3m3反应釜机械设计含7张CAD图带开题报告.zip
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3反应釜机械设计摘 要 反应釜是通过釜内的搅拌器转动让不同的物质之间相互融合分散,使不同物质均匀的搅拌在一起,是化工和机械行业非常重要的机器。本文设计的反应釜使用的搅拌反应釜,反应釜的结构采用夹套式。该反应釜主要用于制药,内筒介质为药物水溶液,设计压力为0.5Mpa;夹套内介质是冷却水;设计压力为0.6Mpa;设计温度为120,夹套内温度为80,公称容积为3,搅拌转速为110r/min,电机功率为12kW。 反应釜是化工生产中典型的设备之一。化学工艺过程所需的原料都需在一定的容器内进行,并且需要混合、加热、或冷却,有时候还需要对物料进行搅拌才能有更好的效果,因此,反应釜在化工、医药、冶金、食品等行业中使用范围很广泛。关键词:反应釜;搅拌装置;传动装置;机械设计ABSTRACT Reaction kettle is through in the agitator rotational kettle for fusion between different material dispersion, make different substances uniform mixing together, is very important chemical industry and machinery industry machine.This design of the reactor is a stirred tank reactor, the reactor structure of jacket. The reactor is mainly used in pharmaceutical, aqueous medium in the cylinder drugs, the design pressure of 1.5pa; medium is cooling water jacket; the design pressure of 0.6Mpa; design temperature of 120 , the jacket temperature is 80 , nominal volume of 3, stirring speed 110r / min, motor power 12kW. The reaction kettle is one of typical equipment in chemical production. The raw material for chemical process should be carried out in a container, and the need to mix, heating or cooling, sometimes need to stir the supplies to have better effect, therefore, the reaction kettle in the chemical industry, medicine, metallurgy, food, etc used in the range is very wide.Key words:Reactor; stirring means; gear; mechanical design目 录1 绪论11.1 前言11.2 反应釜的应用及发展方向11.2.1 反应釜的应用11.2.2 反应釜的发展方向12 釜体设计22.1 釜体的尺寸确定及结构选型22.1.1 釜体的长径比和装填量22.1.2 釜体的厚度43 搅拌装置选型63.1 搅拌器的选择63.1.1 搅拌器的结构类型63.1.2 搅拌器的标准及选用73.2 搅拌功率的计算83.3 搅拌轴设计93.3.1 强度及刚度计算93.4 传动装置的选择123.4.1 电动机的选用133.4.2 减速器的选用133.4.3 机架的选择143.5 联轴器装置153.5.1 联轴器的机构类型163.5.2 联轴器的选用184 传动装置及轴封装置选用194.1 传动装置的选用194.1.1 电动机的选型194.1.2 减速器的选型194.1.3 机架的设计204.1.4 底座的设计214.1.5 安装底盖与密封箱体、机架的配置224.2 轴封装置的选用224.2.1 反应釜常用的动密封类型234.2.2 密封的选择234.2.3 机械密封的结构和工作原理244.2.4 机械密封的分类264.2.5 机械密封的选择265 加工工艺和装配程序及安全防腐275.1 加工工艺275.2 装配程序275.3 安全防腐275.3.1 开发耐蚀材料275.3.2 其他表面工程技术28参考文献29致谢301 绪论1.1 前言 反应釜基本理解应该是物理或化学反应的容器,然后对反应釜内部的构造进行设计来调整数据,实行我们对反应釜的各种混合功能的要求。反应釜是综合反应容器,依照我们对反应釜的结构和功能的设计。让一开始的进料和出料都能按照我们预定的步骤来进行,快速生产出我们需要的产品。1.2 反应釜的应用及发展方向1.2.1 反应釜的应用 搅拌反应釜非常广泛应用在生产与生活中,更加是对化学工艺与化工生产至关重要。搅拌反应釜:各种各样的化学反应,反应物化学过程的前提是充分混合,比如加热、冷却以及液体提取和气体吸收等物理变化的进程,也是用反应釜。 磁力搅拌反应釜广泛应用于石油、化工、食品、医药、农药、科研等行业,是用业完成聚合、缩合、硫化、烃化、氢化等化学工艺过程,出及有机染料和中间体许多工艺过程的反应设备。 综上所述,反应釜使用历史悠久,应用广泛,是化工行业的重要设备。1.2.2 反应釜的发展方向 反应釜在化学工工艺和机械方面是一个非常关键的反应,而产品的好坏是受到反应釜设备品质好坏决定而决定的。当前化工和机械行业中反应釜的地位越来越重要。科技的进步日新月异,对反应釜发展提供的动力。 大容积化,这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势。染料生产用反应釜国内多为6000L以下,其它行业有的达30m3;国外在染料行业有2000040000L,而其它行业可达120m3。 反应釜的搅拌器,已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。反应釜发展趋势除了装有搅拌器外,尚使釜体沿水平线旋转,从而提高反应速度。 使用地热能,选择最佳的工艺操作条件,增加温度保障措施,加强热能效率,减少热能的损失,充分利用余热。热管技术的使用,这必定成为反应釜的主要发展前景。2 釜体设计2.1 釜体的尺寸确定及结构选型2.1.1 釜体的长径比和装填量 (1)由文献化工设备机械基础表18-2可知几种反应釜的H/如表1:表1 几种反应釜的/值种类设备内物料类型H/Di一般反应釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5 装料系数是由反应时釜内装填程度所决定的,因此反应釜长径比需要考虑反应釜的装填量。筒体的直径与高度要通过计算、园整、验算、求证等最后得出结果。 确定了反应釜直径和高度时,由于还要考虑装料系数以及装填量等等因素,一般装料系数取0.60.8。反应物状态稳定的情况下,可取0.80.85,于是反应釜容积V与操作容积应有这样的公式:=。因此在生产生活中要尽可能的选好装填量,这样会使利用率得以增加。本设计选用=0.8,长径比选择H/=1。 (2)在已经得知反应釜筒体的长径比与装料系数的情况下,但是还不能够得出反应釜筒体的直径与高度,这样就必须先要无视封头的体积,因为忽略了容积简便了计算,才能得出下面的公式。 (1) 把釜体长径比带入上式为: . (2) 因为设计的内容是液-液相物料,因此长径比要取1。 将式(1)代入式(2),并整理: (3)= m (3)确定筒体直径和高度:将式(3)得出的数据圆整成标准的直径系列,因此取,封头取相同的内径,其曲面高度由文献化工设备机械基础表16-6查得=400mm,直边高度根据表16-6,初步取为40mm。由标准椭圆形封头容积=0.61,从表16-5查得筒体每一米的容积=2.017,则筒体高估算为 =1.55m (4) 取H为1.6m,于是H/=1600/1600=1。符合要求。从表18 -3得:= +100=1600+100=1700mm。夹套封头也采用椭圆形,并与夹套筒体取相同直径。 夹套筒体的高度估算如下: =0.88m。 (5)当=1400mm时, 从表16-5表16-3查得封头内表面积=2.97,筒体1米高内表面积=5.03。则 F=+1.1=2.97+1.15.03=8.51 (6) 经过计算得出大于满足工艺的需求,因此可以证明我们选择的高度是可行的。为了使得反应釜的应用范围更加大一点,应该让传热面积更大,但是又要考虑反应釜的装拆方便,综合以上因素,先考虑装拆的方便性,最后在取最大的传热面积,这样既可以生产效率最大化,又可以适应反应釜在车间上的布局。 由工艺提出的要求: 釜体内筒中工作压力, 夹套内工作压。则都要受到内压; 因为内筒的筒体和下封头为既承受内压, 同时又承受外压,为了保证安全,我们取受到压力的最大一方,既筒体和下封头都应受到的压力。 由于各种因素以及检测的难度很大,因此所有焊缝全部取=0.6,封头的材料为钢材,然后使用标准封头,材料均为Q235B钢。 夹套厚度计算如下: + (7) =+0.6+2 =7.10+2.6=9.70mm夹套封头厚度计算如下: + (8) =+0.6+2 =7.20+2.6=9.80mm 通过阅读相关的文献和数据, 夹套筒体与封头厚度均取为=12mm。2.1.2 釜体的厚度 承受0.5MPa内压时筒体厚度: + (9) =+0.6+2 =4.46+2.6=9.66mm但承受0.6MPa外压时,筒体厚度为: 简化起见,首先假设=10mm,则=10-2.6=7.4mm,因为夹套顶部距反应釜法兰面实际距离定为150mm,即内筒体受到的外压部分的高度为,并以此决定L/及/之值。 = (10)式中 标准椭圆封头直边高度, 根据=1600mm,=12mm由表 16-7 查得=40mm, 标准椭圆封头曲面高度,根据=1600mm由表16-6查得 =400mm。 因此 由此查得A=0.00032,再查得B=45,则许用压力可计算如下: (11) 因此,当名义厚度为10mm时,不能达到我们的稳定要求。再假设=12mm,则,。 由图15-4查得A=0.0005,据以查图15-5得,B=70,则 (12) 因此, 名义厚度=12mm 时,筒体能满足0.5MPa外压的要求。 由上可知,为了同时达到要求,厚度要为最大值,即确定筒体厚度为10mm,承受0.5MPa内压。 (13) = 2.36+2.6=7.56mm 承受0.5MPa内压,设=12mm,则,而 (14) 查图15-5得B=95,则 (15) 满足稳定要求。3 搅拌装置选型3.1 搅拌器的选择搅拌装置在反应釜的部件中属于关键部件。反应釜搅拌器种类很多,结构和型号也有很多,因此我们必须选用符合我们设计要求的,这些通常由工艺要求确定。下面介绍几种常用搅拌器的结构特点、安装方式与搅拌轴的设计。3.1.1 搅拌器的结构类型 (1)桨式搅拌器桨式搅拌器的桨叶大部分都是由扁钢制造的,结构和形状比较单一,它的构成如图1所示,桨式搅拌器的直径D约取筒体内径的0.350.8倍,其中DB410。搅拌桨的转动速度比较慢,一般取2080r/min。桨式搅拌器的边缘线速度范围为1.53m/s。因为料液层有时候高,组装多层桨叶,两两间桨叶经常交错成90组装,才能使物料合理的搅拌在一起。图1 桨式搅拌器涡轮式搅拌器的桨叶的外径、宽度与高度的比例,一般为20:5:4,圆周速度一般为38m/s。涡轮在转动时造成高度流动的径向流动,适用于气体和不互溶液体的分散和液体与液体相反应过程。被搅拌液体的粘度一般不超过25pas。锚式搅拌器依照不同物质的不同性质所需要发生反应的条件来选择的搅拌器,对与物质之间的反应快慢具有很大的提高。锚板式搅拌器一般半凝固状介质的搅拌,为了使产品的出良率和工作效率达到最大,搅拌的转数一般为15-130r/min最好,见图2(b)和(c)。其中(b)为单级式,(c)为多级式。框式搅拌机体积较大,搅拌的转速一般为39,5070r/min最好。在介质为液体时,锚式叶轮的叶体长度与罐体的直径比为0.60.8,在介质为半固体时叶体长度与罐体的直径比为0.70.85,旋转的速度一般是1248r/min。由于框式搅拌机和釜体内壁之间缝隙有点小,对于传热有不错的效果,在高速旋转的时候,反应釜内壁上的介质会被搅拌机叶片带动参与反应;在低速旋转的时候,搅拌机上的叶片又能很好的传递热能。这中搅拌机被大量的使用在传递热能,半固体的介质中。是一种非常理想的搅拌器。 推进式搅拌器的材料主要是合金,通过精密加工处理,然后由电机机带动而成的。主要被用于固体与液体之间的催化反应。我们可以依照实际的设计尺寸来设计叶浆和轴的长度。搅拌转数:11400转。其结构形式如图3所示。图3 推进式搅拌器3.1.2 搅拌器的标准及选用 (1)搅拌器标准因为搅拌过程中的种类很多,操作和生产条件也多有不同,产品也千差万别。为了减少成本,加强产品的质量以及日后的维修等等原因。相关部门对与几种常用搅拌器的结构形式制订了相关标准。因为影响搅拌中的反应过程与效果的方面太多。因此选用的搅拌器需要考虑的方面太多。根据本设计的性质以及查阅相关的文献和数据再加上前辈们的经验,本设计选用涡轮式搅拌器。涡轮式搅拌器现在正在被大量使用,因为这样类型搅拌器在化工业和机械方面应用是很广的,它可以完成大部分的搅拌任务,所以生产该种搅拌器的厂商有很多,价格上有优势。同时涡轮式搅拌器的技术指标又合乎设计要求。故选择涡轮式搅拌器mm,材料Q235-A。3.2 搅拌功率的计算搅拌功率是指搅拌器搅拌时,对液体做功并使之发生流动所需的功率。计算搅拌功率的目的在于选用传动装置。搅拌功率受到几个方面的影响,它们直接或间接的影响搅拌功率。 (1)几何因素:搅拌器的直径、搅拌器叶片数、形状以及叶片长度和宽度、容器直径。 (2)容器中所装液体的高度、搅拌器距离容器底部的距离、挡板的数目及宽度。 (3)物理因素:液体的密度、粘度、搅拌器转速n。 (4)重力加速度。上述影响因素可用下式关联 (16) 式中:B桨叶宽度,m;d搅拌器直径,m;D搅拌容器内直径,m;Fr弗劳德数,;h液面高度,m;K系数;n转速,s-1; 功率准数P搅拌功率,W;r,q指数;Re雷诺数,;密度,kg/m3;粘度,Pas。在通常情况下弗劳德数Fr的对反应釜的影响不大。 由式(4)得搅拌功率P为: (17)雷诺数的含义是流体惯性力与粘滞力之比。弗鲁德数的含义是流体惯性力与重力之比。通过大量试验证明例如雷诺数在Re300的过渡流状态下,弗鲁德数对搅拌功率都没有太大影响。通过上述可知在工程上可直接表示成雷诺数的函数,而不计较Fr的影响。因为在Re中包含了搅拌器的转速、桨叶直径、流体的密度和黏度。在实验中必须对无相关参数进行设定,最后通过试验测出功率准数与雷诺数的函数关系。通过实验我们可知,所有功率准数与雷诺数的关系曲线或方程都是有条件范围限制的。最明显的是对不同的桨型,功率准数与雷诺数的关系曲线是不同的,它们的Np-Re关系曲线也会不同。根据已知题设,有机溶剂,粘度计算雷诺数Re(18) 可以查得六直叶圆盘涡轮的功率准数为: 按式(5)计算搅拌功率: KW搅拌器功率计算的修正桨叶直径的影响 (19) (20) 3.3 搅拌轴设计3.3.1 强度及刚度计算按扭矩计算轴的强度及刚度 (1)轴的强度计算:由于搅拌轴的特性,其实受到了扭转和弯曲,但在与扭转比,弯曲其实可以忽略不计,因此为了计算简便,便忽略弯曲作用,所产生的误差可以用安全系数拟补。轴扭转的强度条件是: (21)式中:截面上最大剪应力; 轴所传递的扭矩; 抗扭截面系数; 降低后的扭转许用剪应力。轴扭转时材料的许用剪应力值是根据扭转试验所得的屈服极限或强度极限,再除以安全系数来决定的。根据实验数据,在静载荷作用下,钢材的扭转许用剪应力与拉伸许用应力有如下的关系: =0.50.6。在工程上常根据有关标准、规范选取。由于搅拌轴除受扭转作用外,也常受弯曲作用,而且所受的不是静载荷,所以许用应力,值常常规定得更低一些,例如对Q235-A钢取=120200。由上可知,在计算出搅拌轴上所传递的扭矩和轴材料的许用剪应力值后,抗扭断面系数Wp可由(7)求出。即 (22) (实心轴) 式中:d搅拌轴的直径(cm);N搅拌传递功率(KW);n搅拌轴转速(r/m)将、的值带入式(7)中 整理得:取45号钢为搅拌轴材料,取=31MPa =102.64mm(2)轴的刚度计算:为了防止转轴产生过大的扭转变形以免在运转中引起震动造成轴封失效,应该将轴的扭转变形限制在一个允许的范围内,这就是设计中的扭转刚度条件,为此,搅拌轴要进行刚度计算。工程上以单位长度的扭转角,不得超过许用扭转角作为扭转角的刚度条件。即: (23)式中:轴扭转变形的扭转角(/m);剪切弹性模数,对于碳钢及合金钢,;截面的极惯性矩(cm4)。式中:轴扭转变形的扭转角(/m);剪切弹性模数,对于碳钢及合金钢,;截面的极惯性矩(cm4)。从式(8)中可以看出,扭转变形的扭转角的大小是与扭矩成正比,与成反比。值越大,扭转变形越小。工程上将称为扭转刚度。关于扭转角的选择应按实际情况而定,一般有如下规定:在精密稳定的传动中,可选取 ;在般传动和搅拌轴的计算中可选取 ;对精度要求低的传动中可选取。本次设计取 为条件。将 和 =160.93mm在计算出刚度和强度的条件后,我们要选择轴径强度大的来计算,所以我们根据条件轴径为110mm。3.4 传动装置的选择搅拌反应釜的运动是由电动机带动传动装置来实现工作的。传动装置一般会安装在反应釜上面,采用上下结构分布。如图5所示电动机先带动减速装置运动,然后通过减速装置来调节所需要的搅拌速度,中间用连轴器调节。减速机安装一机架上面, 然后通过机架安装在反应釜的封头上。为了使传动装置和轴封装置处于同一圆心上,还要考虑日后的维修, 因此要在反应釜的封头安装一底座,底座上便是反应釜的传动装置。于是, 要设计反应釜的传动装置,便要考虑电动机的型号,减速机和联轴器的种类以及怎么设计机架与底座。图5 传动装置3.4.1 电动机的选用由图5可知,电动机和减速机要共同使用,除了有时候搅拌转速很高的时侯, 才不需要减速机。本设计的搅拌转速不高,因此电动机的选用必须与减速机共同考虑。避免电动机与减速机之间的不协调。反应釜装置电动机的选用, 就是选择合适的功率、转速和安装。防反应釜的机械设计有以下几项要求要严格遵守:A.电机功率必须满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求。B.还要考虑到有时在搅拌操作中会出现不利条件造成功率过大。电机机功率按式(12)确定: (26) =23.91K 式中:p搅拌器功率,p=21.44KW; 轴封系统损失功率,=0.08KW; 传动系统的总机械效率,=0.9;考虑一定的余量,选用Y200L2-6作为搅拌电机。3.4.2 减速器的选用 依据当前工业生产的情况,反应釜用的立式减速机主要有:摆线针轮减速机(或称摆线针齿行星减速机)、两级齿轮减速、带减速机蜗杆减速机等几种。这几种减速机已由有关工业部门订有标准系列,并由有关工厂定点生产。还有一种速比可达很大值的谐波减速机,它是一种新型减速机,其设计亦已系列化。因不够成熟,仅列入化工部标准的附录中。此外尚有应用涡轮蜗杆减速机的,这种减速机也曾有不少企业单位制定了,系列其特点见表2。表2 四种常见减速器的基本特征特性参数减速器类型摆线针轮行星减速器齿轮减速器V形皮带减速器圆柱蜗杆减速器传动比i9871264.532.968015输出轴转速(r/m)171606525020050012100输入功率KW0.04550.553150.552000.5555传动效率0.90.950.950.960.950.960.80.93传动原理利用少齿差内啮合行星传动两级同中心距并流式斜齿轮传动单级V形皮带传动圆弧齿圆柱蜗杆传动主要特点传动效率高,传动比大,结构紧凑,拆装方便,寿命长,重量轻,体积小,承载能力高,工作平稳。对过载和冲击载荷有较强的承受能力,允许正反转。在相同传动比范围内具有体积小,传动效率高,制造成本低,结构简单,装配检修方便,可以正反转,不允许承受外加轴向载荷。结构简单,过载时能打滑,可起安全保护作用,但传动比不能保持精确。凹凸面圆弧齿廓啮合,磨损小,发热低,效率高,承载能力高,体积小,重量轻,结构紧凑,广泛用于搪玻璃反应釜。 依据以上减速机的特性,应使用摆线针轮行星减速器,其减速器的工作效率高,运行安全,符合本次设计的要求。减速器型号:XLD22-10,传动比i=59。3.4.3 机架的选择搅拌反应釜的运动是由电动机带动传动装置来实现工作的。传动装置一般会安装在反应釜上面,采用上下结构分布。单支点支架用以支承减速器和搅拌轴,适合电动机或减速器可作为一个支点,或容器内可设置中间轴承和可设置底轴承的情况。搅拌轴的轴径应在30160mm范围。图6 机架的结构当减速器中的轴承不能承受液体搅拌所产生的轴向力时,应选用双支点机架,由机架上的两个支点承受全部的轴向载荷。对于大型设备,或对搅拌密封要求较高的场合,一般都采用双支点机架。单支点机架和双支点机架都已有标准系列产品。标准对机架的用途和适应范围、结构形式、基本参数和尺寸、主要技术要求等做出了相应规定。单支点机架标准为HG21566-95,双支点机架标准为HG21567-95。根据搅拌轴的转速条件,轴径选择公称直径为500 mm的单支点机架,材料HT200。Q235-A。3.5 联轴器装置联轴器的作用是将电动机与转动装置联系在一起的中间装置,通过联轴器可以传递动能。联轴器除了将两个装置联系在一起之外,还要保证两个装置的中心处于同一圆心上面,防止由其他外力将这个装置传递给另外一个装置,减少机器的损耗。图7 立式夹壳联轴器3.5.1 联轴器的机构类型联轴器因为需要连接需要具有很多种不同的结构,但大体上可分为这两类,既刚性联轴器和弹性联轴器。一些是我们经常用到的类型: (1)立式夹壳联轴器(HG5-213-65)图7所示就是立式夹壳联轴器。夹壳材料为HT20-40,它是靠摩擦力传导扭矩力的。为了连接的安全性,常常加入了平键。悬吊环在夹壳的中部,大多使用的材料为,它的作用是用来固定轴的轴向位置,是用两个半环组装而成的。它优点是生产方便,制造简单,适应力强。缺点因为转速低,因此不能有冲力产生。此机器适用范围小,生产出来的产品单一,后期还要加工。 (2)纵向可拆联轴器可以用在减速机出轴和搅拌釉的刚性连接上,容易维修及保养。 (3)刚性联轴器(HG 21570-95)(图8右图)刚性联轴器具有重量轻。低惯量,和很高的灵敏度,不必保养,超强抗油与耐腐蚀性铝合金与不锈钢材料等优点。弹性联轴器是指联接两边的转轴允许两转轴有一定量的不对中发生的,即动态下可变形的联轴器;而刚性联轴器是不允许有不对中发生,联轴器本身动态下无变形的联轴器。使用螺栓、短管连接的没有弹性量的为刚性联轴器,反之为弹性联轴器。如图8右图所示,这种联轴器在反应釜的内部使用。使用这种联轴器可以保证同心度 图8 纵向可拆联轴器和刚性联轴器。 图9 夹壳联轴器型式和带短节的联轴器 (图9左图为)夹壳联轴器,具有重量轻,超低惯性和非常高的敏度、不需要维护、超强抗油和耐腐蚀性,不能有偏心。使用的时候最好轴尽量外露,主体材质可选铸钢,固定方式有夹紧,顶丝固定,结构简单,装卸方便等特点。(图9右图)为带短节联轴器是联轴器的一种,是用来联接不同机构中的两根轴使之共同旋转以传递扭矩的机械零件,一般于各种不同主机产品配套使用,广泛用于各种工业生产中。 (5)弹性块式联轴器(HG5-743-78)弹式联轴器和块式联轴器都可以用在有单独支撑结构的工作轴与减速机轴头的联接。它们允许两被联接轴之间同心度有一定的偏差,根据不同的减速机型选择相对应的联轴器,联轴器产品可大量运用在机械、化工、医药制药都领域。图10为弹性联轴器零件图。图10 弹性联轴节3.5.2 联轴器的选用 联轴器具有多种结构特点和使用特性,不同的设计对于联轴器也具有不同的要求。 使用带短节联轴器来连接传动轴和减速机轴。通过查找相关表格和文献可知联轴器代号,材料。 使用凸缘联轴器进行传动。联轴器代号,材料。4 传动装置及轴封装置选用4.1 传动装置的选用4.1.1 电动机的选型 反应釜内的介质有液体、气体、固体、易燃易爆物等。电动机的选择也是多种多样的,本文设计为制药,所以反应釜内的介质没有易燃气体,也没有一定的腐蚀性。因此我们选择Y系列三相异步电机。4.1.2 减速器的选型行星齿轮传动箱现取替普通齿轮传动的地位了,以成为机械行业机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置了。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置,行星齿轮传动箱被大量的使用在机械的各行各业中了。摆线针齿行星减速器的外形和尺寸见图11:图11 电动机结构及安装尺寸4.1.3 机架的设计机架按类别分为:搪玻璃反映罐专用机架、无支点,单支点和双支点机架四大类。一般来说是由减速机的轴径大小来确定机架的型号,其实两者符合相应的尺寸,减速机的轴只要不超过一定的范围机架型号小幅度的调整。 以由文献7表9-77选择LWJ45A型无支点机架。其结构如图12所示:图12 机架结构(mm)4.1.4 底座的设计下图底座的两边都设有孔,其中还有设置在孔旁边调节螺杆和调节螺杆相连接的把手,其中把手位于底座的侧面上,图13底座上表面开有至少三个凹槽,凹槽的下面部分与孔相连;升降螺杆被固定在底座,还有升降螺杆滑动都设置在孔中;其中包括了被固定在调节螺杆上的齿轮。填料箱的结构如图13所示: 图13 填料密封结构型式填料箱的箱体底部及其他尺寸都由与之相配合的安装底盖确定。4.1.5 安装底盖与密封箱体、机架的配置配置结构如图14所示 图14 安装底盖与密封箱体、机架的配置结构4.2 轴封装置的选用搅拌反应釜的动密封是指相互之间的运动件密封,主要分为往复式动密封和旋转式动密封两类,往复式动密封的类型有成型填料密封、填料函密封和胀圈密封。旋转式动密封有接触式动密封及磁流体密封等。4.2.1 反应釜常用的动密封类型搅拌有填料密封与机械密封两种,其优缺点如下:(1)填料密封:泄漏量的多:一般泄漏量为5ml/min20ml/min,寿命的短:需要定期更换填加物和轴(轴套),轴(轴套)有磨损,就需经常压住填料压盖来调整,不然泄漏将变大,因为填料与轴的接触面积大,所以功率增大,摩擦系数也变大大,因为结构简单,零件数量少,即对安装要求较低,更换简易,安装简单,不需要拆卸主机即更换填料,但是适用范围不大,在密封压力、转速、温度等方面有限制。(2)机械密封:泄漏量的很少,几乎没有泄漏。使用寿命长,大概可连续使用23年或者更加长的寿命。不会有轴的磨损,轴(轴套)与动环密封圈处有轻微磨损。可以不调整,自动调整补偿,泄漏量不变。功率消耗小,接触面积小,摩擦系数较小,消耗功率很低。结构复杂,因为工件的数量多,所以加工精度很高。即安装较难,要求一定的技术能力(集装式机械密封则简单)。更换更难难,需要将整个主机拆分才能更换。用途很广泛,能够适比较高的压力、转动速度、也能够适应较大的温差。4.2.2 密封的选择经过填料密封和机械密封的对比,我们不难发现机械密封的优点,它非常符合本次设计我们对于密封的要求,可以提高设计装置性能,我们选用了机械密封,因此介质就不容易泄露。表3 填料密封与机械密封的区别 比较项目填料密封机械密封泄漏量180450mL/h 一般平均泄漏量是填料密封的1%摩擦功损失机械密封为填料密封的10%15% 几乎没有磨损维护及寿命需要经常维护,更换填料,个别情况8小时更换一次 寿命0.51年或更 长,很少需要维护高参数高压、高温、高真空、高转速、大直径密封很难解决可以加工及安装加工要求一段,填料更换方便 动环、静环表面光洁程度 及平直度要求高,不易加工,成本高,装拆不便对材料的要求一般动环、静环要求较高减摩擦性能4.2.3 机械密封的结构和工作原理 机械密封是最为常用的密封类型。机械密封通大部分使用液体密封,也有像离心泵的使用气体密封,比如压缩机和搅拌装置的密封。图15 机械密封的结构图15是一种釜用机械密封装置的简单结构图。从图中可以看出机械密封是由动环15;静环5;弹簧加荷装置7、10、11、12、13及辅助密封圈6、16等四个不可缺少的部分所组成。静环依靠螺母3、双头螺栓4和静环压板2固定在静环座1上,静环座和设备联接。当轴9转动时,静环是不动的,弹簧座11依靠三只紧定螺钉17固定在轴上,而双头螺栓12使弹簧压板13与弹簧座作用周向固定,三只固定螺钉14又使动环与弹簧压板作周向固定。因为轴转动时的,弹簧座也跟着一起动了。其他零件也跟着一起旋转起来了。动环和静环由于弹力的因素牢牢的靠在一起。当轴旋转时,动环由于轴转动的同时也转动了,静环则被固定住了,不能转动,介质也就不易泄漏。如此,从结构上看,机械密封可以有效的防止介质的泄漏。不过,机械密封还有外壳装置,既可保护动、静环等零件不受碰撞,其腔体内的空隙还要接通循环保护系统,以保持润滑、调温、调压等功能。机械密封一般有四个密封处(图16中的A、B、C、D)。A处一般是指静环座与机械设备两者的密封。这样的静密封非常好处理,一般不会发生问题。通常采用凹凸密封面,焊在设备封头上的底座做成凹面,静环座成凸面,采用一般静密封用垫片。B处这静环与静环座两者的密封,需要用橡胶密封圈来阻止两者间介质的流出。C处是动环和静环相对运动面之间的密封,这是动密封。它是依靠弹簧加荷装置在接触面上。因此端面间必须高度光滑平整,这样所受到的力会均匀的分布在两端面上。D处是指动环与轴之间的密封,它们处于相对静止的密封状态,因为端面会有磨损,因此要补偿它们之间的磨损误差。4.2.4 机械密封的分类机械密封的分内主要是根据结构特点进行的,通常是根据摩擦副的对数、介质在端面上所引起的压力情况等加以区分的,它的结构型式有以下几种:单端面与双端面:密封结构中只有一对摩擦副则为单端面,有两对摩擦副则为双端面。前者结构简单,制造、装拆较易,因而使用普遍。但只适用于密封要求一般,压力较低的场合。平衡型与非平衡型:在反应釜用的机械密封上,当弹簧压紧力一定时,根据介质压力在端面上所引起的比压的卸载情况来把密封分成平衡型和非平衡型两种类型。非平衡型在介质压力升高时,负荷面积的端面上产生的相应推力就相应增大,紧贴的端面就有被推开的趋势。因此,为了保证端面的密封就必须事先增大弹簧力。可是当介质压力消除,即空载运转时却会引起端面的磨损和发热加剧,以至密封失效,所以非平衡仅适用于介质压力较低的场合。而平衡型可不受或少受介质压力变化影响,因此平衡型结构宜用于压力较高或压力波动大的密封场合。4.2.5 机械密封的选择本次设计采用单端面平衡型机械密封2002型带内置轴图16 四个密封处5 加工工艺和装配程序及安全防腐5.1 加工工艺 机械工艺的关键原则在于,要提升生产率,较少人工成本,也就是说要以高效为主,这样才能生产出优质的产品且不被市场淘汰。然后在制定工艺时要注意几点问题1创新技术,在制订机械加工工艺规程时,必须在本企业的基础上,尽量的多去学习国外的先进技术,然后要加大自身的投入研发,只有走在前面,生产出来的产品才能满足社会上的需求不被市场的残酷所淘汰,所以必须要有创新性。2经济上需要合理,在规定的生产要求下和生产的产量下,通常会有好几种不同的方案,但是此时我们必须要合理的抉择,要在现有的技术上,选择最有利的方案生产。及工艺的成本要低,但是又能生产出高质量的高效率的工艺产品,这就需要核算人员一定要考虑到各方面的因素。3有较好的劳动基础,在制作工艺方案的时候,要多采用自动化机械生产加工,减少人力成本,以及减轻劳动人员的工作强度,创造好的,有素质,有质量的劳动环境。因为工艺规程是直接只是生产和操作的主要技术文件,因此工艺章程必须合理、完整、正确和明了。各项术语计算单位,都要保证完全无误。应该保障零件图上技术要求能达到。在制定工艺流程上,假设发现有不合理的地方必须及时的上有关上级反应,不能私自更改,因为这是生产的重要环节,出问题了后果会非常严重。5.2 装配程序 假如铸件及没有打腻子和喷面漆的是不能装配的。零件在粗糙度为1.6以上的时候是不能使用锉刀进行加工的,在迫不得已的情况下又得到了检验员的允许,才能够用“零”号砂布对工件进行修饰。在将平键和装卸轴承压人工件的时候,最好不要用铁制品进行敲击,应改用木制品、铅制品、铝制品或用专业的加工工具进行装配。可以移动的零件,如像花键轴或者带花键孔的小零件,应该使其不受阻力的移动,没有经过相关专业人的允许,不能够私自修改上面的数据。在组装高精度零件时,应该选配轴承,要在已经定选好的空间上,按照装配要求组装。5.3 安全防腐5.3.1 开发耐蚀材料 当今社会中虽然在大力开发新材料,如合金、陶瓷以及非金属材料。但是钢铁占据重要的地位,然而,钢铁的一些缺点使其越来越跟不上机械行业的需求了。比如容易被腐蚀就是其中的一点,因此开发高抗腐蚀的新材料已经刻不容缓了,值得高兴的是,抗腐蚀的材料在飞速的开发和被应用了,在很大程度上应用在局部腐蚀及特殊环境下的材料中。5.3.2 其他表面工程技术因为电镀、化学镀已经大量运用在化工防中了,电镀大体分为镀铬电化学,镀锌电化学和镀镍电化学。镀锌电化学的在电化学被广泛的运用了,使用了镀锌层的工件在海洋、工业污水、容易腐蚀的环境中的耐蚀性得到了很大的提高。化学镀是氧化还原反应在工件上涂上一层保护膜,使得工件在恶劣的条件下正常工作,减少外界环境对于工件的损坏,最大程度的提高工件的使用寿命,因此,电镀在表面工程技术中发展最快的工程技术。参考文献1 黄振仁,魏新利. 过程装备成套技术(第二版)M北京:化学工业出版 社,20062 汤善甫,朱思明.化工设备机械基础M.上海:华东理工大学出版社,20043 陈乙崇.化工设备设计全书 搅拌设备设计M.上海:上海科学技术出版社, 19904 郑津洋,董其伍,桑芝富过程设备设计M北京:化学工业出版社,20055 邱宣怀机械设计M北京:高等教育出版社,19976 陈国桓.化工机械基础M.北京:化学工业出版社,20067 夏清,陈常贵化工原理M天津:天津大学出版社,20058 朱有庭,曲文海,于浦义化工设备设计手册M北京:化工工业出版社, 20059 丁伯民,黄正林化工设备设计全书 化工容器M北京:化学工业出版社, 200310巩云鹏机械设计课程设计M冶金工业出版社,199911全国压力容器标准化技术委员会GB150-1998,钢制压力容器S中国标 准出版社,199812全国压力容器标准化技术委员会JB/T4746-2002,钢制压力容器用封头 S云南科技出版社,2002 致 谢这次毕业设计的过程中遇到了许多的困难,并得到了各位同学的指导与帮助,尤其是设计指导老师在设计过程中的细心讲解和耐心辅导,对于第一次接触到反应釜设计的我来说,刚开始对于设计无从下手,是指导老师和周围的同学的帮助才让我慢慢的进入了设计的过程中,每次遇到难题的时候我就会想到老师,老师也孜孜不倦的指出我设计中的错误以及提出意见,在此表示忠心的感谢。31课题任务书学院:XXX 专业:XXX 指导教师学生姓名课题名称3m3反应釜机械设计内容及任务拟设计一反应釜,用于制药。给定设计参数如下:物料: 釜内 药物水溶液 夹套内 水设计压力: 釜内 0.5MPa 夹套内 0.6MPa设计温度: 釜内 120 夹套内 80 公称容积: 3m3搅拌转速: 110r/min电机功率: 12kW 需完成的主要内容如下:1、绪论2、釜体设计3、搅拌装置设计4、传动装置及轴封装置选用5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时,要求资料详实,数据充分3、进行强度校核时,要求计算准确,分析详细,公式的字母含义应标明4、查阅到10篇以上与题目相关的文献,按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书;写出不少于400字的中文摘要;至少翻译一篇本专业外文文献(10000个以上印刷符号),并附译文5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图,其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸,同时至少有折合1号图幅以上的图纸用手工绘制,并要求图面整洁,视图齐全,布局合理,线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定。 进度安排起止日期工作内容备注3月6日3月13日3月16日3月27日3月30日6月5日6月8日6月12日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1. GB150-2011,中国标准出版社2. 工程材料实用手册,中国标准出版社3. 换热器设计手册,化学工业出版社4. 压力容器的应力分析与强度计算,原子能出版社5. 化工过程及设备设计,华南理工大学出版社6. 化工容器及设备,天津大学出版社7. 化工工程制图(化工制图),化学工业出版社教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日
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