p _2MPa

37、 或轴上任一搅拌器 哥=0 时，取 MA =0.2MPa N *m故 MA =0.2 103.52-20.704N mA124.224八 611.23 N m所以 M =MRMA -124.224N m所以 Mte = .M； M 2 = 598.472所以 d2 =17.23 611.23= 43.61mmY37.5 心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 y对于单跨轴：5Sx S *x”ix(S”ix2) mmL L轴承径向游隙按照附录C1选取，因此传

38、动侧轴承游隙S= 0.03mm （传动侧轴承为滚动轴承）单跨轴末端轴承游隙S,工0.07mm （该侧轴承为滑动轴承）lo =H1 -l2 =475-120 = 355mm1 所以“尹 03- 44960八355 .0八35544960.0134mm4. 6. 2由流体径向作用力 Fhi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x = lo = 355 _ 匚且 x _ L2,o22x6EI LL而八6444二 d : 802009600 mm 464所以2x =2 汉 -()2 (-) 2八19八10八200960038.95 (4496 -3371) 4496

39、355 6 190 10 230096002=0.0034 +0.0284 =0.0318 一端固支另一端简支的单跨轴：3 (1 3为令子3 L4496337144962数据可得44964496z 355(449612x二-1.1008-0.4633 1.1012 0.4664 = 0.0035mm 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处产生的位移按下式计算 elKx-3xmmnk)2-1对两端简支单跨轴:1X KX1 -Le(1-兰)21L3(3_) L Xe|xLe3L (1-Le)e2(1Le3(1)1 1(3 _ Le)

40、(1 _ Le)3 L L代入已知数据可得 Kx =1.77460.27 1.7746所以；3x54-0.0925mm（凹）2 -1220对端固支端简支单跨轴：c3( 1XK 2- 亡沽岂() KX23(丄一32 LI亡航L3( e)2 _ 1 ( e)32LL 2 LX Le仆-匸）3代入已知数据可得：Kx = 62400.27 6.240所以、3X5470.3251mm严）2220般单跨轴传动侧支点的夹持系数k2介于简支和固支之间，此时查附录C. 4取K2 =0.6查附录C. 5得、2 二-2固简（1 - K?） 、2 简 K2 mm所以 2 =0.0035 （1-0.6） 0.0318

41、0八002048mm2值应取式和式之中间值3二、3固简（1心）3简 K2mm所以 3 =0.3251 (1 -0.6) 0.0925 0.6 = 0.18554mm4. 6. 4总位移及其校核对于刚性轴：X 、2X -3Xmm所以 X =0.0134 0.02048 0.18554 = 0.21942mm验算应满足下列条件：t mmxx轴封处允许径向位移、；（X土）按下式计算：、（X4）=O1 JdmmK3 -径向位移系数，按附录C. 6. 1选取心=03所以 口 （垄）=01 03 80 = 0.26833mmX则满足:-X vL_ X4. 7 轴径的最后确定由以上分析可得，搅拌轴轴径d满足

42、临界转速和强度要求，故确定轴径为80mm。搅拌轴轴圭寸的选择机械密封是种功耗小、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 密圭寸。查JB/T47123-2007选择耳式支座B5-1，该支座参数为：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10m3 级发酵罐配置 4 个耳式支座耳式_叫 9 弋。亠 4（Ph+GeSe）1 - 0 knnD 式中：Q 支座实际承受的载荷， kN ；D 支座安装尺寸， mm；D 二 3 2 匚厂 2 ; ） W （12-$）23

43、 轴质量=-：( ) 4.496 7.85 10 = 177.3kg搅拌器质量=2 14.9 = 29.8kg1814 1 8夹套质量二：()2 _( )2 (2.8 - 0.45) 7.85 1 03 232 = 965kg2 2人孔质量=259kg减速机质量=1300 kg水压试验时充水质 二(号0)2 3.7 1000 2 0.734 1000 = 9862kg其他附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件的质量为200kg，则设备总质量为14536.5 kg ;n支座数量,n =4 ；Se 偏心距， mm；a -地震影响系数，地震设防烈度为8度，取a =0.24 ；P -水平力，取PW和

44、巳025PW的大值，N ；因容器置于室内，不计其风压值，故P = Pe=amg，即P=0.24 14577.5 9.8 = 34286.28 NHo -容器总高度，mm；Ho =16 425 3700 425 16 100 14 二 4696mm o爲所以一曽寫10亠逬6专 C28：209仿皿吹“Q :Q =100kN，满足支座本体允许载荷的要求。计算支座处圆筒所受的支座弯矩M L:42.92 (330 -90) = 10.30kN m夹套有效厚度：e = nC = 14 28 =门2mm根据气和P查表B.1知当圆筒有效厚度为10mm,圆筒内压为0.6MPa,对于该支座有Ml =16.38kN

45、 *m，故所选满足能满足要求第六章 封口锥结构选型与计算符号说明A轴向力系数；B 封口锥的连接系数；Ca内筒体厚度附加量，mm；Cb 夹套厚度附加量， mm；Di容器内径，mm；D2 夹套内径， mm;di 夹套封头与容器封头的连接园直径，mm;eo 容器外壁至夹套壁中面的距离q =0.5(D2 +0 -Q +2S) mmf广f4-封锥连接的强度系数；lR -与封锥相接的夹套加强区的实际长度，或连接封锥与夹套的第一道环焊缝至折边锥体切线的距离， mm;Pi -工作或试验条件下容器内的设计压力，MPa ；p2 工作或试验条件下夹套或通道内的设计压力，MPa ；P2夹套或通道的许用内压力，MPa

46、；S 容器筒体的实际壁厚， MPa ；S2 -夹套筒体、封锥或通道的实际壁厚，MPa ；S2R -夹套筒体、封锥或通道的计算厚度，MPa ；兀X3 -辅助参数；:-封锥的半顶角(。)；容器壳体与夹套壳体的间距系数；容器壳体与夹套壳体强度比系数；封锥连接长度系数；J -封锥相对有效承载长度系数；封锥过渡区转角内半径系数;二2-设计温度下夹套壳体或通道材料的许用应力，MPa ；R1- R2计算的焊缝系数; P2夹套筒体的纵焊缝系数;1 容器筒体的环焊缝系数;2夹套筒体的纵焊缝系数；选择(a)型结构a轴向力系数ADQ2 _d ；D；式中：100 dN 乞 4 E0.4D；， (dN =50mm)即

47、150 Eq 乞 720，取 4 = 400mm1700 1800 -4002所以 A20.8951800辅助系数(；、“、；R2、丿)容器壳体与夹套壳体的间距系数；上式中：e。=05(D25)-(八 2SJ =0.5(1800 14)-(1700 2 16)=41mm41所以名= =0.289800 (14-2.8)因所选封锥结构为(a)型，故封锥过渡区转角内半径系数-=0。封口锥连接长度系数，对于- =45有-二壬 0.45二-2 0.289 =0.409容器壳体于夹套壳体强度比系数i 25 j(CapigCa) y叫一+ 1 (RFJD 厂 i.62 -CJjD/S? Cb) F 26i

48、(SiCJ 彳一2CJ _=3.203 (16-0.8) 1700(16 -0.8)10.587 1700 *(0.587 0.55)x1700T251.1800(14 -2.8) 2 103 (16-0.8)2 103 (16-0.8)计算的焊缝系数费、；R2R1 = = 0.85R2 =-2= 0.85封口锥相对有效承载长度系数 J 二 mincp +申R1+ R2asin ： - 4COSJ0.289所以O - 0.409sin asin 45封锥的连接系数BSB =2Cbmin 区兀风)D2式中：COSG R1 +R2X1( 空， f1)z 4COSa对于f1 =1 min、1; /2

49、 1所以 f1 -1 .409耐 COS 451.7 丄则 X1( O 0.409 1.409)=2.88210.289 4COS 45 OXAf2-JR2；O=0.6,1 0.83T0.37 訐=0.6r对于：；o,名2 z =1 (-) =1 ( g0 6 2 ) = 5.310.289f2 =0.71 0.52；z =0.75 0 0.289 5.31=2.245所以 X2 =2.245/ 0.85 = 3.054X3 二f3(亠R13 34 cos5.079f3= 1 0=1,所以 X3 = 3.2 1= 11.74 0.409 cos45o则 B 2 严一28 汇 2.882 =0.

50、455 则 B = J 一800封锥的许用内应力2二2(S2 -Cb)2D (S C)22 b0.639MPa2 113 (14 -2.8) 0.9 0.455 所叽1800+(142.8)0.895封口锥的壁厚14mm o封口锥壁厚应等于或大于与其相连接的夹套筒体壁厚，故取封口锥壁厚为 = .*(1700 2 14 2 10)* 1 2 -18022 (330 -90)二 2219mmg-重力加速度，取g =98m/S2；Ge -偏心载荷，Ge=ON ;h水平力作用点至地板高度， h =900mm ；k不均匀系数，安装3个以上支座时，取k=0.83 ;mo -设备总质量(包括壳体及附件，内部介质及保温层质量)，kg ；2 2封头质量 =2 406.1 =812.2kg1 7161 7筒体质量二珂()2 - ( )2 3.7 7.85 10八1246.2kg