机械密封反应釜毕业设计.doc

机械密封反应釜的设计 目录第一章、绪论 11.1研究的背景与意义 11.2国内外现状 11.2.1国外现状11.2.2国内现状21.3本文主要内容 3第二章、罐体几何尺寸计算 42.1工艺条件 42.2筒体内径 42.3封头尺寸 52.4筒体高度 52.5夹套几何尺寸计算 62.6传热面积计算 62.7夹套反应釜的强度计算 72.7.1强度计算的原则及依据 72.7.2内筒及夹套的受力分析 72.7.3强度计算（按内压计算厚度） 72.7.4稳定性校核 92.7.5水压试验校核 10第三章、反应釜的搅拌设置123.1搅拌器的选型123.1.1搅拌器的选型 123.1.2搅拌附件挡板 14第四章、传动装置的选型 154.1电动机的选型 164.2减速机选型 174.3机架的选取174.4联轴器18 4.4.1联轴器的选型 204.5搅拌轴功率的计算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27第五章、部分式机械密封装置的设计计算295.1填料密封305.1.1填料材料的确定及横断面尺寸的选择 315.1.2填料圈数 315.1.3填料密封的需用功率 325.2机械密封的设计计算335.2.1密封接触面内外径的计算 335.2.2端面比压与弹簧比压选择 335.2.3端面比压计算 335.2.4动静环的材质选择 345.2.5端面几何尺寸计算 355.2.6机械密封摩擦功率的计算 355.3辅助密封材料的设计选材365.3.1辅助密封材料材质的选择 365.3.2结构形式 365.4弹簧元件及弹簧力的计算375.4.1弹簧力的计算 375.4.2弹簧材料的选取 385. 5密封装置整体设计 38参考文献 39鸣谢401第一章、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，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。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机械密封反应釜为基础，介绍了机械密封反应釜的设计全过程，其中第二章讲述了机械密封反应釜的计算等内容，第三章介绍了反应釜的搅拌装置的设计，第四章介绍了传动装置的设计，最后参考文献与图纸附第二章、罐体几何尺寸计算2.1工艺条件具体参数：介质：次磷酸铝；水蒸汽 工作压力：最高工作压力为0.5 温度：最高工作温度195C 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0.85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。 搅拌设备的罐体一般是立式圆筒形容器，由顶盖、筒体和罐底组成，罐底大多为椭圆形封头，必要时也可选锥形封头。顶盖选用椭圆形封头或平盖。罐底与筒体的连接常采用焊接连接。顶盖与筒体的连接形式分为可拆和不可拆两种，要求可拆时，采用法兰连接。2.2 确定筒体内径 罐体全容积V与罐体的公称容积VN有如下关系： 一般有工艺条件给定容积V、筒体内径按照式（2-1）估算： （2-1）式中 V工艺条件给定容积，： 高径比，（按物料的类型选取，见表2-1） 填料系数，取0.85表2-1 常用搅拌容器的高径比种类筒体内物料类型高径比i反应釜、混合槽、溶解槽液-液或液-固体系1-1.3反应釜、分散槽气-液体系1-2聚合釜悬浮液、乳化液2.08-3.85搅拌发酵罐气-液体系1.7-2.5由表2-1可取，根据式（2-1）得：圆整得： 2.3 确定封头尺寸椭圆封头选取标准件见图2-1，它的内径于筒体内径相同，标注椭圆封头尺寸查JB/T 4746-2002标准可知：椭圆封头总深度H=690mm，容积，内表面积。图 2-1 椭圆封头2.4 确定筒体高度反应釜容积通常按下封头和筒体两部分容积之和计算。则筒体高度按照式（2-2）计算并进行圆整： （2-2）式中 封头容积，； -1米高筒体容积，/m。查表得：，再根据公式（2-2）得： 圆整得：2.5 夹套几何尺寸计算 夹套和筒体的连接长焊接成封闭结构，夹套的结构尺寸常根据安装和工艺两方面的要求而定。夹套内径可根据筒体内径按表2-2选取得：表 2-2 夹套内径于筒体内径关系/mm500-600700-18002000-3000/mm+50+100+200夹套下封头型式同罐体封头，其直径与夹套筒体相同。夹套高由传热面积决定，不能低于液料高。夹套高按式（2-3）估算： （2-3）将值代入式（2-3）得：，圆整取。2.6 传热面积计算 夹套所包围的罐体表面积（筒体表面积+封头表面积）一定要大于工艺要求的传热面积,即： （2-4）式中，（1米高的筒体内表面积）查表得：，由式（2-4）求出：，所以满足换热要求。2.7 夹套反应釜的强度计算2.7.1 强度计算的原则及依据强度计算中各参数的选取及计算，均应符合钢制压力容器的规定，强度计算应考虑以下几种情况。（1）圆筒内为常压外带套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按常压设计；（2）圆筒内为真空外带夹套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体按外压（指夹套压力）圆筒设计，其余部分按真空设计；当圆筒公称直径时，全部筒体按外压（指夹套压力）筒体设计；（3）圆筒内为正压外带夹套时当圆筒公称直径时，被夹套包围部分的筒体分别按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中较大值；其余部分按内压圆筒设计。当圆筒公称直径时，全部筒体按内压圆筒和外压圆筒计算，取其中最大值。2.7.2 内筒及夹套的受力分析 工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力为，夹套内工作压力为，则夹套筒体和夹套封头承受内压：而内筒的筒体和下封头既承受内压，同时又承受外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸汽压力，此时内筒承受外压。2.7.3 强度计算(按内压计算厚度) 罐体和夹套材料选用0Cr18Ni9和Q235-B，设计温度（容器内），（夹套内）；设计压力（容器内），（夹套内）。焊接接头系数取夹套内介质为谁蒸汽，故其液柱静压力可以忽略不计，则夹套的计算压力为：查表可知设计温度下，的需用应力为。筒体计算厚度由公式： (2-5)得，； 夹套计算厚度由公式： （2-6）得，； 筒体封头计算厚度由公式: （2-7）得， ； 夹套封头计算厚度由公式： （2-8）得， 取钢板厚度负偏差，腐蚀裕量：罐体为0，夹套，则夹套厚度附加量由公式： （2-9）得，； 筒体设计厚度由公式： (2-10) 得，；夹套设计厚度由公式： (2-11)得，；筒体封头设计厚度由公式： （2-12）得，；夹套封头设计厚度有公式： （2-13）得，。 对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于，若加上的腐蚀裕量，名义厚度至少应取。由钢材标准规格，名义厚度取为。所以： 筒体名义厚度： 夹套名义厚度： 筒体封头名义厚度： 夹套封头名义厚度：2.7.4 稳定性校核（按外压校核罐体厚度）（1）筒体名义厚度的计算取厚度附加量，假设筒体名义厚度，则筒体有效厚度：，筒体外径，筒体计算长度由公式： （2-14）得，系数,系数，,，许用外压力由公式： （2-15）得，。因此，名义厚度时，筒体能满足要求。（2）筒体封头的厚度计算假设筒体封头的名义厚度为，则筒体封头的有效厚度，封头外径。而系数由公式： (2-16)得，查得，许用外压力由公式： （2-17）得，。该假设满足要求，筒体封头名义厚度为。2.7.5 水压试验校核 材料屈服点应力， 罐体试验压力： （2-18）得，；夹套水压试验压力： （2-19）得，。罐体内筒水压试验时壁内应力： （2-20）得，；液压强度足够； 夹套内压试验应力： （2-21）得，液压强度足够。 第三章 反应釜的搅拌装置3.1搅拌器的选型3.1.1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。3.1.2搅拌附件-挡板挡板是一种常用的搅拌附件之一,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。第四章.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0.980.995。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：Y160L-84.2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；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4.3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图1.4刚性联轴器4.4联轴器联轴器的作用是将两个独立设备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。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4.4.1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=112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。4.5搅拌轴功率的计算 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。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。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，圆盘质量所以4.6.2.2作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算（1）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量在中点处的相当质量为：第个圆盘有效质量在中点处的相当质量为： 所以 在点处的相当质量为：所以临界转速为： 所以（2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量在中点处的相当质量为：第个圆盘有效质量在中点处的相当质量为：所以 在点处总的相当质量为：所以 临界转速为： 所以 （3）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数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，其程度用系数表示。采用刚性联轴节时，,取。 所以 根据搅拌轴的抗震条件：当搅拌介质为液体液体，搅拌器为叶片式搅拌器及搅拌轴为刚性轴时，且所以满足该条件。4.6.3轴径的最后确定由以上分析可得，搅拌轴轴径满足临界转速和强度要求，故确定轴径为。4.7支座选型及校核选择悬挂式支座，悬挂式支座分为A型和B型两种，选取选用4个A型无垫板悬挂式支座结构如图2-4，支座允许负荷为10t，加强垫板的尺寸：宽360，长510，厚度12，质量为17.3。结构如图2-8。图4.3悬挂式支座制造要求：（1）焊接采用电焊，焊条牌号应根据制作个部件的材料参照有关标准用。焊接接头的型号和尺寸按GB985种的规定。（2）耳式支座本体的焊接，采用双面连续角焊。支座与容器壳体的焊接采用连续焊。焊缝要高约等于0.7倍的较薄板厚度，且不小于4。焊后焊缝金属表面不得有裂纹、加渣、焊瘤、烧穿、弧坑等缺陷。焊接区不应有飞溅物。（3）支座螺栓空的加工极限偏差与其他部分的制造公差分别按GB1804的第IT14级与IT16级精度。（4）支座所有组焊件周边粗糙度为Ra50m。（5）支座组焊完毕后，各部件应平整，不得翘曲。（6）若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊于容器上。第五章、 剖分式机械密封装置的设计计算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。5.1 填料密封填料密封主要用于机械行业中的过程机器和设备运动部分等动密封，比如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机、反应釜的转轴密封和往复泵、往复式压缩机的柱塞或活塞杆，以及做螺旋运动阀门的阀杆与固定机体之间的密封填料密封材料特性有一定的弹性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。 有足够的化学稳定性。不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。 自润滑性能良好。耐磨、摩擦系数小。 轴存在少量偏心的，填料应有足够的浮动弹性。 制造简单、装填方便。5.1.1 填料材料的确定及横断面尺寸的选择填料的材料可根据搅拌设备的工作情况(操作温度、物料的腐蚀情况)按搅拌设备表10-1确定，填料材料采用编结聚四氟乙烯。填料截面边宽可根据表10-2，选择S=13mm,则截面尺寸为填料高度填料压盖高度填料压盖法兰厚度 压盖螺栓长度 应保证即使填料箱装满填料也不需事先下压即可拉紧填料箱压盖螺栓螺纹小径由压紧填料及达到密封所需的力来定5.1.2 填料圈数图4.4填料密封结构示意图当填料被装入填料箱后，即拧紧压盖螺栓将其压紧。这样就有了一个轴向力作用在填料上，并因此轴向力导致填料产生密封效应的径向力，而径向力的大小则取决于填料的弹性。填料密封的结构人体上如图101所示，它是由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺拴等组成。 流体压力沿一组填料的分布情况可用4个填料环，在固定的轴向压盏力172MP8作用下，分别承受o035o52MPa(低压)和172517MPB(高压)的内压时，沿填科高度内压降落的情形。可以看到，无论内压高或低*起密封作用的总是与压盖相邻的两个填料环，因为此两填料环差不多承担了756的密封作用。由此可知一个填料组要达到密封要求只需要2个或3个填料环就够了。然而，为了补偿境科磨损和有利于减压，并为了减轻袖的磨损和在某些场合保护密封的环不受含磨蚀粒子介质的侵害，建议在设计填科箱时应采用的垣料环数为：对于不带分油环的填料箱可用56个填料环；对于带分油环的填料箱则以分油环为界，上面用2个下面用3个；对用于危险液体的覆盖式压盖所用的境料环数可为6、8或10个根据使用情况而定。高压装置常用较多的填料环数。选用带分油环的填料箱，以分油环为分界，上面一个下面一个填料环。5.1.3填料密封的需用功率通过轴与填料间的液体或者气体轴向流失，允许的泄漏量一般是已知的或者是可固定的，经常为1.63；相当于每分钟2滴。填料密封的需用功率可由下式计算式中填料箱的截面长度 液体粘度， d轴径， 通过填料箱的压力降，Mpa;5.2机械密封的设计计算5.2.1 密封接触面内外径的计算主要取决于面积比K和接触面宽度b,按照化工设备设计表10-6，将b取为，k取为设内径为，外径为，搅拌轴轴径为d5.2.2端面比压与弹簧比压选择通常所讲的机械密封紧力就是端面比压，即密封端面单位面积上所受的力，用表示。它决定着功率、摩擦热、密封性和端面磨损的大小，是影响机械密封性能的主要参数之一: 过大，将使机械密封摩擦面发热，加速端面磨损，增加摩擦功率; 过小，密封则容易泄漏。有弹簧力作用在密封单位面积上的压力称为弹簧压力，用表示。端面压力可根据作用在补偿环上的力平衡来确定，它主要取决于密封结构型式和介质压力。内装式根据机械设计手册表10-3-26查得端面比压取0.5Mpa,弹簧比压取0.15Mpa.5.2.3端面比压计算密封环接触端面平均压力反压力系数 不仅与密封端面 尺寸有关系，而且和介质粘度有关。密封环接触端面液膜推开力总的弹簧力介质作用力 动环所受的合力端面比压 校验值 5.2.4 动静环的材质选择 动环和静环是机械密封的重要零件，由于它们是一对摩擦副，而是在运转时还须和被密封介质接触。因此，在选择动、静环材料时，除了必须考虑它们的耐磨性之外、还须考虑它们的耐腐蚀性。摩擦副配对材料的硬度应不相同， 一般是一高一低。但在采用硬质合金的情况下，不受此限。在机械密封中，除了动环与静环的接触面是泄漏通道之外，还有动环与轴之间、静环与支座之间的间隙也是泄漏通道。因此，必须用密封困将这些通道堵住，以免沿这些通道发生泄漏。由于密封圈相对于被密封间隙是静止的，故称它们为静密封元件。静密封元件的横断面是多种多样的，材料也不相同，但实际上采用的都是具有一定弹性的材料，因为弹性材科对表面粗随度有较大的适应性。 对静密封元件的材料要求，主要取决于所接触介质的化学性质和温度。在介质温度不高(80Y以下)和对橡胶不发生影响的情况下，使用天然棕胶或合成橡胶制成的O形圈最适宜。若介质温度高于80低于250或对橡胶有不好的作用时,最好是用聚四氟乙烯作静密封材料。为了保证静密封元件在初始状态的密封，用于机械密封的橡胶o形密封因，其压缩量必须是横断面直径的5%-10%，材料硬度应在自氏65-80之间。在使用橡胶o形环时动环与轴之间、静环与支座之间的装配间隙(也必须注意。若间隙过大，则在高压情况下，o形环有被挤出的危险；若间隙过小，则动环与静环的浮动性差。综上所述，查过程装备设计表8-15，选择石墨渍树脂为动环材料，选择碳化钨为静环材料5.2.5端面几何尺寸计算端面接触宽度b取3mm,软环端面凸台高度根据材料强度、耐磨能力及寿命确定，通常选用。端面内外径棱缘不允许有倒角。静环内径与轴的间隙（D-d）=1动环内径与轴的间隙根据轴径的大小一般取，用以补偿静环的偏斜、轴的振动而造成摩擦副不贴合和比压不均匀。5.2.6 机械密封摩擦功率的计算机械密封