【《某水合物压实与生成一体化装置总体方案设计案例》3400字】

I某水合物压实与生成一体化装置总体方案设计案例1.1水合物生成与压实一体化装置的工作过程本文设计的水合物生成与压实一体化装置主要用于实现水合物生成压实与储备一体化，其工作地点大多为水和物生产工厂或水合物研究实验室。其具体工作流程为：（1）利用泵将反映所需的气体和液体泵入反应釜中；（2）滚轴丝杠旋转使得反应釜外的磁铁带动反应釜中的磁铁向右移动，此时内球阀关闭；（3）滚轴丝杠反向旋转使得反应釜外的磁铁带动反应釜内的磁铁向左移动，此时内球阀关闭；（4）上述过程往复循环多次后，会有已经合成并被压实的水合物储存在反应釜的两侧，且反应物也消耗殆尽，此时打开右侧内球阀、外球阀开关；（5）滚轴丝杠旋转使得反应釜外部磁铁向右移动带动反应釜内部磁铁向右移动，之后内部磁铁会推动已经合成的水合物通过右侧内、外球阀，之后因为重力落到在右侧外球阀下方的传送带上。之后再反向移动磁铁，将左侧已经生成的水合物推落至下方的传送带上。（6）传送带一直在工作，每当有水合物落至传送带上都会将其运输至水合物容器中。（7）循环上述过程。图2-1水合物生成及压实一体化装置Fig.2-1Integrateddeviceforhydrategenerationandcompaction1.2水合物压实与生成一体化装置的总体要求(1)首先本论文题目研究的重点是水合物的生成与压实，并且在生成压实之后能够及时的将水合物从反应釜中移出并运送到储存容器当中；(2)由于该一体化装置中的反应釜为压力容器，所以此机械设备要有可靠的安全性；(3)因为水合物生成反应较为复杂，因此反应釜外的滚珠丝杠移动速度要较为缓慢，使得反应过程能够充分进行；(4)水合物生成与压实一体化装置的造价要合理，在能够安全完成反应、压实、输送过程的同时尽量压低造价。考虑到以上所需的设计要求，本文设计的水合物生成与压实一体化装置由外围直线运动装置、反应釜、传送带、反应釜开关等组成。1.1.1外围直线运动装置设计方案工程中常用的直线运动装置为滚珠丝杠，这是一种将旋转运动转换为直线运动的机械装置，传动效率以及精度较高。滚珠丝杠的选择涉及到确定滚珠丝杠的副导程、载荷及转速的计算[15]、副预期额定动载荷计算、电机选择等计算与选型过程，在论文后面的计算部分会进行详细研究。图2-2丝杠Fig.2-2Leadscrew滚珠丝杠上下两侧有两条滑轨，这两条滑轨与滚珠丝杠螺母上的法兰相连接，起到固定的作用，提高滚珠丝杠运动竖直方向上的精度。丝杠两侧有固定台座，用来固定丝杠，并且丝杠一侧与伺服电机相连接，能实现利用伺服电机控制运动。反应釜外围直线运动装置主要是使外围磁铁带动反应釜内的磁铁活塞，反应釜内有部分压强并且反应物需要充分时间进行反应，因此外围磁铁仅需缓慢往复匀速移动即可。外围磁铁需固定在丝杠螺母之上，因为磁铁活塞和外围磁铁的磁力作用需要连接部分有足够的强度，以免在运动过程中出现安全事故。2-3磁铁固定法兰Fig.2-3Magnetfixingflange滚珠丝杠的丝杠作为转动部件，其直线度非常高。丝杠杠体上有半圆形螺旋槽，以供滚珠进行滚动，减少摩擦。丝杠本身因为加工需要表面淬火之后再进行磨削，因此本身耐磨性能较好，在设计时可以不去考虑丝杠磨损带来的危害。丝杠本身与驱动电机相连，由电机直接驱动[16]。图2-4丝杠滑台Fig.2-4Screwslide在滚珠丝杠中，滚珠既是传动部分又是承载部分，以滚动的方式传递运动使得其所受的摩擦力较小，这近一步加强了滚珠丝杠的耐用性。滚珠丝杠的螺母上还有导油孔，可以给螺母定期注入润滑油和润滑脂，提高滚珠丝杠螺母的耐用性。滚珠丝杠上具有用来移动和固定磁铁的丝杠螺母，本设备的丝杠螺母将会与一个直线导轨相连接，可以使得外围磁铁稳定直线往复运动。丝杠螺母是滚珠丝杠的重要部件，滚珠丝杠的性能和耐用度很大程度上依赖于它。1.1.2水合物反应釜及生设备设计装置中水合物反应釜需要横向放置，因为相同周长下圆形的面积最大，因此需要设计一个横截面为圆形的横向放置反应釜，即圆筒状反应釜。反应釜中的活塞由磁铁制成并且设计成柱状，目的是为了能够从外围利用磁铁控制该活塞的运动，从而实现水合物的生成及压实。图2-5反应釜Fig.2-5Reactor圆筒状反应釜内需要不断的输入水合物反应中所需要的气体及液体，于是在圆筒横向一侧以及下侧开一排小孔。这些小孔与软管连接，软管与电动泵相连接。下侧小孔输入气体既是反应物也会增加反应釜中的压强，水平侧小孔输入液体。为了避免反应物体积过大，使得磁铁活塞运动收到阻碍。因此在反应釜水平侧开一段槽，目的是为了使反应物能够充分流动，增加反应釜中的安全性，也能使反应物充分反应。图2-6反应釜横截面Fig.2-6Crosssectionofreactor水合物生成需要低温高压的环境，因此需要将水合物反应釜做到良好的密封。反应釜的左右两侧都是水合物生成及输出的部分，因此反应釜左右两侧的出口都必须有可以自行控制的开关，使得进行水合物生成反应时两端开关关闭，水合物需要从反应釜中输出时两端开关也能够及时打开。为了满足水合物高压、低温的生成环境，以及可以快速开关反应釜两侧通路，经过综合考虑，在反应釜两侧装配两个球阀就可以解决上述问题。球阀结构相对简单，密封性能也较好，开关的操作较为简单容易实现通路的快速开关。图2-7球阀Fig.2-7Ballvalve在反应釜两侧增加两个球阀，这样就能够形成一个能及时打开将生成的水合物输出，又能再次关闭再次充入气体与液体反应物使得反应再次进行的可控反应釜装置。经过以上考虑，可以使用球阀作为反应釜两侧的开关，及时打开或关闭反应釜两侧通道。球阀工作时的流畅性较好，不用注入润滑剂，只要选材得当，就能将其可靠的应用至各种特种工作环境中。而且球阀的密封性非常好，在水合物生成环境的高压中能够实现完全密封，无需担心反应釜泄漏。球阀中的球体和阀杆是球阀中重要的零件。球阀的阀杆要实现90度回转，以及较低的启动和关闭扭矩，较低的扭矩就能方便在球阀上施加电磁或者其他自动控制装置。球阀的球体顶端有一个扁槽，与阀杆的下端扁榫相配合，阀杆的转动带动球体的转动，从而实现球阀的开启和闭合[17]。图2-8球阀球体Fig.2-8球阀球体球阀中球体由阀杆控制转动，既可以调节液体的流速，又可以控制反应釜的开关。球阀密封性较好，但因为水合物反应时需要在高压环境中进行，因此球阀球体与阀体之间的密封环要使用金属材质制成。图2-9球阀阀杆Fig.2-9Ballvalvestem球阀关闭时，反应釜两侧封闭，已生成的水合物被反应釜内的活塞推至反应釜两侧，之后利用磁铁活塞进行压实。因为球阀具有较好的密封性与耐压性，所以两侧的水合物能够被磁铁活塞充分压实。反应釜两侧球阀打开之后，反应釜内磁铁活塞推动已压实的水合物通过球阀。在两侧球阀的出口处加一段短管之后继续外接一个球阀，这个球阀打开之后，水合物会垂直下落，落至整个水合物反应压实装置的正下方。1.1.3水合物输送设备设计本设备中采用的传送带为有牵引式的带式传送机，这种传送机可以水平运输已经生成的水合物。传送带的驱动装置给整个传送装置提供动力，驱动装置由电动机、停止器、减速带组成；传送带张紧由两侧带轮，带轮可以使传送带保持一定的张力，有了足够的张力传送带才可以高效、安全的运作。图2-10电机输送带Fig.2-10Motorconveyorbelt输送设备主要由以下部件组成：驱动装置、导路装置、拉紧装置、传送带等组成。这种装置使用较为广泛、运行起来安全可靠、输送量较大、自动化程度较高，并且这种设备可在零下四十摄氏度的环境下正常工作、易于维护，用来输送水合物也完全没有问题。并且这种设备维护以及运行所需的财力较低，可减少水合物生成压实一体化设备的总体预算。这种牵引式传送带的结构及工作特点如下：已经生成的水合物因重力落至反应釜正下方的传送带上，传送带绕过两侧带轮循环。这种首尾相接进行回转运动将水合物输送至传送带一侧，然后落至早已准备好的储存器皿中，达成水合物生成及压实输送一体化流程。图2-11电机输送带实物Fig.2-11Conveyorbelt电动机通过减速器传送带、联轴器带动传送带的驱动机械结构，使传送带开始运动。在传送带设计时，尽量优先考虑单带轮或者双带轮、单电机驱动，因为这种方式最为简单。因为水合物是一种不易滚动也鲜有扬尘的物质，并且质量也较轻。因此传送带速度选择时，选用低带速即可。并且水合物是一种易碎的固体，在这种情况下，更需