搅拌器毕业设计--（很实用）

搅拌器毕业设计

第一章 绪论

搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘度液体是难于使用的。但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。其结构形式如下：（结构图）

第一节 搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的99%。。搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。

搅拌设备的作用如下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好的

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分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。

搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。

第二节 搅拌物料的种类及特性

搅拌物料的种类主要是指流体。在流体力学中，把流体分为牛顿型和非牛顿型。非牛顿型流体又分为宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。在搅拌设备中由于搅拌器的作用，而使流体运动。 第三节 搅拌装置的安装形式

搅拌设备可以从不同的角度进行分类，如按工艺用途分、搅拌器结构形式分或按搅拌装置的安装形式分等。一下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。 一、立式容器中心搅拌

将搅拌装置安装在历史设备筒体的中心线上，驱动方式一般为皮带传动和齿轮传动，用普通电机直接联接。一般认为功率3.7kW一下为小型，5.5~22kW为中型。本次设计中所采用的电机功率为18.5kW，故为中型电机。

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二、偏心式搅拌

搅拌装置在立式容器上偏心安装，能防止液体在搅拌器附近产生“圆柱状回转区”，可以产生与加挡板时相近似的搅拌效果。搅拌中心偏离容器中心，会使液流在各店所处压力不同，因而使液层间相对运动加强，增加了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的提高。但偏心搅拌容易引起振动，一般用于小型设备上比较适合。 三、倾斜式搅拌

为了防止涡流的产生，对简单的圆筒形或方形敞开的立式设备，可将搅拌器用甲板或卡盘直接安装在设备筒体的上缘，搅拌轴封斜插入筒体内。

此种搅拌设备的搅拌器小型、轻便、结构简单，操作容易，应用范围广。一般采用的功率为0.1~22kW，使用一层或两层桨叶，转速为36~300r/min，常用于药品等稀释、溶解、分散、调和及pH值的调整等。 四、底搅拌

搅拌装置在设备的底部，称为底搅拌设备。底搅拌设备的优点是：搅拌轴短、细，无中间轴承；可用机械密封；易维护、检修、寿命长。底搅拌比上搅拌的轴短而细，轴的稳定性好，既节省原料又节省加工费，而且降低了安装要求。所需的检修空间比上搅拌小，避免了长轴吊装工作，有利于厂房的合理排列和充分利用。由于把笨重的减速机装置和动力装置安放在地面基础上，从而改善了封头的受力状态，同时也便于这些装置的维护和检修。

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底搅拌虽然有上述优点，但也有缺点，突出的问题是叶轮下部至轴封处的轴上常有固体物料粘积，时间一长，变成小团物料，混入产品中影响产品质量。为此需用一定量的室温溶剂注入其间，注入速度应大于聚合物颗粒的沉降速度，以防止聚合物沉降结块。另外，检修搅拌器和轴封时，一般均需将腹内物料排净。 五、卧式容器搅拌

搅拌器安装在卧式容器上面，壳降低设备的安装高度，提高搅拌设备的抗震性，改进悬浮液的状态等。可用于搅拌气液非均相系的物料，例如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。 六、卧式双轴搅拌

搅拌器安装在两根平行的轴上，两根轴上的搅拌叶轮不同，轴速也不等，这种搅拌设备主要用于高黏液体。采用卧式双轴搅拌设备的目的是要获得自清洁效果。 七、旁入式搅拌

旁入式搅拌设备是将搅拌装置安装在设备筒体的侧壁上，所以轴封结构是罪费脑筋的。

旁入式搅拌设备，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等的石油制品的均匀搅拌，用于各种液体的混合和防止沉降等。 八、组合式搅拌

有时为了提高混合效率，需要将两种或两种以上形式不同、转速不同的搅拌器组合起来使用，称为组合式搅拌设备。

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第二章 搅拌罐结构设计

第一节 罐体的尺寸确定及结构选型 （一）筒体及封头型式

选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 （二）确定内筒体和封头的直径

发酵罐类设备长径比取值范围是1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取H/Di?2.5

根据工艺要求，装料系数??0.7，罐体全容积V?9m3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）Vg?V???9?0.7?6.3m3。 初算筒体直径

V??4DiH?2?4DiH DiDi?34VgH??Di

4?6.3?1.66m

3.14?2.5?0.7即Di?3圆整到公称直径系列，去DN?1700mm。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度h2?40mm， （三）确定内筒体高度H

当DN?1700mm,h2?40mm时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积v?0.734m3

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H?V?v?4?Di24(9?0.734)?3.64m，取H?3.7m

3.14?1.72核算H/Di与?

H/Di?3.7/1.7?2.18，该值处于1.7~2.5之间，故合理。

??VgV'?Vg?4?6.3Di2H?v?4?0.69

?1.72?3.7?0.734该值接近0.7，故也是合理的。 （四）选取夹套直径

表1 夹套直径与内通体直径的关系 内筒径Di,mm 夹套Dj,mm 500~600 700~1800 2000~3000 Di?50 Di?100 Di?200 由表1，取Dj?Di?100?1700?100?1800mm。

夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 （六）校核传热面积

工艺要求传热面积为11m2，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积Ai?3.34m2,3.7m高筒体表面积为

A1??Di?3.7?3.14?1.7?3.7?19.75m2

总传热面积为

A?3.14?19.75?23.09?11

故满足工艺要求。

第二节 内筒体及夹套的壁厚计算 （一）选择材料，确定设计压力

按照《钢制压力容器》（GB150?98）规定，决定选用0Cr18Ni9高合金

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钢板，该板材在150?C一下的许用应力由《过程设备设计》附表D1查取，[?]t?103MPa，常温屈服极限?s?137MPa。 计算夹套内压 介质密度??1000kg/m3

液柱静压力?gH?1000?10?3.7?0.037MPa 最高压力Pmax?0.5MPa 设计压力P?1.1Pmax?0.55MPa 所以?gH?0.037MPa?5%P?0.0275MPa 故计算压力Pc?P??gH?0.55?0.037?0.587MPa

内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取

Pc?0.587MPa，按外压则取Pc?0.5MPa

（三）夹套筒体和夹套封头厚度计算

夹套材料选择Q235?B热轧钢板，其?s?235MPa,[?]t?113MPa 夹套筒体计算壁厚?j

?j?PcDj2[?]??Pct

夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得??0.85 则?j?0.55?1800?5.17mm

2?113?0.85?0.55查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差C1?0.8mm，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量C2?0，对于碳钢取腐蚀裕量

C2?2mm，故内筒体厚度附加量Ca?C1?C2?0.8mm，夹套厚度附加量Cb?C1?C2?2.8mm。

根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度?nj?14mm。

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夹套封头计算壁厚?kj为

?kj?PcDj2[?]t?0.5Pc?0.55?1800?5.16mm

2?113?0.85?0.5?0.55取厚度附加量C?2.8mm，确定取夹套封头壁厚与夹套筒体壁厚相同。 （四）内筒体壁厚计算 ①按承受0.587MPa内压计算

焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：

??PcDj2[?]t??Pc?0.587?1700?5.72mm

2?103?0.85?0.587②按承受0.55MPa外压计算

设内筒体名义厚度?n?12mm，则?e??n?C2?08.112.?a?1径Do?Di?2?n?1700?2?11.2?1722.4mm。

内筒体计算长度L?Hj?h?2800?(425?12)?2945.7mm。

则L/Do?1.71，由《过程设备设计》图4-6查得A?0.0004，Do/?e?153.79，图4-9查得B?50MPa，此时许用外压[P]为：

[P]?B?e50?11.2??0.33MPa?0.55MPa Do1722.41313内筒体外mm，

不满足强度要求，再假设?n?16mm，则?e??n?Ca?16?0.8?15.2mm，

Do?Di?2?n?1700?2?15.2?1730.4mm，

内筒体计算长度L?Hj?h?2800?(425?16)?2947mm 则L/Do?1.7，Do/?e?113.84

查《过程设备设计》图4-6得A?0.0006,图4-9得B?60MPa，此时许用外压为：

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[P]?B?e60?15.2??0.562MPa?0.55MPa Do1730.4故取内筒体壁厚?n?16mm可以满足强度要求。

（五）考虑到加工制造方便，取封头与夹套筒体等厚，即取封头名义厚度?nk?16mm。按内压计算肯定是满足强度要求的，下面仅按封头受外压情况进行校核。

封头有效厚度?e?16?0.8?15.2mm。由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头的形状系数K1?0.9，则椭圆形封头的当量球壳内径

Ri?K1Di?0.9?1700?1530mm，计算系数A

A?0.125?eRi?0.125?15.2?0.001242 1530查《过程设备设计》图4-9得B?110MPa

[P]?B?e110?15.2??1.09?0.55 Ri1530故封头壁厚取16mm可以满足稳定性要求。 （六）水压试验校核 ①试验压力

想要更多参考资料，加QQ: 2372020456 2430789090,我发给大家！ 内同试验压力取PT?Pc?0.1?0.587?0.1?0.687MPa 夹套实验压力取PT?Pc?0.1?0.55?0.1?0.65MPa ②内压试验校核 内筒筒体应力 ?Ti?夹套筒体应力 ?Tj?P0.687?(1700?15.2)T(Di??ei)??445.6MPa

2?ei?2?15.2?0.85PT(Dj??ej)2?ej??0.65?(1800?11.2)?61.8MPa

2?11.2?0.859

而 0.9?si?0.9?137?123.3MPa 0.? 59sj?0.?9?235MPa211.故内筒体和夹套均满足水压试验时的应力要求。 ③外压实验校核

由前面的计算可知，当内筒体厚度取16mm时，它的许用外压为

[P]?0.562MPa，小于夹套0.6MPa的水压试验压力，故在做夹套的压力

实验校核时，必须在内筒体内保持一定压力，以使整个试验过程中的任意时间内，夹套和内同的压力差不超过允许压差。 第三节 人孔选型及开孔补强设计 ①人孔选型

选择回转盖带颈法兰人孔，标记为：人孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示:

公称直径DN 密封面 公称压力PN形式 （MP） dw?s d D D1 H1 H2 b 突面 （RF） 4.0 450 480?14 451.6 685 610 270 137 57

b1 41 b2 46 A B L 螺柱 螺母 螺柱 直径?长度 M33?2?165 总质量 do 24 数量 20 40 （kg） 245 375 175 250

开孔补强设计

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最大的开孔为人孔，筒节?nt?16mm，厚度附加量C?0.6mm，补强计算如下：

开孔直径 d?450?2?0.6?451.2mm 圆形封头因开孔削弱所需补强面积为：

A?d??2?(?nt?C)(1?fr)

人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以fr?1.0 所以A?450?1.587?1700?0?2560.3mm2

2?103?0.85?0.5?.587有效补强区尺寸：h1?d?nt?451.2?16?84.97mm

B?2d?2?451.2?902.4mmm

在有效补强区范围内，壳体承受内压所需设计厚度之外的多余金属面积为：

A1?(B?d)(?e??)?2(?nt?C)(?e??)(1?fr)

故A1?(B?d)(?e??)?451.2?(15.2?5.7)?4376.64mm2 可见仅A1就大于A,故不需另行补强。

最大开孔为人孔，而人孔不需另行补强，则其他接管均不需另行补强。 第四节 搅拌器的选型 （一）搅拌器选型

桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d/D,涡轮式叶轮的d/D一般为0.25~0.5，涡轮式为快速型，快速型搅拌器一般在H?1.3D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

50Pa?s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1~1.5倍。如果为了防止底部有沉降，也可将叶轮放置

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低些，如离底高度C?D/10.最上层叶轮高度离液面至少要有1.5d的深度。 符号说明

b——键槽的宽度

B——搅拌器桨叶的宽度

d——轮毂内经

d0——搅拌器桨叶连接螺栓孔径 d1——搅拌器紧定螺钉孔径 d2——轮毂外径 DJ——搅拌器直径 D1——搅拌器圆盘的直径

G——搅拌器参考质量

h1——轮毂高度

h2——圆盘到轮毂底部的高度

L——搅拌器叶片的长度

R——弧叶圆盘涡轮搅拌器叶片的弧半径 M——搅拌器许用扭矩(N?m) t——轮毂内经与键槽深度之和 ?——搅拌器桨叶的厚度

?1——搅拌器圆盘的厚度

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工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为??45o，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径dj:桨长l:桨宽b?20:5:4，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 3796.1~12-2005,选取搅拌器参数如下表

DJ 550 2338d d2 120 D1 370 d1 M10 do M10 ? 5 ?1 6 80

B h1 120 h2 40 L b 22 t 85.4 M G 110 137 2526 14.9

由前面的计算可知液层深度H?2.45m，而1故H?1.3Di?2210mm，.3Di，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425mm，上层叶轮高度离液面2DJ的深度，即1025mm。则两个搅拌器间距为

1000mm，该值大于也轮直径，故符合要求。

（二）搅拌附件

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①挡板

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1700mm，选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。

第三章 传动装置选型 第一节 减速机选型

由工艺要求可知，传动方式为带传动，搅拌器转速为220r/min，电机功率为18.5kW,查《长城搅拌》表3.5-3选择减速机型号为FPV6 减速机主要参数及尺寸如下表：

第二节 联轴器的选型

选择减速机输出轴轴头型式为普通型，选择GT型刚性联轴器 联轴器主要尺寸为：

轴径 D1 D2 D3 D4 ?1 ?2 n?dm do l2 L1 H 80 220 185 120 150 24 28 6?M16 M16 30 162 324 第四章 搅拌轴的设计与校核 4.1符号说明

d——设计最终确定的实心轴的轴径或空心轴外径，mm；

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do——设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，mm；

d1——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，

mm；

d2——按强度计算的单跨轴跨间段实心轴轴径或空心轴轴径或空心

轴外径，mm；

dL——单跨轴的实心轴轴径或空心轴外径,mm；

E——轴材料的弹性模量，MPa；

[e]——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，

mm；

Fe——搅拌轴及各层圆盘（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引

起的离心力，N;

Fhi——第i个搅拌器上的流体径向力，N;

IL——单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩，mm4；

（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长LKi——单跨轴第i个圆盘的比值（i?1、2……m）；

L——单跨轴两轴承之间的长度，mm；

L1、L2……Li——1~i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），mm；

Le——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），mm；

M——轴上弯矩总和，N?m；

MA——由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N?m；

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Mn——按传动装置效率?2计算的搅拌轴传递扭矩，N?m；

MR——由径向力引起作用于轴的弯矩，N?m；

m——固定在搅拌轴上的圆盘（搅拌器及附件）数；

m1、m2……mi——圆盘（搅拌器及附件）1、2……i的质量，kg； kg；（搅拌器及附件） m1e、m2e……mie——圆盘1、2……i的有效质量，

mL——单跨轴L段轴的质量 mL??42dL(1?No2)?L??s?10?9 kg

mLe——单跨轴L段轴的有效质量，kg；

mw——单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量， No——空心轴内径与外径的比值；

n——轴的转速，r/min；

nk——轴的一阶临界转速，r/min； PN——电动机额定功率，kW;

p——设备内的设计压力，MPa；

S——相当质量的折算点；

S?——传动侧轴承游隙,mm； S??——单跨轴末端轴承游隙，mm； W——单跨轴L段有效质量的相当质量，kg；

W1、W2……Wi——m1e、m2e……mie的相当质量，kg；

Ws——在S点所有相当质量的总和，kg；

?——搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，(o)；

?i——第个搅拌器叶片倾斜角，(o)；

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?——轴的扭转角，o/m；

?1X——由轴承径向游隙引起在轴上离图或图中轴承距离x处的径向

位移，mm；

?2X——由流体径向作用力引起在轴上离图或图中轴承距离x处的径

向位移，mm；

?3X——由组合质量偏心引起离心力在轴上离图或图中轴承x处产生

的径向位移，mm；

?X——离图或图中轴承距离x处轴的径向总位移，mm；

?——搅拌物料的密度，kg/m3； ?s——轴材料的密度，kg/m3；

?——轴上所有搅拌器其对应编号i之和。

4.2搅拌轴受力模型选择与轴长的计算

轴长：L?(475?120)?16?425?3700?4496mm

L2?3371mm L1?4371mm

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4.3按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径

d1?4Mnmax mm 4[?]G(1?NO)[?] 轴的许用扭转角，对单跨轴有[?]?0.7o/m；

Mnmax 搅拌轴传递的最大扭矩 Mnmax?9553?1PN N?m n上式中PN?18.5kN,n?220r/min，带传动?1取0.95，G?7.28?104MPa 所以 Mnmax?9553?0.95?18.5?763.15N?m 220 d1?155.44763.15?54.36mm 40.7?1.28?10?1根据前面附件的选型。取d?80mm 根据轴径d计算轴的扭转角?

??5836Mnmaxo5/m ?1044Gd(1?No)5836?763.155o?10?0.15/m?[?] 447.28?10?80?1所以 ??4.4根据临界转速核算搅拌轴轴径 4.4.1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

mLe??42dLL[?s(1?No2)??]?10?9 kg

所以 mLe??802?4496?[7.85?103?1?1000]?10?9?199.9kg

4?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

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mie?mi??ki?42DJihicos?i??10?9 kg

上式中：

?ki——第i个搅拌器的附加质量系数，查HG/T20569?94表3.3.4—1

DJi——第i个搅拌器直径，DJi?550mm hi——第i个搅拌器叶片宽度，B?110mm

叶片倾角?i?45o，圆盘质量mi?14.9kg

所以mie?14.9?0.3??5502?110?cos45o?103?10?9?19.02kg

4?4.4.2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mLe在中点S处的相当质量为：

W?1717mLe??199.9?97.09kg 3535第i个圆盘有效质量mie在中点S处的相当质量为：

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Wi?16Ki2(1?Ki)2mie kg

22所以 Wi?16?0.97?(1?0.97)?19.02?0.26kg

W2?16?0.752?(1?0.75)2?19.02?10.70kg 在S点处的相当质量为：

Ws?W??Wi

i?12所以Ws?97.09?(0.26?10.70)?108.05 临界转速为：

nk?458.9d2LE(1?No4) r/mi n3WsL2190?103所以nk?458.9?80??408.53r/min 3108.05?4496（2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量mLe在中点

S处的相当质量为：

1515mLe??199.9?85.67kg 3535W?第i个圆盘有效质量mie在中点S处的相当质量为：

643Ki(1?Ki)2(4?Ki)mie kg 764所以 W1??0.973?(1?0.97)2?(4?0.97)?19.02?0.43kg

764 W2??0.753?(1?0.75)2?(4?0.75)?19.02?14.90kg

7Wi?在S点处总的相当质量为：

Ws?W??Wi

i?12所以 Ws?85.67?(0.43?14.90)?101kg 临界转速为：

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nk?693.7d2L4E(1?No) r/mi n3Ws?L所以 nk?693.7d2L190?103?638.75r/min

101?44963（3）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数K2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

K2表示。采用刚性联轴节时，K2?0.4~0.6,取K2?0.4。

nk?nk固简（1-K2）+nk简K2 r/mi n所以 nk?638.75?(1?0.4)?408.53?0.4?546.662r/min

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，

n220??0.402 nk546.662nn?0.7且?(0.45~0.55) nknk所以满足该条件。

4．5按强度计算搅拌轴的轴径

4．5．1受强度控制的轴径d2按下式求得：

d2?17.23Mte mm 4[?](1?No)式中：Mte——轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩 Mte?Mn2?M2 N?m

[?]——轴材料的许用剪应力

[?]??b16?600?37.5MPa 164．5．2轴上扭矩Mn按下式求得：

21

Mn?9553?2PN N?m n?2——包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按HG/T20569?94附录D选取，则

?2?0.95?0.8?0.99?0.99?0.745

所以M9553n?220?0.745?18.5?598.47N?m 4．5．3轴上弯矩总和M应按下式求得：

M?MR?MA N?m

（1） 径向力引起的轴上弯矩MR的计算

对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩MR可以近似的按下式计算：M(L?Li)LiFe(L?Le)LeR??Fhi1000L?1000L N?m

第i个搅拌器的流体径向力Fhi应按下式求得 ：

Mnqi?103Fhi?K138?D N

Ji式中：K1——流体径向力系数，按照附录C. 2有

K1?K1??K1n?K1b?K1e?K1i?0.10?0.2?1.0?1.0?1.0?0.02

Mnqi——第i个搅拌器功率产生的扭矩

Mnqi?9553nPqi N?m Pqi——第i个搅拌器的设计功率，按附录 C. 3有

PP?s?DJiqi?D5 kW Ji两个搅拌器为同种类型，Ps?PN?18.5kW，则Pq1?Pq2?9.25kW 所以Mnq1?Mnq2?401.66N?m

22

401.66?103?38.95N 所以Fh1?Fh2?0.02?318?550（2） 搅拌轴与各层圆盘的组合质量按下式求得。 对于单跨轴：

mW?mL??mi kg

i?1mmL——单跨轴L段轴的质量

mL??42dL(1?No2)?L??s?10?9

所以mL??802?1?4496?7.85?103?10?9?177.31kg

4?故 mW?177.31?14.9?14.9?207.12kg

（3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力Fe按下式求得。 对于单跨轴：

?????212Fe?mWn[e]?]??10?5 N

9?1?(n)2??nk???上式中，对刚性轴()2的初值取0.5

[e]——许用偏心距（组合件重心处）[e]?9.55G/n，mm G——平衡精度等级，mm/s。一般取G?6.3mm/s

nnk所以 [e]?9.55?6.3/220?0.27mm 则 Fe??21?207.12?2202?0.27?[]?10?5?59.30N 91?0.5（4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离Le按下式计算。 对于单跨轴：

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Le??mi?Li?mLi?1mL2mW

44962?2481.51mm

所以Le?14.9?4371?14.9?3371?177.32?207.12Fhi(L?Li)Li1000L?而MR??MR?Fe(L?Le)Le N?m

1000L38.95?(4496?4371)?38.95?(4496?3371)59.30?(4496?2481.51)??103.52N?m1000?44961000?4496

（5）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩MA的计算。

MA的粗略计算：

当p?2MPa或轴上任一搅拌器?i?0时，取MA?0.2MPa N?m 故MA?0.2?103.52?20.704N?m 所以M?MR?MA?124.224N?m

所以Mte?Mn2?M2?598.472?124.2242?611.23N?m 所以d2?17.23611.23?43.61mm 37.5?1前面计算中取轴径为80，故强度符合要求。

4．6按轴封处（或轴上任意点处处）允许径向位移验算轴径。 4．6．1因轴承径向游隙S?、S??所引起轴上任意点离图中轴承距离x处的位移。

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对于单跨轴：

?1x?(S??12S??xS???x?) mm LL轴承径向游隙按照附录C．1选取，因此

传动侧轴承游隙 S??0.03mm（传动侧轴承为滚动轴承） 单跨轴末端轴承游隙 S???0.07mm（该侧轴承为滑动轴承） 当x?lo时，求得的?x即为轴封处的总位移，

lo?H1?l2?475?120?355mm

所以?1x?(0.03?120.03?3550.07?355?)?0.0134mm 449644964．6．2由流体径向作用力Fhi所引起轴上任意点离图中轴承距离x处的位移。 对于单跨轴： 两端简支的单跨轴

x?lo?355?L1且x?L2,

?2x??

Fhi(L?Li)L?xLiLx[2?(i)2?()2]

6E?ILLLL25

p1——工作或试验条件下容器内的设计压力，MPa； p2——工作或试验条件下夹套或通道内的设计压力，MPa； [p2]——夹套或通道的许用内压力，MPa； S1——容器筒体的实际壁厚，MPa；

S2——夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，MPa； S2R——夹套筒体、封口锥或通道的计算厚度，MPa；X1~X3——辅助参数；

?——封口锥的半顶角（o）

； ?——容器壳体与夹套壳体的间距系数；

?——容器壳体与夹套壳体强度比系数；

?——封口锥连接长度系数；

?——封口锥相对有效承载长度系数； ?——封口锥过渡区转角内半径系数；

[?1]——设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa；[?2]——设计温度下夹套壳体或通道材料的许用应力，?R1~?R2——计算的焊缝系数；

?P2——夹套筒体的纵焊缝系数； ??1——容器筒体的环焊缝系数； ??2——夹套筒体的纵焊缝系数；

选择（a）型结构

MPa；

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a.轴向力系数A

D1D2?d12 A?2D2式中：100?dN?d1?0.4D2，(dN?50mm) 即150?d1?720，取d1?400mm

1700?1800?4002?0.895 所以A?21800辅助系数(?、?、?、?、?R1、?R2、?) 容器壳体与夹套壳体的间距系数?

??eoD2(S2?C) 上式中：eo?0.5[(D2?S2)?(D1?2S1)]?0.5[(1800?14)?(1700?2?16)]?41mm 所以??41?0.289

1800?(14?2.8)因所选封口锥结构为（a）型，故封口锥过渡区转角内半径系数??0。 封口锥连接长度系数?，对于??45o有

??2??0.45??2?0.289?0.409

容器壳体于夹套壳体强度比系数?

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??1.25?[?]1(S1?Ca)D1(S1?Ca)?p1D1(P1?P2)D11??1??? 2[?]1(S1?Ca)2[?]1(S1?Ca)?[?]2(S2?Cb)D2(S2?Cb)?

10?3(1?6?1.2511?3(1?4?0.8)?2.8)1?700?(1600..85)8?71700(?0.58?70?.55)170??1??1?180)?3(?160.8)??21?03(1?800?(142?2.?160.8)?3.2

计算的焊缝系数?R1、?R2

?R1???1?0.85

?R2???2?0.85

封口锥相对有效承载长度系数?

??min????；?R1+?R2????sin?4cos??? ?所以???0.289sin??sin45o?0.409 封口锥的连接系数B

B?2S2?CbD?min(X1;X2;X3) 2式中：

Xcos???R21???(?R14cos???f1) 对于??|??1|2，f1?1?min?1;?? 所以f1?1.409

则Xcos45o1?0.289?(1.74cos45o?0.409?1.409)?2.882 X2?f21??R2 ?o?0.61?0.83??0.37?2?0.6

对于????2o，z?1?(o)?1?(0.6?0.289)2?5.31

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f2?0.71?0.52???z?0.75?0?0.289?5.31?2.245

所以X2?2.2451?0.85?3.054

X3??f1??R23?(?R4??cos???)f4

f3?1?0?1，f4?1

所以X3?3.2?1?(1.74?0.409?cos45o)?1?5.079

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