3000升开式搪玻璃反应釜的设计-毕设论文.doc

内蒙古科技大学毕业设计
3000升开式搪玻璃反应釜的设计

摘要：搪玻璃设备具有质量好、耐腐蚀等优点，对资源的节约、我国经济发展和石油工业的发展起着巨大的作用。设计一台操作容积为3000L的搪玻璃反应釜，全容积为3715L。按照GB150-1998《钢制压力容器》，HG2432-2001《搪玻璃设备技术条件》，HG/T2371-2003《搪玻璃开式搅拌容器》进行设计、制造、检验和验收。 容器圆筒的材料为Q235B，工作压力为0.4MPa，工作温度为0 ~ 200℃；夹套材料为Q235B，工作压力为0.6MPa，工作温度为0 ~ 200℃。此次设计主要进行了搪玻璃反应釜的结构设计和强度计算。进行了圆筒壁厚计算，夹套的壁厚计算，电动机轴功率校核，搅拌器强度校核，开孔补强计算，耳座的校核等。该设备按JB/T4709-2009进行焊接，焊缝进行无损探伤。该设备应根据TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》和《压力容器定期检验规则》的要求定期检验。

关键词：搪玻璃；反应釜；耐腐蚀

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The design for 3,000 litres open-cycle glass lining reaction kettle

Abstract: Glass-lined equipment with good quality, corrosion resistance, etc., resource conservation, economic development and the development of the oil industry plays a huge role. The design operating glass-lined reactor with a volume of 3000L, 3715L full volume.《Steel pressure vessel》in accordance with the GB150-1998 HG2432-2001《glass-lined equipment technical conditions》, HG/T2371-2003《glass-lined open mixing vessel》for the design, manufacture, inspection and acceptance. The material of the container cylinder Q235B, working pressure to 0.4MPa, the operating temperature of 0 to 200 ° C; jacket material for Q235B, working pressure of 0.6MPa, the operating temperature of 0 to 200 ° C. The design is mainly for the structural design and strength calculation of glass-lined reactor. Cylinder wall thickness, the wall thickness of the jacket, the motor shaft power check, stirrer strength check, opening reinforcement calculation, ear seat check. The device JB/T4709-2009 welding, weld NDT. The equipment should be based on the requirements of the TSG R0004-2009《fixed-pressure vessel safety technology to monitor the procedures》 and 《regular pressure vessel inspection rules 》periodic inspection.

Key words: Honing glass ; reaction kettle; corrosion resistance.

目录
摘要……………………………………………………………………………………1
Abstract………………………………………………………………………………2
绪论……………………………………………………………………………………5
第一章 反应釜釜体与传热装置……………………………………………………7
1.1反应釜釜体…………………………………………………………………7
1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度…………………………………………7
1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度…………………………………………8
1.1.3夹套类型的选择…………………………………………………………9
1.1.4夹套圆筒的应力计算……………………………………………………9
1.1.5夹套试验压力…………………………………………………………10
1.2确定反应釜内筒的材料和壁厚……………………………………………11
1.3封头、卡子及密封装置的选择……………………………………………13
第二章 反应釜的传递装置…………………………………………………………14
2.1减速装置…………………………………………………………………14
2.2电动机基本特性及选用…………………………………………………16
2.3机架………………………………………………………………………17
2.3.1机架的选用原则………………………………………………………17
2.4传动轴……………………………………………………………………18
2.5联轴器……………………………………………………………………19
第三章 反应釜的搅拌装置…………………………………………………………20
3.1搅拌器……………………………………………………………………20
3.1.1搅拌器的选择…………………………………………………………20
3.1.2搅拌器的强度计算……………………………………………………21
3.2搅拌轴……………………………………………………………………24
3.2.1揽拌轴的材质及加工要求……………………………………………24
3.2.2搅拌轴直径的确定及强度计算………………………………………24
第四章 反应釜的轴封装置………………………………………………………34
4.1轴封装置的选用原则……………………………………………………34
4.2机械密封原理……………………………………………………………34
4.3填料密封原理……………………………………………………………35
4.4机械密封与填料密封的对比……………………………………………35
4.5机械密封及其循环保护系统的选择……………………………………35
4.6反应釜耳座的选用计算…………………………………………………36
第五章 反应釜开孔补强计算……………………………………………………38
5.1人孔M的开孔补强计算………………………………………………38
5.2 温度计套管口T的开孔补强计算……………………………………40
5.3 搅拌孔e的补强计算……………………………………………………42
5.4 放料口f的补强计算……………………………………………………44
第六章 主要技术要求……………………………………………………………46
6.1 材料方面…………………………………………………………………46
6.2 焊接方面…………………………………………………………………46
6.3 焊缝无损探伤……………………………………………………………46

结语…………………………………………………………………………………47
参考文献……………………………………………………………………………48
致谢…………………………………………………………………………………50

绪论
搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃，衬在钢制容器的内表面，经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。所以，它具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，是一种优良的耐腐蚀设备。搪玻璃反应釜广泛地应用于化工、石油、医药、农药、食品等工业。
搪瓷反应釜技术规范：

1、 使用压力：0.2---0.4Mpa
2、耐酸性：
对各种有机酸、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。如将我厂生产的搪玻璃试样置于20%HCI溶液中煮沸48h，腐蚀速率为0.9lg/m2.d（优等品指标为1.0g/m2.d）。
3、耐碱性：
搪玻璃对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。但将我厂搪玻璃试样置于1N氢氧化钠溶液腐蚀，试验温度80℃时间48h。腐蚀速率为6.76g/m2.d（优等品指标为7.0g/m2.d）。
4、操作温度：搪玻璃设备加热和冷却时，应缓慢进行。我厂制造的搪玻璃设备使用温度为0－200℃，耐温急变性≥200℃。
5、瓷层厚度：玻璃设备的瓷层厚度0.8-2.0mm，搪玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm。
6、耐压电：搪玻璃具有良好的绝缘性，当搪玻璃在规定厚度内用20KV高频电火花检查瓷层时，高频电火花不能击穿瓷层。
7、耐冲击性：玻璃层的内应力越小，弹性越好，硬度越大，抗弯抗压强度越高，则耐冲击就越好。
8搪玻璃设备的耐温差急变性是指搪玻璃表面或其反侧的金属基体经受突然温度急变的性能。搪玻璃设备耐温差急变温度为：冷急变温度为110℃，热急变温度为120℃。
本设计主要介绍制胶搪玻璃反应釜的结构、特点和各个零件的选型原则。
制胶搪玻璃反应釜的基本结构：反应釜、搅拌装置、传动装置、轴封等组成。搅拌装置由搅拌轴和搅拌器组成，靠搅拌轴传动动力，由搅拌器达到搅拌目的。传动装置包括电动机、减速机、机座、联轴器、底座、和活套法兰等附件，它为搅拌器提供搅拌动力和相应的条件。轴封装置为反应釜和搅拌轴间的密封装置，以封住反应釜体内的流体不致泄露。
制胶搪玻璃反应釜机械设计的依据：制胶搪玻璃反应釜机械设计是在工艺设计之后进行的。工艺设计所确定的对反应釜的工艺要求是机械设计的依据。反应釜的工艺要求通常包括反应釜的面积、最大工作压力、工作温度、工作介质、腐蚀情况、传热面积、换热方式、搅拌形势、转动及速率、接管方位尺寸的确定等。反应釜中的搅拌器有锚式、框式、浆式、涡轮式，刮板式，组合式，转动机构可采用摆线针轮减速机、无级变速减速机或变频调速等，可满足各种物料的特殊反应要求。密封装置可采用机械密封、填料密封等密封机构。加热、冷却可采用夹套、半管、盘管、米勒板等机构，加热方式有蒸汽、电加热、导热油，以满足耐酸、耐高温、设计磨损、抗腐蚀等不同工作环境的工艺要求。可根据用户工艺要求进行设计、制造。
制胶搪玻璃反应釜机械设计大体包括：1确定反应釜的结构形式和尺寸；2选择材料；3计算强度或稳定性；4选择主要零件；5绘制图样；6提出技术要求。

第一章 反应釜釜体与传热装置
搅拌设备常被称作搅拌釜（或搅拌槽），当搅拌设备用作反应器时，又被称为搅拌釜式反应器，有时简称反应釜。釜体的结构型式通常是立式圆筒形，其高径比值主要依据操作容器的装液高径比以及装料系数大小而定。传热方式有两种：夹套式壁外传热结构和釜体内部蛇管联合使用。根据工艺需要，釜体上还需要安装各种工艺接管。所以，反应釜釜体和传热装置设计的主要内容包括釜体的结构和部分尺寸、传热形式和结构、各种工艺接管的安设等。

1.1反应釜釜体

1.1.1确定反应釜釜体的直径和高度

在已知搅拌器的操作容积后，首先要选择筒体适宜的长径比（H/Di），以确定筒体直接和高度。选择筒体长径比主要考虑一下两方面因素：
①　 长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5(其中D：搅拌器直径；P：搅拌功率），P随釜体直径的增大而增大很多，减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率。一次一般情况下，长径比应该大一点。
②　 长径比对传热的影响：当容积一定时H/Di越高越有利于传热。
长径比的确定通常采用经验值。
表1-1
种类
罐体物料类型
H/Di
一般搅拌罐
液-固或液-液相物料
1-1.3

气-液相物料
1-2
发酵罐类

1.7-2.5

在确定反应釜直径和高度时，还应该根据反应釜操作时所允许的装料程度---装料系数η等予以综合考虑，通常装料系数η可取0.6-0.85.如果物料在反应过程中产生泡沫或沸腾状态，η应取较低值，一般为0.6-0.7；若反应状态平稳，可取0.8-0.85（物料粘度大时可取最大值）。因此，釜体的容积V与操作溶积V0有如下关系：
V=V0/η…………………………………………………………………（1.1）
选取反应釜装料系数η=0.8，由V=V0/η可得设备容积：
V=V0/η=2.97/0.8=3.715
对液-液相类型选取H/Di=1.3，
由公式……………………………………（1.2）
将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=1600mm，查JB/T4746-2002，DN=1600mm时的标准封头曲面高度h=400mm，直边高度h2=25mm，封头容积Vh=0.5864，内表面积Fh=2.9007，由手册查得每一米高的筒体容积为，表面积。
由公式可知筒体高度…………………（1.3）
筒体高度圆整为H=2100mm。
于是，复核结果基本符合原定范围。

1.1.2确定反应釜夹套的直径和高度

Dj可根据罐体内径按下表推荐的数据选取。
表1.2夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）
Di
500~600
700~1800
2000~3000
Dj
Di+50
Di+100
Di+200
对于筒体内径Di=700~1800mm，夹套内径Dj=Di+100，因此Dj=1600+100=1700mm，符合压力容器公称直径系列。
按式
……………………………（1.4）
取夹套高度Hj=1200mm，则夹套顶部与釜体法兰间应留有足够的距离：这样便于筒体法兰拆装。
验算夹套传热面积：

（查 化工设备基础 16-5 16-6得 ）
夹套传热面积符合传热要求。
符号说明
—厚度附加量
—钢板或铸铁件厚度的负偏差
—夹套的腐蚀余量
—夹套的内直径
—夹套的外直径（）
—计算压力
—夹套的最大允许工作压力
—夹套的计算厚度
—夹套的有效厚度
—夹套的名义厚度
—设计温度下圆通材料的需用应力
—焊接接头系数
—设计温度下材料的弹性模量
—许用外压力
—容器筒体的实际壁厚,
—夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，

1.1.3夹套类型的选择
U型整体夹套，采用封口锥方式与筒体连接
夹套的最高工作压力
夹套的材料为Q235 B，许用应力
夹套的最高工作压力
夹套的壁厚的计算

所以夹套圆筒的厚度圆整为。
1.1.4夹套圆筒的应力计算
夹套圆筒的有效厚度的计算

的计算

圆筒的应力计算

所以应力强度符合要求。
夹套圆筒的最大允许工作压力

所以夹套圆筒的最大允许工作压力符合要求[1]。
1.1.5夹套试验压力
夹套的水压试验

所以夹套水压试验压力为0.75。
夹套压力试验前的应力校核
压力试验前，应按下式校核夹套应力：

液压试验时，满足
所以夹套试验前得应力校核满足要求。
夹套椭圆形封头的计算
设计温度下标准椭圆封头的计算厚度的计算

则夹套椭圆形封头厚度圆整为。
有效厚度的计算

所以夹套封头厚度符合要求。
夹套椭圆形封头最大允许工作压力的计算

所以夹套椭圆形封头最大允许工作压力符合要求。
封口锥

所以封口锥的厚度符合要求。
封口锥厚度应等于或大于某相接的夹套筒体壁厚则取等于。

1.2确定反应釜内筒的材料和壁厚

筒体材料的选用要根据所给相关数据来选取，材料Q235-B的设计压力P≤1.6MP，使用温度为0~350℃，用于壳体时，钢板厚度不大于20mm，不可用于毒性强度为高度和极危害介质的压力容器，还根据本次设计要求，选Q235-B，已知筒体受内压，取设计压力0.4MP，设计温度为200℃。

符号说明
—厚度附加量
—钢板或铸铁件厚度的负偏差
—筒体的腐蚀余量

—筒体的内直径
—封头曲面深度
—筒体的外直径（）
—计算压力
—筒体的最大允许工作压力
—筒体的计算厚度
—筒体的有效厚度
—筒体的名义厚度
—设计温度下圆通材料的需用应力
—焊接接头系数
—系数，查GB150 图6—1~表6—9
—系数，查图6—3~图6—10.
—设计温度下材料的弹性模量
—圆筒计算长度
—许用外压力
内压圆筒壁厚的计算
的计算
公式适用范围

所以该公式适用
内压圆筒的计算厚度

假设
令
外压圆筒的计算与校核

查GB150得使用下面方法进行外压圆筒的计算
假设，则
=椭圆直边段之间的长度加上曲面深度的
则
由 ， 、
查得：外压或轴向受压圆筒和管子集合参数计算图
外压圆筒、管子和球壳厚度计算图。
许用外压力的计算

则假设成立，取圆筒的。
1.3封头、卡子及密封装置的选择

封头的选择
椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，适合中、低压容器。故该搪玻璃反应釜选用椭圆形封头。
卡子的选型
根据HG/T2054-2007《搪玻璃设备 卡子》规定，A型卡子适用于设计温度高于-20℃~200℃，设计压力小于等于1.0MPa的搪玻璃设备，该设备选用法兰高度为110mm。则h3=110mm，所以选用卡子的型号为AM20[15]。
密封装置的选用
密封主要有两种：填料密封和机械密封。本设备选用机械密封。机械密封是把转轴的密封面从轴向改为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并做相对运动达到密封的装置，又称端面密封。机械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用寿命长，在搅拌反应器中得到广泛使用。故本设备选用机械密封作为密封装置。

第二章 反应釜的传递装置

反应釜的传动装置包括电动机、减速机、机架、传动轴、传动轴联轴器、搅拌釜内联轴器、活套法兰、安装底盖、搅拌轴轴封等。
反应釜的长动装置通常设置在反应釜的顶盖（上封头）上，一般采用立式布置电动机经减速机将转速减至工艺要求的搅拌转速，再通过联轴器带动搅拌轴转速，从而带动搅拌器转动。电动机与减速机配套使用，减速机下设置一机架，安装在反应釜的封头上。考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及装卸检修的方便，常在机架下安装一个安装底盖，还在上封头的开口处安装一个活套法兰。

2.1减速装置

1） 主要形式：
目前我国已颁布的标准釜用立式减速机，有摆线针齿行星减速机、两级齿轮减速机、三角皮带减速机和谐波减速机四种。
a. 摆线针齿星减速机：减速比87~9，转速16~160r/min,功率0.6~30kw。特点是传动效率高，结构紧凑，拆装方便，寿命长，承载能力高，工作平稳，允许正反转。
b. 两级齿轮减速机：为两级同中心距并流式斜齿轮减速传动装置。减速比11.6~5.63，转速125~250r/min，功率0.6~30Kw。体积小，效率高，制造成本低，结构简单，装配检修方便，可以正反转。
c. 三角皮带减速机：单级三角皮带传动的减速装置。减速比4.53~2.9，转速320~550r/min，功率0.6~5.5Kw。结构简单，过载打滑，起保护作用，允许反转。
d. 谐波减速机：减速比359~90，转速4~16r/min，功率0.6~13Kw。结构简单，重量轻，承载能力高，运转平稳，封闭性好，可用于有防爆要求的场合。

查标准《搅拌传动装置系统组合、选用及技术要求》（HG21563-1995）以及《釜用立式减速机》，按照搅拌功率和转速选择摆线针齿行星减速机，已知搅拌转速为85r/min，功率为5.5kw，查标表可知，选用机型号为3，减速比为17的摆线针齿行星减速机，其传动效率为0.9。
标定符号为:BLD 3-3-17。

表2.1釜用立式减速机的基本特性

特性

减速机类型
摆线针齿行星减速机
两级齿轮减速机
三角皮带减速机
谐波减速机

减速比范围
87-9
11-6
4.5-3
360-90
输出轴转速范围r/min，(配用四级电动机)
16-100
125-250

320-500

4-16
功率范围kw
0.6-30
0.6-30
0.6-5.5
0.6-13
效率
0.9-0.95
0.93
0.91
大于0.83
主要特点

本机为利用少齿内啮合行星传动的减速装置，减速比大，寿命长，故障少，装拆方便，结构紧凑，重量轻，与同功率的涡轮减速机相比，效率高而体积可小一半左右:有取代涡轮减速机的趋向。
本机为两级同中心距斜齿轮传动的减速装置，传动比准确，寿命长。

本机为单级三角皮带传动的减速装置，结构简单，过载时会产生打滑现象，因此能起安全保护作用，但由于皮带滑动不能保持精确的传动比。

本NL为利用行星轮
为柔轮的少齿差内
啮合行星传动的减
速装置 ,减速比可
很大。

特性参数

功率、按输出轴轴颈面分的机型号、减速比
中心距

三角皮带型号、根数
柔轮分度圆直径

应用条件

对过载和冲击载荷有较强承受能力，可短期过载75%，允许正反旋转，可用于有防爆要求的车间，与电动机直
联供应

允许正反旋转，应采用夹壳联轴器或弹性块式联轴器与搅抖轴连接，不允许承受外加轴向载荷，适用于连续搅拌的化工设备，可用于有防爆要求的车间.与电动机直联供应
允许正反旋转，一
般以夹壳联轴器与搅拌轴连接，搅拌器重量可由本机承受，不能用于有防爆要求的车问，适用于连纯搅拌的化工设备

可不需多级传动而用十转速低级的搅拌传动装置，可用于有防爆要求的车间

标定符号

BLD功率-机型号-减速比
BLY机型号-减速比-功率
LC-中心距-顺序号

P三角皮带型弓
根数-顺序号

XB柔轮分度圆直径
-顺序号

标准图号
HG5-744-78
HG5-745-78
HG5-746-78
HG5-747-78
注:电动机若采用AJ02(防爆型)型时，在标定符号前加“A"字样，对BJ02(隔爆型)加“B”字样，对J02型电动机则不加写代号。

2.2电动机的基本特性及选用

通常电动机与减速及配套供应，设计时可根据反应器应配电机功率、转速、安装形式及防爆要求，选择电动机及配套的减速机。

电动机的轴功率校核
符号说明
—轴封处摩擦损耗功率,
—搅拌轴功率,
—电动机计算功率,
—传动效率
轴封处摩擦损耗功率的计算

由于该填料密封采用单端面密封
则

搅拌轴功率的计算
其中搅拌介质选择乳胶聚合
则
电动机计算功率的计算
由传动类型为摆线针轮行星传动，则传动装置各零部件的传动效率。
则
圆整为
2.3机架

2.3.1机架的选用原则

具备下列条件之一者，可选用单支点机架:
①减速机输出轴侧的轴承作为一个支点者;
②设置底轴承，作为一个支点者:
⑧在搅拌容器内设置中间轴承，并能作为一个支点者。
本设计中以减速机输出轴侧的轴承作为一个支点者，故选用单支点机架。为了与标准配合，传动轴的轴径选用d=80mm，参考标准（HG21566-95《搅拌传动装置-单支点机架》 ），选用机架公称直径为300mm, B型单支点机架。结构如下图:

具体尺寸表:

表2.2机架尺寸表mm

查表可知:传动轴轴径d=80mm时，机架的公称直径取300mm, D1=320mm, D2=400mm, D3=445mm, D4=495mm, D5=530mm, H=1040mm, H1=399mm,螺栓数量为12-M22,轴承型号46219，机架质量137kg,又由表查得:单支点机架的支点轴承间距L=690mm。
机架的标记为:HG21566-1995机架B 300-80。

2.4传动轴

为了与标准配合，传动轴的轴径选用d=80mm，材料为Q235-B，并且在轴的外表面加一玻璃层，以提高其耐腐蚀性。
传动轴采用上装式，传动轴釜外轴头形式为D型，即釜外联轴器为带短节联轴器。
传动轴釜外轴头形式如下:
查表可知:传动轴轴径d=80mm，上端轴径d1= 65mm,釜内轴长L=550mm,下端轴径d2=80mm。
传动轴的标记为:HG21568-1995 BSD 300-80/550-Q235-B。

2.5联轴器

带短节联轴器用于搅拌机传动装置的减速机输出轴与传动轴的连接，并在拆卸联轴器的短节之后，能在不拆除减速机和机架的条件下，装拆机架的中间支点、轴承箱和轴封。因此釜外联轴器选用带短节联轴器。
查表《带短节联轴器的形式及与机架、传动轴的配套》可选用B型带短节联轴器。如下图:

带短节联轴器轴孔与轴的配合代号为H7/m6。
减速机输出轴的轴孔直径，即上半联轴孔径为80mm，传动轴的上端轴孔，即下半联轴孔径直径为65mm，材料为ZG270-500的B型带短节联轴器，其标记为:HG 21569. 1-95联轴器B90/75-ZG。

第三章反应釜的搅拌装置
搅拌装置由搅拌器、搅拌轴及其支撑组成。电动机驱动搅拌轴上的搅拌器以一定的方向和转速旋转，使静止的流体形成对流循环，并维持一定的湍流强度，
从而达到加强混合、提高传热和传质速率的目的。

3.1搅拌器

搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件，其功能是提供过程所需的能量和适宜的流动状态。其类型分为:推进式、浆式、涡轮式、锚式、框式、螺杆式、螺带式等，搅拌器选型时，主要考虑:
①　 具有显著的搅拌效果，特别是对多相反应。
②　 搅拌所消耗的能量应尽可能小。
③　 保证从反应器壁或侵入式热交换装置到反映混合物能有高的给热系数。

3.1.1搅拌器的选择
按搅拌器类型和适用条件选型:对低粘度流体的混合，推进式搅拌器由于循环能力强，动力消耗小，可应用到很大容积的釜中;涡轮式搅拌器应用最广，各种搅拌操作都适用，但流体粘度不超过50Pa} s ;桨式搅拌器结构简单，在小容积的流体混合币应用较广，对大容积的流体混合，则循环能力不足;对于高粘度流体的混合以锚式、框式、螺杆式、螺带式更为合适。本设计的搅拌器选择不带挡板的框式搅拌器。
表4-1搅拌器型试选择
搅拌器型式

流动状态
搅拌目的
搅拌容
器容积/m3

转速范围
/(r/min)

最高粘
度
/(Pa.s)

对流循环

湍流扩散

剪切流
低粘度混合

高粘度液混合反应
分散
溶解
固体悬浮
气体吸收
结晶
传热
液相反应
涡轮式
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
1-100
10-300
50
桨式
●
●
●
●
●

●
●

●
●
●
1-100
10-300
50
推进式
●
●

●

●
●
●

●
●
●
1-1000
10-500
2
折叶开启涡轮式
●
●

●

●
●
●

●
●
1-1000
10-300
50
布鲁马
●
●
●
●

●

●
●
1-100
10-300
50
金式

锚式
●

●

●

1-100
1-100
100
螺杆式
●

●

●

1-50
0.5-50
100
螺带式
●

●

●

1-50
0.5-50
100
注:有●者为可用:空白者不详或不合用。

3.1.2搅拌器的强度计算
符号说明
—搅拌器强度计算时的设计功率，
—每个桨叶强度计算时设计功率,
—轴上相同搅拌器的层数
—搅拌器的桨叶数，选择的是框式搅拌器，则桨叶数为4
—I-I断面上弯矩,
—由扭矩在I-I断面上增加的弯矩,
—I-I断面上的扭矩,
—I-I断面的抗弯截面系数
—I-I断面弯曲应力,
—桨叶的厚度

图1 框式搅拌器
搅拌器强度计算时的设计功率

每个桨叶强度计算时设计功率

框式搅拌器
I-I断面上弯矩的计算

桨叶垂直方向悬臂高度
查表得：
桨叶总高度
搅拌器半径
搅拌器叶根半径
则桨叶垂直方向悬臂高度H1按一下公式计算：

搅拌器横梁宽度中心线至椭圆形叶宽中心线的距离按下式计算：
[3]。
系数a的计算

I-I断面上的扭矩的计算

由扭矩在I-I断面上增加的弯矩按的计算

I-I断面的抗弯截面系数的计算

I-I断面弯曲应力

所以I-I断面弯曲应力符合要求。
框式搅拌器II-II断面的计算
II-II断面的弯矩

II-II断面上的弯曲应力
II-II断面的抗弯断面模数
II-II断面上的弯曲应力应满足：

所以II-II断面上的弯曲应力符合要求[7]。
3.2搅拌轴
3.2.1揽拌轴的材质及加工要求
搅拌轴工作时，主要受扭转、弯曲和冲击作用，故对轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。本设计转速较低，搅拌轴可用合金钢Q235-B，又因为设计中介质的腐蚀性较强，外加一层搪玻璃层以提高搅拌轴的耐腐蚀性。
3.2.2搅拌轴直径的确定及强度计算
符号说明
—悬臂轴两支点间（跨间）的距离，；
—设计最终确定的实心轴轴径或空心轴外径，；
—设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，；
—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，；
—按强度计算的悬臂轴搅拌侧轴承处实心轴轴径或空心轴外径；
强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；
—悬臂轴跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；
—悬臂轴段跨间段实心轴轴径或空心轴外径，；
—轴材料的弹性模量，；
—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；
—搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处质量偏心引起的
离心力，；
—第个搅拌器上的流体径向力，；
—轴材料剪切弹性模量，(合金钢)
—悬臂轴跨间轴段的惯性矩，；
—悬臂轴悬臂轴段（实心或空心）的惯性矩，；
—1～个圆盘（搅拌器及附件）的每个圆盘悬臂长度（对于悬臂轴）或1～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），；
—搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离搅拌侧轴承的距离（对于悬臂轴）或搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心离传动侧轴承的距离（对于单跨轴），；
—轴上弯矩总和，；
—由轴向推力引起作用于轴的弯矩，；
—按传动装置的效率计算的搅拌轴传递扭矩，；
—轴传递的最大转矩，
—由径向力引起作用于轴的弯矩，；
—固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；
、……—圆盘（搅拌器及附件）1、2……的质量，；
、……—圆盘（搅拌器及附件）1、2……的有效质量，；
—悬臂轴段轴的质量

—悬臂轴段轴的有效质量，；
—悬臂轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，；
—空心轴内径与外径的比值；
—轴的转速，；
—轴的一阶临界转速，；
—电动机额定功率，；5.5
—轴封处摩擦损耗功率，；
—设备内的设计压力，；
—相当质量的折算点；
—传动侧轴承游隙，；
—悬臂轴搅拌侧轴承或单跨轴末端轴承游隙，；
—单跨轴段或悬臂轴段轴有效质量的相当质量，；
、……—、……的相当质量，；
—在点所有相当质量的总和，；
—搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，（°）
—第个搅拌器叶片倾斜角（°）
—轴的扭转角，；
—由轴承径向游隙引起在轴上离轴承距离处的径向位移，；
—由流体径向作用力引起在轴上离轴承距离处的径向位移；
—由组合质量偏心引起在轴上离轴承处产生的径向位移，；
—离轴承距离处轴的径向总位移，；
—悬臂轴段惯性矩与跨间轴段惯性矩的比值

—搅拌物料的密度，；
—轴材料的密度，；
—轴上所有搅拌器其对应编号之和。
—传动装置效率，0.9
按扭转变形计算搅拌轴的轴径
搅拌轴受转矩和弯矩的联合作用，扭转变形过大会造成轴的振动，使轴封失效，因

图2 搅拌轴受力图
此应将轴单位长度最大扭转角限制在允许的范围内，轴转矩的刚度条件为

轴传递的最大转矩的计算

空心轴内径与外径的比值的计算

搅拌轴直径的计算
—许用扭转角，对于悬臂梁。
故搅拌轴的直径为

则取 符合要求。
按临界转速校核搅拌轴的直径
搅拌轴有效质量的计算
对于带框式搅拌器的刚性轴，其有效质量等于轴自身的质量。
① 悬臂轴两支点间距离的计算

② 第一个搅拌器悬臂长度的计算

搅拌轴的有效质量的计算
合金钢
则：对于悬臂轴
圆盘有效质量的计算
①柔性轴以及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的质量，即：
②轴及搅拌器的有效质量在点的等效质量之和的计算

③惯性矩的计算

④一阶临界转速的计算
合金弹性模量
则

则
所以临界转速符合要求
按强度计算搅拌轴的直径
轴上扭矩的计算

径向力引起的轴上弯矩的计算
流体径向力系数的计算

式中 —基本流体径向力系数，
—物料粘度修正系数
—搅拌容器内平直挡板数的修正系数
—搅拌器偏心安装的修正系数
—搅拌容器内件的修正系数
搅