毕业设计（论文）反应釜剖分式机械密封装置的设计（超全含开题报告论文主体+外方翻译）

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1、反应釜剖分式机械密封装置的设计本科毕业设计开题报告题目：反应釜用剖分式机械密封设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师职称单位西南石油大学目录目录11、设计目的22、国内外现状23、方案拟定44、后续的设计的进程安排5参考文献6反应釜用剖分式机械密封设计1、设计目的反应釜是石油化工等行业的重要设备，是整个化工工艺流程的主要生产装置之一。其旋转轴机械密封装置是反应釜乃至整个工艺流程可能发生故障最频繁的部位之一，一旦密封发生故障需要检修时，整体式机械密封装置拆卸麻烦、维修周期长，因此人们一直致力于研究开发剖分式机械密封，以求在不拆卸轴上零部件的情况下完成机械密封件的更换。而现有剖分式密封相对整体式

2、密封在结构上保证密封的可靠性存在一些问题，从而难以满足工作环境对密封性能的要求，对在高压、高温、腐蚀工况下工作的大型反应釜更是如此。为此，本文针对某大型反应釜用密封进行了剖分式密封结构设计2、国内外现状反应釜的旋转轴密封装置是反应釜乃至整个工艺流程发生故障最频繁的关键部位之一，一旦整体式密封发生故障需要检修时，整体式机械密封装置拆卸十分麻烦，维修周期长，因此密封界一直致力于研究开发剖分式机械密封件，以求在不拆卸轴承、减速机、电机等部件的情况下完成机械密封件的更换。剖分式机械密封即将密封装置主要的密封件，包括密封端盖、密封副、传动套、橡胶圈等，都设计成剖分式的结构，密封件剖分面通过螺钉链接或插接

3、式连接。这种结构形式的密封装置无须拆卸反应釜的其他装置即可直接进行安装、拆卸等工作，大大的降低了设备的安装、维修成本。下面简单介绍国内外研究状况：2.1国外现状：1、1991年日本Nagai Yataro等发明了“带有剖分环的机械密封”, 其密封环被一个带预制沟槽的支撑环覆盖住, 用“O”环镶嵌在预制的槽中。1图12、1997年Bessette等发明的“完全剖分集装式机械密封”, 由两个部分组成, 每部分依据集装式设计标准设计。装配采用定位螺丝把密封装配固定在转轴上, 用套筒和槽来固定静组件于密封腔上。结构非常简单、操作方便、安装时无需测量或推测工作。2图13、尽管如此, 剖分式机械密封并未获

4、得真正的应用。直到2003年才由德国Burgmann公司生产出产品并应用于水处理、制浆和发电等工业装置中3（图1）。2.2国内现状：1、马卫东开展剖分式机械密封研究较早, 2000 年发明了一种用于大型反应釜和大型泵的分体式机械密封, 其动环通过推环、传动环固定成一体, 动环、推环、传动环均由对称两部分组成、且分别由具有斜面的两个半夹紧环固定; 静环、静环座、压紧螺母固定为一体, 静环、静环座上的具有斜面的两个半夹紧环夹紧。4 2、2003年合肥通用机械研究所对剖分式机械密封进行试验和工程应用研究后, 参照德国博格曼公司研究和生产部分剖分式机械密封产品。共设计制造了20多套单端面、小弹簧结构剖

5、分式机械密供石化行业使用(图2)，但是试验证明，该完全剖分式机械密封装置在釜内压力为0.05MPa、常温的工况下运转良好，在将釜内压力升高至0.1MPa时，有大量气泡逸出，但是将釜内压力升高至0.15MPa时，有大量的气泡逸出。故该剖分式机械密封适合于工作参数低的工况下使用，不适用于压力大于的0.1MPa反应釜轴封。5 6图23、2008年杨启明开展了反应釜用剖分式机械密封设计研究, 利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况, 提出了分型面连接结构本设计方案主要针对剖分式机械密封装置中密封圈的结构进行了改进，并对相关零部件进行优化设计 7 3、方案拟定一般地，机械密封主要由以下三大部分组成：

6、a由静止环(静环)及旋转环(动环)组成的端面，二者通常为研磨面，被称为摩擦副；b辅助密封圈，也是机械密封装置中较为关键的密封件；C使旋转环同轴一起作旋转运动的传动机构。方案一：具有扣形结构的剖分式机械密封圈扣式密封圈：接口处采用扣式结构。如图3所示，密封圈接口的两端相问地分布有扣和相同形状的密封腔，接口两端分布相反。另外，密封腔底部设有一层粘胶，以保证扣形结构和密封腔的紧密接合，并能有效防止扣形结构脱离密封腔，保证了密封圈工作的可靠性。图4分别为扣式密封圈接口示意图。优点：保证了密封的紧密性与可靠性。采用一端剖分式，结构简单，安装、维修与更换方便。无须拆卸反应釜轴上的其他装置即可直接进行安装、

7、维修等工作，减少维修时间，节约维修成本，有效地解决了某些釜用密封件不易拆卸的困难。缺点;制作工艺稍复杂方案二：嵌入方式嵌入的那头（图中1）有一个小方块，小方块下边有一条弹簧，可以上下伸入伸出，安装时嵌入2的上方和方块吻合的小开口，并且伸出后刚好缩回金属外圈内， 1图5优点：直接进行安装、维修等工作，减少维修时间。缺点：制造较复杂，且在实际工作中，图中的设计使得强度降低，在使用过程中极易出现问题。方案三：搭接式弹性密封密封机理:该环依靠自身弹力的作用, 上搭接头有突出部分与相对应的搭接头的凹槽相契合，使其外圆与安装孔内表面紧密贴合而达到预紧式密封。（如图6）优点：1、密封可靠。搭接式弹性密封环受

8、修配精度、工作温度、磨损和转速等工况因素的影响较小, 使用寿命长, 密封可靠; 2、装配简捷。搭接式弹性密封环装配工艺简单, 方便快捷, 在基本安装尺寸选准、径向间隙贴合度好的前提下,装配过程简化、省时、易行, 大大缩短了选配时间, 维修效率得到很大提高。图63、效费比高。搭接式弹性密封环不仅初装成功率高, 而且使用寿命较长, 不易失效, 所以更换率较低, 损耗较小。综合各方面因素考虑，比较优缺点后，我认为方案三是最合理的选择，4、后续的设计的进程安排1利用2周时间查阅相关资料，确定设计方案和论文结构，准备开题答辩2. 在开题答辩之后，用7周时间进行设计计算、绘图、英文翻译。3用1周设计计算说

9、明书、抄写翻译稿、进一步完善图纸。4用1周交出所有文件，供指导老师审阅。5用1周改错，准备答辩。参考文献 1 Nagai Yataro, MitsuyoshiMatsushita, Yuji Yamauchi. Mechanical seal including a sp lit ring: US, 5067733A P. 1991 - 11 -26.2拉多萨夫J J,杜迪克D M,布劳尔Q T,等. 剖分式机械密封:中国, 1094139A P . 1994 - 10 - 26.3 Burgmann p resents sp litex2a fully sp lit single mecha

10、nical seal in cartridge design for pump s J . Scandinavian Oil2GasMagazine, 2003 (7 /8): 128.4 Giard B. Mechanical seal assembly: US, 2007267818 P . 2007- 11 - 22.5马卫东. 分体式机械密封: 中国, 2378578Y P . 2000 - 05- 17.6邵嘉兴,姚黎明,李鲲,等. 完全剖分式釜用机械密封结构分析 J . 流体机械, 2003, 31 (8) : 36 - 38.Shao J iaxing, Yao Liming,

11、Li Kun, et al. Research of All Sp lit Caldron Mechanical Seal J. Fluid Machinery, 2003, 31 (8):36 - 38. 7李振环，李妍.釜用剖分密封结构的设计特点及应用 J .流体机械，2002， (l):428杨启明,张圆. 反应釜用剖分式机械密封设计 C / /中国化工学会化工机械专业委员会. 化工机械新技术研究进展(2008年化工机械年会) , 上海: 华东理工大学出版社,2008: 566 - 569.摘要反应釜是化工行业的重要设备，是整个化工工艺流程的心脏。其旋转轴机械密封装置是反应釜乃至整个工艺

12、流程发生故障最频繁的关键部位，目前应用广泛的整体式机械密封在维修的时候存在着拆装困难的问题。为解决这个问题，本文提出剖分式机械密封设计方案。以反应釜旋转轴密封为对象，运用机械密封相关理论分析密封机理及性能，并针对实际工业生产中的氯化反应釜用剖分式机械密封进行研究设计。全文共分六章。第一章为引言部分。阐述了本文的研究背景及意义，研究对象及有关领域的研究状况，国内外详细的研究现状，简单介绍了本文主要内容。第二章研究了常见的搅拌设备及其机械密封的原理及组成，优缺点。查找了搅拌设备各相关设备主要元件选材的标准，研究了影响机械密封性能的主要参数，为设计反应釜和剖分式机械密封的设计打下了基础。第三章是对反

13、应釜的罐体尺寸及相关部件的设计选用，第四章对搅拌反应釜的传动装置各主要元件进行设计和选型使之满足设计要求和环境，对罐体相关附件如支座等的选用。第五章剖分式机械密封装置的设计计算，根据所给条件得到剖分式机械密封装置最终的结构第六章为全文的结束语和关于本次毕业设计的建议与设想。关键词:机械密封；剖分式；端面变形；密封设计AbstractReactor is an important chemical industry equipment, is the heart of the whole chemical process. The rotation axis is the reactor mec

14、hanical seal failure and the whole process a key part of the most frequent, the current widely used in the maintenance of the overall mechanical seal disassembly when there are difficult issues. To solve this problem, we propose split mechanical seal design. Rotary shaft seals to the reactor as an o

15、bject, using the theory of mechanical seals and sealing performance of the mechanism and the actual industrial production for the chlorination reactor split mechanical seal with the designPaper is divided into six chapters.The first chapter is the introduction. This study describes the background an

16、d significance of study and related research in the field conditions, a detailed study on domestic and international situation and the main contents of this article briefly.Chapter II of the common mixing equipment and the principles of mechanical seals and composition, advantages and disadvantages.

17、 Find the relevant equipment, mixing equipment selection criteria for the major components, studied the effects of mechanical seal performance of the main parameters for the design of the reactor and the split mechanical seal design foundation.The third chapter is a tank reactor size and design of r

18、elated components selection.Chapter IV of the stirred tank reactor main components of the gear design and selection so as to meet the design requirements and the environment, on the tank and other related accessories such as the selection of bearings.Chapter split mechanical seal design and calculat

19、ion, according to the conditions have been split mechanical seal structure of the finalChapter VI for the full text of the concluding remarks and on the recommendation of the graduate design and ideas.Keywords: mechanical seals；split seals；face deformation；Seal design.目录1绪论11.1研究的背景和意义11.2 国内外现状11.2

20、.1国外现状11.2.2国内现状21.3本文主要内容32 设备方案工作原理简单介绍42.1 机械搅拌反应釜42.1.1换热元件42.1.2罐体52.1.3传动装置52.2密封装置93 反应釜的结构设计及选型103.1工艺条件103.2 搅拌罐直径的确定113.2.1确定内筒体和封头的直径113.2.2初算筒体直径113.3选取夹套直径123.4内筒体及夹套的壁厚计算123.4.1选择材料，确定设计压力123.4.2夹套筒体和夹套封头厚度计算123.4.3内筒体壁厚计算133.5人孔选型及开孔补强设计143.6搅拌器的选型153.6.1搅拌器选型153.6.2搅拌附件-挡板184.传动装置的选型

21、184.1搅拌轴功率的计算184.2电动机的选型194.3减速机选型204.4 机架的选取204.5联轴器的选型214.6.搅拌轴的计算224.6.1轴的强度计算224.6.2根据临界转速核算搅拌轴轴径244.6.3轴径的最后确定274.7支座选型及校核275 剖分式机械密封装置的设计计算285.1 填料密封285.1.1 填料材料的确定及横断面尺寸的选择285.1.2 填料圈数295.1.3填料密封的需用功率305.2机械密封的设计计算305.2.1 密封接触面内外径的计算305.2.2端面比压与弹簧比压选择315.2.3端面比压计算315.2.4 动静环的材质选择325.2.5端面几何尺寸

22、计算325.2.6 机械密封摩擦功率的计算335.3辅助密封材料的设计选材335.3.1辅助密封材料材质的选择335.3.2结构形式345.4弹簧元件及弹簧力的计算345.4.1 弹簧力的计算345.4.2弹簧材料的选取355.5密封装置整体设计356.总结36致谢37参考文献38附录3911绪论1.1研究的背景和意义国内外石油、化工、医药等行业产品生产装置中，反应釜是广泛应用的关键设备之一，担负着提供化学反应场所的重要作用，是整个化工工艺流程的心脏。反应釜旋转轴用密封和一般的旋转密封相比，密封介质通常具有腐蚀性和毒性等特点，一旦泄漏，将影响产品质量，还会对操作人员和环境造成较大的危害，此外，

23、工作环境常为高温、高压，工作周期较长，因而易损坏，属于维护保养的重点零部件之一。目前采用的主要密封型式是填料密封和机械密封，填料密封的优点是更换方便，缺点是泄漏量大，还要经常维修;机械密封则属于一次性安装，泄漏量小。由于机械密封的优越性，在大部分场合填料密封已经被淘汰。机械密封属于接触式密封，其关键部件动、静环会由于长期摩擦磨损而导致密封失效。由于机械密封的零件都是环状的，维修时必须从轴头拆卸、安装，而绝大部分反应釜在机械密封件的上部都安装有轴承、减速机、电机等部件，拆卸十分麻烦，而且周期很长。本文主要研究一种剖分式机械密封件，可以满足在不拆卸轴承、减速机、电机等部件的情况下完成机械密封件的更

24、换。本文针对大型反应釜用剖分式密封结构进行设计一种新的密封装置剖分式密封装置1.2 国内外现状1.2.1国外现状1、1991年日本Nagai Yataro等发明了“带有剖分环的机械密封”, 其密封环被一个带预制沟槽的支撑环覆盖住, 用“O”环镶嵌在预制的槽中1。图12、1994 年美国拉多萨夫等发明了一种“剖分式机械密封”,其动、静环由许多弓形环段形成, 分别置于两个对开式托架装置中, 托架剖分面用螺栓连接成一体, 刚性支持着动、静环2。3、1997年Bessette等发明的“完全剖分集装式机械密封”,由两个部分组成,每部分依据集装式设计标准设计。装配采用定位螺丝把密封装配固定在转轴上,用套筒

25、和槽来固定静组件于密封腔上。结构非常简单、操作方便、安装时无需测量或推测工作。Reagan发明了“剖分式机械密封环及其使用”,这种环至少分为两瓣, 并用特殊对准夹具对齐。在每个环段剖分面上有一个弧形凹槽, 把对准夹具放入一个环段剖分面上的弧形凹槽内并固定,以便能进行另一环段剖分面的固定。安装时, 必须确保每个环段对中, 以便在安装操作时, 尽可能地减少对准夹具对密封环损害, 并尽可能地减少泄漏造成的不对中。尽管如此, 剖分式机械密封并未获得真正的应用。图14、尽管如此, 剖分式机械密封并未获得真正的应用。直到2003年才由德国Burgmann公司生产出产品并应用于水处理、制浆和发电等工业装置中

26、3（图1）。5、2007年美国Giard 4发明了“剖分式机械复合密封装置”,同年Boyson提出了离心流体装置用剖分式密封技术的可靠性问题, 指出要使得剖分式密封能被广泛使用, 需要寻找更大的密封压力适用范围。然而, 提高密封压力所增加的应力不仅导致整个组件产生较大变形, 而且也使剖分环瓣产生相对运动,需要对所使用的材料进行非线性变形和应力计算。1.2.2国内现状1、马卫东开展剖分式机械密封研究较早, 2000 年发明了一种用于大型反应釜和大型泵的分体式机械密封, 其动环通过推环、传动环固定成一体, 动环、推环、传动环均由对称两部分组成、且分别由具有斜面的两个半夹紧环固定; 静环、静环座、压

27、紧螺母固定为一体, 静环、静环座上的具有斜面的两个半夹紧环夹紧5。 2、2003年合肥通用机械研究所对剖分式机械密封进行试验和工程应用研究后, 参照德国博格曼公司研究和生产部分剖分式机械密封产品。共设计制造了20多套单端面、小弹簧结构剖分式机械密供石化行业使用(图2.2)，但是试验证明，该完全剖分式机械密封装置在釜内压力为0.05MPa、常温的工况下运转良好，在将釜内压力升高至0.1MPa时，有大量气泡逸出，但是将釜内压力升高至0.15MPa时，有大量的气泡逸出。故该剖分式机械密封适合于工作参数低的工况下使用，不适用于压力大于的0.1MPa反应釜轴封6 。3、2007年艾志工业技术集团公司报道

28、了其成功地CHESTERTON4427。剖分式机械密封应用于大亚湾核电站工况为出口压力015 MPa, 温度小于50的冷却循环水泵的情况4、2008年杨启明开展了反应釜用剖分式机械密封设计研究, 利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况, 提出了分型面连接结构本设计方案主要针对剖分式机械密封装置中密封圈的结构进行了改进，并对相关零部件进行优化设计8 。1.3本文主要内容本文以反应釜的剖分式机械密封设计理论为基础，介绍了从聚合式反应釜到机械密封装置设计的全过程。其中第二章讲述了设备方案工作原理和结构选材等内容，第三章结合理论基础介绍了反应釜及剖分式机械密封设计。第四章介绍了本钻井井身设计软件的

29、本次设计的总结，最后参考文献与附图纸图1.2剖分式机械密封2 设备方案工作原理简单介绍2.1 机械搅拌反应釜搅拌容器分罐体和换热元件两部分，主要有封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置有搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺而定；传动装置是为带动搅拌装置设置的，主要有电动机、减速器、联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座、人孔、工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。一台机械搅拌反应釜主要有搅拌容器、搅拌装置、传动装置、轴封装置、支座、人孔、工艺接管和一些附件组成。2.1.1换热元件常用的换热元件有夹套和内盘管。所谓夹套就是在罐体的外侧，用焊接或

30、法兰连接的方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。夹套的主要结构型式有：整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套等。本设计采用整体夹套，常用的整体夹套形式有圆筒型和U型两种。圆筒型夹套是圆筒部分由夹套，传热面积小，适用于换热量要求不大的场合。U型夹套是圆筒部分和下封头都包有夹套，传热面积大，是最常用的结构。根据夹套与罐体的连接方式不 图1.3搅拌设备结构同，夹套可分为可拆卸式和不可拆 1搅拌器 2罐体 3夹套 4搅拌轴5压卸式。可拆卸式用于夹套内载热介 出管6支座 7人孔 8轴封 9传动装置 质易结垢、需经常清洗的场合。工

31、程中使用较多的是不可拆卸式夹套。夹套肩与罐体的联接处，做成锥形的称为封口锥，做成环形的称为封口环。当下封头底部有接管时，夹套底与罐体封头的连接方式也有封口锥和封口环两种。内盘管当反应器的热量仅靠外夹套传热，换热面积不够时常采用内盘管。它浸没在物料中，热量损失小，传热效果好，但检修较困难。内盘管可分为螺旋形盘管和竖式蛇管。2.1.2罐体罐体的作用是为物料反应提供合适的空间。罐体的筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆形封头应用最广。根据工艺需要，罐体上装有各种接管，以满足进料、出料、排气等要求。为对物料加热或取走反应热，常设置外夹套或内盘管。上封头焊有凸缘法兰，用于搅拌机

32、器与机架的联接。操作过程中为了对反应进行控制，以及测量反应物的温度、压力、成分及其他参数，容器上还设有温度、压力等传感器。支座选用时应考虑罐体的大小和安装位置，小型的反应釜一般用悬挂式支座，大型的用裙式支座或支撑式支座。2.1.3传动装置搅拌设备具有单独的传动机构，一般包括电动机，减速装置，联轴节及搅拌轴等。在比电动机速度低得多的搅拌器上常用的减速装置是装在设备上的齿轮减速机，涡轮减速机，三角皮带及摆线针齿行星减速机等。其中最常用的是固定和可移动的齿轮减速搅拌器，这是忧郁他们加工费用低，结构简单，装配检修简单。减速机价格较贵，制造困难，因此，如果速比不大，可采用三角皮带减速但不要在用爆炸危险场

33、合使用。2.1.3.1电动机的选用反应釜用的电动机绝大部分与减速机配套使用，只在搅拌转速很高时，才见到电动机不经减速机而直接驱动搅拌轴。因此电动机的选用一般应与减速机的选用相互配合考虑。很多场合下，电动机与减速机一并配套供应，设计时可根据选定的减速机选用配套的电动机。电动机的选用需考虑以下几方面：根据机械的负载条件和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型；根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，选择电动机容量；根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护条件，选择电动机的结构形式。此外，选择电动机还必须考虑符合节能要求，考虑运行的可靠

34、性，设备的供货情况等。备用备件的通用性，安装检修的难易，以及产品的价格，建设费用及考虑生产过程中前后期电动机容量变化等因素。2.1.3.2减速机的选用常用的减速机有齿轮减速机、圆柱蜗杆减速机、三角皮带减速机及摆线针轮行星减速机等。其中最常用的是固定和可移动的齿轮减速机，这是由于它们的加工费用低、结构简单、装配检修方便。减速机在各类机器中应用极其广泛，它结构紧凑，维护维修方便。目前化工部标准釜用立式减速机有以下4种类型：a 摆线针齿行星减速器；b 两级齿轮减速器（有直联和非直联两种形式）；c 三角皮带减速器；d谐波减速器。2.1.3.3搅拌轴搅拌轴一般要用联轴节与减速机相联，传递来自电动机的动力

35、。搅拌轴需穿过封头，为保证搅拌反应器筒体空间的密闭，要采用密闭装置及轴封。搅拌轴在满足强度计算要求的同时也要满足对轴的挠度要求。轴的挠度对搅拌轴的寿命有很大影响，特别是采用密封装置时，与轴封的性能直接相关。因此在设计中要尽量减少轴端部位的挠度，对轴封部位的偏摆量必须控制在容许的范围内，一般采用填料箱的场合应控制在0.080.13mm左右，机械密封控制在0.040.08mm以内。设计搅拌轴时，应考虑四个因素：扭转变形；临界转速；转矩和弯矩联合作用下的强度；轴封处允许的径向位移。考虑上述因素计算所得的轴径是指危险截面处的直径。确定轴的实际直径时，通常还得考虑腐蚀裕量，最后把直径圆整为标准轴径。一般

36、搅拌轴的支承是靠与之相连的减速器内的一对轴承来实现的。它是两个滚动轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷。搅拌轴往往较长，因悬伸在反应罐内，进行搅拌操作。因此，搅拌轴的支承条件较差。当搅拌轴很长且很细时，常常会使轴弯曲变形，而离心力也将随之递增，使反应器发生振动，动密封性能破坏，寿命降低，甚至引起破坏。根据经验，要使搅拌轴稳定的工作，两轴承间距B和下端轴承至搅拌器之间的悬臂长度L应保持如下关系：；。适用以上两式时，根据下列条件取值：a 轴径d计算后，若裕量较大，则和取偏大值，反之取偏小值。b 适用经过平衡试验的搅拌器，则和取偏大值，反之取偏小值。c 低转速下和取偏大值，高转速下取偏小值。如上述条件不

37、能满足，可增加或。如果轴封处能起轴承作用（如采用带轴套的填料箱轴封后带带制成的机械封箱）时，可算至轴封处，此时增加机座高度，也可增加。增大轴径固然改善支承条件，但在某些场合下是不经济的。如果不能采用增加或来满足上述条件时，可采用增加底轴承后中间轴承的办法。罐内轴承对提高轴的临界转速、降低轴的绕曲变形、保证轴在密封中的垂直运转、防止轴过大的径向摆动是有利的，但这将使整个轴系变得复杂，给检修带来不便，且物料可能进入轴承造成堵住咬死。此外支承点过多，若轴承安装不好，其偏心会使轴卡住或使轴承单侧磨损。因此，一般尽可能避免在罐内安装轴承。图1.4刚性联轴器2.1.3.4联轴器联轴器的作用是将两个独立设备

38、的轴牢固地联接在一起，以传递运动和功率。联轴器除了将两轴连在一起外，为确保传动质量，要求被连接的轴要安装在同一轴心线上。另一方面，要求传动中的一方工作如有振动、冲击，尽量不要传给另一方。为此，在联轴器的结构上，要采用一定的形式加以解决。所以联轴器随不同的连接要求有不同的结果。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。刚性联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等；挠性联轴器又可分为无弹性元件挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器两个类别。根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等参考各类联轴

39、器的特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时要考虑以下几点：a 所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。b 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于告诉传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。c 两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。d 联轴器的可靠性和工作环境。e 联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用拆装方便、维护简单、成本低的联轴器。联轴器的选择包括类型和尺寸的选择。首先根据工作条件，如轴的同心条件、载荷条件、速度条件、安装维修和使

40、用条件来选择类型；然后根据传递的转矩、轴径和转速直接从有关手册中查取。对于立式搅拌器联轴器，需视搅拌轴的支撑情况合理选用。当减速器输出轴有牢固的支承，而搅拌轴本身没有任何支承并设计成悬臂状态时，必须选用刚性联轴器，并注意要有牢固的轴向固定结构，以保证两轴连接可靠、同心，避免震动。如果轴较长，则应有自己牢固的支承，如在上端配备两个轴承成外伸状态；或两个轴承组成两支点的支承，只有在这种情况下，搅拌轴同减速器的输出轴才可采用挠性连接轴。2.1.3.5机架机架一般有无支点机架、单支点机架和双支点机架。无支点机架一般仅适用于传递小功率和小的轴向载荷的条件。单支点机架适用于电动机或减速机可作为一个支点，或

41、容器内可设置中间轴承和底轴承的情况。双支点机架适用于悬臂轴。2.1.3.6底座在反应釜设计时，一般要求画出传动装置底座的零件图。为了易于保证既与减速机连接又穿过轴封装置的搅拌轴运转顺利，要求轴封装置与减速机机座安装时有一定的同心度，一般都将两者的定位安装面做在同一块底座上，车削时，应在同一装夹位置上将两者的定位安装面车成。视釜内物料的腐蚀情况，底座有衬里或无衬里二种，无衬里的底座材料可用Q235-A.F或Q235-A,要求衬里的，则在与物料可能接触的表面衬一层耐腐蚀材料，通常为不锈钢以便于与座体焊接。安装时，先将搅拌轴、减速机座与轴封装置同底座装配好放在封头上，位置找准试转顺利后才将底座点焊定

42、位于封头上，然后卸去整个传动装置（包括机座）和轴封装置，再将底座与封头焊牢。 2.2密封装置轴封是搅拌设备的一个重要组成部分，密封的形式很多，搅拌器旋转轴的密封结构有填料密封和机械密封两种。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或从外部杂质渗入搅拌容器内。机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封由于其主要密封面是端面，亦称端面密封，由于两个密封端面的紧密贴合，使密封端面之间的交界(密封)界面形成一个微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，既可以达到阻止介

43、质泄漏的目的，又能够实现对接触面的润滑，由此获得较优良的长期密封效果。机械密封主要由以下四大部分组成：(l)由静止环(静环)及旋转环(动环)组成的端面，该二端面通常为研磨面，称二端面为摩擦副。(2)以弹性元件(或磁性元件)为主的补偿缓冲机构。(3)辅助密封圈。(4)使旋转环同轴一起作旋转运动的传动机构。图2.l机械密封结构1一静环；2一动环；3一弹簧；4一弹簧座；5一紧定螺钉其工作原理是:静环和旋转环组成一对密封端面，在紧定螺钉的带动下，使旋转环与轴一起转动，并在弹簧作用下，使密封端面紧密贴合。辅助密封圈适用于防止流体沿轴表面和密封端盖处泄漏的元件，防转销是防止静环因摩擦而发生转动之用，密封端

44、盖是密封腔体连接并支撑静环组件的零件。弹簧为该密封件的补偿缓冲机构，当密封面磨损后，在弹簧力作用下，旋转环随时可轴向移动而与静环端面仍保持紧密贴合。3 反应釜的结构设计及选型3.1工艺条件具体参数：介质：聚氯乙烯 工作压力：最高工作压力为0.6 温度：最高工作温度为 C 生产能力：搅拌介质粘度为粘度=0.18搅拌器高径比要求为2.08-3.851装料系数为0.6-0.85搅拌器及其相关设备的结构由设计确定，其余参数根据设计需要自拟。3.2 搅拌罐直径的确定3.2.1确定内筒体和封头的直径根据任务书中所给定条件选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头，高径比为2.08-3.85:1（取3：1）,装料系

45、数为0.6-0.85（取0.8），图 3.1 椭圆形封头示意图在知道了长径比之后，还要根据搅拌罐操作时所允许的装满程度选择装料系数，然后经过初步计算、数值圆整及核算，最终确定筒体的直径和高度。罐体全容积V与罐体的公称容积VN有如下关系： 由筒体的长径比和装料系数，还不能直接算出筒体的直径和高度，因为当筒体直径不知道时，封头的容积就不知道，罐体的全容积也就不能最后确定。 为了便于计算，先忽略封头容积，有式中，及H单位是m。把罐体长径比代入上式为： 将式（1-1）代入（1-2），并整理：3.2.2初算筒体直径将式（1-3）计算出的结果圆整成标准直径，代入式（8-4），算出筒体高度：再将上式算出的简

46、体高度进行圆整，然核算及 ，该值处于之间，故合理。该值接近，故也是合理的。3.3选取夹套直径搅拌罐上采用最多的夹套型式是整体夹套，由于应用广泛，工程上习惯简称为夹套。这种夹套是在罐体外面再套上一个直径稍大的容器。结构简单方便，基本上不需要维修。缺点时换热面积受到罐体几何形状的限制而不能做得太大。本设计中选用的是圆筒的一部分和下封头包有夹套。这种夹套是常用的典型结构。图3.2 夹套结构图表3.1 夹套直径与内通体直径的关系内筒径夹套由表3.1，取。夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径3.4内筒体及夹套的壁厚计算3.4.1选择材料，确定设计压力由于夹套内流体压力的作用，夹套封口环处会产

47、生局部压力，其数值的大小根据夹套的结构和安装方法而有差异。按照钢制压力容器（）规定，决定选用高合金钢板，该板材在一下的许用应力由过程设备设计附表查取，常温屈服极限。3.4.2夹套筒体和夹套封头厚度计算夹套材料选择热轧钢板，其夹套筒体计算壁厚夹套采用双面焊，局部探伤检查，查过程设备设计表4-3得则查过程设备设计表4-2取钢板厚度负偏差，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量，对于碳钢取腐蚀裕量，故内筒体厚度附加量，夹套厚度附加量。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度。夹套封头计算壁厚为取厚度附加量，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。3.4.3内筒体壁厚计算按承受内压计算焊缝系数同夹套，则

48、内筒体计算壁厚为：按承受外压计算设内筒体名义厚度，则，内筒体外径。内筒体计算长度。则，由过程设备设计图4-6查得，图4-9查得，此时许用外压为：不满足强度要求，再假设，则，内筒体计算长度则，查过程设备设计图4-6得,图4-9得，此时许用外压为：故取内筒体壁厚可以满足强度要求。3.5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,尺如如下表3.2所示:表3.2人孔选型密封面形式公称压力PN（MP）公称直径DN突面（RF）螺柱螺母螺柱总质量（）数量直径长度开孔补强设计最大的开孔为人孔，筒节，厚度附加量，补强计算如下：开孔直径

49、 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以所以有效补强区尺寸：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：故可见仅就大于,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。3.6搅拌器的选型3.6.1搅拌器选型搅拌设备的设计顺序为：搅拌条件的设定和确认搅拌叶轮型式及内构件的选定确定叶轮尺寸及转速计算搅拌功率搅拌装置机械设计。要设定的搅拌条件包括搅拌罐的容积、罐型、罐内物料的性质、搅拌目的、操作温度和压力，是分批式操作还是连续式操作等。关于搅拌器在搅拌轴上的安装层数，一般都是从叶轮的搅动范围来考虑的，液层过高则要

50、考虑设置多层叶轮。对于低粘度液体，粘度小于5000时，径流型叶轮可搅动罐内上下的范围为桨径的4倍，所以对于常用液层深度H=D时，只要一层即可。桨径与罐内径之比叫桨径罐径比,涡轮式叶轮的一般为0.250.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在时设置多层搅拌器，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.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。符号说明:键槽的宽度搅拌器桨叶的宽度轮毂内经搅拌器桨叶连接螺栓孔径搅拌器紧定螺钉孔径轮毂外径搅拌器直径

51、搅拌器圆盘的直径搅拌器参考质量轮毂高度圆盘到轮毂底部的高度搅拌器叶片的长度弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径搅拌器许用扭矩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图 3.3 平直叶轮-搅拌器结构示意图工艺给定搅拌器为平直叶轮搅拌器，其后掠角为，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径:桨长:桨宽，圆盘直径一般取桨径的 ，弯叶的圆弧半径可取桨径的 。查HG-T 3796.112-2005,选取搅拌器参数如下表由前面的计算可知，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，上层叶轮高度离液面的深度，即。则两个搅拌器间距为，该值大于也轮直径，故符合要求。3.6.2搅拌附件-挡

52、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，选择块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。4.传动装置的选型反应釜传动装置结构如图2-4所示。 图4.1 传动装置示意图4.1搅拌轴功率的计算搅拌功率是指搅拌器以一定的转速进行搅拌时，对液体做功并使之发生流动所需的功率，雷诺数 式中，d为搅拌器直径，m；为粘度，Pas;N为转速查过程设备设计图8-27功率曲线2，得到按照过程设备设计式8-2计算搅拌功率得4.2电动机的选型反应釜用的电动机绝大部与减速机配套使用，只在搅拌转速很高时，才见到电动机不经减速而直接驱动搅拌轴。因此电动

53、机的选用一般应予减速机的选用互相配合考虑。很多场合下，电动机与减速器一并配套供应，设计时可根据选定的减速机选用配套的电动机。反应釜传动装置上的电动机选用问题，主要是确定系列、功率、转速以及安装适合防爆要求等几项内容。电动机的功率主要根据搅拌所需的功率及传动装置的传动效率等而定。搅拌所需的功率一般有工艺要求提出，通常以考虑到物料搅拌器启动时的需要，但根据化工计算所的得搅拌轴计算功率有时与实际情况出入较大，还需参考一下相近搅拌情况下所需的功率。传动效率根据所选减速装置的类型不同而不同，其数值可在减速机技术特性表或其他有关资料中茶到。此外上应考虑搅拌轴通过轴封装置是因摩擦而损耗的功率等因素。因此反应

54、釜搅拌所需电动机的功率P可由下式表示：式中： 电机功率，； 搅拌器功率，； 轴密封系统的损失，； 传动系统的机械效率。密封系统的摩擦造成的功率损失因密封系统的机构而异，填料密封的功率损失较大，机械密封则较小。作为粗略的估算，填料箱密封的功率损失约为搅拌器功率的10%或至少为0.5Hp。机械密封的功率一般为填料密封的30%。传动系统的效率也和其结构有关，一般为0.70.98。密封装置中以填料密封损失为主，则0.10.12 0.012 。在本传动装置中设有两个轴承（一个滚动轴承和一个滑动轴承），一个减速机，选用摆线针轮行星减速机。查阅文献可得：滚动轴承的效率约0.990.995，滑动轴承效率约为0

55、.980.995。摆线针轮行星减速机的效率约为：0.90.95。所以传动系统的机械效率=0.90.990.99=0.88209。电机功率反应釜常用的电动机系列有：Y、YB、Y-F、YXJ等几种。根据以上数值选取电动机：4.3减速机选型搅拌轴的转速为120据此选用摆线针轮行星减速机。选择摆线针轮减速机，此减速机减速比大；结构紧凑、体积小、重量轻；效率较高；运转平稳，过载能力较大，承受冲击和振动的性能较好；工作可靠、寿命长；对外界的条件的要求不高，可以正、反两向运转。同时选择直联式，可以提高对中度，减小安装空间。传动比为 879；输出轴转速为17160；输入功率0.0455；传动效率0.90.95

56、；传动原理：利用少齿差内啮合行星传动。主要特点：本机为利用少齿差内啮合行星传动的减速装置，故减速比大，传动效率高，结构紧凑，装卸方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，重量轻，体积小，故障小，有取代涡轮减速机的趋向。根据功率、转速来选择减速机，参考过程装备设计表8-16和机械设计手册表16-3-160选用XWP-5-3.5摆针减速机，其传动效率为4.4 机架的选取搅拌设备传动装置是通过机架安装在搅拌设备封头上的，在机架上一般还需要有容纳联轴器、轴封装置等部件及安装操作所需的空间。有时机座中间还要安装中间轴承装置，以改善搅拌轴的支撑条件。由于反应釜传来的轴向力不大，由文献19选用单支点的B型支架。查

57、阅文献19可知容器公称直径为1600的适用机架选用公称直径为250。而轴径范围为50-70。在这里轴径为55。所以机架标记如下：机架 B 250-55。4.5联轴器的选型根据工作情况可选择凸缘联轴器。特点是刚性好，传递转矩大，结构简单，工作可靠，维护简便。根据轴径选用联轴器型号:YL11；额定转矩Tn：1000；许用转速n:4300；轴孔直径d:55 ；轴孔长度Y型L:112 JJ1型84；D:180；D1:150；螺栓：8(4)；螺栓直径：M12；Lo:Y型289 J J1型173；重量：17.97；转动惯量：0.205。标记：YL11凸缘联轴器主动端：J型轴孔、A型键槽，d=50，L=11

58、2从动端：J1型轴孔、B型键槽，d=50，L=84YL11联轴器 J50112/ J1B5084 GB5843-86 图4.2 联轴器联轴器制造要求：1）联轴器质量和转动惯量是按材料为铸铁（括号内为铸钢），最小轴孔、最大轴伸长度的近似计算值。2）联轴器许用转速是按材料为铸铁，许用线速度为30，钢许用线速度为50的近似计算值。3）螺栓栏中括号内为铰制用螺栓。4）使用凸缘联轴器应具有安全防护装置。4.6.搅拌轴的计算4.6.1轴的强度计算 在该计算中要考虑两种形式的材料强度破坏，一是材料的屈服或者断裂破坏，另外一种是疲劳引起的材料破坏。4.6.1.1按扭矩计算轴的强度假定轴仅承受扭矩的作用，忽略轴

59、上弯矩等其他载荷作用；也不作疲劳强度校核，轴上受扭矩时，其截面上产生剪应力，其扭矩强度条件为： 式中：截面上最大剪应力，MPa； 轴所传递的扭矩，Nm； 抗扭截面系数，mm3； 降低后的扭转许用应力，MPa。许用应力值常常比标准值规定低得多，对1Cr18Ni9Ti取=1525,在这里我们取=20轴上的传递扭矩和轴抗扭截面系数可分别由以下各式求取：式中：P搅拌传递功率， Kw； n搅拌轴转数，r/min； d实心轴的直径，mm。将和值代入式（3-1）中并令=，经整理得强度计算所需的最小搅拌轴径计算公式如下：4.6.1.2 按扭矩和弯矩合成计算轴强度轴所传递的最大扭矩式各层叶轮扭矩的和： Nmm最

60、大弯矩是个层液体的作用力与每一层叶轮到最下一轴承之间的距离乘积的总和。式中：一个叶轮的搅拌功率，Kw;用剪应力计算最小轴径：用拉应力计算最小轴径 碳钢和普通牌号不锈钢，推荐在正常操作条件下许用剪应力为42Mpa，许用拉应力为70Mpa.这些数值已经考虑了动载荷、键和制动螺钉产生的集中应力以及制造误差的影响。4.6.1.3 刚度计算为防止转轴产生过大扭转变形，以免在运转中引起振动造成轴封失效，应将轴的扭转变形限制在一个允许范围内，扭转角不得超过许用扭转角式中 轴扭转变形的扭转角，； 切变模量，对于碳钢及合金钢 截面的极惯性矩，将和代入上式，整理后得按刚度计算所需要最小搅拌轴径的计算公式如下：在一般传动和搅拌轴的计算中可以选取1/2-1()/m4.6.2根据临界转速核算搅拌轴轴径4.6.2.1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。对单跨轴所以 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上式中：第个搅拌器的附加质量系数，查表3.3.41第个搅拌器直径，第个搅拌器叶片宽度，叶片倾角，圆盘质量