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5m3夹套式反应釜设计含开题及9张CAD图,m3,夹套式,反应,设计,开题,CAD
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20XXXX设计说明书 5m3夹套式反应釜设计 院 、 部： 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 班 级： 完成时间： 摘 要反应釜，在石油、化工、医药等行业中应用范围非常广，是一种综合性反应容器，操作简单。所谓夹套反应釜就是正常的反应釜多了个夹层，夹层里可以通热水、热油或者冷却介质，目的是为了加热或冷却反应釜内的物料且其结构简单。但由于技术的困扰，它也有缺陷，一定程度上也能给人带来损失和安全隐患。本次毕业设计课题是为了设计5m3夹套式反应釜，通过对设计任务书进行了初步了解，然后B站学习相关知识后，有了一定了解。首先了解夹套式反应釜的构成部分，它是由釜体、夹套传热结构、搅拌装置、传动装置、轴封以及其他零件所组成，其结构组成确定后，再对工作装置初步分析，开始制定设计思路。首先需要确定的是该反应釜筒体的尺寸数值，根据筒体的尺寸分析选择所需要的夹套，然后进行强度校验，确定内筒和夹套封头的厚度。之后并按照设计结构的顺序进行分析计算，根据分析已经确定好的筒体，加上任务书的要求，将搅拌器和搅拌轴进行分析比较，选择合适后，接着通过计算强度和强度校核，确定达到要求后就完成了这部分。传动装置是反应釜重要组成部分之一，综合考虑其经济性和动力效果，确定好电动机和减速机的选择。紧接着选择合适的机械轴封，满足即可。此次设计此反应釜，不仅让我温习了大学阶段的相关专业知识，也锻炼了自己动手的主动性能力，为今后自己步入社会主动学习和工作攒下了基础。关键词：反应釜；传热；传动；轴封ABSTRACTThe reaction kettle is widely used in petroleum, chemical industry, medicine and other industries. It is a kind of comprehensive reaction vessel with simple operation. The so-called jacket reaction kettle is a normal reaction kettle with more sandwich, in which hot water, hot oil or cooling medium can be passed, for the purpose of heating or cooling the material in the reaction kettle and its structure is simple. However, due to the technical troubles, it also has defects, and to a certain extent, it can also bring people losses and security risks.This graduation project is for the design of 5 cubic meters jacketed type reaction kettle, through the preliminary understanding of the design task, and then B station after learning relevant knowledge, have a certain understanding.Firstly, the components of jacketed type reaction kettle are understood, which are composed of kettle body, jacketed heat transfer structure, agitation device, transmission device, shaft seal and other parts. After the structural composition is determined, the working device is preliminarily analyzed and the design idea is formulated.Firstly, the size value of the cylinder body of the reaction kettle should be determined. Then, the required jacket should be selected according to the size analysis of the cylinder body. Then, the thickness of the inner cylinder and the jacket head should be determined through strength verification.After that, analysis and calculation were carried out in accordance with the sequence of the design structure. According to the determined cylinder body and the requirements of the assignment book, analysis and comparison were made between the agitator and the agitator shaft. After appropriate selection, this part was determined to meet the requirements by calculating strength and strength checking.The transmission device is one of the important parts of the reactor. Considering its economy and power effect, the choice of motor and reducer is determined.Then select the appropriate mechanical shaft seal, can meet.The design of this reaction kettle not only allowed me to review my professional knowledge in university, but also exercised my initiative ability to do things myself, laying a foundation for my active study and work in the society in the future.Key words： reaction kettle; heat transfer; transmission； shaft seal目 录1 绪论11.1 选题背景及目的11.2 反应釜的应用领域以及发展趋势11.2.1 反应釜的应用领域11.2.2 反应釜的发展趋势22 反应釜釜体的设计42.1 反应釜几何尺寸的确定及结构选型42.1.1 筒体及封头型式的确定42.1.2 筒体的内径及高度42.1.3 夹套的结构和尺寸62.1.4 稳定性校核62.2 法兰93 搅拌装置的分析及确定103.1 搅拌装置的作用及组成103.1.1 搅拌器的结构类型103.1.2 搅拌器的判断及选用133.2 搅拌轴设计133.2.1 材料的选择133.2.2 搅拌轴直径的确定134 传动装置的选择164.1 电动机选型164.2 确定减速机型号174.3 机座选型184.4 联轴器确定194.4.1 联轴器的机构类型194.4.2 联轴器的确定194.5 底座的设计194.6 安装205 轴封装置215.1 填料密封215.2 机械密封215.3 机械密封的结构215.4 轴封装置的选择226 反应釜的轴的加工与检修246.1 轴的加工要求246.2 轴套的加工要求246.3 反应釜的定期检修247 总结26参考文献27致 谢28 1 绪论1.1 选题背景及目的当今世界，是一个经济和科技不断飞跃的时代。随着建设现代化进程的不断加速，人们对生活物质的需求也随着提高。当然了，也包括对化工产品的需求。各国对高质量的化工产品也非常感兴趣，渴望培育高质量的机械专业性人才，搞科研，研究出高技术的和省能的设备，进一步占领这仅剩下的市场，分到较大的蛋糕。随着人民在生活需求上的满足，人们也正在追求精神境界的需求，渴望发展的同时也能生活在一个绿化健康的环境中。平时，我们也能常常见到一些化工产品，这也是生产力发展所产生的结果。这就要求了工厂在化工生产中要制造出人民所期待的产品，不然生产出来也会被淘汰。这就体现在不只只要制定出好的更好的工艺过程，还要的是生产出更优更适合技术革新的设备。反应釜更为化工中的典型设备，它的制造设计就显得很重要了。因此如何对反应釜进行革新升级，对于化工企业甚至是国家来都极为重要。分配大学生做此种设计的任务，不仅仅是考察机械专业类学生的学习成果，也是为机械的底蕴埋下厚厚的肥料。 学校安排我们机械专业的同学们做化工设备的设计的目的，是为了对我们即将毕业的学生们进行考察学习情况和一些综合性的能力的培养，在最后的一次的毕业之前的设计任务中，我们需要认真独立地完成这次任务。这将不只是对我们大学多年来所学知识的检验，更是培养即将毕业的学子们出校门后具备工作的能力，比如学会温习之前遗漏知识的能力、主动学习不会的知识、独立动手的能力等等，这都是我们离开这个大家庭需要单独面对问题且需要自己要具备的能力。因此，学校安排的毕业设计任务是有必要的，且有意义的。1.2 反应釜的应用领域以及发展趋势1.2.1 反应釜的应用领域反应釜自从被发明出来后，由于自身的优势和社会的需求很大，它也以一个很快的速度在发展。反应釜能给进行的化工反应提供空间，无论在什么样的操作条件下和物料物性的优劣下，反应都能很好的进行，在众多化工企业中，反应釜都是不可或缺的重要装置。反应釜的容积大小常常决定其应用的领域，一部分大型反应釜的容积简直大的让人难以相信，是我们在实验室常见的反应釜的尺寸的几百倍，甚至可以达到几百或上千立方米。当然了，这些反应釜常常被用到大型的惠民化工中。但是，这并不能代表着小型的反应釜没有其用武之地，它们而且是那些优秀人才眼里的宝贝，就比如一个很小的反应釜是实验室里的重要角色。如果没有它们，很多科学家的实验数据和现象就得不出，那是很多研究那是多大的损失啊。就像搅拌反应釜除了有化学反应釜和生物反应釜的这些用处之外，还能广泛使用在一些重要的物理或化学过程中。搪玻璃反应釜广泛的应用于在食品、医药、农药、科研、化工、石油等行业中；还有碳钢反应釜适用在不含有腐蚀性的液体环境中反应，例如某些重要的油品加工；不锈钢反应釜因为其材料的特性，它就适用于需要在高温高压条件下反应的实验行业中，如冶金、科研、高校等。它能让颗粒物和粘稠物 质反应时充分，达到很好的搅拌效果。一句话说，反应釜应用广泛，安全性可靠，是化工机械或化工实验等行业中不可或缺的一种重要设备。1.2.2 反应釜的发展趋势在1912年，经过几辈科学家们的不断探索和试验，终于发明了一种能将能为反应装置物料的容器，把它叫作反应釜。因为其优良的性能，从他被发明出来，一直倍受企业老板和科学家们的喜爱，直到现在，依然有许多人仍然使用它，并数量一直从未减少过，而且一直成正增长速率的递增。从以往大量实验中发生的失误，我们在思考，并且经过大量实验，我们预言以后的反应釜发展趋势，由于市场的需它还将继续加大容积，并且还将降低它的反应的安全隐患，现在的环境形势和能源问题也将要求它以后被设计将会变得环保节能，保护我们所生存的这个环境，并且产品性能和质量也迫使它的工艺的技术也需要更加成熟，其次就是材料选择方面也将是核心，只有不断革新自身硬件，适应这个不断变化的时代的需求才能保证竞争力，不被淘汰。预测反应釜今后的发展趋势可以从以下做为出发点：增加其容积是是未来的主流，并且未来小批量即将是反应釜制造的主要方向，对其本身的质量品质要求也会变得更高，并且由于多家企业的竞争，经济性也将是它的指标。目前，生产的反应釜容积大的能达到120 m，对比国内外这些情况，反应釜在容积的提升前进了一大步。而反应釜中的重要组成部分搅拌装置的未来的要求也会要求它变好，简单的搅拌器在未来满足不了反应需求，可以使用外加泵的方法提高搅拌器加快搅拌速度使物料的转动速度加快从而增加其反应物料的接触提高反应速度，才能按要求反应生产出更高质量的理想目标产品。这将在以后反应釜生产的企业中得到重视，并且得到实际实施。可能伴随着科学技术的不断进步，人工操作即将被智能自动化取代，以后的反应釜将可能被程序所控制，今后的反应釜将会变得更经济化和自动化，以减少资产的浪费。未来的反应釜的传动装置将会被优化，最大程度的把能源利用起来，减少浪费。如果它能将热能最大限度地利用起来，这能极大的提升反应釜的传热效率。改进热管技术也会是我们的目标，朝着目标努力努力，能让浪费的资源得到更有效的利用。最后，为了保证生产产品的质量，它需要定时清洗，它今后的设计也会为了更简单方便的清洗而考虑，按照合适的工艺要求去设计。努力吧，未来可期。2 反应釜釜体的设计2.1 反应釜几何尺寸的确定及结构选型2.1.1 筒体及封头型式的确定 根据任务书和该反应釜的设计压力和设计温度的范围及化工工艺要求可得出其是属于低压反应釜，该反应釜用的是夹套式传热结构，根据设计任务要求分析资料可选择圆柱筒体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 可查文献7表6-1，根据设计情况要求选择正确的反应釜的/，表1如下：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要计算出反应釜的直径和其高度时，还需要确定其反应釜的装料系数（反应釜操作时所能允许的装料程度）等予以综合考虑，一般情况下，取0.60.85。在此设计任务书中，可知设计温度较低，可确定其反应时状态缓和，所以可取 0.80.85。通过对反应的物料分析，长径比可取12。实际生产中，合理的选择装料系数，也可以提高设备的效率。所以选用=0.8，长径比选择H/=1.6。（2）筒体内径的计算由参考文献7第六章查阅得,可得出计算筒体内径的公式为： V=4Di2H=4Di3(HDi) （1） 则 Di=34V(HDi) 式中：Di为筒体内径，m ；V为釜体容积，m3；H为筒体高度，m。根据说明书可知，气体和液体的混合物为反应釜内的物质，因此长径比为1.6是最恰当的选择，将v=5m3代入公式（1）：Di 1.581 （2） （3）确定筒体内径和高度结果被要求取计算后圆整的值，因此取Di=1600mm，在文献8中查阅表4-14，得知25mm为标准椭圆形封头的直边高度h2的数值，=1,由文献8可得封头各参数公式。如图1为椭圆形封头的结构示意图： 图1 椭圆形封头曲面高度按下式计算ab=Di2hi=2 （3） 得曲面 高度h1为400mm使用公式0.35D2求得内表面积为2.81m2,使用公式24Di3得Vh的数值为0.536m3,筒体的容积V1可以由文献8表4-20得知，其数值为2.017m3。下式的公式（4）为筒体高度的标准公式： H=v-Vh4Di2 （4） 把上述公式计算所得的数值代进公式（4）：计算所得的数值H2.22m，而一般取H=2200mm。所以H/=1.375，在合理的长径比范围之内，符合要求。2.1.3 夹套的结构和尺寸 由于自己本次任务书课题是设计夹套式反应釜，所以自己需要给一般的反应釜设计夹套。如以下:（1）夹套的选型首先明白夹套的类型结构，确定选型。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。夹套的主要有以下几种结构形式：型钢夹套半圆管 夹套、蜂窝夹套、 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中推荐的数值选用，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=1600+100=1700mm。夹套筒体的高度估算如下： Hj = V-VhV1 = 0.85-0.5362.017 1.6m （5） Hj的数值为1600mm，其为圆整后的数值，夹套封头和筒体皆为椭圆形且具有相同的直径。2.1.4 稳定性校核 （1）内筒及夹套的受力分析由课题任务可知，釜内的设计压力为0.35MPa，夹套内设计压力0.35MPa，当反应在设计温度下，对封头和内筒的受载进行分析，因为贾涛的性质，夹套封头和夹套内的筒体都会承受反应时夹套反馈的0.35MPa的压力；内筒筒体和下封头既要承受釜内设计的内压，也承受来自夹套内设计的外压力。不工作时，内筒承受夹套的外压0.35MPa。（2）计算夹套筒体、封头厚度该反应釜中的环焊缝很难得到检查，查表确定其数值为=0.85。且由文献4表14-5和表14-6 查得C1=0.3，C2=2。查阅文献7得知公式：dpDj2t-p+C1+C2 （6） =1.10.35170021130.85-1.10.35+0.3+2 Pc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm查表得厚度（夹套封头）公式为，:dpDj2t-0.5p+C1+C2 （7） =1.10.35170021130.85-0.51.10.35+0.3+2 =5.71mmpc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm经过分析确定，封头的材料为Q235-A钢且为标准的椭圆形，且上述计算所得厚度数值圆整后数值都是6毫米。（3）计算内筒筒体厚度查阅表格得得C1=0.3 C2=2查阅文献4，=1 存在0.15兆帕内压时，公式（8）可计算筒体厚度：nPCDi2t-PC+C1+C2 （8）=1.10.15160021131-1.10.15+0.3+2 =3.47mm Pc计算压力，MPa Di圆筒的内直径，mm t在设计温度下圆筒的许用应力,MPa n圆筒的名义厚度，mm C1钢板厚度的负偏差，mm C2腐蚀裕量，mm 当存在0.35兆帕外压时，计算筒体厚度，首先假设n=5mm，则e=5-2.3=2.7mm，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。D0=Di+2n=1600+25=1610mm （9）L=H-150+h2+13h1=2200-150+25+1/3450=2225mm （10）由文献4表16-6查得h2=25mm h2椭圆封头直边高度由文献4表16-6查得h1=400mm h1椭圆封头的曲面高度故 L/D0=2225/16101.38；D0/e=1610/2.7596查文献4表15-4得A=0.0012， B不存在。所以，当名义厚度n=5mm时， 不能取。取n=10mm，则e=n-C1-C2=10-0.3-2=7.7mm，D0/e=1610/7.7209，L/D0=2225/16101.38。查文献4表15-4得A=0.0013，B=45。许用压力导出p=BD0/e=451610/7.7=0.41MPa 由 p 0.35MPa，因此合适。就力学进行分析，筒体壁厚的选择应该按出现压力最大的情况下选择，只有这样才能保证它的安全稳定。综合文献及相关资料已知，筒体厚度取10mm符合安全设计标准。（4）计算内筒封头厚度存在内压，则按公式（11）可计算筒体厚度：dpDi2t-0.5p+C1+C2 （11） =1.10.15150021130.85-0.51.10.15+0.3+2 =3.67mm 存在内压，则按公式（12）可计算筒体厚度：设n=10mm，则e=n-C1-C2=10-0.3-2=7.7 mm，而A=0.1250.9D0/e=0.1250.91610/7.7=0.0006 （12）查得B=110，所以有 p=B0.9D0e=1100.916107.7=0.58MPa因为 p0.35MPa满足校核要求。 所以筒体厚度的值取10mm。2.2 法兰化工上，正在使用的法兰有两个标准，分别为压力容器法兰标准和管法兰标准。管法兰，和许多产业都有着莫大的关系，它也是作为联接压力容器及设备与管道的标准件和通用件。并且管法兰标准必须得与其它相关行业协调起来，不仅要正确选取国内的标准套用，而且也要和国际认定的标准搭的上。查询文献13，如图2示： 图2 管法兰连接尺寸查询有关系的数值，可得出连接尺寸大小的选取查阅文献13附表11-4，按照标准连接件设计。3 搅拌装置的分析及确定3.1 搅拌装置的作用及组成搅拌装置是此设计的核心组件，在化工设备反应中，有时为了增加反应釜中反应的速率，增加物料接触表面和加强传热，因此需要设计此装置。它是由搅拌器及搅拌轴共同组成，且其组成的部件多式多样，常常根据工艺要求和经济性选择合适的。3.1.1 搅拌器的结构类型 综合对比搅拌器结构特点，选择合适的。（1）桨式搅拌器桨式搅拌器的特点是其结构稍简单，其桨叶通常是以扁钢制造而成，材料可以选用碳素钢、合金钢、有色金属、或者环氧树脂、酚醛、玻璃布等。桨叶可分为折叶型和直 叶型。直叶型桨叶指的是叶面与其旋转时方向相垂直，使物料向运动的切线方向流动，加上搅拌挡板后可以产生不一样的搅拌效果。而折叶式型搅拌器其实就是它的桨叶与其运作时的旋转方向成一定的角度，折叶除让物料做圆周运动外，还能使其上下运动，它的效果比直叶搅拌器更好。折叶式搅拌器中，折叶和旋转方向一般为60，这样的目的就能让物料轴向分流比较多；桨式搅拌器工作时其运转速度相对迟缓，它的速度大多在 2080 r/ min，且v5m/ s。在容器中料液层比较高的情况下，它通常装有几层桨叶，这样装就是为了使物料搅拌得均匀，相邻的两层搅拌叶按交错成 90安装。在选择桨式搅拌器直径大小（D）时，不能取得过大，大概取反应釜内径Di大小的1434较为合理，安装结构由其轴径确定。以下为浆式搅拌器的结构示意图，见图3。 图3 桨式搅拌器（2） 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器是在反应釜中应用比较广泛的一种，它能有效地实现基本上所有的搅拌操作，它还能处理一些黏度范围比较广的物液流体。涡轮搅拌器分为开启式、圆盘式，之外还有闭式。开启涡轮式的搅拌器上的叶片直接装在轮毂上面，大约有26片弯曲的或平直的叶片，圆盘式则它的圆盘安装在轮毂上，叶片则直接安装在圆盘上，根据安装不同类型的叶片来达到搅拌目的，其在互不相溶的物液液体与空气的分散还有液液反应过程中大量使用涡轮式搅拌器，其结构图见图4。 图4 涡轮式搅拌器（3） 锚式与框式搅拌器这种类型的搅拌器底部形状和釜体的下封头形状相似，人们因为其组成又把它叫做桨式的变形，它由垂直面的桨叶与水平桨叶联 成一个刚性框架，该组成结构相比比其它较为坚固。搅拌叶通常用扁钢(碳素钢、不锈钢)或碳钢角钢弯制。安装和检修取决于反应釜的直径。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，预防腐蚀。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5。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5070r/ min。图5 框式搅拌器（4） 推进式搅拌器制造推进式搅拌时，通常采取整体铸造法，加工方便。通常在模锻工艺 后同轴套焊接，加工稍难。在整个生产制造中都应静平衡试验。搅拌器能用轴套以平键和 紧定螺钉与轴联接。其直径大小为釜体内径Di 的 1/41/3。v15m/ s（切向线速度）, 转速300600r/ min，甚至其数值更大，通常大直 径取较小转速，小直径取较大转速。常用 铸铁或铸钢等制造。其结构图见图6。 图6 推进式搅拌器3.1.2 搅拌器的判断及选用首先的话，选用搅拌器必须要由任务书所要求的条件进行考虑，即我们应该对比物 料黏度、釜体的容积及搅拌效果的好坏，然后综合考虑其制造的成本以及现实操作的难度也应该考虑到操作费用、以及日后的维修难度与费用。综合这些不同的因素。制定出一个安全、使用效果好、成本低的方案。有本次设计说明书要求得到的信息以及查阅相关文献，选涡轮式搅拌器。因为涡轮搅拌器首先应用很广，能完成许多物料的搅拌，还有就是它的生产商很多，能以一个较低的价格买到需要的型号，确实很合适这次的设计。因为本次反应釜的直径Di=1600mm，根据数据对比可以确定其材料为Q235-A，型为6片平直叶圆盘涡轮搅拌器，d=700 mm。一些时候可以通过增添挡板或者导流筒等搅拌附件来改良物料的流动状态来达到搅拌效果。（如果有需要）3.2 搅拌轴设计3.2.1 材料的选择现实中，搅拌轴的材料一般用45钢制造，轴的耐磨性和强度如果需要提高，还应进行适当的热处理工艺。如果搅拌轴的要求较低的话，可以以普通碳素钢（如Q235A）制造。若耐磨性要求比较高，还有要求物料不能被铁离子污染时，必须采取防腐措施，还有采用不锈钢。经过查阅分析，选择45钢。3.2.2 搅拌轴直径的确定 （1）计算功率搅拌功率：即搅拌时，搅拌器对液体做功，液体流动所要的功率。为了选出满足要求的传动装置，必须要计算功率。则有电动机功率Pd=11kw，查阅文献7可得：Pd=P+Pm （13）式中：Pd电动机功率，KW； Pm轴封系统损失功率, KW； 传动系统的总机 械效率 将Pd=11kw，Pm =0.08KW，=0.9带入公式（13）得P=9.82 kw。（2）搅拌轴的强度计算对搅拌轴进行分析，由其特性可知，搅拌轴在工作时轴受到了扭转和弯曲方向上的作用，但弯曲影响极微，为了计算方便，就忽略了弯曲方向上的作用，由其引起的误差则用安全系数来保证。由文献7可得出实心轴的直径如表3。max=MTW （14） max轴横截面上的最大剪应力，MPa MT轴传递的扭矩，N.mm W截面模量， mm3 许用用力，MPa其中由所选材料得可取3040 MPa。 MT=9.55106Pn （15） 对于轴有： W=d316 （16） P为搅拌轴传递的功率，kw最后由搅拌轴直径公式导出 d3653Pn （17） n搅拌轴的转速，r/min在稳定要求下，带入数据得d52.6mm。（2）轴的刚度计算如果搅拌轴在工作过程中，它发生了较大的扭转变形，就会在运转时引起振动，那么就会出现各种各样的状况不正常工作，一连串的动作都会给我们化工带来质量上的伤害或者经济损失。所以我们会在设计时将扭转变形限定在一个可行的范围内，即刚度扭转条件，就可以确保其稳定工作。工程上，即将扭转角大小不能大于许用扭转角称为刚度条件。查阅文献7第六章得： =MTGJ103180 （18） 扭转变形角度，/m G搅拌轴材料的剪切弹性模量，MP Jp极惯性矩，m m4其中由我们所选的材料可得G=8.1104 MP J=d232 （19） 由上式可得轴的直径为 d15374PGn （20） 刚度满足，综合带入得d54.8mm。（3）直径的确定要想搅拌轴稳定，不影响工作。要进行其强度和刚度的检验，要求其数值必须在许可的范围内，且选较大值。同时考虑到搅拌轴上的键槽或孔会对轴横截面的局部削弱，还有物液对搅拌轴有微弱的腐蚀，所以其直径应当按我们算出的直径适当取大，并圆整，方便与其他零件联接配合。即d=60mm合适。4 传动装置的选择传动装置是反应釜的动力核心部分，它由电动机、减速机、联轴器、机座和底座等构成了反应釜的传动装置，此次说明书任务设计的釜体用的是立式设置。所以把它安装在釜体的顶盖上，受于转速的影响，电动机须从减速机把搅拌转速降到符合的要求，经连轴器使搅拌器转动，电动机和减速机得配套使用。并在之后设计一个机座，安装在釜体的封头上。由于传动装置和轴封装置安装应要求保持一定同心度，还有为了拆装检修方便，需要在其封头上焊接一个底座。整个一块的装置及机座联通轴封装置都一同安装在底座上。根据任务要求及效果，正确设计。整体结构如图7所示。图7 传动装置的结构4.1 电动机选型设计要求的转速n=85r/min，较低，因此要配套减速机一同使用。电动机的选用，其实就是去选择合适的及结构尺寸、功率及转速。由式（15）得Pd=11kw。由设计任务书得反应釜用于制药，分析物料条件，因为是制药，所以无易燃易爆介质，反应中腐蚀性的物料也不存在在。由文献4表18-5分析，Y型异步电动机的制造材料和其特点适合此设计。一般异步电动机的同步转速根据电动机的极数分为几档，有600r/min，750r/min，1000r/min，1500r/min,3000r/min等，因为1500r/min的电动机价格较低，考虑经济性，供应普遍，且应用广泛，所以选择1500r/min的电动机。查表可确定电动机型号为Y160L-6。4.2 确定减速机型号以下型号是目前常用减速机一些性质：（1）摆线针轮减速机其传动比相对其他的减速机来讲的话，较大，在8711之间，且其传动效率较相比其他的减速机说是比较小的。它的原理是利用齿轮的啮合来运作的，优势效率高，因为它的传动原理，所以他运转平稳，承载的极限大，适用于比较复杂的环境中，可以频繁启动。（2）齿轮减速机 传动比在126之间，有点小，它的传动效率也是挺优秀的，能达到0.995，属于两级齿轮类的传动减速机，结构简单，当与其他减速机做一些比较时，同速比一样时，它的优势在于制造成本以及它体积很小，这些都是其它所不具备的。搅拌物液时它主要是用于轴向力小的那方面，当反应剧烈甚至可能产生爆炸时候，它能保证安全，直接供应。（3）带传动减速机 其原理是单级皮带传动，传动比在4.532.96，是最小的。传动效率和其他差不多，输出功率在0.55200kw以内，该结构会在工作过载的时候打滑，因此对设备来说有保护作用，但是明显的劣势就是不能担保精确的传动比，时常变化。他没被广泛投用的原因是它独特的口味，对反应环境的湿度要求高以及传动带不能与由腐蚀性溶液接触。 通过设计的要求和以设计的数据综合来看，查文献 7以及相关的材料，可选择摆线针轮行星减速器。 图8 减速机 4.3机座选型反应釜立式传动装置是通过机座安装在釜体上封头的底座上，机座的安装一是其上端与减速机装备，二是其下端与底座联接装配。并且，设计机座时，应该给其内部留有足够的位置，来容纳联轴器、轴封装置等种类的部件。机座内并要保证安装操作时所需要的空间。机座中间有时装了中间轴承装置，这样来改善搅拌轴的支承条件，使其稳定系数高。机座分为是单支点机座、双支点机座、无支点机座。单支点式机座适用于减速机或电动机成一个支点，或反应釜内可设置中间轴承和底轴承的情况。双支点机座适用于悬臂轴。无支点式机座，应用较少，只适合用来传递小功率或者轴向载荷较小和的条件。由之前已知条件，轴径选择公称直径为500 mm的单支点机架，材料HT200，也可以选择A3通过焊接而成。单支点支架的结构示意图，见图9。图9 单支点机座4.4 联轴器确定联轴器生活中常用来联接轴与轴，让两者一起回转且传递扭矩。此传动装置中，搅拌轴和减速机轴就应该采用联轴器来联接，不仅能使传动效果得到改良，而且也能减少损耗。4.4.1 联轴器的机构类型联轴器分为可移式和固定式，可移式可以允许被联接的两个轴有可允许的安装误差，并且能对工作产生的相对位移偏差做补偿，而固定式则要求被联接的两轴无论什么时候都不发生相对位移。按其刚性又分为弹性联轴器和刚性联轴器。刚性联轴器是由刚性很大的零件所组成，难以补偿两轴线的位移，而弹性联轴器，既可以缓冲，也有减振的功能，还可以补偿位移。弹性联轴器在生活中应用很广，它允许两轴之间的同心度发生一点偏差，而刚性的没有弹性量，但具有耐腐蚀、重量轻、灵敏度高、抗油污、不需要保养等优点。从文献4表11-4中选择固定式中的夹壳联轴器作为联接件。 4.4.2 联轴器的确定立式夹壳联轴器符合。由搅拌轴的直径d=60mm，查表得，完成取型，选GJL4型。4.5 底座的设计安装底座的话，与减速机座联接保证了稳定性，又可以使搅拌轴工作时运转正常顺利，并且在其加工表面车削时，应保证在同一装夹的表面上定位安装，车成安装面。本设计用来制药，因此不考虑腐蚀环境，属于不衬里。可选材料为A3F,填料底座如图 示： 图10 填料密封的结构型式 4.6 安装配置结构如图11所示图11 安装底盖与密封箱体、机架的配置结构5 轴封装置轴封装置即安装一个装置，可使得反应容器在一个完全密闭的环境中进行，液液反应时，即使搅拌器工作，也不会发生泄漏，可保证反应按照正常的方向进行，不会因为温度的流失或者反应液的溅散而影响反应。当设备里反应的物料是有毒或者有腐蚀性时，也不会让它发生泄漏，不仅保护了人体健康，也保护了环境，最主要是也降低了对反应设备购买或者维修清洁的费用，所以它必不可少。即使反应的是气液，也将有此作用。如此经济且保护的装置，又怎能不设计？因此如何正确的选择有效合适的此类装置，显得十分重要。5.1 填料密封 填料密封是一种古老的密封结构，已经很多年了，蒸汽机就是其中一个实例。但是现实生活中看的话，它出现的很少。它的原理是当填料被操作者装进填料腔后，扭紧压盖螺母，压盖压缩填料，填料在被作用后发生变形，紧贴轴的表面，达到了阻碍物料泄漏，达到其密封的目的。5.2 机械密封生活中，人们常常习惯称其为端面密封，它在日常中被广泛的使用，比如说压缩机和和反应罐等等。机械密封有消耗小且密封效果优良。它用来密封机械时候，基本上不会发生一点泄漏，这将对实验室的操作人员提供一个好的发生反应的空间，对于操作人员来讲，不仅不会影响自己的实验结果，也不会让自己因为泄漏处在一个不舒适或者有危害的环境里，这不仅提高了反应进行的效果，而且更让人以一个更舒服积极的态度去创造。并且，机械在工作时基本不会发生轴的磨损，这就降低了它损害的程度，它被使用的时间也就提高了，所以从长期看来也是一个比较经济。5.3机械密封的结构 图12 机械密封的结构图示 如图所示，是机械密封的基本结构图。其主要的原理就是弹簧力的作用下，静环被紧紧的压住，所以其就不能移动，动环和静环贴在一起的时候所产生的端面就阻止了反应液中介质的泄漏，达到密封。5.4轴封装置的选择经过查看相关文献总结出填料密封和机械密封的特点，并作对比，其结果如表 所示： 表3 特点及优缺点比较方向填料密封机械密封 特点 泄漏多，寿命短，需要长期维修或者更换零件，不经济。轴磨损时，如果不调整，不仅会使物液泄漏增大，而且会对部件造成损伤。 工作时，不会发生轴的损伤，它使用的期限很长。泄漏少，或者可以忽略。可以调整补偿来维持泄漏量。续表3方向填料密封机械密封 优点 结构简单，生产维修方便，低温低压场合。 摩擦小，消耗小，用途广泛。能适应较大的压力和高温。 缺点 生活中少见，诸多限制，如温度、压力等。 加工难度大、装卸困难。反应釜中选择机械密封。6 反应釜的轴的加工与检修6.1 轴的加工要求搅拌轴就像反应中的催化剂，它能使反应容器中的物料接触更充分，加快反应速度以及反应彻底，不遗留物体在釜体内，保护器寿命。所以，加工反应釜的工艺极为重要，根据要求其表面加工光面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轴套的加工要求 在化工设备的设计装配这个过程在中，轴套扮演了难以替代的作用。它可以缓震，减少设备的损坏，降低维修和购买的成本。它能用来固定，确保轴部件不发生相对便宜，而造成损失。它还能通过联接来把有害介质隔离，保护反应和人的身体健康，及来抗腐。它也能降低组装难度，降低生产的本钱，十分重要。轴套的加工十分严格，常常根据其装配精度来进行加工一般按照基孔制IT9级。外径也是如此，必须按照精度要求来对其进行加工，不然定会给自己带来损失甚至是给他人安全带来隐患，不可忽视。6.3 反应釜的定期检修正常使用在反应釜过程中，定期每隔一段时间对反应釜进行检查，尤其是进行制药或者其他危险性的化学反应的时候，这些不仅会给企业带来很大的财产损失，也会给操作工或是顶级的科研人才带来健康甚至是生命上的威胁，制定规律的检查时间是很有必要的。这些都不是很大吧，最严重的是给公众带来危害。比如说制药，如果搅拌器除了小问题，导致一些物料没被搅匀，这就使得制药的比列不对，长期以往会越来越严重，请问这药卖给病人有作用吗？答案是肯定没有的，说轻了会影响他们病情治愈的时间，往重了看，如果别人的病情十分严重，这会导致夺取别人的生命。一个设计者，不应该只是完成任务设计出合格的产品，更重要的是设计出一款安全“负责任”的设计，所谓的责任就是不只只只是设计出一个安全、稳定系数都达到要求的设计产品，更应该严格要求相关购买此产品的企业能为自己的员工和人民大众负责。种种的事故还历历在目，只有安全负责任的设计才是一个好作品。因此有必要对反应釜定期的检查以及维修工作，以求降低风险和经济损失。7 总结从选择课题至现在已经过了6个多月，期间发生了许多事情，不过还好，总算完成，期间我学会了很多。还记得去年考完四六级后就开
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