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搅拌器的设计【6张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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[E-061]设计类-（装备控制）搅拌器的设计

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关键词：: 搅拌器设计 cad 图纸毕业论文答辩通过

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摘要
完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置，它主要用于废水处理的搅拌过程。本设计提到了絮凝池的设计，搅拌机的设计以及其工艺流程。
关键词：絮凝池混凝剂沉淀效果絮凝性能
Abstract
Accomplish flocculation process flocculation pool (call reaction in general often pool) , handle middle in clean water occupying important position. Natural water suspension matter and limb matter grain diameter are very trivial.Be to dislodge these matter being backed by the means drifting along curdling generally , that is ,add the appropriate coagulant , blend through sufficiently in raw water, let colloid stability be spoiled the polymer (coming off after steady) and being situated between with coagulant water looks at and appraises an adsorption , makes a pellet have the flocculation function. But, that flocculation pool purpose is to create appropriate waterpower condition makes this have flocculation function pellet assembling, to form bigger flocculation body (catkin granule) in contacting middle mutually. But therefore, flocculation pool designs thinking that indeed or not, effect being related to a flocculation, the flocculation effect has direct impact to follow-up treatment precipitayion effect. The flocculation mixer is flocculation pool mechanical rabble device , it is used for the waste water treatment mixing process mainly. Design the design having mentioned flocculation pool originally, the mixer design and whose process flow.
Keywords: Flocculation pool Coagulant Precipitayion effect Flocculation function

目录
1 前言 1
1.1　毕业设计课题的目的、意义、国内外现状 1
1.1.1 毕业设计课题的目的、意义 1
1.1.2 国内外污水处理的现状 1
1.2 搅拌机在污水处理中的作用 2
1.2.1 搅拌机的发展概述 2
1.2.2 反应搅拌机的工作原理 2
1.3 絮凝的工作原理 3
1.4 水处理中的搅拌设备 3
1.5 絮凝搅拌机的适应条件和构造 3
1.5.1 絮凝搅拌机的适应条件 3
1.5.2 絮凝搅拌机的构造 4
1.6 本课题的设计思路 5
2 絮凝池的设计 6
2.1 絮凝池的设计探讨 6
2.1.1 絮凝的相似关系 7
2.1.2 假设和设想 10
2.2絮凝池的设计要求及结果 15
3 絮凝搅拌机的设计 16
3.1设计原始数据 16
3.2设计要点 16
3.3设计计算数据 16
3.4桨叶的设计 17
3.4.1桨叶结构尺寸确定 17
3.4.2搅拌器转速计算 17
3.4.3搅拌功率计算 19
4 电动机及减速器的选型 21
4.1减速器和电动机的选型条件 21
4.2电动机与减速器的选择 21
4.4搅拌轴的设计及其结果验证 23
4.5轴与桨叶、联轴器的连接 24
4.5.1连接形式 24
4.5.2联轴器与轴的连接 24
4.6轴承的选型及轴的最终确定 24
5 支撑装置设计 25
5.1搅拌机的支承部分 25
5.1.1机座 25
5.1.2轴承装置 26
5.2水下支撑座的设计 26
5.2.1轴承的选型 26
5.2.2支撑套的设计 27
6 轴的密封 28
7 结论 30
符号说明 31
参考文献 32
谢辞 33
附件 34
外文翻译 35

1 前言

1.1　毕业设计课题的目的、意义、国内外现状

1.1.1 毕业设计课题的目的、意义

废水处理中反应搅拌机的目的是借助搅拌器的作用是使废水中的胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计，主要解决的问题是水处理中该设备的设计，包括：絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计，并画出相应的设备图。

1.1.2 国内外污水处理的现状

我国污水处理事业的历史始于1921年，到改革开放的近二十年来取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要。据统计，到2000年底，全国已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了城市污水的处理水平，但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长，我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低，很多老城区的排水管网甚至不成系统。
城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因，由此导致了水环境的持续恶化，并严重的制约了我国经济与社会的发展。我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为：污水处理技术落后：城市

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内容简介：: 毕业设计开题报告专业机械设计制造及其自动化学生姓名 X X 班级 XXXXXXXXXX 学号 XXXXXXXXXX 指导教师 X X 完成日期 XXXXXXX 一、本设计课题的目的意义对于一个大学生来说，理论与实际相结合是最重要的。废水处理中反应搅拌机的目的是借助搅拌器的作用是使废水中的胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计，主要解决的问题是水处理中该设备的设计，包括：絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计，并画出相应的设备图。二、本设计课题的主要内容,预期设计结果和拟解决的关键问题搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善三、设计方法和步骤(1).絮凝池的结构尺寸的确定；(2).搅拌机大小的确定及转速和功率的计算；(3).由搅拌机功率来做电机的选型设计；(4).由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计；(5).由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验证；(6).由轴径来做轴承的选型；(7).由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计。四、课题进度安排3月12日3月25日毕业实习阶段。毕业实习，市场调查，到多个公司实践，撰写实习报告。3月26日4月5日设计(论文)开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月6日5月19日设计(论文)初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月20日6月5日中期检查阶段中期检查，编写毕业设计说明书。6月6日6月8日毕业设计预答辩6月9日6月14日毕业设计定稿阶段。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月15日6月17日毕业答辩6月18日6月19日材料整理装袋。五、指导教师审查意见签字: 年月日系(教研室)审查意见签字: 年月日六、学院审查意见签字:年月日2摘要摘要完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置，它主要用于废水处理的搅拌过程。本设计提到了絮凝池的设计，搅拌机的设计以及其工艺流程。关键词：关键词：絮凝池混凝剂沉淀效果絮凝性能AbstractAccomplish flocculation process flocculation pool (call reaction in general often pool) , handle middle in clean water occupying important position. Natural water suspension matter and limb matter grain diameter are very trivial.Be to dislodge these matter being backed by the means drifting along curdling generally , that is ,add the appropriate coagulant , blend through sufficiently in raw water, let colloid stability be spoiled the polymer (coming off after steady) and being situated between with coagulant water looks at and appraises an adsorption , makes a pellet have the flocculation function. But, that flocculation pool purpose is to create appropriate waterpower condition makes this have flocculation function pellet assembling, to form bigger flocculation body (catkin granule) in contacting middle mutually. But therefore, flocculation pool designs thinking that indeed or not, effect being related to a flocculation, the flocculation effect has direct impact to follow-up treatment precipitayion effect. The flocculation mixer is flocculation pool mechanical rabble device , it is used for the waste water treatment mixing process mainly. Design the design having mentioned flocculation pool originally, the mixer design and whose process flow.Keywords:Keywords: Flocculation pool Coagulant Precipitayion effect Flocculation function宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计0目录目录1 1 前前言言.11.1毕业设计课题的目的、意义、国内外现状.11.1.1 毕业设计课题的目的、意义.11.1.2 国内外污水处理的现状.11.2 搅拌机在污水处理中的作用.21.2.1 搅拌机的发展概述.21.2.2 反应搅拌机的工作原理.21.3 絮凝的工作原理.31.4 水处理中的搅拌设备.31.5 絮凝搅拌机的适应条件和构造.31.5.1 絮凝搅拌机的适应条件.31.5.2 絮凝搅拌机的构造.41.6 本课题的设计思路.52 2 絮凝池的设计絮凝池的设计.62.1 絮凝池的设计探讨.62.1.1 絮凝的相似关系.72.1.2 假设和设想.102.2 絮凝池的设计要求及结果.153 3 絮凝搅拌机的设计絮凝搅拌机的设计.163.1 设计原始数据.163.2 设计要点.163.3 设计计算数据.163.4 桨叶的设计.173.4.1 桨叶结构尺寸确定.173.4.2 搅拌器转速计算.173.4.3 搅拌功率计算.194 4 电动机及减速器的选型电动机及减速器的选型.214.1 减速器和电动机的选型条件.214.2 电动机与减速器的选择.214.4 搅拌轴的设计及其结果验证.234.5 轴与桨叶、联轴器的连接.244.5.1 连接形式.244.5.2 联轴器与轴的连接.244.6 轴承的选型及轴的最终确定.245 5 支撑装置设计支撑装置设计.255.1 搅拌机的支承部分.255.1.1 机座.255.1.2 轴承装置.265.2 水下支撑座的设计.26宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计15.2.1 轴承的选型.265.2.2 支撑套的设计.276 6 轴的密封轴的密封.287 7 结结论论.30符号说明符号说明.31参考文献参考文献.32谢谢辞辞.33附附件件.34外文翻译外文翻译.35宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计11 1 前前言言1.11.1毕业设计课题的目的、意义、国内外现状毕业设计课题的目的、意义、国内外现状1.1.11.1.1 毕业设计课题的目的、意义毕业设计课题的目的、意义废水处理中反应搅拌机的目的是借助搅拌器的作用是使废水中的胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计，主要解决的问题是水处理中该设备的设计，包括：絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计，并画出相应的设备图。1.1.21.1.2 国内外污水处理的现国内外污水处理的现状状我国污水处理事业的历史始于 1921 年，到改革开放的近二十年来取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要。据统计，到 2000 年底，全国已建设城市污水处理厂 427座，其中二级处理厂 282 座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了城市污水的处理水平，但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长，我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低，很多老城区的排水管网甚至不成系统。城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因，由此导致了水环境的持续恶化，并严重的制约了我国经济与社会的发展。我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为：污水处理技术落后：城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键，就目前的发展状况来看，在中小城市污水处理方面，尚缺乏适合我国实际国情的污水处理技术和设备。因此，探索和发展适合我国国情的中小城市（镇）污水处理工艺，掌握一批在中小城市（镇）具有代表性的污染源的治理技术和城市污水处理技术，就势在必行。在过去的 30 年中，美国通过建设污水处理厂，成功解决了来自城市和工业方面的点源污染问题，但在达到可以游泳和渔业用水的要求方面，仍然遇到了很多困难。由于现在的水污染大部分是来自分散的非点源，对于这些非点源污染，控制措施和相关费用都具有很高的不确定性，今后城市在污水处理方面能够或应该做到什么程度，目前正在进宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计2行激烈的争论。合流制污水管网的老城市需要大量投资，来减少在雨季的污水溢流，而迅速发展的新兴城市又临着处理能力不足，导致生活污水管网溢流的问题。1.21.2 搅拌机在污水处理中的作用搅拌机在污水处理中的作用1.2.11.2.1 搅拌机的发展概述搅拌机的发展概述搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20 世纪 80 年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入 20 世纪 90 年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善。 1.2.21.2.2 反应搅拌机的工作原理反应搅拌机的工作原理对于不同的介质，不同的化学反应过程，要求搅拌装置的结构和搅拌速度不同，根据不同的场合一般分为以下几种情况：1、液-液互溶系统的场合，一般采用低速搅拌就能足够完成，这种场合常用浆叶式搅拌装置。2、液-液互不相溶的场合，这种场合则需要强烈的上下翻滚，常用浆叶搅拌器，在釜体内加有一定形状的挡板，或采用推进式搅拌器。3、反应介质里有少量的固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌，反之当反应介质或反应过程的生成物中固体较多，且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌，这些搅拌均属于固-液相的搅拌系统。在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是废水，废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置，经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计31.31.3 絮凝的工作原理絮凝的工作原理胶体的脱稳阶段是第一阶段，絮凝是第二阶段，而絮凝指胶体脱稳以后结成大颗粒絮体的阶段。第一阶段相当于给水处理中加药混合后的极短的一段时间，可能在一秒钟内，而絮凝则主要是在反应设备中完成的。这是水处理中常用的方法。其工作原理如图 1-1。废水投药混合反应沉淀分离沉淀慢速搅拌急速搅拌出水1.41.4 水处理中的搅拌设备水处理中的搅拌设备水处理中的搅拌设备，分成溶药搅拌，混合搅拌，絮凝搅拌。澄清池搅拌，消化池搅拌和水下搅拌六种类型。絮凝搅拌是水处理的重要方法之一或基本单元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活饮用水、工业用水、工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用，因而学习和研究絮凝科学及其在水处理中的应用具有十分重要的意义。其中絮凝搅拌机分为：刚性连接搅拌机和弹性连接搅拌机。本设计主要讨论的是刚性连接搅拌机。刚性连接搅拌机由：电动机，减速器，刚性联轴器，机座。轴承，搅拌轴，搅拌器。搅拌设备的工作部分，有搅拌器，搅拌轴和搅拌附件组成。1.51.5 絮凝搅拌机的适应条件和构造絮凝搅拌机的适应条件和构造1.5.11.5.1 絮凝搅拌机的适应条件絮凝搅拌机的适应条件絮凝搅拌机用于给水排水主力中混凝过程中的絮凝阶段。絮凝搅拌的作用是促使水中的胶体颗粒发生碰撞，吸附并逐渐结成一定大小的帆花，试绝大部分帆花截留在沉淀池内。搅拌强度和搅拌时间是决定絮凝效果的关键。絮凝池内搅拌强度(即搅拌速度梯度絮凝剂图 1-1 絮凝沉淀处理流程示意图宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计4值 G)应递减，各档搅拌器桨叶中心处的线速度依次逐渐减慢，且要有足够的搅拌时间来完成絮凝过程。絮凝搅拌机可满足絮凝规律的要求，使絮凝过程中各段具有不同的搅拌强度，可以适合水量和水温的变化，优点是水头损坏小，池体结构简单，外加能量组合方便。絮凝搅拌机设置无级调速后可随水量，原水浊度和投药量的变化而调整搅拌强度，达到满意的絮凝效果，节约药剂的用量。絮凝搅拌机根据搅拌轴的安装分式分为立式搅拌机和卧失搅拌机两种。卧式絮凝搅拌机的桨板接近池底旋转，一般絮凝池不存在积泥问题。1.5.21.5.2 絮凝搅拌机的构造絮凝搅拌机的构造立式搅拌机有工作部分(垂直搅拌轴，框式搅拌器)，支承部分(轴承装置，机座)和驱动部分(电动机，摆线针轮减速机)组成。如图 1-2。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计5图 1-2 立体搅拌机总体结构图框式搅拌器分直桨叶，斜桨叶和网桨叶三种。直桨叶是最常用的一种普通桨叶，其结构如图 1-3。图 1-3 直桨叶框式搅拌器示意图1.61.6 本课题的设计思路本课题的设计思路(1).絮凝池的结构尺寸的确定；(2).搅拌机大小的确定及转速和功率的计算；(3).由搅拌机功率来做电机的选型设计；(4).由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计；(5).由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验证；(6).由轴径来做轴承的选型；(7).由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计62 2 絮凝池的设计絮凝池的设计2.12.1 絮凝池的设计探讨絮凝池的设计探讨完成絮凝过程的絮凝池(一般常称反应池)，在净水处理中占有重要的地位。天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，絮凝池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。当然，为了获得良好的絮凝效果，混凝剂的合理选择是重要的，但是也不能忽视絮凝池设计的重要性。在生产实践中，不少水厂由于改进了絮凝池的布置，从而提高了出水水质，降低了药耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的设计中，也出现了宁可延长一些反应时间以缩短沉淀时间的看法。这些都说明絮凝反应在净水处理中的重要作用。近年来，由于高效能沉淀以及过滤装置的出现，使水厂的平面布置(包括构筑物尺寸及占地面积)大为缩小。相对来说絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池中，絮凝只占较小的体积。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的体积几乎与沉淀部分的体积相仿。为此，国内不少同志在这方面进行着如何改进絮凝构筑物的研究，并提出了不少设想。对设计工作者来说，亦迫切要求有一个科学的评价方法，以解决如何合理选择絮凝形式的问题。絮凝反应是一个很复杂的过程，它不仅受絮凝池水力条件的控制，而且还与原水性质、混凝剂品种和加药量以及混和过程都有密切关系。从目前国内外的研究情况来看，尚没有一个能定量地反映絮凝过程的完整数学模式，甚至作为定性分析，也还存在不少问题。这些情况就给具体设计工作者带来很多困难。严格地说，目前不少絮凝池的设计，仅是水力的验算，并没有对絮凝过程作完整的分析。因此，往往出现即使原水的絮凝性质很不相同，而其絮凝池的布置却完全相同的情况。根据规范或设计手册规定的设计数据，进行水力计算，是目前絮凝池设计中应用最广泛的方法。应该说它在大多数场合下是可行的，但并不一定是最优的，况且，这些规宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计7定也只规定一些主要指标，至于具体的布置还需由设计者确定。例如，一般规定隔板絮凝池的流速由 06 米秒渐减至 02 米秒。至于流速如何递减，以及隔板转折的布置和道数等等，都未作明确规定。因而尽管所用主要指标完全相同，却可设计成很不相同的布置形式，至于它们的效果差异则更难以鉴别。为了探讨絮凝池设计的合理方法，福建省净水工艺试验组曾提出了应用“模型絮凝池”的概念。其基本出发点就是认为：合理的反应速度应符合流速渐变的原则，即反应速度由大到小呈直线变化，且反应池进口流速应大于或者等于 1 米秒。凡符合这二个条件的所谓“模型絮凝池”则被认为是理想的絮凝池布置。“模型絮凝池”作为探讨整个絮凝过程变化规律的设想，是有其积极意义的。但是，要把“模型絮凝池”作为理想的絮凝形式，则尚缺乏足够的依据。作为问题之一，它脱离了原水性质的考虑。速度渐变原则应对不同水质条件有不同的要求，而不宜取作常量。譬如，对于原水颗粒浓度不足以及絮凝体不易破碎的情况，将较高流速区的反应时间增加些，显然是有好处的。反之，则应增加较低流速区的比例。另外，隔板絮凝的转折，从“模型絮凝池”的要求考虑，显然是不符合要求的。但是实际上在絮凝的最初阶段，它往往起到了促进絮凝的效果。 “模型絮凝池”用流速作为比较的相似关系，与絮凝理论所采用的以速度梯度作为相似关系有所区别。随着絮凝形式的不同，同样的流速，其速度梯度可相差达数倍。因此关于“模型絮凝池”的设想尚有不少问题需要进一步深入研究。目前絮凝池设计中一个普遍问题就是没有考虑进入絮凝池的处理水水质。众所周知，良好的絮凝反应必须具备二个条件，即具有充分絮凝能力的颗粒以及合适的反应水力条件。实际上，它们就是絮凝过程中的“内因”和“外因” 。水力条件只有适合欲絮凝颗粒的絮凝要求时，才能促进絮凝的进行。反之则不仅不能促进絮凝的进行，甚至使已经絮凝的颗粒破坏。因此作为具体的絮凝池设计，就必须考虑到处理水的水质条件。但是这却是目前絮凝池设计中最薄弱的环节。2.1.12.1.1 絮凝的相似关系絮凝的相似关系所谓合理设计，无非是从许多可供选择的方案中，选定一种最能符合要求的方案。同样，絮凝池的合理设计，就是要从诸多的絮凝形式，以及不同的指标中，选择一种最能适合具体絮凝条件而又切实可行的形式和指标。鉴于目前的研究水平，仅用理论的方宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计8法还无法解答上述课题，因此还需借助于实验手段。实验的目的就是可以在较小规模下模拟实际的效果，以便对可供选择的方案加以比较。和其它许多实验一样，絮凝的实验也需要解决一个模拟的相似问题。也就是说需要解决怎样在较小规模的试验中，获得与真实絮凝池同样的絮凝结果。对于絮凝反应来说，需待解决的相似关系主要有二个，即处理水的水质条件和絮凝池的水力条件。关于水质条件，一般采用真实水样还是容易办到的。例如选择若干具有代表性处理对象的原水，加注适量混凝剂，并经充分混和，即可供作絮凝的实验。至于水力条件，则不能依靠实际絮凝池来作试验。因设计的目的是要对多种方案进行对比，而这在实际絮凝池中是难以完全实现的。为此，需要寻找合适的水力条件作模拟相似。对于水力条件，一般可以采用雷诺数或弗鲁特数相似，也可采用其它相似准则。至于采用何种相似方法则应视研究对象而定。为此有必要就絮凝过程中水力条件的作用作一分析，以确定相似关系。絮凝的目的是使细小颗粒彼此聚集。除了颗粒具有絮凝能力外，还必须创造颗粒彼此接触，或者接近(达到颗粒吸附的作用范围以内)的机会。否则，若保持颗粒间的相对位置不变，即使颗粒的絮凝性能极为良好，也无法聚集。可以通过三个途径，使颗粒达到彼此的接触：水分子的热力运动、颗粒的沉速差异和水体的流动。所谓热力运动产生的颗粒碰撞，是由于水分子进行的杂乱而没有规则的运动(布朗运动)，不断撞击附近的胶体颗粒，使颗粒也进行着杂乱而没有规则的运动，从而获得了颗粒彼此碰撞的机会。这种接触机会与温度有关，而与液体的流动无关。因而只要保持温度和时间的因素相同，热力运动造成的碰撞也是相同的。至于沉速差异产生的颗粒碰撞，往往在沉淀池中有明显的作用。然而在絮凝池中，由于其颗粒一般尚属细小，沉速不大，可以说差异所产生的碰撞作用在絮凝池中，不占统治地位可予忽略。一般认为在絮凝池中，对颗粒碰撞起主导作用的主要是水体的流动，也就是由于水体流动所产生的能量损耗而造成的。一般关于水体流动所产生的碰撞公式可表示为： J=2Gd3N2/3 (2.1)式中：J单位时间单位体积内颗粒接触的机会。D颗粒的有效粒径；单位 m。N单位体积内的颗粒数。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计9G计算范围内的绝对平均速度梯度；单位 S。1平均速度梯度值可用下式计算：G=(W/)0。5 (2.2)式中：W单位体积单位时间所消耗的功；单位 KW。液体的动力粘滞系数。一般认为式(1)只适用于层流，而大多数絮凝池的水源均属紊流。对于紊流条件下颗粒的碰撞频率，Levich 提出了如下公式： J=12d3n3(0/)0。5 (2.3)式中：系数。0有效能量消耗率。单位 KW。比较式(2.1)与式(2.3），除了系数差别外，主要是式(2.3)所用的功为有效能量，而式（2.1）则采用计算的能量，两者相差一个效率系数。而在实用上有效能量是难以确定的，仍需用计算的能量来表示。因此，无论是式(2.1)或式(2.3)，作为单位时间单位体积内颗粒碰撞的因素都是颗粒的粒径、浓度以及水流的速度梯度。实际上，这里包含了二个方面的内容，即以颗粒的粒径及浓度为代表的参与絮凝的水质条件和以 G 为代表的絮凝池水力条件。由于粒径和浓度已由真实水样来模拟，因而只要保持 G 值相似，理论上即可得到同样的颗粒碰撞条件。但是应该指出，颗粒的碰撞并不就是颗粒的聚集。对于不同絮凝能力的颗粒，在同样碰撞次数时，应该得到程度不同的聚集。也就是说它们的有效聚集比例是各不相同的。但是，如采用真实水样作为絮凝的模拟，则这一因素同样可在实验中获得反映。另外，在模拟絮凝水力条件时还需考虑一个重要的现象，即絮凝体的破碎，或絮凝体大小的限制条件。絮凝体所能承受的水流剪力是有限度的。随着絮凝体的增大，相应的抗剪能力会减弱。与水流共同运动的絮凝体，受到液体切应力的作用。因此，当液体的切应力大于絮凝体的抗剪能力时，絮凝体将被破碎。因此在模拟絮凝反应时，除了模拟颗粒碰撞而产生的聚集外，还需要模拟因液体的切应力而产生的破碎。众所周知，液体的切应力可由二部分组成，即粘滞阻力及混掺阻力。对于层流条件，切应力纯由粘滞阻力产生。对于紊流条件，则主要由混掺阻力产生(除边界层附近外)。这二种切应力的大小都决定于液体的速度梯度。在速度梯度 G 中，所谓消耗的功，也就是指切应力所做的功。因为只有切应力所做宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计10的功是不可逆的，也就是由机械能转化为热能。丹保宪仁教授在分析絮凝过程中，考虑到水流切应力对絮粒的破碎影响，引入了颗粒最大成长度 Sm 的概念，也就是说 Sm 代表在一定的水流条件下，能形成最大粒径的原始颗粒数。丹保教授通过试验得出，在原水水质条件不变时，Sm 是有效能量消耗率 0 (或速度梯度 G)的函数。通过对絮凝过程中一些主要现象的分析，包括颗粒的碰撞，因碰撞产生的聚集、絮凝体尺寸的限制以及水流对絮凝体的剪切，我们得到了可用真实水样模拟水质特征以及用 G 值模拟水流特征这样两个关系。采用 G 值来模拟絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用处的，一是可以把真实絮凝池的研究缩小到在实验室内进行，也就是只要维持实验条件的 G 值与真实池相同。其结果也应相同。另一是可以用作不同絮凝形式的比较，也就是即使絮凝池的水流形态相差甚大，只要其过程的 G 值相同，(当然还应考虑不同絮凝池形式有效能量利用的差别)效果也应相同。2.1.22.1.2 假设和设想假设和设想作为研究的方法可以是微观的，也可以是宏观的。大多理论研究都以微粒作为对象。由于实际的原水是由不同颗粒所组成，不仅粒径呈一定分布，而且其性质也各不相同。对于水流条件来说，同样存在一个断面内的速度梯度各不相同。可能在同一时刻同一断面上，既有颗粒的絮凝，又有颗粒的破碎。因此，采用微粒的分析方法，问题要复杂的多。甚至在很多情况下难以办到。微观现象的分析，可以帮助我们对问题的考虑(如前节所作的那样)，但试验还应以整个悬浊液在絮凝过程中的平均效果作代表。这样，我们就不必去分析诸如颗粒大小的组成分布，断面各点的速度梯度分布以及絮凝颗粒的沉速分布等等。而分别用平均粒径、平均速度梯度以及平均沉速来表示。对于絮凝效果的评价，一般可以采用颗粒粒径、颗粒沉速以及沉淀后浊度去除率等来表示。无论是颗粒粗径的加大，沉速的加快以及沉淀后浊度去除率的增加都能反映絮凝效果的提高。在理论研究方面，一般以粒径为指标的居多。许多理论公式都与粒径有关。对于后续处理的沉淀计算来说，采用沉速的概念较为有利。因为沉淀池设计希望提供反应后的沉速数据。然而对于测定来说，采用浊度指标最为方便。实际上这三个指标都是相互关联的。沉淀后浊度去除率可以间接地表达悬浊液的平均沉速。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计11为了探讨方便起见，我们在研究设想方案时，仍以平均沉速作为指标；而作为实验的手段，则以沉淀后浊度去除率为指标。此外，我们还作了一个假设，就是由不同方式获得相同絮凝效果的悬浊液，在其进一步作絮凝反应时，应获得同样的结果，例如采用 G1 值的速度梯度反应 T1 时间后，得到了悬浊液的平均沉速为 V，而用另一 G2 值反应 T2 时间后也可得到平均沉速为 V，我们就认为这二者效果相同，同时，尽管它们形成的条件各不相同，但在进一步絮凝时，二者应该获得同等的絮凝条件。根据以上对絮凝过程以及基本假设的分析，我们就可以进而讨论絮凝池合理设计的设想方案。如果把单位体积中颗粒所占的比例用来表示，即：=N(/6)d3 (2.4)则参照式(2.1)及式(2.3)，并假定颗粒的每一次碰撞均产生聚集，那么颗粒浓度的时间变化率就应为： dN/dt=-KsN (2.5)式中：Ks取决于 G 和，即 KskG。将式(2.5)积分，可得：N=N0e-Kst (2.6)式中：N絮凝时间为 t 时的颗粒总浓度；单位 mol/L。No絮凝开始时(t0)的颗粒总浓度；单位 mol/L。假如絮凝过程中密度保持不变，即固定，则上式可换算成粒径的变化关系。即：d=d0eb b=(Kst/3) （2.7）式中：d时间 t 时的颗粒粒径；单位 m。 do时间 t0 时的颗粒粒径；单位 m。也就是说，如果颗粒的每次碰撞均属有效，则其粒径的增长(或相应沉速的增长)理论上应如图 2-1 所示的形式。粒径(或沉速)随时间呈指数关系增加，其增长的速率取决于 ks值。即 Ks 越大增长速率越快，ks与水流的速度梯度及原水颗粒体积比成正比。因此当 G 值增加。或者颗粒浓度增加时，粒径（或沉速）的增长就迅速。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计12图 2-1 理论曲线图图 2-1 所示为理论曲线，然而，根据一般搅拌试验的结果，所得图形与图 2-1 有很大出入，大致得到象图 2-1 实线所示的曲线。也就是说，在维持 G 值不变情况下，沉速增长的速率不一定是随时间增加而加速。在开始时或开始以后较短时间，沉速增长形式与理论曲线大致相似。但以后其增长率不仅不是逐步增加，相反出现逐步减小，最后趋向于某一极值 Vmax。我们不妨称 Vmax 为某一 G 值时的极限沉速。例如，在作一般反应的搅拌试验时，最初 510 分钟效果增长较明显。然而超过 10 分钟以后其反应效果一般很少有明显增加。如果不改变搅拌速度，那么即使搅拌 20 分钟或 30 分钟，其结果往往不会有什么变化。产生理论曲线与试验曲线不一致的原因，很容易得到介释。理论曲线假定颗粒的每一次碰撞都产生聚集，实际上颗粒碰撞时不仅不一定聚集，而且还可能被破碎。图 2-2中阴影部分实际上代表了碰撞中的无效和破碎部分。由于 V 与絮凝结果的沉速相比是微小的，故一般可略而不计。图 2-2 试验曲线图但是图 2-2 的试验曲线是用同一水质、同一 G 值试验的结果。如果改变 G 值，情况就会不同。实际上在进行搅拌试验时，用肉眼也可发现。在经一定时间搅拌后，停止浆板的转动，由于水流的惯性，液体仍在旋转。但 G 值显然逐渐减小，此时所看到的絮凝宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计13体往往明显地优于搅拌时的絮凝体。其原因也较清楚，由于 G 值减小，其极限沉速就相应增大，虽然此时的絮凝时间尚达不到相应的极限沉速，但颗粒还是向加大的方向发展。因此，为了探索合理的絮凝水流条件，就应该对不同 G 值情况下的絮凝分别进行试验。图 2-3 所示为可能获得的一组试验结果。a、b、c 分别代表低、中、高三种不同的 G值，按照理论曲线(虚线)应该出现 G 值越高，增长越快。但实际情况在在有所出入。在开始阶段无凝应该是 G 值越高絮凝效果增长越快。因为此时颗粒尚属细小。碰撞产生的絮凝作用应是主要的。但是当颗粒增长到某一程度后，颗粒聚集受到一定限制，还将受到破碎的影响，也就是逐步趋向于某一极限沉速。由于 G 值高的，极限沉速小，而 G 值低的，极限沉速大，因而它们的试验曲线必然相交(如图 2-2 中的 A 点及 B 点)；也就是说，当用 C 的 G 值反应 tA时，与用 b 的 G 值反应 tA时，将获得同样的颗粒沉速。同样，对用 c 的 G 值反应 tB时，与用 a 的 G 值反应 tB时应具同等效果。然而当絮凝时间超过交点时，低的 G 值将可获得较快的颗粒沉速增长，高的 G 值沉速增长反而减慢，这也就是絮凝池设计中采用改变流速的原因。由图 2-3 可知，如果不考虑絮凝时间的长短，采用低的 G 值可以获得较好的絮凝效果。但是这样的设计显然也是不合理的。因为絮凝池合理设计的目的就是要求以最短的时间获得最好的效果。图 2-3 试验结果图图 2-3 所示的试验结果，对进行絮凝池的合理设计很为有用，后面将作进一步讨论。此外，如前所述，絮凝效果不仅与水流条件(G 值)有关，而且也与处理水的性质有很大关系。那么在这样的试验中，水质的差异能否得到反映，这是需要考虑的。从絮凝角度考虑的水质特征，主要应包括原水的颗粒浓度，颗粒的絮凝能力以及颗宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计14粒的抗剪强度。颗粒浓度高，粒间的接触机会多，因而就具有较迅速增大颗粒的可能。如果单体颗粒的絮凝能力和抗剪强度都一样，那么浓度的高低基本上对其极限沉速值不会产生很大影响。但如果考虑除水流切应力外，颗粒碰撞时尚有其衡量的作用，则可能出现高浓度的极限沉速略小于低浓度的现象。当然，对于浓度高到某一程度(例如污泥循环等类型)，是否尚有其它絮凝作用机理，尚有待进一步探讨。因此图 2-4a 所示的二条曲线大致上反映了其它条件相同时浓度高低的影响。由图可见。一般情况下，达到同一沉速所需的絮凝时间随浓度增加而减少。图 2-4 反应曲线图颗粒的絮凝能力在絮凝过程中起着重要作用。例如由于混凝剂选择不当或加注量不足，均可使颗粒缺乏必要的絮凝能力，此时，即使接触机会很多，然而其聚集效果却很差。对这些絮凝能力差的水质，其絮凝进展必然非常缓慢，相应的极限沉速也很低。而要达到极限沉速所需的时间也很长，实际生产中，往往采用不断调整混凝剂加注量的办法，来调节絮凝效果，其实质也就是不断改变颗粒凝絮能力，以满足絮凝的要求。图 2-4b 的曲线代表了絮凝能力的影响。由图可知，对絮凝能力弱的处理水，其无效碰撞占有重要比例。颗粒的抗剪强度取决于原水颗粒性质以及絮凝体的组成结构。例如对于主要由色度组成的原水，由于胶体所带负电荷较强，聚集颗粒组成的结构就与一般浊度组成的原水不同。相应的抗剪强度也有所区别。颗粒抗剪强度的大小直接影响着絮凝颗粒的极限沉宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计15速，抗剪强度大，允许的极限沉速也大。图 2-4c 曲线代表了抗剪强度的影响。由图可知，如颗粒的絮凝能力相同，则在其开始反应阶段，抗剪强度的影响不显著。只有接近其极限沉速时，将产生明显的区别。以上只是根据某些理论以及概念所作的分析。事实上水质条件还要复杂得多，除了上述这些影响因素外，还可能存在其它影响絮凝的因素。但是作为絮凝过程的实际试验，基本上能综合反映这些因素的影响，因而较接近真实絮凝池的絮凝过程。2.22.2 絮凝池的设计要求及结果絮凝池的设计要求及结果通过以上这些分析，我们可以得到这样的初步概念：(1).用 G 值相似可以大体模拟絮凝他的水流条件；(2).采用真实的水样，基本代表了处理水的絮凝特性；(3).处理水的絮凝特性，能在搅拌试验结果中得到综合反映；(4).因此，搅拌试验的结果基本上反映了真实絮凝池的絮凝情况。我们现在设计的絮凝池要适应大多数厂家的废水净化工作。所以其设计要求为：(1).絮凝池分为 3 格。(2).每格絮凝池的体积为 40m3。为了满足絮凝池的体积要求，结合现在大多数厂家的絮凝池规格，设计絮凝池尺寸如下：每格反应池长 3.1m，宽 3.1m，池子高 4.4m，容积 42.3m3。其流程图如图 2-5 所示：宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计16 图 2-5 絮凝池的流程图3 3 絮凝絮凝搅拌搅拌机的设计机的设计3.13.1 设计原始数据设计原始数据(1).絮凝搅拌池设三档搅拌机，搅拌池分为三格。(2).每格反应池长 3.1m，宽 3.1m，水深 4.4m，容积 42.3m3 。(3).各档搅拌速度梯值 G 取 20-70S之间。1(4).絮凝池水温平均温度 15，水的粘度为 1.1410P。3sa.3.23.2 设计要点设计要点(1).上层搅拌器桨叶顶端应设于池子于水面下 0.3m 处，下层搅拌器桨叶底端应设于距池底 0.5m 处，桨叶外缘与掣侧壁间距不大于 0.25m。(2).每片桨叶的宽度，一般用 100-300mm，桨叶的总面积不应超过反应池水截面积的10%-20%。当超过 25%时整个池水将与桨板同步旋转，故设计中必须考虑避免出现这种现象。(3).搅拌机轴设在每格池子的中心处，搅拌机轴和桨叶等部件应进行必要的防腐蚀处理。3.33.3 设计计算数据设计计算数据设计中主要是进行以下几方面的工作：(1).絮凝搅拌的档数：一般絮凝池内设 3-6 档不同搅拌强度搅拌机，因此絮凝池分为 3-6 倍。(2).搅拌轴的安装方式。(3).搅拌器桨叶的中心处的线速度(相当于池中水流平均速度)(m/s)，一般自第一档的 0.5-0.6m/s 逐渐变小至末档的 0.1-0.2m/s。最大不超过 0.3m/s。(4).各档搅拌机搅拌速度梯值 G，一般取 20-70S。1宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计17(5).液体温度应取平均温度，水的粘度 (Pa.s)按规定值取用。=1.14 Pa.s。3.43.4 桨叶的设计桨叶的设计3.4.13.4.1 桨叶结构尺寸确定桨叶结构尺寸确定(1).每档絮凝搅拌机独立传动，设双层框式搅拌器，每个框式搅拌器设四片竖立桨叶，桨叶宽度由设计要点知其范围为 0.10.3m 之间。则：本设计选取宽度 B 为 0.12m。长度 L 由公式 d/D=0.90.98 可知：桨叶和池子长度之比选 0.91。又知池子长度为 3.1m，则长度 L=0.913.1=2.8m所以桨叶的面积为：A=0.122.842=2.69(2).每格反应纵截面积为 4.43.1=13.64桨叶总面积与反应池水流面积之比为 2.69/13.64=0.197由文献1查得：液体旋转速度与桨叶旋转速度的比值为：K1=0.24，K2=0.28，K3=0.32(3).桨叶旋转半径：由上面介绍可知：桨叶旋转直径为 D=2.8m则：外桨叶的半径为：R1=1.4m。减去桨叶宽度得：R2=1.4m-0.12m=1.28m所以外桨叶的理论半径为：Rp1=(R1+R2)/2=1.34m同理：因为内桨叶根据黄金分割原理得出：R1=0.85m。R2=0.73m所以内桨叶的理论半径为：Rp1=(R1+R2)/2=0.79m宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计183.4.23.4.2 搅拌器转速计算搅拌器转速计算根据已知速度梯度 G 计算：第一档选 G =70S，因为 K =0.24，所以根据转速公式：111n = （3.1）13331112396012PRAKCVG其中水的粘度，单位 Pa.sV絮凝池的体积，单位 m3G速度梯度，单位 S1C搅拌层数K水和搅拌器的速度之比A单层桨叶面积，单位 m2Rp内桨和外桨的矢量和，单位 mn搅拌器转速，单位 r/min所以第一档的转速为： 32133331.14 1042.3 70123960210.242.8 0.121.340.794n =0.125r/s=7.5r/min同理：第二档：G2=45s1K2=0.28 由公式：（3.2）2321211211GKnnGK 宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计19 得：n =5.9r/min2 所以：第三档 G =20s，3132. 03K 2331311311GKnnGK （3.3） 23201 0.247.5701 0.32 3.64 /minr3.4.33.4.3 搅拌功率计算搅拌功率计算按 T.R 甘布计算法计算(以将横梁及斜拉杆的拖曳和机械消耗功率考虑在内)为 3120%102nDpC eANvg（3.4） 32 2 1.3 0.12 1000 1.2102 9.81npv 30.75npv第一档外桨板：smnRvpP/74. 0305 . 794. 014. 330111 内桨板： smnRvpP/35. 0305 . 744. 014. 330122 smvvpvppn/45. 035. 074. 03333231宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计20 N=0.75KWvpn34. 045. 075. 03第二档 smnRvpP/58. 0309 . 594. 014. 330211 smnRvpP/27. 0309 . 544. 014. 330222smvvpvppn/21. 027. 058. 03333231N=0.75KWvpn16. 021. 075. 03第三档 smnRvpP/36. 03064. 394. 014. 330311 smnRvpP/17. 03064. 344. 014. 330322 smvvpvppn/05. 017. 036. 03333231 N=0.75KWvpn04. 005. 075. 03宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计214 4 电动机及减速器的选电动机及减速器的选型型4.14.1 减速器和电动机的选型条件减速器和电动机的选型条件(1) 机械效率，传动化，功率，进出轴的许用扭距和相对位置。(2) 出轴旋转方向是单项或双向。(3) 搅拌轴轴向力的大小和方向。(4) 工作平稳性，如震动和荷载变化情况。(5) 外形尺寸应满足安装及检修要求。(6) 使用单位的维修能力。(7) 经济性。4.24.2 电动机与减速器的选择电动机与减速器的选择搅拌设备的电动机通常选用普通异步电动机。澄清池搅拌机采用 YCT 系列滑差式电磁调速异步电动机，消化池搅拌机一般采用防爆异步电动机。搅拌设备的减速器应优先选用标准减速器及专业生产厂产品，参考文献2“标准减速器及产品”选用，其中一般选用机械效率较高的摆线针轮减速器或齿轮减速器：有防爆要求时一般不采用皮带传动：要求正反向传动时一般不选用蜗轮传动。电动机及减速机选用，见表 4-1表 4-1 电动机与减速器的选型名称符号单位第一档第二档第三档搅拌器的转速nnr/min7.55.93.64宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计22搅拌功率NKW0.340.160.04电动机算功率N =式A99. 090. 02 . 121NNkNkgg中k 工况系数 24h 连续运行为g1.2=摆线针轮减速机传动效率1=滚动轴承传动效率2KW0.460.220.05选用电动机的功率KW0.80.40.4电动机同步转速r/min150015001500减速比200254412选用减速器减速比187289385选用减速器输出轴转速r/min85.23.9黑乎乎4.34.3 联轴器的选型联轴器的选型根据机械设计手册及搅拌机的类型选用凸缘联轴器，由电机的尺寸选择联轴器轴径d=65mm， L1=104mm，L2 =42mm，许用扭转为 850N.m，质量为 17.97Kg，标记为：联轴器D65-ZG，如图 4.1 所示。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计23 图 4.1D65-ZG 联轴器4.44.4 搅拌轴的设计搅拌轴的设计及其结果验证及其结果验证由上面所选联轴器的类型初步确定搅拌轴小径为：d1=65mm 下面来做轴径的理论计算：由过程装备设计查的公式：（4.1）421nNCd 式中 C2按扭转刚度计算系数，当扭转角为 1 /m 时，C2=91.50N搅拌器的功率，单位 KWn搅拌器的转速，单位 r/min得：第一档：mmd5 .41834. 05 .9141第二档：mmd3 .382 . 516. 05 .9141第三档：mmd1 .299 . 304. 05 .9141经上面计算所的结果可以看出 3 个轴径的理论数值都小于 65mm，故轴的小径选：宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计24d1=65mm4.54.5 轴与桨叶、联轴器的连接轴与桨叶、联轴器的连接4.5.14.5.1 连接形式连接形式桨式搅拌器与轴的连接，当采用桨叶一端煨成半个轴套，用螺栓将对开的轴套夹紧在搅拌轴上的结构时 D600mm 时用一对螺栓锁紧：D600mm 时用两对螺栓锁紧。这种连接结构为传递扭距可靠起见，宜用一穿轴螺栓使搅拌器与轴固定。本设计由于轴选取 D600mm，故选用一对螺栓缩紧装置。4.5.24.5.2 联轴器与轴的连接联轴器与轴的连接当采用键和止动螺钉将搅拌器轴套固定在搅拌轴上的结构时，键应按 GB1095-79平键和键槽的剖面尺寸选取。搅拌器轴套外劲 D 宜为轴径 D 的 1.6-2 倍。轴套长度应略大于轴套处桨叶宽度在轴线上的投影长度，但不小于 D1。由上面设计知：d1=65mm，再由文献4查得，选取键为圆键，长度为 85mm，宽度为18mm，厚度为 14mm。4.64.6 轴承的选型及轴的最终确定轴承的选型及轴的最终确定由上面计算及选型结果知：d1=65mm。查机械设计手册得该轴承类型为：平面轴承8216；内径 d1=65mm；外径 D=115mm；厚度 T=28mm。它的连接方式为：与轴相砌，得知轴的中径为 d2=80mm。由上面计算及选型结果知：d2=80mm。查机械设计手册得该轴承类型为：角接触轴承36216；内径 d2=80mm；外径 D=140mm；厚度 T=26mm。它的连接方式为：与轴相砌，得知轴的大径为 D=100mm。由上面选型得轴的尺寸为：内径 d1=65mm；中径为 d2=80mm；大径为 D=100mm。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计255 5 支撑装置设计支撑装置设计5.15.1 搅拌机的支承部分搅拌机的支承部分5.1.15.1.1 机座机座立式搅拌机设有机座，在机座上要考虑留有容纳联轴器，轴封装置和上轴承等不见的空间，以及安装操作所需的位置。机座形式分为不带支承的 J-A 型和带中间支承的 J-B 型以及 JXLD 型摆线针轮减速器支架，由文献3中的 2.8 用立式减速器的减速器机座的系列选用，当不能满足设计要求时参考该系列尺寸自行设计。由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳式故选用 JA 型机座，由于减速器轴径为65mm，故选用 JA65该机座结构如图 5-1 所示如图 5-1 上轴承支承装置宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计265.1.25.1.2 轴承装置轴承装置上轴承：设在搅拌机机座内。当搅拌机轴向力较小时，可不设上轴承，(如 J-A 型机座)，但应验算减速机轴承承受搅拌轴向力的能力。当搅拌机轴向力较大时，须设上轴承：若减速机轴与搅拌轴采用刚性连接，可在机座中设一个上轴承，以承担搅拌机轴向立和部分劲向力，如图(5-2)所示：若减速机轴用非刚性连接，可在机座中设两个轴承。当搅拌的轴向力很大时，减速机轴与搅拌轴应用采用非刚性连接，应在机座中设两个上轴承或在机座中设一个上轴承并在容器内或填料箱中再设支承装置。轴承盖处的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡胶油封。5.25.2 水下支撑座的设计水下支撑座的设计5.2.15.2.1 轴承的选型轴承的选型底轴承：设在容器底部，起辅助支承作用，只承受劲向荷载。轴衬和轴套一般是整体式，安装时先将轴承座对中，然后将支架焊于罐体上或将轴承固定于池中预埋件上。底轴承分以下两种：1. 罐装底轴承：罐用底轴承用于容药搅拌中，需加压力清水润滑，不能空罐运转，其结构为滑动轴承形式。(1)适用于大直径容器的三足式底轴承，如图 5-2 所示，图 5-2 三足底轴承(2)可折式底轴承可分为焊接式与铸造式两类。此种结构形式可不拆搅拌轴即能将底宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计27轴拆下。可拆式底轴承尺寸和零件材料。2. 水下底轴承：用于混合池或反应池中。其结构形式分为滚动轴承座和滑动轴承两种：(1)滚动轴承座：在滚动轴承内和滚动轴承座空间须填润滑脂。滚动轴承必须严格密封，以防止泥沙和易沉物质的磨损。(2)滑动轴承座：这种轴承必须注压力清水进行冲刷和润滑，在搅拌机起动前应先接通清水，水量不超过 1L/min。滑动轴承材料：滑动轴承中轴衬和护套的材料应选择两中不会胶合的材料。橡胶轴承内环工作面与轴的间隙可取 0.05-0.2mm。在内环工作面应轴向均布 6-8 条梯形截面槽，尖角圆滑过渡。5.2.25.2.2 支撑套的设计支撑套的设计根据上面所选轴承知，支撑套的材料应选 45#钢，且轴承套的内径为轴承的外径。查国标一般选 20mm 的板厚作为支撑套的原材料，该图形设计由上面选择的轴承座的类型根据文献3选 GPF-80 型，如图 5-3 所示：图 5-3 水下滑动轴承机座宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计286 6 轴的轴的密封密封6.16.1 密封装置的类型密封装置的类型用于机械搅拌反应器的轴封主要有两种：填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入搅拌容器内。6.26.2 轴的密封选择轴的密封选择填料密封结构简单、制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。 1填料密封的结构及工作原理填料密封的结构由：底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等组成。在压盖的压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。由于填料中含有润滑剂，因此，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成一层的极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面，阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的。 2填料密封的选用根据填料的性能选用：当密封要求不高时，选用一般石棉或油浸石棉填料，当密封要求高时，选用膨体聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各种填料材料的性能不同，按表5.1 选用。填料名称介质极限温度C介质极限压力 Mpa线速度 m/s适用条件油浸石棉填料4506-蒸汽、空气、工业用水、重质石油产品、弱酸性等聚四氟乙烯纤维编结填料250302强酸、强碱、有机溶剂聚四氟乙烯石棉盘根260251酸碱、强腐蚀性溶液、化学试剂等石棉线或石棉线与尼龙线浸渍聚四氟乙烯填料300302弱酸、强碱、各种有机溶剂等宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计29柔性石墨填料250-300202醋酸、硼酸、柠檬酸盐酸等酸类膨体聚四氟乙烯石墨盘根25042强酸、强碱、有机溶液因为在水处理中对密封要求不高，只要能够阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的即可。根据以上的填料密封的介绍，本课题的密封装置选用：油浸石棉填料填料密封。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计307 7 结结论论在本次设计中，通过多方搜集资料，在纷繁复杂的计算中探究，应用化工机械和机械制造知识，选择了搅拌机的类型，确定了搅拌机的桨叶、轴及其功率，选用了搅拌机的电机、减速机等。通过这次设计，提高了我分析和解决问题的能力，扩宽和深化了学过的知识，掌握了设计的一般程序规范和方法，培养了我们正确使用机身材料、国家标准、图册等工具书的能力。总的说来，本次设计在严谨、求实中完成，这将对我的一生都有启迪和警示作用。由于本人经验不足，设计中不妥之处在所难免，恳请各位老师和同学提出建议和意见，我会诚恳地接受并在今后的设计中改正。末了，感谢各位读者对本文的参阅，谢谢！本次设计结果如下表 7.1。表 7.1 搅拌机设计结果表设计项目设计数据设计结果备注絮凝池40m33.13.14.4 该设计数据由实际情况所定桨叶-R=1.4m轴-R=100mm由联轴器的选型决定机座-J-A-65(型号)由电机和联轴器及轴承所定支撑座-GPF-80（型号）由轴承的选型决定宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计31符符号说明号说明V絮凝池的体积，单位 m3G速度梯度，单位 S1C搅拌层数K水和搅拌器的速度之比A单层桨叶面积，单位 m2Rp内桨和外桨的矢量和，单位 mn搅拌器转速，单位 r/minC 按扭转刚度计算系数2N搅拌器的功率，单位 KWJ单位时间单位体积内颗粒接触的机会。D颗粒的有效粒径；单位 m。W单位体积单位时间所消耗的功；单位 KW。液体的动力粘滞系数。系数。0有效能量消耗率。单位 KW。宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计32参考文献参考文献1.机械设计手册 3.北京：机械工业出版社，1999 年2.机械设计手册 4. 北京：机械工业出版社， 1999 年3.机械设计手册 5. 北京：机械工业出版社， 1999 年4.机械制图. 大连：大连理工大学工程画教教研室，2004 年5.毕业设计指导书.青岛：青岛海洋出版社，2002 年6.机械基础.北京：中国劳动出版社，1998 年7.机械制造技术.北京：机械工业出版社，1999 年8.化工轻工设备机械基础.成都：科技大学出版社，1988 年9.当代给水与废水处理原理讲义.北京：清华大学出版社，2001 年10.液压传动.北京：机械工业出版社， 2001 年11.过程装备控制技术及应用.北京：化学工业出版社.2001 年12.过程设备设计. 北京：化学工业出版社.2001 年13.工程材料. 北京：化学工业出版社.2001 年14.工程流体力学. 北京：化学工业出版社.2001 年15.化工工程制图. 北京：化学工业出版社.2001 年宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计33谢谢辞辞在完成本篇毕业论文的过程中，本人得到了老师和同学们的大力帮助，在此请允许我向他们表示最衷心的感谢！首先，我要感谢的是陈晓光老师。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他悉心指导和精心修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他的心血。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计34外文翻译外文翻译绪绪论论连续信号控制系统中，传统与现代控制理论的稳定建立已有历史证明。它不仅经历了工业革命时，并且使人类对宇宙开始进行研究。尽管抽样数据或离散时间控制理论已有五年的发展，但是由于固有理论或物理实现问题，它的实际系统的发展应用还是很缓慢。工程师和科学家试图设计一种达到完美控制系统。即达到理想系统性能。对一个实际控制系统来说，组成部分的物理性能。对于一个很广的范围，它限制扩展理想系统的宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计35功能，作为一个计算设备的数字计算机的发展成就允许更精确的控制并且包括工作速度，但是，在现代空间开发的成功史上这种精确已被证实为一个关键的因素。微处理器和微型计算机的发展并且它们作为控制元件的应用已提供了，不但可以对这些系统进行理论分析和研究，而且可以使控制系统设计者与他们达到理想系统功能的目标更接近。如果计算机在数字控制系统中起到很重要的作用，那么它的连续发展的短时间讨论是很重要的。第一台计算设备是手动的，庞大和笨重的，它需要人类大脑来完成所需要的计算算法过程部分。人类历史上从古到今需要更快，更精确，重要性的计算。所以从算盘发展的机械式累加和卡片存储器装置。随着电气的发展（电子管、晶体管、大型标度集成电路），其他的计算器件和大型的存储设备在近代发展起来。这种电气的阶段性发展随着操作能量的逐渐减少，允许相对快速的操作。它持续向更小、更精确、更快、更经济的计算机发展。微处理器是一种增强型的例子。软件和电脑程序代码的方法也在这三年提高了。在实际的任何一种算法中与结构编程和软件工程的概念非常重要。特别是数字控制算法。这些方法的恰当应用可以建立更好的结构，更快的检测和求值，更经济的分解和保持。数据流的结构和对实时数字控制系统有影响，而且必须是分析中的积分元件。在数字控制领域，实时过程是成功执行的关键，如果应用合适的硬件和软件设计的实施技术，那么小而快的微处理器可以用于很多控制系统中。本章的目的就是对数字控制系统取样数字中的分析和研究，和实际执行技术，由软件和硬件观点而得的思考想展开一个广泛的讨论。一个通用的数字控制系统的各个方面都将在这个章节内从观察（理论、硬件、软件）的各个水平进行讨论。三个简单控制系统的形态或结构，如图 8.1 所示。图 8.1（a）所示一个表现很多工业过程结构的开环控制系统。另外两个闭环结构表现了最常用的控制系统，在这里，就限制了性能说明。更好的理解这文章的控制理论部分，一个介绍性的背景在经典连续控制理论中是一个必须的。但是，从连续理论到数字控制理论重要的扩展将会解释。通过本章将学到以下内容：1. 什么是 A-D 转换2. 如何建立数字系统模型3. 离散时间信号和基本序列4. 取样过程和理论5. 正变换和逆变换6. 脉冲传递函数宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计367. 取样信号的结构8. 离散时间系统和状态空间表达模拟模拟数字转换数字转换1.1.基本概念基本概念在测试 A-D 和 D-A 转换前，有必要温习一下每种表达式的属性。这样做可以帮助选择最合适问题的表达式。模型信号是一种变量随时间连续变化的信号，它的瞬时值会在一个范围内连续变化。最简单的例子如正弦信号，它的幅值覆盖了在（+A、-A）之间的所有植，模拟信号常常表达成正弦信号的求和。数字信号常常表现为一系列符号，所以，在二进制中信号由一系列数字组成，每个数字都是 0 或 1，它通过脉冲的静、动来给出它的物理形式。信号是通过一个假定结构的公式、字母来表达，它是一个连续的信号，并且假定组成这个信号的符号只能通过“步”来区分，它的值通过信号来表达，一定是单个的、离散的。我们的世界是一个物质的世界。在这个世界中，信息可用于模拟形式，被研究的每个参数都以连续方式变化着，所以人类的第一个涉及到的是模拟信号。假设检波器用来产生模拟信号，而且机器或工艺的控制常常需要同种类型的信号。它似乎需要有这样的观点，就是信号应该以模拟形式来掌握。数字信号所增加的重要性是迫使我们去转变这种观点。尽管数字信号易于储存和传递并且与模拟量计数器相比，它更好地计算，但是它们的实质是由于被数字计算机打开的机会和被技术的提升机迅速发展的需求所带来的在转换器成本上的降低（事实上转换器用于很多场合）。对于半导体器件的制造，整体技术的出现已经在 A-D 转换器领域带来了巨大的发展，就像在所有利用的电子元件领域内，而且它的影响将不断地被感受。整体技术更深刻地影响着设计理念。制造工艺和模拟数据转换成数字数据或缺点多的设备的利用。这些新的技术已经应用到为了高精度器件应用或计算而被设想和设计的传统生产中，并且它们自己也是整个新的产品范围的“产生根据” ，所以，仅仅大规模集成电路技术的出现使它有可能生产随机变量的 A-D 转换器。大约四十年前，一个精度为 0.1%（如提供数字数据 n 为 101 位），频率为 50Hz（也就是说，每 20us 引起产生一个转换）的模拟-数字转换器将花费 5000 美圆，其包括功率供给和控制电器。它是一种阀样式的转换器，能够耗放 500w 和产生几千立方厘米的容积。具有同种性能的转换器在现在的耗放小于 0.1w，并产生新的单位为立方毫升容积并且花费小于 10 美元。由于 CMOS 技术，则有可能制造具有 10mw 功率耗放的 10 位数字-模拟转宁夏大学 2007 届过程装备与控制工程专业毕业设计37换器。这些技术的先进可以使性能有所提高，同时可以降低尺寸和设备的功率耗放。所以制造者现在都生产具有自身校准技术的 16 位模拟-数字转换器，并且这些转换器都会产生一种应用的增加领域。大约四十年前转换器以一系列离散部件而获得,且与电子管或晶体管配对并且是手工调整发条阻力.现在制造商使用混合或大规模集成电路技术,假设零件之间的相对偏移很小,那么利用 MOS 技术的先进的积分会导致高的工作速度和良好的精度。整体 12 位数字-模拟或模拟-数字转换器都采用双线密封,而且当需要高精度时,混合技术仍然被应用.技术的发展是一个连续过程，但是它对 A-D 转换器设计和生产的影响依赖于可能产生的价格的降低和所造模块的市场潜力.用于它在被执行前,设计的财政利益必须确定.市场集中与传感器的艺术状态很紧密的连起来,以致于一个人想要知道为什么没有制造可以给出数字输出类型的传感器,所以取消模拟-数字转换器这个问题已经被研究了很长一段时间并且没有得出结论.制造适合特定数量的数字传感器已成为可能但对其他数量来说它仍然是一个很难的问题.进一步说,这些传感器保持了特殊的设备,并且很难执行转换过程,很难能够有效用于任何场合. 所以,问题依然没有解决,但从转换器传递到传感器.考虑到已经存在的转换器,它在保持模拟传感器和增加非专用转换器似乎更具有逻辑.仅可预见的发展将可能会使转换器成为传感器的积分部分；需要容纳转换器的空间应该逐渐变得越来越小，正如介绍一个新的技术。2.2.数字数字模拟转换模拟转换一个数字-模拟转换器或 DAC 是一台设备,它接收以位为单位的数字信息并将它转换成模拟信号.它是一个混合系统.一个 DAC 使得正在输入的 2n 的所有可能的二进制组合之一增加由参考电压 Vref获得的 2n 的离散电压之一.相似定理可以是任何形式的.但是作为一条定理，固有的双重性和线形变化一起应用。有很多类型的 DACS；一些给出电压输出，另外的给出电流输出，一些有内部参考电源对于其他的来说，有必要提供一个外部参考电源，一些是单独性输出电压而其他的接受双极编码，在确定情况下接受多线的并行数据。在定义了 DAC 的性能参数和可能发生的错误后，最好的和最常用的 DAC 类型会被描述。被转换的整个数字 N 可根据 2 的倍数表示如下： N=+ (8.1)1d12n2d2n202nd因根据系数 di 的值得它的值在 0 到之间。讨论一系列系数 di 便是讨论二进制数12

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