8m3连续搅拌釜式反应器设计含9张CAD图带开题报告.zip
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8m3连续搅拌釜式反应器设计摘 要反应釜是一种在化工生产过程中为化学反应提供反应条件和反应空间的装置。该装置安全可靠,使用方便。本设计为8m3连续搅拌釜式反应器设计,连续搅拌釜式反应器的组成部分分别是:釜体、夹套、电动机、减速机、联轴器以及其他零件。查阅资料与题目分析,在本次设计对反应釜的结构特点,工作装置进行了仔细分析。在设计的第一部分,对釜体的筒体和夹套的结构、尺寸进行了设计,然后选择搅拌装置,通过结构分析,功率计算,得到搅拌器和搅拌轴,设计传动装置,包括电动机,减速机等的选用,最后是反应釜的密封设计,主要是选择轴封装置类型,分析机械密封的结构、工作原理。本次设计表达了搅拌式反应釜的设计过程与工作过程。设计的反应釜在结构上安全可靠,性能良好,对化学反应过程具有很好的保护作用。在经济上,提高了化学反应的效率,从而提高了生产效率,节约生产成本。关键词:搅拌反应釜;搅拌器;传动装置;机械密封ABSTRACTThe reactor is a device that provides reaction conditions and reaction space for the chemical reaction in the chemical production process. The device is safe and reliable, easy to use.The design is 8m3 continuous stirred tank reactor design, the components of the continuous stirred tank reactor are kettle bodies, jackets, motors, reducers, couplings and other parts Access to information and subject analysis, in this design of the reactor structure characteristics, work device was carefully analyzed. In the first part of the design, the structure and size of the cylinder body and jacket of the kettle body are designed, and then the stirring device is selected. Through the structural analysis and power calculation, the stirrer and the stirring shaft are obtained. The transmission device is designed, including the motor, Machine, etc., and finally the reactor design of the seal, the main choice of shaft seal device type, analysis of mechanical seal structure, working principle. This design expresses the design process and working process of the stirred reactor. The design of the reactor in the structure of safe and reliable, good performance, the chemical reaction process has a very good protective effect. In the economy, improve the efficiency of chemical reactions, thereby enhancing the production efficiency and save production costs.Key words: mixing reactor; stirrer; transmission; gearing目 录1绪论11.1前言11.2反应釜的应用领域及进展趋势11.2.1反应釜的应用领域11.2.2反应釜的进展趋势12反应釜釜体的设计32.1反应釜釜体几何尺寸的确定及结构选型32.1.1筒体和封头型式32.1.2筒体的内径及高度32.1.3夹套的结构和尺寸42.1.4内筒及夹套的受力分析与厚度计算43搅拌装置选型73.1搅拌器的选择73.1.1搅拌器的结构类型73.1.2搅拌器的选用93.2搅拌功率计算93.3搅拌轴设计103.3.1强度及刚度计算103.2.2 搅拌轴直径的确定124传动装置的选择134.1电动机的选用134.2减速机的选用144.3机座的选择164.4联轴器装置的选型174.4.1联轴器的机构类型174.4.2联轴器的选用184.5底座的设计184.6安装底盖与密封箱体、机架的配置195轴封装置的选用205.1反应釜轴封装置的类型205.2密封类型的选择215.3机械密封的结构和工作原理225.4机械密封的分类235.5机械密封的选择246零部件的加工要求与检测256.1轴的加工要求256.2机械密封主要零件的加工及检验256.2.1密封环的加工要求256.2.2轴套的加工要求256.2.3弹簧的加工要求256.3反应釜壳体的制造要求与检验26参考文献27致 谢28 1 绪论1.1 前言反应釜是一种在内部有化学或物理反应发生的容器。通过釜内的搅拌装置的转动来实现对物料的混合,使其充分反应,从而生产出我们预期的产品。实现搅拌的措施:气流 搅拌、射流搅拌、机械搅拌 、电磁搅拌和静 态(管道)搅拌等。机械搅拌是其中应 用最早的,至今仍然被广泛采用。按照反应釜的操作方式,可将其分为三种类型:间歇反应釜、半连续反应釜和连续反应釜。这三种反应釜各有自己的优缺点:间歇反应釜设备简单,操作灵活,适合多品种、小批量、反应时间相对较长的产品生产,但其生产出来的产品质量不稳定;连续反应釜适合大规模生产,产品质量稳定,易于操控,但存在一定程度的返混,对釜内物料的反应有一定的影响,不过我们可以通过选择合理的釜体尺寸和结构来减少返混现象;半连续反应釜则是一种介于两者之间的反应釜。1.2 反应釜的应用领域及进展趋势1.2.1 反应釜的应用领域搅拌反应釜是一种复杂地 非线性化学反应器,适用于各种操作条件(温度、压力) 和各种物性(如粘度、密度)的化学或物理反应过程,在食品、医药、燃料、合成橡胶、冶金、废水处理、化工等行业被广泛应用。例如用于湿法冶金、污水处 理、磷肥等工业的大型反应釜的容积可以达到数千立方米,而实验室的反应釜可小 至数十毫升。搅拌反应釜除了用作化学反应釜和生物反应釜外,还大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解析、传热等操作。搪玻璃反应釜适用领域:广泛的应用在食品、医药、农药、石油、化工、科研等行业。碳钢反应釜适用领域:不含腐蚀性液体的环境,例如某些油品加工。不锈钢反应釜适用领域:适用于需要进行高温高压实验的行业,例如冶金、科研、高校等部门。它能使颗粒物和粘稠物 质达到高搅拌的效果。反应釜应用广泛,历史悠久,是我们化工机械等行业不可缺少的一种设备。1.2.2 反应釜的进展趋势反应釜于1912年被发明,在其被发明之后,发展非常迅速,至今为止,全世界依然以每年3-5%的速率递增。从大的发展趋势上来看,以后 反应釜的发展,将从环保,节能、材料以 及更高的工艺操作等方 面着手,来满足市场要求。未来反应釜的发展可能从以下这几个方面来进行:加大反应釜的容积,这是未来发展的趋势,随着科学技术的发展,对产品的要求也越来越高,小批量,高质量的生产模式备受青睐,国内外在反应釜的容积方面相对以前来说都有了长足的进步,目前反应釜容积可以达到120 m。反应釜的搅拌器,已经不再是单一的搅拌器,由于对反应釜反应速度的要求变高,用外加泵或双搅拌器以及更先进的让釜体沿水平线旋转的方法已经在行业内开始出现。自动化技术的运用,开始代替了手工操作,这样的好处是解放了劳动力,降低了成本,从而使收益增加,同时产品质量也会由于采用低失误的程序控制而得到提高。在环境方面,由于自动化的进行,污染也会变得很小。合理地把热能利用起来,提高传热效率,把热损失降 至最低。反应釜未来的发展方向,也会朝着热管技术这方面发展。2 反应釜釜体的设计2.1 反应釜釜体几何尺寸的确定及结构选型2.1.1 筒体和封头型式 从任务书所列的工作压力及温度范围以及该设备的工艺性质,可以看出它属于低压反应釜,查相关文献选择圆柱筒体和EHA椭圆形封头。2.1.2 筒体的内径及高度(1)反应釜的/和装填系数 由文献7表6-1可知几种反应釜的/如表1:表1 反应釜的/值种类设备内物料类型H/Di一般反应釜液-固相物料或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类气-液相物料1.72.5在确定反应釜的直径和 高度时,还需要根据装料系数(反应釜操作时所能允许的装料程度)等予以综合考虑,通常取0.60.85。若反应状态平稳,可取 0.80.85。在工程实际中,装料系数的合理选用,可以提高设备利用z效率。本设计选用=0.8,长径比选择H/=1.8。(2)筒体内径的计算通过查阅参考文献7,可查得下列公式来计算筒体的内径: V=4Di2H=4Di3(HDi) (1)则 Di=34V(HDi) (2)式中:Di为筒体内径,m ;V为釜体容积,m3;H为筒体高度,m。由于本设计为气-液相物料,所以取DiH为1.8,已知V=8m3将其代入(2)式得:Di=3481.81.78m (3)确定筒体内径和高度将计算所得的结果圆整为标准直径,因此取Di=1800mm,由文献8表16-6可得,标准椭圆形封头曲面 高度h1为450mm,取直边高度h2为25mm,则内表面积为3.64m2,容积Vh为0.826m3,由文献8表16-5可知筒体每一米的容积V1为2.545m3。筒体高度H可按下式计算:H=V-VhV1 (3)将数据代入式(3)得:H2.82m,将其圆整为标准直径,取H=2800mm。所以H/=1.6,在允许范围之内,符合要求。2.1.3 夹套的结构和尺寸(1)夹套的选型所谓夹套,即在釜体外侧用法兰连接或焊接的 方式装饰各种形状的钢结构,使其与釜体外壁形成一个密闭的空间。夹套的主要结构形式:蜂窝夹套、型钢夹套半圆管 夹套、 和整体夹套等,由文献7表6-2可知本设计选用的夹套为不可拆式U型夹套。(2)确定夹套的直径与夹套筒体高度为了有利于按标准选择夹套封头,夹套直径Dj一般选取公称尺寸,具体可以根据筒体直径Di按文献7表6-3中推荐数值选用,见表2:表2 筒体直径与夹套直径的关系Di/mm500600700180020003000Dj/mmDi+50Di+100Di+200由表2可知夹套直径Dj=Di+100=1800+100=1900mm。夹套封头与夹套筒体取相同直径,也采用椭圆形。夹套筒体的高度估算如下:Hj=V-VhV1=0.88-0.8262.5452.19m (4)取Hj为2200mm2.1.4 内筒及夹套的受力分析与厚度计算 (1)内筒及夹套的受力分析由任务书可知:夹套内工作压力0.2Mpa,釜体筒中的工作压力0.3MPa。所以可以知道夹套封头和夹套筒体均承受0.2MPa内压;而内筒的筒体和下封头既要承受0.3MPa内压,又要承受来自夹套的0.2MPa外压,当停止操作时,内筒没有压力而夹套内仍有蒸汽压力存在,此时内筒承受0.2MPa外压。(2)计算夹套筒体、封头厚度釜体内筒与夹套筒体之间的环焊缝 ,由于无法探伤检查,故从文献8表14-4中查得焊缝系数=0.6,封头采用由钢板拼制的标准椭圆形封头 ,材料为Q235-A钢。由文献8可知夹套的厚度计算公式如下:dpDj2t-p+C1+C2 (5) =1.10.2190021130.6-1.10.2+0.8+2 =5.89mm夹套封头的厚度计算如下:dpDj2t-0.5p+C1+C2 (6) =1.10.2190021130.6-0.51.10.2+0.8+2 =5.89mm查阅相关资料与文献,把夹套筒体与封头的厚度均圆整为6mm。(3)计算内筒筒体厚度由文献8表14-4中查得焊缝系数=0.85当筒体承受0.3MPa内压 时筒体厚度:dpDi2t-p+C1+C2 (7)=1.10.3180021130.85-1.10.3+0.6+2 =5.70mm当筒体承受0.2MPa外压力 时筒体厚度:为了简化起见,首先假设n=6mm,则e=6-2.6=3.4mm,由于 夹套顶部与容器法兰面的距离实际定为150mm,则内筒受到外压部分 的高度为H-150mm,由此来可以知道L/D0及D0/e的值。D0=Di+2n=1800+26=1812mm (8)L=H-150+h2+13h1=2800-150+25+1/3450=2825mm (9)式中 h2椭圆封头的直边 高度,根据Di=1800mm,n=6mm由文献8表16-7查得h2=25mm h1椭圆封头的曲面高度,根据Di=1800mm,n=6mm由文献8表16-6查得h1=450mm故 L/D0=2825/18121.6;D0/e=1812/3.4533由文献8图15-4查得A=0.00007,再据此查文献8图15-5 ,B不存在。 所以,当名义厚度n=6mm时, 不能满足稳定要求。再假设n=12mm,则e=n-C1-C2=10-0.8-2=9.2mm,而D0/e=1824/9.2198,L/D0=2825/18241.6。由文献8图15-4查得A=0.0003,再由此查文献8图15-5得 B=45,则许用压力为:p=BD0/e=451824/9.2=0.227MPa0.2MPa满足要求。由于筒体既可能承受内压 和外压,又可能只 承受外压。因此筒体壁厚 应选取二者中间的最大 值,即可以确定筒体厚度为12mm。(4)计算内筒封头厚度承受0.3MPa内压时:dpDi2t-0.5p+C1+C2 (10) =1.10.3180021130.85-0.51.10.3+0.6+2 =5.69mm承受0.2MPa外压时:设n=12mm,则e=n-C1-C2=12-0.8-2=9.2 mm,而A=0.1250.9D0/e=0.1250.91824/9.2=0.0007 (11)查文献8图15-5得B=100,则p=B0.9D0/e=1000.91824/9.2=0.56MPa0.2MPa (12)满足稳定要求。所以可以确定内筒封头厚度为12mm。3 搅拌装置选型3.1 搅拌器的选择搅拌装置是反应釜的关键组件部分。 反应釜搅拌器型式很多,通常是由工艺要求所决定。下面所列的是几种常见的搅拌器的结构特点、安装方法以及搅拌轴的设计。3.1.1 搅拌器的结构类型(1) 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器应用广泛,能有效地实现几乎所有的搅拌操作,并能处理一些黏度范围很广的流体。涡轮搅拌器在水平圆盘上有26片弯曲的或平直的叶片。桨叶的圆周速度一般能达到1秒3-8米左右,由于它能使物料产生径向流动,所以它在不互溶液体与气体的分散以及液液相反应过程方面得到了大量的使用。其中被搅拌液体的黏度不会超过25Pas。涡轮式搅拌器的结构图见图1。图1 涡轮式搅拌器(2)浆式搅拌器桨式搅拌器的结构很简单,它的桨叶通常是由扁钢制造的,材料可以采用有色金属、碳素钢、合金钢、酚醛、环氧树脂、玻璃布等。桨有直 叶和折叶两种类型:其中直叶的 叶面跟旋转方向垂直,使物料在切线方向产生流动;折叶式则是桨叶与旋转方向有一个倾斜角,= 45或 60,可使物料有较多的轴向分流。桨式搅拌器的运转速度比较慢,大多为 2080 r/ min,v5m/ s。在料液层比较高的情况下,常装有几层桨叶,以使物料搅拌均匀,相邻的两层搅拌叶交错成 90安装。一般情况下,不同层数的桨叶安装位置如下:一层:安装在下封头环向焊缝 线所在水平线上。二层:其中一层安装在下 封头的环向 焊缝线所在水平线上, 把另一层安装在液面与 下封头的环向焊 缝线的中间或者稍微高一点的位置上。三层 :一层安装在下封头的焊 缝线所在水平线上, 另一层安装在液面下方大约 200mm 处,在两者中间再安装一层。桨式搅拌器直径D约取反应釜内径Di的1434。浆式搅拌器的结构示意图见图2。图2 桨式搅拌器(3)锚式与框式搅拌器这种类型的搅拌器底部形状跟反应釜的下封头形状相似。框式搅拌器可看作是 浆式的变形,垂直与水平的桨叶联 成一个刚性框架,结构较为坚固。搅拌叶可用扁钢(碳素钢、不锈钢)或碳素钢角钢弯制。在某些场合,可采用管材制作桨叶,外表搪瓷、覆胶或覆其它保护性覆盖层,以防止腐蚀。这种搅拌器叫做锚式搅拌器。框式搅拌器的结构示意图见图3。框式或锚式搅拌器的直径较大,一般为釜体筒体内径Di的23910, v5m/ s, 转速范围为 5070r/ min。图3 框式搅拌器(4)推进式搅拌器推进式搅拌器有三瓣螺旋形叶片,它的螺距和浆直径D相等。一般采用整体铸造的方法来铸造推进式搅拌器,加工方便。但采用焊接时需要模锻 后才能与轴套焊接,加工比较 困难。在制造过程中都应 做静平衡试验。搅拌器可用轴套以平键和 紧定螺钉与轴联接。推进式搅拌器直径的 取值约为反应釜内径Di 的 1/61/2。其切向线速度 v15m/ s, 转速为 300600r/ min,甚至更快,一般来说大直 径取较低转速,小直径取高转速。材料常用 铸铁、铸钢等。推进式搅拌器的结构示意图见图4。图4 推进式搅拌器3.1.2 搅拌器的选用搅拌器的选型既要考虑物 料黏度、釜体容积大小和搅拌效果,也应该考虑到操作费用、动力 消耗以及制造、维护和检修 等各方面的因素。因此一个完善的选型方案 必须满足经济、安全和效 果等各方面的要求。根据本次设计的原始资料以及相关文献,选用涡轮式搅拌器。涡轮搅拌器应用广泛,能完成很多的搅拌任务,再加上生产它的厂家很多,容易以低廉的价格购买到更多的尺寸类型不同的同类产品,实在是我们这次设计的不二选择。最终选择6片平直叶圆盘涡轮搅拌器,d=700 mm,材料Q235-A。3.2 搅拌功率计算搅拌功率:搅拌器搅 拌时,对液体做功并使 其产生流动所需要的功率。 计算搅拌功率的目的是为了选用传动装置。由任务书可知电动机的功率为Pd=11kw,而搅拌功率与电动机功率有如下关系:Pd=P+Pm (13)式中:Pd电动机功率Pd=11kw; Pm轴封系统损失功率, Pm =0.08KW; 传动系统的总机 械效率,=0.9;求得 P=9.82kw3.3 搅拌轴设计搅拌轴的材料一般选用45钢,为了提高轴的耐磨性和强度,有时还需要进行适当的热处理。可用普通碳素钢(如Q235A)来制造要求较低的搅拌轴。当耐磨性要求比 较高或者是不允许铁离子污染釜内 物料时,应 当采取防腐措施或采用不锈钢。本设计搅拌轴 采用45钢制造。搅拌轴在搅拌过程中会受到弯曲和扭矩 的组合作用,其中以扭矩为 主,因此工程上在确定搅拌轴的直 径时,首先假定搅拌轴只受到 扭矩的作用,然后再用增加安全系数的方法来降低材料许用应力,从而弥补由于忽略轴受到弯曲作用所引起的误差。3.3.1 强度及刚度计算按扭矩计算轴的强度及刚度(1)轴的强度的计算由于搅拌轴的特性,搅拌时轴受到了扭转和弯曲的作用,但弯曲其实可以忽略不计,因此为了计算方便,就忽略了弯曲作用,由此产生的误差可以用安全系数来弥补。由文献7可得出实心轴的直径如表3。表3 按轴的强度算出的轴直径序号名称符号单位数据来源和计算公式数值1最大剪应力maxMPamax=MTW2扭矩MTN.mm9.55106Pn3抗扭矩截面模量Wmm3W=d3164降低后的材料许用应力MPa355搅拌轴所传递的功率Pkw9.826搅拌轴的转速nr/min857轴的直径dmmd3653Pn 54.3(2)轴的刚度计算为了避免搅拌轴产生过大 的扭转变形,在运转中产生振动,进而影响到正常的工作 ,应在一个允许的范围之内限制轴的扭转变形,即 规定一个设计 好的扭转刚度条件。扭转的刚度条件:单位长度的扭转角不得 超过许用扭转角,按轴刚度算出的轴直径见表4。表4 按轴刚度算出的轴直径序号名称符号单位数据来源和计算公式数值1轴扭转变形 的扭转角/m=MTGJ1031802搅拌轴材料剪切弹性模量GMPa8.11043轴截面的极惯性矩Jmm4J=d2324许用扭转角/m0.85搅拌轴所传递的功率Pkw9.826搅拌轴的转速nr/min857轴的直径dmmd15374PGn56.23.2.2 搅拌轴直径的确定搅拌轴的直径应该同时满足刚度和 强度两个条件,再取二者最大值。考虑到搅拌轴上有键槽或孔存在会对轴横截面的局部削弱,还有就是介质会对搅拌轴有一定的腐蚀,所以搅拌轴的直径应按计算直径适当增大,并圆整到适当的轴径,以便与其他零件配合。因此,取d=60mm。4 传动装置的选择传动装置设计是反应釜设计中很重要的一块,电动机、减速机、联轴器、机座组成了传动装置,由于本设计是立式搅拌反应釜,所以把传动装置装在反应釜的顶部,按电动机、减速机、联轴器、机座的顺序,从上往下排列。电动机提供动力,然后经减速机减速把转速降下来,然后经联轴器带动搅拌轴转动,再带动搅拌器完成作业。为了日后检修方便以及同心度要求,把传动装置和轴封装置一起安装在一个装在反应釜上封头上的底座上。所以,传动装置的设计,就需要考虑如何选取合适的电动机,减速机和联轴器,同时根据这些数据和釜体的数据把机与底座设计出来。图5 传动装置的结构4.1 电动机的选用因为我们这次设计的搅拌转速只有85r/min,不是很大,所以它是需要减速机的,同时为了避免减速机与电动机之间的不协调,应该把减速机和电动机一起考虑。反应釜电动机的选用,其实就是去选择合适的功率、转速以及结构尺寸。电动机的选用有两点要求需要注意一下:(1)电动机功率必须同时满足两点:搅拌器的 运转功率以及轴封系统、传动系统所损失的功率(2)还应当考虑到在某些不利条件下功率消耗会很大。从任务书可以知道电动机功率为Pd=11kw。本文设计的反应釜用于制药,无易燃易爆介质,也不存在腐蚀性介质,因此我们选择Y系列三相异步电机。一般异步电动机的同步转速有这么几种: 600r/min,750r/min,1000r/min,1500r/min,3000r/min等,其中1500r/min的电动机价格低廉,供应也 比较普遍,故应用的最广泛,因此此次设计选用同步转速为1500r/min的电动机。由Pd=11kw,n=1500r/min,查Y系列电动机的参数表,选用电动机型号为Y160L-6。4.2 减速机的选用根据我国目前的情况,用于反应釜的立式减速机主要有:齿轮减速器,摆线针轮行星减速器,谐波减速器,行星齿轮减速器等。我国于2001年全面修订了减速机行业标准,标准内容给予大范围扩充,形成了HG/T 3139.1HG/T 3139.12釜用立式减速机标准族。新标准共包括三大类减速机68种机型,共3800多个规格的产品。几种常见的减速器特点见表5:表5 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比大,传动效率高,拆装方 便,结构紧凑,体积小,重量轻,寿命 长,承载能力高,工作平稳。能承 受过载和冲击载荷,允许正反 转。在相同传动比范围内拥有制 造成本低,传动效率高,体积小,结构 简单,装配检修方便,不允许承受外 加轴向载荷,允许正反转。结构非常简单,而且过 载时能打滑,因此可以起到安全保 护作用,但不能保持精确的传动比。凹凸面圆弧齿廓啮合,效率 高,发热低,磨损小,承载能力高,重量轻,体 积小,结构紧凑,广泛用于搪玻璃反应釜。一般根据设计所需要的转速和功率来选择减速机。在选用减速机时应优先考虑传动效率高的类型,按照表5发现齿轮减速机和摆线针轮行星减速机比较符合我们的设计要求,再经过查询相关资料,最终确定使用摆线针轮行星减速器。摆线针轮行星减速器 的外形和尺寸见图6:图6 减速机形状及安装尺寸4.3 机座的选择立式搅拌反应釜的传动装置是布置在反应釜的上封头上,而传动装置又不可能直接装在封头上,所以就需要通过机座来安装在反应釜封头上,同时在机座里面要留有足够的空间,用来容纳联轴器、轴封装置等各种部件,还需要在机座内保证安装操作所需要的空间。在很多情况下,机座中间还要求安装中间轴承装置,用来改善搅拌轴的支撑条件。机座有三种型式:分为是双支点机座、单支点机座以及无支点机座。双支点机座适用于悬臂轴。单支点机座适用于减速机或电动机可看作一个支点,或反应釜内可设置底轴承和中间轴承的情况。无支点机座一般用于轴向载荷较小和传递小功率的条件。单支点机座和双支点机座都已经有标准系列产品。目前国内使用的机座标准为HG 215661995搅拌传动装置单支点支架和HG 216571995搅拌传动装置双支点支架。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。单支点支架的结构示意图见图7。图7 单支点机座4.4 联轴器装置的选型为了将电动机和转动装置联接起来,在它们中间设置了一个中间装置,这个装置就叫做联轴器,为了减少机器的损耗,必须保证电动机和转动装置的中心线在同一个圆心上。4.4.1 联轴器的机构类型联轴器因需要连接很多种不同的结构,所以要满足各种机构的需求,因此有两种不同类型的选用:弹性联轴器和刚性联轴器。联轴器联接两边的转轴允许有一定量的不对中发生的称为弹性联轴器,即动态下可变形的联轴器;不允许有不对中发生的,且联轴器本身动态下无变形的称为刚性联轴器。刚性联轴器没有弹性量,使用螺栓、短管连接,具有超低惯量、重量轻和非常高的灵敏度,不需要保养,还具有超强抗油与耐腐蚀性等优点。弹性联轴器允许两根被联接到一起的轴之间的同心度有一定的偏差,应用广泛。表6是一些是我们经常用到的联轴器类型:表6 几种联轴器的基本特征联轴器类型立式夹壳联轴器凸缘联轴器十字滑块联轴器弹性圆柱销联轴器特点靠摩擦力传导扭矩力,由两个半环组装而成的悬吊环在夹壳的中部,作用是用来固定轴的轴向位置。适用于最高使用温度为250,最高圆周速度5m/s。由两个凸缘盘式半联 轴器、联接键和螺栓等 组成。有两种不同的结构由两个带有沟槽的半联轴器 和一个带有互 相垂直凸牙的中间盘组成。可以补偿两轴间的轴向偏移、径向偏移和小量的 角偏移。它的构造与刚性凸 缘联轴器相似,不 同的是用套有橡胶圈的柱销代替了联 接螺栓。通过橡胶 圈传递运动和扭矩径向偏移量为3-6mm,角偏移量为1。优缺点优点是构造简单、拆卸方便。缺点是只适用于低转速,并且不适用于有冲击的情况,生产出来的产品单一,后期还要加工。可承受较大载荷,结构简单,被联接的两轴对中精确,应用广泛,但要求安装准确。只适用于转速少于250r/min,轴刚度较大,并无剧烈冲突的场合。制造容易、成本低,装拆方便,适用于载荷平稳,需要正、反转或起动频繁的中、小载荷传递 的情况。4.4.2 联轴器的选用由于本设计使用的是摆线针轮行星减速器,为了使设计合理,所以联轴器的型式选用立式夹壳联轴器。由搅拌轴的直径d=60mm,查立式夹壳联轴器基本参数和尺寸,取GJL4型立式夹壳联轴器。4.5 底座的设计如图8所示,底座的两边设有孔,其中还有设置在孔旁边用来调节螺杆以及调节螺杆的把手,其中把手位于底座的侧面上,图9底座上表面至少三个凹槽存在,凹槽的下面部分与孔相连。填料箱的结构如图8所示:图8 填料密封的结构型式填料箱的箱体的 其它尺寸都由和它相 匹配的安装底盖确定。4.6 安装底盖与密封箱体、机架的配置配置结构如图9所示图9 安装底盖与密封箱体、机架的配置结构5 轴封装置的选用轴封装置的选用是反应釜设计中很重要的一个环节,轴封装置的好关系到整个反应釜设备的安全,同时对操作人员的人身有着至关重要的影响。反应釜中介质的泄露会使物料 浪费并对环境造成污染, 剧毒、腐蚀性介质、以及易燃、易爆物质的泄露会危及设备安全和人身安全。安全总是应该放在第一位,所以说选择一个合适的轴封装置是非常重要的。5.1 反应釜轴封装置的类型在反应釜中的使用的轴封装置主要有两种,即机械密封与填料密封,其优缺点如表7:表7 机械密封与填料密封的特点与优缺点项目机械密封填料密封特点泄漏的量很少,几乎没有泄漏。使用寿命很长,大约可以连续使用23年或者更加长的寿命,而且不会有轴的磨损,动环密封圈与轴(轴套)有轻微磨损时,可以不作调整,自动调整补偿,泄漏量不变。泄漏的量多:一般泄漏量为5ml/min20ml/min,寿 命短的需要定期更换轴(轴套)和填加物,当轴(轴套)有磨损时,就需要用压紧填料压盖的方法来调整,不然泄漏量将变大,这是由于填料与轴的接触面积大,相应的功率就将增大,摩擦系数也会随之变大。优点功率消耗小,摩擦系数较小,接触面积小,用途非常广泛,能够适应比较高的转动速度、压力和较大的温差。泄漏的量很少,几乎没有泄漏。使用寿命很长,大约可以连续使用23年或者更加长的寿命,而且不会有轴的磨损,动环密封圈与轴(轴套)有轻微磨损时,可以不作调整,自动调整补偿,泄漏量不变。缺点结构复杂,由于工件的数量众多,所以加工精度很高,安装起来比较困难,要求操作者有一定的技术能力。更换起来更难,需要将整个主机拆分才能更换。适用范围不大,在转速、温度、密封压力等方面有限制。5.2 密封类型的选择由表8经过对两种轴封装置的比较,发现机械密封非常符合我们在这次设计中对于密封的要求,它安全可靠并且可以提高反应釜的性能,因此我们选用了机械密封。表8 填料密封与机械密封的详细比较 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23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、静环平直度及表面光洁程度要求高,不易加工,装拆不便,成本高对材料的要求一般动环、静环要求较高减摩擦性能5.3 机械密封的结构和工作原理图10 机械密封的结构图示图10是一种釜用机械密封装置的简单结构图 。从图中可以看到机械密封是由 静环5;动环15;弹簧加荷装置13、12、11、10、7及辅助 密封圈16、6等四个不可缺少的部分所组成。静环依靠静双头螺栓4、螺母3、和环压板2一起固定在静环座1上,静环座与设备 联接。当轴9转动时,静环是静止不动的,弹簧座11依靠三只紧定螺钉17固定在轴上,而双头螺栓12使弹簧座与弹簧压板13作轴向固定,三只固定螺钉14又使弹簧压板与动环作轴向固定。因为轴转动时的,弹簧座 跟着一起动了,而其他零件也跟着一起 旋转了起来。静环和动环由于弹力的因素 牢牢 的靠在一起。当轴旋转时,动环在轴转动 的同时也转动了,而静环则不能转动,被固定住了,介质也就不易泄漏。从结构上看,机械密封可以有效的防止介质的泄漏。机械密封有外壳装置,既能保护动、静环等零件不受到碰撞,在其腔体内的空隙还需接通 循环保护系统,以保持调压、调温、润滑等功能。5.4 机械密封的分类 机械密封的分类主要是根据结构特点来进行分类的,通常是基于摩擦副的对数,弹簧的个数,介质在端面引起的压力情况等加以区分,其结构型式有以下几种,见表9。表9 机械密封的结构型式及特点结构型式特点单面型只有一对摩擦副,结构结构简单,制造、安装非常容易,只适用于对密封要求一般而且压力较低的场合双面型两个摩擦副大弹簧型又称作单弹簧,即在密封装置内只有一个弹簧与轴同心安装,安装简单,轴径小宜用大弹簧结构,小弹簧型又称为多弹簧,即在密封装置中有多个弹簧沿圆周均匀分布。弹簧力分布均匀、缓冲性能好。密封要求高者采用小弹簧。平衡型介质压力、负载区域表面上相应的推力 增加,紧贴的端面就有被推开 的趋势。空载运行时会导致发热加剧和磨损,密封失效,只适用于介质的平衡压力较低 的场合非平衡型可少受或不受介质压力变化 的影响,结构比较合理,可以用于压力波动大或压力较高的密封场合。5.5 机械密封的选择查相关文献,本次设计采用的机械密封类型为单端面平衡型机械密封2002型带内置轴。6 零部件的加工要求与检测6.1 轴的加工要求搅拌轴是反应釜的一个重要部件,它的加工好坏对与之装配的搅拌器与轴封有一定的影响。安装机械密封的轴表面,由于无接触磨损问题,其表面加工光洁度通常为0.8m左右。装配精度按基孔制为H8/h7。轴的直线度要求因转速不同而异,其值如下:10001800r/min时 0.08/1000以下100300r/min时 0.10/1000以下100r/min以下时 0.15/1000以下6.2 机械密封主要零件的加工及检验6.2.1 密封环的加工要求密封环是机械密封中最重要的密封元件,除了材料选择外,加工要求是重要的一环,因为它对密封的使用寿命和可靠性有很大的影响。衡量密封环加工质量的标准是平直度和表面粗糙度,对密封环来说,规定经过精研的接触面,其平均粗糙度为Rp=0.7m0.3m和平直度为23个光带。测量表面平直度用单色氦光源测试仪(一氦光带为0.3m)。6.2.2 轴套的加工要求在平衡型机械密封中,为了避免轴带有台阶,以降低制造成本,采用带轴套的结构,因此轴套在机械密封中也是一个重要的部件。关于轴套的加工主要是满足装配精度,通常轴套与轴的装配精度可按基孔制IT9级加工,其外径可按相同的公差制度和相同的等级进行加工。由于需要在轴套上安装静密封原件,其表面光洁度应不低于0.8m。6.2.3 弹簧的加工要求弹簧在机械密封中的主要作用是使密封圈始终保持接触,并使密封面的初期密封得到保证。为了保证初期密封的可靠性,密封面必须有均匀的弹簧压力,这对多弹簧的机械密封来说容易办到,因为它弹簧力比较均匀的作用在接触密封面上,而且对于同一组弹簧只要求有相同的高度就行。但对于大弹簧来说,要使接触面弹簧力分布均匀,就必须使弹簧的两个端面互相平行且垂直于弹簧轴线,这就对大弹簧提出较高的加工要求。大弹簧端面垂直度偏差应小于1/100,若置于平板上不允许有搬动现象。6.3 反应釜壳体的制造要求与检验对于带加热或冷却夹套的壳体,在制造过程中,还要注意被夹套遮盖部分的焊缝质量。在不能用其他方法确定焊缝质量的情况下,必须利用壳体夹套进行试压。具体的相关技术要求见装配图。参考文献1 陈炳和,许宁.化学反应过程与设备.北京:化学工业出版社,20142 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京:中国标准出版社,20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京:化学工业出版社,20054 朱振华,邵泽波.过程装备制造技术.北京:化学工业出版社,20115 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州:华南理工大学出版社,19866 赵惠清,蔡纪宁.化工制图.北京:化学工业出版社,20157 谭蔚.化工设备设计基础.天津:天津大学出版社,20148 汤善甫,朱思明.化工设备机械基础.上海:华东理工大学出版社,19919 陈志平,章序文. 搅拌与混合设备设计选用手册. 北京:化学工业出版社,200410 李克永. 化工机械手册. 天津:天津大学出版社,199111 GB 1502011,压力容器S. 北京:中国标准出版社,201212 王凯, 虞军. 搅拌设备. 北京:化学工业出版社, 200313 蔡仁良, 顾伯勤,宋鹏云. 过程装备密封技术. 北京:化学工业出社,201014 机械工程手册编辑委员会电机工程手册编辑委员会编. 机械工程手册. 第2版.北京:机械工业出版社,199715 陈志平,章序文,林兴华. 搅拌与混合设备设计选用手册. 北京:化学工业出版社,200416 王凯,冯连芳. 混合设备设计. 北京:机械工业出版社,200017 郑津洋, 桑芝富. 过程设备设计. 北京:化学工业出版社,201518 喻健良. 化工设备机械基础.大连:大连理工大学出版社,201419 Theodore L. Continuous Stirred Tank Reactors. Chemical Reactor Analysis and Applications for the Practicing Engineer, 181-207致 谢在毕业论文即将完成之际,我要特别感谢这两年来在学习和生活方面支持鼓励我的老师和同学们。一方面,我要感谢我的指导老师,是XX老师对学术的严谨踏实以及对工作的兢兢业业使得我在整个学习期间都充满了动力,是XX老师的辛勤指导让我一步一步走到今天。每当学习过程中陷入迷茫之时,XX老师总是耐心的加以引导并给予最大的支持;学习之余,言谈之中,XX老师经常讲述一些为人处世基本的道理,对此我受益匪浅。本文的完成,得到XX老师莫大的帮助,经过毕业设计阶段的磨练和努力,终于独立完成了冷却器的设计。在这期间,我查阅了学校图书馆里很多关于相关领域机械的资料,并且在网上查阅了相关内容,学习了很多知识,受益匪浅。无论是课题的选取还是最终的论文设计,在每一个重要环节都有XX老师的耐心指导,不然我不会这么轻松顺利地完成。特别是在前期的准备工作当中,XX老师给我提供的建议让我心里有了大致的安排计划。此外,在后期修改上XX老师也同样耗费了巨大的心思,XX老师提出一些我意想不到的问题和建议,这些都是我感触良多。XX老师的博学让我明白人永远都不能停止学习,要多用脑,开发思维,这样才能做一个思维灵活、合格严谨的设计人员。总之,在整个设计期间XX老师对我的激励和启发是很大的,不仅仅是老师学术超群,更重要的是XX老师待人处事的风格,不弄虚作假、实事求是的品格更是值得我去研究学习。在此,我由衷地向XX老师再说一声谢谢。与此同时,也同样感谢各级领导、同学和老师们的帮助以及关心。在此还要感谢我论文中所用到的参考文献与他们的作者,正是你们的研究成果才能让我能够顺利完成论文。因为本人时间有限、水平不足,本文有欠缺之处,还请各位老师多多指教。38
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