新疆工程学院 毕业设计（论文）
2013 届
题 目 搅拌器设计 专 业 化工设备维修技术 学生姓名 李军杰 学 号 2010230401 小组成员 王大成 李仁 万幸 指导教师 蔡香丽、薛风
完成日期 2013年3月31日
新疆工程学院教务处印制
新 疆 工 程 学 院 毕 业 论 文（设 计）任 务 书
班级 设备10-6班 专业 化工设备维修技术
姓名 日期 2013.3.4
1、论文（设计）题目： 搅拌器设计
2、论文（设计）要求：
（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。
（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。
（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。
3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4
完成日期 2013.4.10
4、指导教师签字：
新 疆 工 程 学 院
毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定
报 告
毕业论文答辩及综合成绩
摘要：搅拌器是在工农业生产中应用非常广泛的一类通用设备，尤其是在工业中发挥着重要作用。目前在工农业生产中应用的搅拌器种类和规格很多，但是没有非常适合发酵工厂使用的产品。本文设计了一种能适应于搅拌发酵原料的中型搅拌器，所设计的搅拌器为立式，采用六弯叶圆盘涡轮式叶轮，桨叶式搅拌器具有以下特点：轴流型搅拌器，剪切力非常强。在设有挡板条件下，可得到较好的上、下循环流；适用于非均匀的混合、分散操作；也可用于传热、乳化操作。局部剪应作用强，不易发生乳化作用；适用性广。中型桨叶式搅拌器能够满足需要，且如今的能源社会，对已提倡新工艺、看重技术含量，使用专业化机械，为生产企业扩大市场，提高质量，减少损耗，增加效益具有积极意义。
关键词：搅拌器，机械，发酵原
设计任务书
设计目的：把所学《化工设备机械基础》及相关知识，在课程设计中综合运
用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。
设计要求：(1)进行罐体和夹套设计计算
(2)进行搅拌传动系统设计a. 进行传动系统方案设计(指定用V 带传动); b.进行上轴的结构设计和强度校核;c. 选择轴承;d. 选择联轴器;e. 进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;f. 选择轴封的型式 (3)设计机架结构 (4)绘总装配图(A2纸) (5)绘传动系统部件图
设计内容：设计一台夹套传热式带有搅拌装置的反应釜。
设计任务书
目 录
1 绪论 . ................................................................. - 1 -
1.1 搅拌设备应用及作用 ............................................. - 1 - 1.2 搅拌物料的种类及特性 ............................................ - 1 - 1.3 搅拌装置的安装形式 .............................................. - 2 -
1.3.1 立式容器中心搅拌 . .......................................... - 2 - 1.3.2 偏心式搅拌 . ................................................ - 2 - 1.3.3 倾斜式搅拌 . ................................................ - 2 - 1.3.4 底搅拌 . .................................................... - 2 - 1.3.5 卧式容器搅拌 . .............................................. - 3 - 1.3.6 卧式双轴搅拌 . .............................................. - 3 - 1.3.7 旁入式搅拌 . ................................................ - 3 - 1.3.8 组合式搅拌 . ................................................ - 3 - 1.4 毕业设计的意义 .................................................. - 3 - 2 搅拌罐结构设计 . ....................................................... - 4 -
2.1 罐体的尺寸确定及结构选型 ........................................ - 4 -
2.1.1 筒体及封头型式 . ............................................ - 4 - 2.1.2 确定内筒体和封头的直径 . .................................... - 4 - 2.1.3 确定内筒体高度H ........................................... - 4 - 2.1.4 选取夹套直径 . .............................................. - 5 - 2.1.5 校核传热面积 . .............................................. - 5 - 2.2 内筒体及夹套的壁厚计算 .......................................... - 5 -
2.2.1 选择材料，确定设计压力 . .................................... - 5 - 2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算 . ................................ - 6 - 2.2.3 内筒体壁厚计算 . ............................................ - 7 - 2.2.4 封头校核 . .................................................. - 7 - 2.2.5 水压试验校核 . .............................................. - 8 - 2.3 人孔选型及开孔补强设计 .......................................... - 8 -
2.3.1 人孔选型 . .................................................. - 9 - 2.3.2 开孔补强设计 . .............................................. - 9 - 2.4 搅拌器的选型 ................................................... - 10 -
2.4.1 搅拌器选型 . ............................................... - 10 - 2.4.2 搅拌附件 . ................................................. - 12 -
3 传动装置选型 . ........................................................ - 12 -
3.1 减速机选型 ..................................................... - 12 - 3.2 选择电动机 ..................................................... - 12 - 3.3 选择电动机功率 ................................................. - 12 - 3.4 确定电动机转速 ................................................. - 13 - 3.5 确定传动装置的总传动比和分配传动比 ............................. - 13 - 3.6 计算传动装置的运动和动力参数 ................................... - 14 - 3.7 联轴器的选型 ................................................... - 15 - 4 搅拌轴的设计与校核 . .................................................. - 15 -
4.1 符号说明 ....................................................... - 15 - 4.2 搅拌轴受力模型选择与轴长的计算 ................................. - 18 - 4.3 按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径 ................................. - 18 - 4.4 根据临界转速核算搅拌轴轴径 ..................................... - 19 -
4.4.1 搅拌轴有效质量的计算 . ..................................... - 19 - 4.4.2 单跨轴一阶临界转速的计算 . ................................. - 20 - 4.5 按强度计算搅拌轴的轴径 ......................................... - 22 -
4.5.1 受强度控制的轴径计算 . ..................................... - 22 - 4.5.2 轴上扭矩计算 . ............................................. - 22 - 4.5.3 轴上弯矩M 计算 . ........................................... - 22 - 4.6 轴封径向位移验算轴径 ........................................... - 25 -
4.6.1 轴承径向游隙位移计算 . ..................................... - 25 - 4.6.2 流体径向作用轴承位移计算 . ................................. - 26 - 4.6.3 轴承产生位移计算 . ......................................... - 26 - 4.6.4 总位移及其校核 . ........................................... - 27 - 4.7 轴径的最后确定 ................................................. - 28 -
5 支座选型及校核 . ...................................................... - 28 -
5.1 搅拌罐支座选型及承载计算 ....................................... - 28 - 5.2 支座载荷及弯矩校核 ............................................. - 29 - 6 封口锥结构选型与计算 . ................................................ - 30 -
6.1 符号说明 ....................................................... - 30 - 6.2 结构选择及计算 ................................................. - 31 - 6.3 容器壳体与夹套壳体强度比计算 ................................... - 32 - 6.4 封口锥的连接系数计算 ........................................... - 33 - 6.5 封口锥的许用内应力计算 ......................................... - 34 - 7 润滑及密封设计 . ...................................................... - 34 - 参考文献 . .............................................................. - 36 - 致 谢 . ................................................................ - 37 -
1 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。
1.1 搅拌设备应用及作用
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。 1.2 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。
1.3 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。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。 1.3.1 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。 1.3.2 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。 1.3.3 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。 1.3.4 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。
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。 1.3.5 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。
1.3.6 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。 1.3.7 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，所以轴封结构是最费脑筋的。
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。 1.3.8 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。 1.4 毕业设计的意义
通过本次毕业设计，我们对搅拌机有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力，不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握，同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料，为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅，通过研究解决一些工程技术问题，各方面的能力均有提升。
2 搅拌罐结构设计
2.1 罐体的尺寸确定及结构选型 2.1.1 筒体及封头型式
选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 2.1.2 确定内筒体和封头的直径
搅拌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 /D i =2
根据工艺要求，装料系数η=0.7，罐体全容积V =12.15m 3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）V g =V ∙η=12.15⨯0.7=8.5m 3。
初算筒体直径
V ≈
π
4
D i 2H =
π
4
D i
H D i
D i 即
圆整到公称直径系列，取DN =2000mm 。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度
h 2=40mm ，
2.1.3 确定内筒体高度H
当DN =2000mm , h 2=40mm 时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积
v =0.748m 3
H =
V -v
=
4
核算D 2
4(12.15-0.748)
=3.6m ，取H =3.6m
3.14⨯22
i 与η
=1.8，该值处于1.7~2.5之间，故合理。 =i
V g V g 8.5η=' ===0.78
V D 2H +v ⨯22⨯3.6⨯0.748
4i 4
该值接近0.7，故也是合理的。
2.1.4 选取夹套直径
表2-1 夹套直径与内通体直径的关系
内筒径D i , mm 夹套D j , mm
500~600 D i +50
700~1800 D i +100
2000~3000 D i +200
由表1，取D j =D i +100=2000+200=2200mm 。 夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 2.1.5 校核传热面积
工艺要求传热面积为11m 2，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积
A i =3.34m 2,3.6m
高筒体表面积为
A 1=πD i ⨯3.6=3.14⨯2⨯3.6=22.61m 2
A 1=3.34+22.61=25.95>11
总传热面积为故满足工艺要求。 2.2 内筒体及夹套的壁厚计算 2.2.1 选择材料，确定设计压力
按照《钢制压力容器》（GB 150-98）规定，决定选用OCr 18Ni 9高合金钢板，该板材在150︒C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表D 1查取，[σ]=103MPa ，常温屈服极
t
限σs =137MPa 。
计算夹套内压
介质密度ρ=1000kg /m 3
液柱静压力ρgH =1000⨯10⨯3.6=0.036MPa 最高压力P max =0.5MPa 设计压力P =1.1P max =0.55MPa
所以ρgH =0.036MPa >5%P =0.0275MPa 故计算压力P c =P +ρgH =0.55+0.036=0.586MPa
内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取P 按外压则取c =0.586MPa ，
P c =0.5MPa
2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算
夹套材料选择Q 235-B 热轧钢板，其σs =235MPa , [σ]=113MPa
t
夹套筒体计算壁厚δj
PD c j
δj =
2[σ]ϕ-P c
夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得ϕ=0.85 则δj =
0.55⨯2200
=6.32mm
2⨯113⨯0.85-0.55
查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差C 1=0.8mm ，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量C 2=0，对于碳钢取腐蚀裕量C 1=1.2mm ，故内筒体厚度附加量C a =C 1+C 2=0.8mm ，夹套厚度附加量C b =C 1+C 2=2.8mm 。
根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度δkj =14mm 。 夹套封头计算壁厚δkj 为
δkj =
PD 0.55⨯2200c j
==6.32mm t
2[σ]-0.5P 2⨯113⨯0.85-0.5⨯0.55c
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。
2.2.3 内筒体壁厚计算
①按承受0.586MPa 内压计算
焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：
δ=
PD 0.586⨯2200c j
==7.39mm t
2[σ]ϕ-P 2⨯103⨯0.85-0.586c
②按承受0.55MPa 外压计算
设内筒体名义厚度δn =12mm ，则δe =δn -C a =12-0. =811. mm 2，内筒体外径
D 0=D i +2δn =2200+2⨯11.2=2222.4mm 。
内筒体计算长度L =H j +h =2800+(425+12) =2945.7mm 。 则1
313
D ，0=198.43，由《过程设备设计》图4-6查得A =0.0003，图4-9=1.32e 0
查得B =45MPa ，此时许用外压[P ]为：
[P ]=
B δe 45⨯11.2==0.23
不满足强度要求，再假设δn =18mm ，则δe =δn -C =-0=. 8a 18
1m 7m . ，2
D 0=D i +2δn =2200+2⨯17.2=2234.4mm ，
内筒体计算长度L =H j +h =2800+(425+18) =2948mm 则1
313
D ，0=129.91 =1.32e 0
查《过程设备设计》图4-6得A =0.0007, 图4-9得B =75MPa ，此时许用外压为：
[P ]=
B δe 75⨯17.2==0.577>0.55MPa D 02234.4
故取内筒体壁厚δn =18mm 可以满足强度要求。 2.2.4 封头校核
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δnk =18mm 。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δe =18-0.8=17.2mm 。由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头
的形状系数K 1=0.9，则椭圆形封头的当量球壳内径R 1=K 1D i =0.9⨯2000=1800mm ，计算系数A
A =0.125
δe
R i
=0.125⨯
17.2
=0.001194 1800
查《过程设备设计》图4-9得B =100MPa
[P ]=
B δe 100⨯17.2
==0.96>0.55 R i 1800
故封头壁厚取18mm 可以满足稳定性要求。 2.2.5 水压试验校核
①试验压力
内同试验压力取P t =P c +0.1=0.586+0.1=0.686MPa 夹套实验压力取P t =P c +0.1=0.55+0.1=0.65MPa ②内压试验校核 内筒筒体应力σTi =
P 0.686⨯(2000+17.2) T (D i +δei ) ==47.37MPa
2δei ϕ2⨯17.2⨯0.85P 0.65⨯(2200+11.2) T (D j +δej ) ==75.5MPa 2δej ϕ2⨯11.2⨯0.85
夹套筒体应力σTj =
而0.9σsi =0.9⨯137=123.3MPa 0.9σsj =0.9⨯235=211.5MPa
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18mm 时，它的许用外压为[P ]=0.577MPa ，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。
2.3 人孔选型及开孔补强设计
2.3.1 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:
表2-2：人孔尺寸
密封面形
式
公称压力PN （MP ）
公称直径DN
d w ⨯s
d
D
D 1 H 1 H 2
b
突面（RF ） 4.0 450
480⨯14 451.6
685 610 270 137 57
2.3.2 开孔补强设计
最大的开孔为人孔，筒节δnt =18mm ，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 δ+2δ(δnt -C )(1-f r )
人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以f r =1.0 所以A =450⨯
0.586⨯2000
+0=3017mm
2⨯103⨯0.85-0.5⨯0.586
有效补强区尺寸：h 1=90.12mm
B =2d =2⨯451.2=902.4mm
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：
A 1=(B -d )(δe -δ) -2(δnt -δ)(1-f r )
2
=(B -d )(δ-δ) =451.2⨯(17.2-7.39) =4372.13mm 故A 1e
可见仅A 1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。 2.4 搅拌器的选型 2.4.1 搅拌器选型
桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d , 涡轮式叶轮的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，也可将叶轮放置低些，如离底高度C =. 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
d 0——搅拌器桨叶连接螺栓孔径 d 1——搅拌器紧定螺钉孔径 d 2——轮毂外径 D J ——搅拌器直径 D I ——搅拌器圆盘的直径 G ——搅拌器参考质量
h 1——轮毂高度
h 2——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
δ——搅拌器桨叶的厚度
δ1——搅拌器圆盘的厚度
图2-1六弯叶圆盘涡轮搅拌器
工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为α=45︒，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径d j :桨长l :桨宽b =20:5:4，圆盘直径一般取桨径的取桨径的。
查HG-T 3796.1~12-2005,选取搅拌器参数如下表
表2-3 搅拌器参考数据
2
，弯叶的圆弧半径可3
38
g h 由于液体的总深度H ≈
4
D
2i
+h 1+h 2≈1050mm （2-17）
其中：h 1—椭圆形封头边段距离； h 2—椭圆形曲面段距离。
由前面的计算可知液层深度H =2.71m ，而1.3D i =2600mm ，故H >1.3D i ，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 ，上层叶轮高度离底
层高度为2D J 的深度，即1110mm 。则两个搅拌器间距为1175mm ，该值大于叶轮直径，故符合要求。 2.4.2 搅拌附件
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2000mm ，选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。
3 传动装置选型
3.1 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n =40，电机功率为18.5kW , 查《长城搅拌》表3.5-3选择减速机型号为FPV 6 3.2 选择电动机
按已知的工作要求和条件，选用Y160M2-8电动机。 3.3 选择电动机功率
工作机所需的电动机输出功率为 Pd=Pw/η Pw=FV/1000η 所以 Pd=FV/1000η
由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 η=η1⋅η2⋅η3⋅η4
式中：η1、η2、η3、η4分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器。根据《机械设计指导书》P5表1-7得：各项所取值如下表：
表3-1 搅拌齿轮的参考数据
带传动 齿轮传动的轴承 齿轮传动 联轴器
种 类 V 带传动 深沟球轴承 7级精度的一般齿轮传动
刚性联轴器
取 值 0．92 0．99 0．96 0．99
所以 Pw =Tnw /9550=1115⨯31/9550kW =3.619kW
Pd=Pw/η=3.619/0.8145=4.4432kW
3.4 确定电动机转速
搅拌轴的工作转速nw=31r/min，按推荐的合理传动比范围，取V 带传动的传动比
i1'=2~4, 单级齿轮传动比i2'=2~6, 则合理总传动比的范围为i'=6~24，故电动机转速可选范
围为
nd'=i'⋅nw=(6~24)⨯31r/min nd ' =(186~744) r /min
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较三个方案选定电动机型号为Y160M2-8，所选电动机的额定功率Ped=5.5kW，满载转速
nm=720r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。
3.5 确定传动装置的总传动比和分配传动比
1) 总传动比
因为 n 电=720 所以：总传动比 i 总=2) 分配传动比
根据均匀磨损要求，采用带传动与两级减速器连接传动机构，取带传动比为i 1=3，
n 电n 搅拌轴
=
720
=23.2258 31
i 2=3、i 3=2.58则：i 1i 2i 3=3⨯3⨯2.58=23.22
误差分析δ=
23.2258-23.22
⨯100%=0.024%
23.2258
3.6 计算传动装置的运动和动力参数 1) 电动机轴：
P 0=Pd =5.5kW n 0=nm=720r/min T 0=9550⨯(
2) 高速轴：
P 0
)=72.95N⋅m n 0
P 1=P0=5.5kW n 1=n0=720r/min T 0=9550⨯(
3) 中间轴：
P 05.5)=9550⨯()=72.95N⋅m n 0720
P η2η3=5.5⨯0.99⨯0.96=5.227KW 2=P 1n 0720==240r /min n 13
P 25.227
T 2=9550⨯() =9550⨯() =208N ⋅m
n 2240n 2=
4) 低速轴：
P 3=P 2η2η3=5.227⨯0.99⨯0.96=4.968kW n 2240==80r /min n 13
P 34.968
T 3=9550⨯() =9550⨯() =593.055N ⋅m
n 380n 3=
5) 输出轴：
P ηη4=P 334=5.227⨯0.99⨯0.96=4.968kW
n 380==31.00775r /min i 02.58
P 44.722
T 4=9550⨯() =9550⨯() =1454.3171N ⋅m
n 431.00775n 4=
输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率(0.99），即
P ' =0.99P
运动和动力参数计算结果整理后如下表所示：
表3.2 运动和动力参数计算结果
功率P(kW)
轴名
输入
输出
转矩T(N·m) 输入
输出
转速 n(r/min) 720
传动比 i
效率η
电动机轴 5.5 72.95
3
1轴
5.06
5.009
201.342
72.2205
240
3
2轴
4.809
4.761
574.0663
568.3256
80
2.58
3轴
4.571
4.525
1407.629
1393.553
31.008
1
输出轴
4.525
1379.617
31.008
3.7 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
表3.3 联轴器主要尺寸
0.92
0.99
0.96
0.99
轴径 80
D
220
D
185
D
120
D
150
δ1
24
δ2
28
n -d m 6-M
d 0 l 2
30
L 1
162
H
324
M
4 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 ；
d 0——设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，mm ； d 1——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 ；
2d L ——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，MPa ；
（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引起的离心力，N ; F e ——搅拌轴及各层圆盘
F ki ——第i 个搅拌器上的流体径向力，N ;
I L ——单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩，mm 4；
K i ——单跨轴第i 个圆盘（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长L 的比值（i =1、
； 2„„m ）
L ——单跨轴两轴承之间的长度，mm ；
L 1、L 2„„L i ——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 ；
L g ——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 ；
M A ——由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N ∙m ；
M n ——按传动装置效率η2计算的搅拌轴传递扭矩，N ∙m ；
M R ——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；
m 1、m 2„„m i ——圆盘（搅拌器及附件）1、2„„i 的质量，kg ； m 1e 、m 2e „„m ie ——圆盘（搅拌器及附件）1、2„„i 的有效质量，kg ；
m L ——单跨轴L 段轴的质量 m L =
π
4
2
d 2L (1-N 0) ∙L ∙ρs ⨯10-9 kg
m Le ——单跨轴L 段轴的有效质量，kg ；
m w ——单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，
0n ——轴的转速，；
n k ——轴的一阶临界转速，； P N ——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 ；
W 1、W 2„„W i ——m 1e 、m 2e „„m ie 的相当质量，kg ； W s ——在S 点所有相当质量的总和，kg ；
α——搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，(︒) ； θi ——第个搅拌器叶片倾斜角，(︒) ；
γ——轴的扭转角，；
δ1X ——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 ； δ2X ——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 ；
δ3X ——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 ；
δX ——离图或图中轴承距离x 处轴的径向总位移，mm ；
ρ——搅拌物料的密度，kg ρs ——轴材料的密度，kg
3
；
3
；
∑——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
图4-1 搅拌轴受力模型
筒体长度为3600mm 两成叶轮之间的距离为675mm 每个封头计算高度为：直边40mm +曲面高度500mm ； 封头的厚度δ=18mm, 轮毂高度为120mm
轴长：L =(500+40-120) +18+500+3600=4538mm
L 2=3600-675=2925mm L 1=3600+425=4025mm
4.3 按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径
d 1=《搅拌设备》化学工业出版社） （[γ] 轴的许用扭转角，对单跨轴有[γ]=0.7︒/m ；
Mn max 搅拌轴传递的最大扭矩Mnmax =
9553
η1P N N ∙m n
上式中P N =18.5kN , n =220r /min , 带传动η1取，G =7.28⨯104MPa 所以Mn max =
9553
⨯0.95⨯18.5=763.15N ∙
m 220
d 1==54.36mm
根据前面附件的选型。取d =80mm 根据轴径d 计算轴的扭转角γ
γ=
5836M n max
⨯105m 44
Gd (1-N 0)
5836⨯763.15
⨯105=0.15
7.28⨯10⨯80⨯1
所以γ=
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
m Le =
π
4
2-9d L L ⎡⎣ρs (1-N 0)+ρ⎤⎦⨯10kg
所以m Le =
π
4
3-9
⎤⨯802⨯4538⨯⎡7.85⨯10⨯1+1000⨯10=225kg ⎣⎦
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
m ie =m i +ηk
上式中：
π
4
-9
D 2ji h i cos θi ρ⨯10kg
ηki ——第i 个搅拌器的附加质量系数，查HG /T 20569-94表3.3.4—1
D Ji ——第i 个搅拌器直径，D Ji =550mm h i ——第i 个搅拌器叶片宽度，B =110mm
叶片倾角θi =45︒，圆盘质量m i =14.9kg
所以 m ie =14.9+0.3⨯⨯5502⨯110⨯cos45︒⨯103⨯10-9=19.02kg
π
4
4.4.2 单跨轴一阶临界转速的计算
作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算, 简图如下：
图4-2 传动轴模型
（1）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量m Le 在中点S 处的相当质量为：
W =
1717
m Le =⨯225=109.3kg 3535
第i 个圆盘有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
W i =16K i 2(1-K i ) 2m ig kg
所以W i =16⨯0.932⨯(1-0.88) 2⨯19.02=3.40kg W i =16⨯0.652⨯(1-0.65) 2⨯19.02=15.75kg 在S 点处的相当质量为：
W s =W +∑W i
i =1
2
所以W s =109.6+(3.40+15.75) =
128.75 临界转速为：
n k =458.9d 所以n k =458.9⨯80=368.07r /min （2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
W =
1515
m Le =⨯225=96.43kg 3535
第i 个圆盘有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
643
K i (1-K i ) 2(4-K i ) m ie kg 7
64
所以W 1=⨯0.893⨯(1-0.89) 2⨯(4-0.89) ⨯19.02=4.61kg
764
W 2=⨯0.653⨯(1-0.65) 2⨯(4-0.65) ⨯19.02=19.60kg
7W i =
在S 点处总的相当质量为：
2
W s =W +∑W i
i =1
所以W s =109.3+(4.6+19.60) =133.5kg 临界转速为：
n k =693.7d
所以n k =693.7⨯80=558.20r /min （3）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数K 2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K 2表示。采用刚性联轴节时，K 2=0.4~0.6, 取K 2=0.4。
n k =n k 固简（1-K 2) +n k 简K 2
所以n k =558.20⨯(1-0.4) +368.07⨯0.4=482.20r /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，n n ≤0.7且≠(0.45~0.55) n k n k
n 220==0.46 n k 482.20
所以满足该条件。
4.5 按强度计算搅拌轴的轴径
4.5.1 受强度控制的轴径计算
受强度控制的轴径d 2按下式求得：
d 2=mm 式中：M te ——轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩
N ∙m M te [τ]——轴材料的许用剪应力
[τ]=σb
16=600=37.5MPa 16
4.5.2 轴上扭矩计算
轴上扭矩M n 按下式求得：
M n =9553η2P N N ∙m n
η2——包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按HG /T 20569-94附录D 选取，则 η2=0.95⨯0.8⨯0.99⨯0.99=0.745
所以M n =9553⨯0.745⨯18.5=598.47N ∙M 220
4.5.3 轴上弯矩M 计算
轴上弯矩总和M 应按下式求得：
M =M R +M A N ∙m
（1）径向力引起的轴上弯矩M R 的计算
对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩M R 可以近似的按下式计算：
M R =F hi (L -L i ) L i F e (L -L e ) L i N ∙m +1000L 1000L
第F hi 个搅拌器的流体径向力F hi 应按下式求得 ：
M nqi ⨯103
F hi =K 1 N ⨯D Ji 式中：K 1——流体径向力系数，按照附录C .2有
K 1=K '
1∙K 1b ∙K 1n ∙K 1e ∙K 1i =0.10⨯0.2⨯1.0⨯1.0⨯1.0=0.02
M nqi ——第i 个搅拌器功率产生的扭矩
M nqi =9553P N ∙m n qi
P qi ——第i 个搅拌器的设计功率，按附录 C .3有
P qi =P s ∙D Ji kW D Ji
两个搅拌器为同种类型，P q 1≈P q 2=9.25kW s ≈P N =18.5kW ，则P
所以M nq 1=M nq 2=401.66N ∙m
401.66⨯103
=38.95N 所以F h 1=F h 2=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：
m m W =m L +∑m i kg
i =1
m L ——单跨轴L 段轴的质量
m L =π
42d 2
L (1-N o ) ⨯L ⨯ρs ⨯10-9
所以m L =π
4⨯802⨯1⨯4538⨯7.85⨯103⨯10-9=141kg
故m L =141+2.1+17.22=160.32kg
（3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力F e 按下式求得。 对于单跨轴：
⎡⎤⎢1⎥π22⎥⨯10-5 N F e =m W n [e ]⎢9⎢1-() ⎥⎢n k ⎥⎣⎦
上式中，对刚性轴(n 2) 的初值取0.5 n k
[e ]——许用偏心距（组合件重心处）[e ]=9.55G /n ，mm
G ——平衡精度等级，。一般取G =6.3mm /s
所以[e ]=9.55⨯则F e ==0.27mm π21⨯160.32⨯2202⨯[]⨯10-5=170N 91-0.5
（4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离L e 按下式计算。 对于单跨轴：
L e =∑m i ∙L i +m L
i =1m L 2
m W
所以L e =而M R 17.22⨯4025+2.1⨯2925+141⨯160.32hi i i e e e 4538=2362.46mm F (L -L ) L F (L -L ) L =+1000L 1000L N ∙m
M R =38.95⨯(4538-4025) +38.95⨯(4538-2925) 170⨯(4538-2362.46) +=99N ∙M 45384538
（5）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩M A 的计算。
M A 的粗略计算：
当p ≥2MPa 或轴上任一搅拌器θ≠0时，取M A =0.2MPa
故M A =0.2⨯99=19.8N ∙m
所以M =M R +M A =118.8N ∙m
所以M te ==717.27N ∙m
所以d 2==46mm 前面计算中取轴径为80，故强度符合要求。
4.6 轴封径向位移验算轴径
4.6.1 轴承径向游隙位移计算
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。
图4—3 轴封径向位移图例 对于单跨轴：
δ1x =(S ' -1
2S '∙x S ''∙x +) mm L L
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 =l o 时，求得的δx 即为轴封处的总位移，
l 0=H 1-l 2=500-120=380mm 所以δ1x =(0.03-
120.03⨯3800.07⨯380+) =0.011mm 45384538
4.6.2 流体径向作用轴承位移计算
由流体径向作用力F hi 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 =l 0=380≤L 1且x ≤X 2,
δ2x =∑而I L =F hi (L -L i ) L ∙x L i L i 2x 2[2-() -() ] 6E ∙I L L L L =πd 4
64π⨯80464=2009600mm 4 38.95⨯(4538-4025) ⨯4538⨯[**************]2⨯[2⨯-() -() ]+ 36⨯190⨯10⨯[***********]8
38.95⨯(4398-2925) ⨯4398⨯[**************]2[2⨯-() -() ] 6⨯190⨯103⨯[***********]8所以δ2x =
=0.0 一端固支另一端简支的单跨轴：
F hi ∙L 31x 33L x x i 3L δ2x =∑(-)() 3+(1-)() 2-3(1-) +2]+||x
入已知数据可得 F hi ∙L 3x 3i (1-∑6E ∙I L L i ) 代
δ2x =-1.1008-0.4633+1.1012+0.4664=0.0035mm
4.6.3 轴承产生位移计算
由搅拌轴与各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离图中轴承距离x 处产生的位移δ3x 按下式计算
δ3x =[e ]K X mm k 2() -1n
对两端简支单跨轴：
x
K X =1-e
L 1-x 3⎤⎡x 22(1-) ⎢1L e (1-) L e ⎥⎢1-(3-) ⎥+||x
代入已知数据可得K X =1.7746
所以δ3x =0.27⨯1.7746=0.0925mm 2() -1220
x 3L x 3L 1x ) +(1-)() 2+(-)() 3+L e L e L 2L e 3L
2-e +3(e ) 2-(e ) 3
2L L 2L x 3) L e 对一端固支一端简支单跨轴： 2-3(1-K =x
代入已知数据可得：K X =60240
所以δ3X =0.27⨯6.240=1.0042mm 2() 220
一般单跨轴传动侧支点的夹持系数K 2介于简支和固支之间，此时δ2值应取式和式之中间值，查附录C .4取K 2=0.6
查附录C .5得
δ2=δ2固简(1-K2）+δ2简K 2 mm
所以δ2=0.0035⨯（1-0.6）+0.0318⨯0.6=0.02048mm
δ3=δ3固简(1-K3）+δ3简K 3 mm
所以δ3=1.0042⨯（1-0.6）+0.0925⨯0.6=0.45718mm
4.6.4 总位移及其校核
对于刚性轴：
δX =δ1X +δ2X +δ3X mm
所以δX =0.0134+0.02048+0.45718=0.49106mm
验算应满足下列条件：
δX ≤[δ]X mm
轴封处允许径向位移[δ](x =l 0) 按下式计算：
[δ](x =l 0) =0.1⨯K mm
K 3——径向位移系数，按附录C .6.1选取K 3=0.3
所以[δ](x =l 0) =0.1⨯0.3=0.26833mm
则满足δX ≤[δ]x
4.7 轴径的最后确定
由以上分析可得，搅拌轴轴径d 满足临界转速和强度要求，故确定轴径为80mm 。 搅拌轴轴封的选择
机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的1%，功率消耗约为填料密封的30%。故采用机械密封。
5 支座选型及校核
5.1 搅拌罐支座选型及承载计算
该搅拌设备为中小型直立设备，选择B 型耳式支座，对于10m 3一级搅拌罐配置4个耳式支座。 耳式支座实际承受载荷计算
⎡m +G e 4(Ph +G e S e ) ⎤3Q =⎢og +⨯10 ⎥kn nD ⎣⎦
式中：
Q ——支座实际承受的载荷，kN ；
D ——支座安装尺寸，mm ；
D
D ==1969mm
g ——重力加速度，取g =9.8m /s 2；
G e ——偏心载荷，G e =0N ；
h ——水平力作用点至地板高度，h =900mm ；
k ——不均匀系数，安装3个以上支座时，取k =0.83；
，kg ； m 0——设备总质量（包括壳体及附件，内部介质及保温层质量）
筒体质量=π[(2.018222) -() ]⨯3.6⨯7.85⨯103=1594.22kg 22
封头质量=2⨯406.1=812.2kg
轴质量=π(0.082) ⨯4.538⨯7.85⨯103=178.97kg 2
2.21422.22) -() ]⨯(2.8-0.45) ⨯7.85⨯103+232=1127kg 22 搅拌器质量=2⨯14.9=29.8kg 夹套质量=π[(
人孔质量=259kg
减速机质量=1300kg
水压试验时充水质=3.14⨯(2.002) ⨯3.6⨯1000+2⨯0.748⨯103=12800kg 2
其他附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件的质量为200kg ，则设备总质量为36200kg ；
n ——支座数量，n =4；
S e ——偏心距，mm ；
a ——地震影响系数，地震设防烈度为8度，取a =0.24；
p ——水平力，取P W 和P e +0.25P W 的最大值，N ；
5.2 支座载荷及弯矩校核
因容器置于室内，不计其风压值，故P =P e =am 0g ，即
P =0.24⨯36200⨯9.8=85142.4N
H 0——容器总高度，mm ；
H 0=18+500+3600+500+18=4636mm 所以Q =[m o ∙g 4P ∙h 14536.5⨯9.84⨯34286.28⨯0.9+]⨯10-3=[+]=295.67kN k ∙n n ∙D 0.83⨯44⨯2219
Q
计算支座处圆筒所受的支座弯矩M L :
M L =Q (l 2-s 1) 42.92⨯(330-90) ==10.30kN ∙m 331010
夹套有效厚度：δe =δn -C =18-2.8=15.2mm
根据δe 和p 查表B .1知当圆筒有效厚度为10mm ，圆筒内压为0.6MPa ，对于该支座有
[M L ]=16.38kN ∙m ，故所选满足能满足要求。
6 封口锥结构选型与计算
6.1 符号说明
A ——轴向力系数；
B ——封口锥的连接系数；
C a ——内筒体厚度附加量，mm ；
C b ——夹套厚度附加量，mm ；
D 1——容器内径，mm ；
D 2——夹套内径，mm ；
d 1——夹套封头与容器封头的连接园直径，mm ；
e 0——容器外壁至夹套壁中面的距离
e 0=0.5[(D 2+S 2) -(D 1+2S 1)] mm
f 1~f 4——封口锥连接的强度系数；
l R ——与封口锥相接的夹套加强区的实际长度，或连接封口锥与夹套 的第一道环焊缝至折边锥体切线的距离，mm ；
p 1——工作或试验条件下容器内的设计压力，MPa ； p 2——工作或试验条件下夹套或通道内的设计压力，MPa ；
[p 2]——夹套或通道的许用内压力，MPa ； S 2——容器筒体的实际壁厚，MPa ； S 1——夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，MPa ； S 2R ——夹套筒体、封口锥或通道的计算厚度，MPa ； X 1~X 3——辅助参数；
； α——封口锥的半顶角（︒）
ε——容器壳体与夹套壳体的间距系数； χ——容器壳体与夹套壳体强度比系数； λ——封口锥连接长度系数；
μ——封口锥相对有效承载长度系数； ρ——封口锥过渡区转角内半径系数；
[σ1]——设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa ；
[σ2]——设计温度下夹套壳体或通道材料的许用应力，MPa ； ϕR 1~ϕR 2——计算的焊缝系数； ϕP 1——夹套筒体的纵焊缝系数； ϕr 1——容器筒体的环焊缝系数； ϕr 2——夹套筒体的纵焊缝系数；
6.2 结构选择及计算
选择（a ）型结构
图6-1 封口锥结构图 a. 轴向力系数A
D 1D 2-d 2
1 A =2D 2
式中：100+dN ≤d 1≤0.4D 2，dN =50mm
即150≤d 1≤720，取d 1=400mm
2000⨯2200-4002
=0.876 所以A =22002
辅助系数ε、ρ、λ、χ、ϕR 1、ϕR 2、μ)
容器壳体与夹套壳体的间距系数ε
ε上式中：e 0=0.5[(D 2+S 2)]-(D 1+2S 2)]=0.5[(2200+14) -(2000+2⨯18)]=89mm
所以ε=0.57 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ρ=0。
封口锥连接长度系数λ，对于α=45︒有
λ=0.45ρ=0.57=0.81
6.3 容器壳体与夹套壳体强度比计算
容器壳体与夹套壳体强度比系数χ
x =
x =1.25=2.72=3.72
计算的焊缝系数ϕR 1、ϕR 2
ϕR 1=ϕr 1=0.85
ϕR 2=ϕr 2=0.85 封口锥相对有效承载长度系数μ
⎧⎪εμ=min ⎨ sin α⎪⎩ε0.57==0.81 所以μ=sin αsin 45︒
6.4 封口锥的连接系数计算
封口锥的连接系数B
B =min(X 1; X 2; X 3) 式中：
X 1=cos α
∙(ϕR 1+ϕR 2+λf 1) 4cos 对于λ≤x -1，f 1=1+min {1; x } 2
所以f 1=1.409
cos45︒2⨯(+0.81⨯1.049) =
1.85 则X 1=︒0.574cos45
X 2=f
ε0==0.6
ε020.62) =2.108 对于ε
f 2=0.71+0.52ρ+εz =0.75+0+0.57⨯2.108=1.952
所以X 2=2.655
X 3=xf 3+(ϕR 1+ϕR 2+μ) f 4 4μ∙cos α
f 3=1+0=1，f 4=1
所以X 3=3.72⨯1+(
则B =2) ⨯1=4.59
︒4⨯0.81⨯cos451.85=0.26 6.5 封口锥的许用内应力计算 封口锥的许用内应力
[p 2]=2[σ]2(S 2-C b ) ϕp 2B ∙ D 2+(S 2+C b ) A
2⨯113⨯(14-2.8) ⨯0.90.26⨯=0.306MPa 2200+(14-2.8) 0.876所以[p 2]=
封口锥的壁厚
封口锥壁厚应等于或大于与其相连接的夹套筒体壁厚，故取封口锥壁厚为14mm 。
7 润滑及密封设计
因为设备一部分是闭式，转速较低的减速器（v ﹤12m/s），所以采用浸油润滑。润滑有的选择要考虑其润滑的效果，达到理想的润滑效果。 这里润滑油选用GB443-1989 中的 68 号工业齿轮润滑油，代号为 L-AN68，装至规定高度。
润滑油的高度也要特备注意，不能太多，也不能太少，以适度为宜，具体要求按设计手册为准，这里我们去设计的高度为 H=30mm h1=8.75mm，所以油的最低深度为 H+ h 1=30+8.75=38.75mm，最高深度在最低深度上加 5～10mm 。
润滑的方式跟箱体的设计有关。机座上两边的轴承润滑是利用高速运转的齿轮带起箱体中的润滑油，通过机盖特殊的回油槽结构，再通过机座上的油槽来引导油进入轴承，进
行润滑。中间的支撑部分中的轴承是通过特制的刮油板，通过导油槽进行润滑。
密封是为了保证机盖与机座联接处密封联接，另外端盖和轴的联接出必须保证密封，以此来防止漏油。所有在轴和端盖中间采用加密封圈的方式来密封。而在放油螺栓处则利用螺纹来密封，因此，此处的螺纹为细牙螺纹。为了保证好的密封性，其结合面应加工精度高，同时还可采用加其辅助密封的物品来保证很好的密封性。
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致 谢
本文是在尊敬的蔡香丽老师和薛风老师的悉心指导下完成的。
两位老师严谨的治学态度、渊博的学识、敏锐的思维、认真的学术作风和平易近人的生活作风，使我在学习中获益匪浅，对我以后的学习、工作和生活都有了很好的指引；指导老师在本课题的设计研究、理论分析及论文组织等许多方面所给了殷切地指导和莫大的帮助，这将使我受益终生。两位老师还对我毕业设计的许多细节方面给予了耐心的指导和帮助，这是不可或缺的，赵老师的随和，认真深深地印在我的心里。我在学习和毕业设计中的每一点进步，无不凝聚着导师的心血。
值此论文完成之际，谨向蔡香丽老师以及薛风老师致以崇高的敬意和诚挚的感谢！ 我还要感谢大学期间的老师们，是他们的教导使我不断进步，让我在学习和以后的工作中有了扎实的基础。
我把这篇文章献给我的父母，感谢他们对我始终如一的支持和鼓励，以及他们给予我的无私的爱。
再次向所有帮助我的老师、同学和朋友致以衷心的感谢！
新疆工程学院 毕业设计（论文）
2013 届
题 目 搅拌器设计 专 业 化工设备维修技术 学生姓名 李军杰 学 号 2010230401 小组成员 王大成 李仁 万幸 指导教师 蔡香丽、薛风
完成日期 2013年3月31日
新疆工程学院教务处印制
新 疆 工 程 学 院 毕 业 论 文（设 计）任 务 书
班级 设备10-6班 专业 化工设备维修技术
姓名 日期 2013.3.4
1、论文（设计）题目： 搅拌器设计
2、论文（设计）要求：
（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。
（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。
（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。
3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4
完成日期 2013.4.10
4、指导教师签字：
新 疆 工 程 学 院
毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定
报 告
毕业论文答辩及综合成绩
摘要：搅拌器是在工农业生产中应用非常广泛的一类通用设备，尤其是在工业中发挥着重要作用。目前在工农业生产中应用的搅拌器种类和规格很多，但是没有非常适合发酵工厂使用的产品。本文设计了一种能适应于搅拌发酵原料的中型搅拌器，所设计的搅拌器为立式，采用六弯叶圆盘涡轮式叶轮，桨叶式搅拌器具有以下特点：轴流型搅拌器，剪切力非常强。在设有挡板条件下，可得到较好的上、下循环流；适用于非均匀的混合、分散操作；也可用于传热、乳化操作。局部剪应作用强，不易发生乳化作用；适用性广。中型桨叶式搅拌器能够满足需要，且如今的能源社会，对已提倡新工艺、看重技术含量，使用专业化机械，为生产企业扩大市场，提高质量，减少损耗，增加效益具有积极意义。
关键词：搅拌器，机械，发酵原
设计任务书
设计目的：把所学《化工设备机械基础》及相关知识，在课程设计中综合运
用，把化工工艺条件与化工设备设计有机地结合起来，巩固和强化有关机械课程的基本理论和基本知识。
设计要求：(1)进行罐体和夹套设计计算
(2)进行搅拌传动系统设计a. 进行传动系统方案设计(指定用V 带传动); b.进行上轴的结构设计和强度校核;c. 选择轴承;d. 选择联轴器;e. 进行罐内搅拌轴的结构设计及搅拌器与搅拌轴的连接结构设计;f. 选择轴封的型式 (3)设计机架结构 (4)绘总装配图(A2纸) (5)绘传动系统部件图
设计内容：设计一台夹套传热式带有搅拌装置的反应釜。
设计任务书
目 录
1 绪论 . ................................................................. - 1 -
1.1 搅拌设备应用及作用 ............................................. - 1 - 1.2 搅拌物料的种类及特性 ............................................ - 1 - 1.3 搅拌装置的安装形式 .............................................. - 2 -
1.3.1 立式容器中心搅拌 . .......................................... - 2 - 1.3.2 偏心式搅拌 . ................................................ - 2 - 1.3.3 倾斜式搅拌 . ................................................ - 2 - 1.3.4 底搅拌 . .................................................... - 2 - 1.3.5 卧式容器搅拌 . .............................................. - 3 - 1.3.6 卧式双轴搅拌 . .............................................. - 3 - 1.3.7 旁入式搅拌 . ................................................ - 3 - 1.3.8 组合式搅拌 . ................................................ - 3 - 1.4 毕业设计的意义 .................................................. - 3 - 2 搅拌罐结构设计 . ....................................................... - 4 -
2.1 罐体的尺寸确定及结构选型 ........................................ - 4 -
2.1.1 筒体及封头型式 . ............................................ - 4 - 2.1.2 确定内筒体和封头的直径 . .................................... - 4 - 2.1.3 确定内筒体高度H ........................................... - 4 - 2.1.4 选取夹套直径 . .............................................. - 5 - 2.1.5 校核传热面积 . .............................................. - 5 - 2.2 内筒体及夹套的壁厚计算 .......................................... - 5 -
2.2.1 选择材料，确定设计压力 . .................................... - 5 - 2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算 . ................................ - 6 - 2.2.3 内筒体壁厚计算 . ............................................ - 7 - 2.2.4 封头校核 . .................................................. - 7 - 2.2.5 水压试验校核 . .............................................. - 8 - 2.3 人孔选型及开孔补强设计 .......................................... - 8 -
2.3.1 人孔选型 . .................................................. - 9 - 2.3.2 开孔补强设计 . .............................................. - 9 - 2.4 搅拌器的选型 ................................................... - 10 -
2.4.1 搅拌器选型 . ............................................... - 10 - 2.4.2 搅拌附件 . ................................................. - 12 -
3 传动装置选型 . ........................................................ - 12 -
3.1 减速机选型 ..................................................... - 12 - 3.2 选择电动机 ..................................................... - 12 - 3.3 选择电动机功率 ................................................. - 12 - 3.4 确定电动机转速 ................................................. - 13 - 3.5 确定传动装置的总传动比和分配传动比 ............................. - 13 - 3.6 计算传动装置的运动和动力参数 ................................... - 14 - 3.7 联轴器的选型 ................................................... - 15 - 4 搅拌轴的设计与校核 . .................................................. - 15 -
4.1 符号说明 ....................................................... - 15 - 4.2 搅拌轴受力模型选择与轴长的计算 ................................. - 18 - 4.3 按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径 ................................. - 18 - 4.4 根据临界转速核算搅拌轴轴径 ..................................... - 19 -
4.4.1 搅拌轴有效质量的计算 . ..................................... - 19 - 4.4.2 单跨轴一阶临界转速的计算 . ................................. - 20 - 4.5 按强度计算搅拌轴的轴径 ......................................... - 22 -
4.5.1 受强度控制的轴径计算 . ..................................... - 22 - 4.5.2 轴上扭矩计算 . ............................................. - 22 - 4.5.3 轴上弯矩M 计算 . ........................................... - 22 - 4.6 轴封径向位移验算轴径 ........................................... - 25 -
4.6.1 轴承径向游隙位移计算 . ..................................... - 25 - 4.6.2 流体径向作用轴承位移计算 . ................................. - 26 - 4.6.3 轴承产生位移计算 . ......................................... - 26 - 4.6.4 总位移及其校核 . ........................................... - 27 - 4.7 轴径的最后确定 ................................................. - 28 -
5 支座选型及校核 . ...................................................... - 28 -
5.1 搅拌罐支座选型及承载计算 ....................................... - 28 - 5.2 支座载荷及弯矩校核 ............................................. - 29 - 6 封口锥结构选型与计算 . ................................................ - 30 -
6.1 符号说明 ....................................................... - 30 - 6.2 结构选择及计算 ................................................. - 31 - 6.3 容器壳体与夹套壳体强度比计算 ................................... - 32 - 6.4 封口锥的连接系数计算 ........................................... - 33 - 6.5 封口锥的许用内应力计算 ......................................... - 34 - 7 润滑及密封设计 . ...................................................... - 34 - 参考文献 . .............................................................. - 36 - 致 谢 . ................................................................ - 37 -
1 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。
1.1 搅拌设备应用及作用
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。 1.2 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。
1.3 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。以下仅就搅拌装置的各种安装形式进行分类说明。 1.3.1 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。 1.3.2 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。 1.3.3 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。 1.3.4 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。
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。 1.3.5 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。
1.3.6 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。 1.3.7 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，所以轴封结构是最费脑筋的。
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。 1.3.8 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。 1.4 毕业设计的意义
通过本次毕业设计，我们对搅拌机有了完整的了解和深刻认识。而且学会把所学知识有效的用运到解决实际问题中的能力，不仅对课本所学知识有了更深层次的掌握，同时提高了自己解决实际问题的能力。学会了更好的查阅相关资料，为以后打下良好基础。本次毕业设计使我们受益匪浅，通过研究解决一些工程技术问题，各方面的能力均有提升。
2 搅拌罐结构设计
2.1 罐体的尺寸确定及结构选型 2.1.1 筒体及封头型式
选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 2.1.2 确定内筒体和封头的直径
搅拌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 /D i =2
根据工艺要求，装料系数η=0.7，罐体全容积V =12.15m 3，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）V g =V ∙η=12.15⨯0.7=8.5m 3。
初算筒体直径
V ≈
π
4
D i 2H =
π
4
D i
H D i
D i 即
圆整到公称直径系列，取DN =2000mm 。封头取与内筒体相同内经，封头直边高度
h 2=40mm ，
2.1.3 确定内筒体高度H
当DN =2000mm , h 2=40mm 时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积
v =0.748m 3
H =
V -v
=
4
核算D 2
4(12.15-0.748)
=3.6m ，取H =3.6m
3.14⨯22
i 与η
=1.8，该值处于1.7~2.5之间，故合理。 =i
V g V g 8.5η=' ===0.78
V D 2H +v ⨯22⨯3.6⨯0.748
4i 4
该值接近0.7，故也是合理的。
2.1.4 选取夹套直径
表2-1 夹套直径与内通体直径的关系
内筒径D i , mm 夹套D j , mm
500~600 D i +50
700~1800 D i +100
2000~3000 D i +200
由表1，取D j =D i +100=2000+200=2200mm 。 夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 2.1.5 校核传热面积
工艺要求传热面积为11m 2，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积
A i =3.34m 2,3.6m
高筒体表面积为
A 1=πD i ⨯3.6=3.14⨯2⨯3.6=22.61m 2
A 1=3.34+22.61=25.95>11
总传热面积为故满足工艺要求。 2.2 内筒体及夹套的壁厚计算 2.2.1 选择材料，确定设计压力
按照《钢制压力容器》（GB 150-98）规定，决定选用OCr 18Ni 9高合金钢板，该板材在150︒C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表D 1查取，[σ]=103MPa ，常温屈服极
t
限σs =137MPa 。
计算夹套内压
介质密度ρ=1000kg /m 3
液柱静压力ρgH =1000⨯10⨯3.6=0.036MPa 最高压力P max =0.5MPa 设计压力P =1.1P max =0.55MPa
所以ρgH =0.036MPa >5%P =0.0275MPa 故计算压力P c =P +ρgH =0.55+0.036=0.586MPa
内筒体和底封头既受内压作用又受外压作用，按内压则取P 按外压则取c =0.586MPa ，
P c =0.5MPa
2.2.2 夹套筒体和夹套封头厚度计算
夹套材料选择Q 235-B 热轧钢板，其σs =235MPa , [σ]=113MPa
t
夹套筒体计算壁厚δj
PD c j
δj =
2[σ]ϕ-P c
夹套采用双面焊，局部探伤检查，查《过程设备设计》表4-3得ϕ=0.85 则δj =
0.55⨯2200
=6.32mm
2⨯113⨯0.85-0.55
查《过程设备设计》表4-2取钢板厚度负偏差C 1=0.8mm ，对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取腐蚀裕量C 2=0，对于碳钢取腐蚀裕量C 1=1.2mm ，故内筒体厚度附加量C a =C 1+C 2=0.8mm ，夹套厚度附加量C b =C 1+C 2=2.8mm 。
根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度δkj =14mm 。 夹套封头计算壁厚δkj 为
δkj =
PD 0.55⨯2200c j
==6.32mm t
2[σ]-0.5P 2⨯113⨯0.85-0.5⨯0.55c
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。
2.2.3 内筒体壁厚计算
①按承受0.586MPa 内压计算
焊缝系数同夹套，则内筒体计算壁厚为：
δ=
PD 0.586⨯2200c j
==7.39mm t
2[σ]ϕ-P 2⨯103⨯0.85-0.586c
②按承受0.55MPa 外压计算
设内筒体名义厚度δn =12mm ，则δe =δn -C a =12-0. =811. mm 2，内筒体外径
D 0=D i +2δn =2200+2⨯11.2=2222.4mm 。
内筒体计算长度L =H j +h =2800+(425+12) =2945.7mm 。 则1
313
D ，0=198.43，由《过程设备设计》图4-6查得A =0.0003，图4-9=1.32e 0
查得B =45MPa ，此时许用外压[P ]为：
[P ]=
B δe 45⨯11.2==0.23
不满足强度要求，再假设δn =18mm ，则δe =δn -C =-0=. 8a 18
1m 7m . ，2
D 0=D i +2δn =2200+2⨯17.2=2234.4mm ，
内筒体计算长度L =H j +h =2800+(425+18) =2948mm 则1
313
D ，0=129.91 =1.32e 0
查《过程设备设计》图4-6得A =0.0007, 图4-9得B =75MPa ，此时许用外压为：
[P ]=
B δe 75⨯17.2==0.577>0.55MPa D 02234.4
故取内筒体壁厚δn =18mm 可以满足强度要求。 2.2.4 封头校核
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δnk =18mm 。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δe =18-0.8=17.2mm 。由《过程设备设计》表4-5查得标准椭圆形封头
的形状系数K 1=0.9，则椭圆形封头的当量球壳内径R 1=K 1D i =0.9⨯2000=1800mm ，计算系数A
A =0.125
δe
R i
=0.125⨯
17.2
=0.001194 1800
查《过程设备设计》图4-9得B =100MPa
[P ]=
B δe 100⨯17.2
==0.96>0.55 R i 1800
故封头壁厚取18mm 可以满足稳定性要求。 2.2.5 水压试验校核
①试验压力
内同试验压力取P t =P c +0.1=0.586+0.1=0.686MPa 夹套实验压力取P t =P c +0.1=0.55+0.1=0.65MPa ②内压试验校核 内筒筒体应力σTi =
P 0.686⨯(2000+17.2) T (D i +δei ) ==47.37MPa
2δei ϕ2⨯17.2⨯0.85P 0.65⨯(2200+11.2) T (D j +δej ) ==75.5MPa 2δej ϕ2⨯11.2⨯0.85
夹套筒体应力σTj =
而0.9σsi =0.9⨯137=123.3MPa 0.9σsj =0.9⨯235=211.5MPa
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18mm 时，它的许用外压为[P ]=0.577MPa ，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。
2.3 人孔选型及开孔补强设计
2.3.1 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:
表2-2：人孔尺寸
密封面形
式
公称压力PN （MP ）
公称直径DN
d w ⨯s
d
D
D 1 H 1 H 2
b
突面（RF ） 4.0 450
480⨯14 451.6
685 610 270 137 57
2.3.2 开孔补强设计
最大的开孔为人孔，筒节δnt =18mm ，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 δ+2δ(δnt -C )(1-f r )
人孔材料亦为不锈钢0Cr18Ni9，所以f r =1.0 所以A =450⨯
0.586⨯2000
+0=3017mm
2⨯103⨯0.85-0.5⨯0.586
有效补强区尺寸：h 1=90.12mm
B =2d =2⨯451.2=902.4mm
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：
A 1=(B -d )(δe -δ) -2(δnt -δ)(1-f r )
2
=(B -d )(δ-δ) =451.2⨯(17.2-7.39) =4372.13mm 故A 1e
可见仅A 1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。 2.4 搅拌器的选型 2.4.1 搅拌器选型
桨径与罐内径之比叫桨径罐径比d , 涡轮式叶轮的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，也可将叶轮放置低些，如离底高度C =. 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
d 0——搅拌器桨叶连接螺栓孔径 d 1——搅拌器紧定螺钉孔径 d 2——轮毂外径 D J ——搅拌器直径 D I ——搅拌器圆盘的直径 G ——搅拌器参考质量
h 1——轮毂高度
h 2——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
δ——搅拌器桨叶的厚度
δ1——搅拌器圆盘的厚度
图2-1六弯叶圆盘涡轮搅拌器
工艺给定搅拌器为六弯叶圆盘涡轮搅拌器，其后掠角为α=45︒，圆盘涡轮搅拌器的通用尺寸为桨径d j :桨长l :桨宽b =20:5:4，圆盘直径一般取桨径的取桨径的。
查HG-T 3796.1~12-2005,选取搅拌器参数如下表
表2-3 搅拌器参考数据
2
，弯叶的圆弧半径可3
38
g h 由于液体的总深度H ≈
4
D
2i
+h 1+h 2≈1050mm （2-17）
其中：h 1—椭圆形封头边段距离； h 2—椭圆形曲面段距离。
由前面的计算可知液层深度H =2.71m ，而1.3D i =2600mm ，故H >1.3D i ，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 ，上层叶轮高度离底
层高度为2D J 的深度，即1110mm 。则两个搅拌器间距为1175mm ，该值大于叶轮直径，故符合要求。 2.4.2 搅拌附件
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2000mm ，选择4块竖式挡板，且沿罐壁周围均匀分布地直立安装。
3 传动装置选型
3.1 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n =40，电机功率为18.5kW , 查《长城搅拌》表3.5-3选择减速机型号为FPV 6 3.2 选择电动机
按已知的工作要求和条件，选用Y160M2-8电动机。 3.3 选择电动机功率
工作机所需的电动机输出功率为 Pd=Pw/η Pw=FV/1000η 所以 Pd=FV/1000η
由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 η=η1⋅η2⋅η3⋅η4
式中：η1、η2、η3、η4分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器。根据《机械设计指导书》P5表1-7得：各项所取值如下表：
表3-1 搅拌齿轮的参考数据
带传动 齿轮传动的轴承 齿轮传动 联轴器
种 类 V 带传动 深沟球轴承 7级精度的一般齿轮传动
刚性联轴器
取 值 0．92 0．99 0．96 0．99
所以 Pw =Tnw /9550=1115⨯31/9550kW =3.619kW
Pd=Pw/η=3.619/0.8145=4.4432kW
3.4 确定电动机转速
搅拌轴的工作转速nw=31r/min，按推荐的合理传动比范围，取V 带传动的传动比
i1'=2~4, 单级齿轮传动比i2'=2~6, 则合理总传动比的范围为i'=6~24，故电动机转速可选范
围为
nd'=i'⋅nw=(6~24)⨯31r/min nd ' =(186~744) r /min
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，比较三个方案选定电动机型号为Y160M2-8，所选电动机的额定功率Ped=5.5kW，满载转速
nm=720r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。
3.5 确定传动装置的总传动比和分配传动比
1) 总传动比
因为 n 电=720 所以：总传动比 i 总=2) 分配传动比
根据均匀磨损要求，采用带传动与两级减速器连接传动机构，取带传动比为i 1=3，
n 电n 搅拌轴
=
720
=23.2258 31
i 2=3、i 3=2.58则：i 1i 2i 3=3⨯3⨯2.58=23.22
误差分析δ=
23.2258-23.22
⨯100%=0.024%
23.2258
3.6 计算传动装置的运动和动力参数 1) 电动机轴：
P 0=Pd =5.5kW n 0=nm=720r/min T 0=9550⨯(
2) 高速轴：
P 0
)=72.95N⋅m n 0
P 1=P0=5.5kW n 1=n0=720r/min T 0=9550⨯(
3) 中间轴：
P 05.5)=9550⨯()=72.95N⋅m n 0720
P η2η3=5.5⨯0.99⨯0.96=5.227KW 2=P 1n 0720==240r /min n 13
P 25.227
T 2=9550⨯() =9550⨯() =208N ⋅m
n 2240n 2=
4) 低速轴：
P 3=P 2η2η3=5.227⨯0.99⨯0.96=4.968kW n 2240==80r /min n 13
P 34.968
T 3=9550⨯() =9550⨯() =593.055N ⋅m
n 380n 3=
5) 输出轴：
P ηη4=P 334=5.227⨯0.99⨯0.96=4.968kW
n 380==31.00775r /min i 02.58
P 44.722
T 4=9550⨯() =9550⨯() =1454.3171N ⋅m
n 431.00775n 4=
输出轴功率或输出轴转矩为各轴的输入功率或输入转矩乘以联轴器效率(0.99），即
P ' =0.99P
运动和动力参数计算结果整理后如下表所示：
表3.2 运动和动力参数计算结果
功率P(kW)
轴名
输入
输出
转矩T(N·m) 输入
输出
转速 n(r/min) 720
传动比 i
效率η
电动机轴 5.5 72.95
3
1轴
5.06
5.009
201.342
72.2205
240
3
2轴
4.809
4.761
574.0663
568.3256
80
2.58
3轴
4.571
4.525
1407.629
1393.553
31.008
1
输出轴
4.525
1379.617
31.008
3.7 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
表3.3 联轴器主要尺寸
0.92
0.99
0.96
0.99
轴径 80
D
220
D
185
D
120
D
150
δ1
24
δ2
28
n -d m 6-M
d 0 l 2
30
L 1
162
H
324
M
4 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 ；
d 0——设计最终确定的密封部位实心轴轴径或空心轴外径，mm ； d 1——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 ；
2d L ——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，MPa ；
（搅拌器及附件）组合重心处的质量偏心引起的离心力，N ; F e ——搅拌轴及各层圆盘
F ki ——第i 个搅拌器上的流体径向力，N ;
I L ——单跨轴跨间轴段（实心或空心）的惯性矩，mm 4；
K i ——单跨轴第i 个圆盘（搅拌器及附件）至传动侧轴承距离与轴长L 的比值（i =1、
； 2„„m ）
L ——单跨轴两轴承之间的长度，mm ；
L 1、L 2„„L i ——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 ；
L g ——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 ；
M A ——由轴向推力引起作用于轴的弯矩，N ∙m ；
M n ——按传动装置效率η2计算的搅拌轴传递扭矩，N ∙m ；
M R ——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；
m 1、m 2„„m i ——圆盘（搅拌器及附件）1、2„„i 的质量，kg ； m 1e 、m 2e „„m ie ——圆盘（搅拌器及附件）1、2„„i 的有效质量，kg ；
m L ——单跨轴L 段轴的质量 m L =
π
4
2
d 2L (1-N 0) ∙L ∙ρs ⨯10-9 kg
m Le ——单跨轴L 段轴的有效质量，kg ；
m w ——单跨轴及各层圆盘（搅拌器及附件）的组合质量，
0n ——轴的转速，；
n k ——轴的一阶临界转速，； P N ——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 ；
W 1、W 2„„W i ——m 1e 、m 2e „„m ie 的相当质量，kg ； W s ——在S 点所有相当质量的总和，kg ；
α——搅拌轴轴线与安装垂直线的夹角，(︒) ； θi ——第个搅拌器叶片倾斜角，(︒) ；
γ——轴的扭转角，；
δ1X ——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 ； δ2X ——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 ；
δ3X ——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 ；
δX ——离图或图中轴承距离x 处轴的径向总位移，mm ；
ρ——搅拌物料的密度，kg ρs ——轴材料的密度，kg
3
；
3
；
∑——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
图4-1 搅拌轴受力模型
筒体长度为3600mm 两成叶轮之间的距离为675mm 每个封头计算高度为：直边40mm +曲面高度500mm ； 封头的厚度δ=18mm, 轮毂高度为120mm
轴长：L =(500+40-120) +18+500+3600=4538mm
L 2=3600-675=2925mm L 1=3600+425=4025mm
4.3 按扭转变形计算计算搅拌轴的轴径
d 1=《搅拌设备》化学工业出版社） （[γ] 轴的许用扭转角，对单跨轴有[γ]=0.7︒/m ；
Mn max 搅拌轴传递的最大扭矩Mnmax =
9553
η1P N N ∙m n
上式中P N =18.5kN , n =220r /min , 带传动η1取，G =7.28⨯104MPa 所以Mn max =
9553
⨯0.95⨯18.5=763.15N ∙
m 220
d 1==54.36mm
根据前面附件的选型。取d =80mm 根据轴径d 计算轴的扭转角γ
γ=
5836M n max
⨯105m 44
Gd (1-N 0)
5836⨯763.15
⨯105=0.15
7.28⨯10⨯80⨯1
所以γ=
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
m Le =
π
4
2-9d L L ⎡⎣ρs (1-N 0)+ρ⎤⎦⨯10kg
所以m Le =
π
4
3-9
⎤⨯802⨯4538⨯⎡7.85⨯10⨯1+1000⨯10=225kg ⎣⎦
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
m ie =m i +ηk
上式中：
π
4
-9
D 2ji h i cos θi ρ⨯10kg
ηki ——第i 个搅拌器的附加质量系数，查HG /T 20569-94表3.3.4—1
D Ji ——第i 个搅拌器直径，D Ji =550mm h i ——第i 个搅拌器叶片宽度，B =110mm
叶片倾角θi =45︒，圆盘质量m i =14.9kg
所以 m ie =14.9+0.3⨯⨯5502⨯110⨯cos45︒⨯103⨯10-9=19.02kg
π
4
4.4.2 单跨轴一阶临界转速的计算
作用集中质量的单跨轴一阶临界转速的计算, 简图如下：
图4-2 传动轴模型
（1）两端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量m Le 在中点S 处的相当质量为：
W =
1717
m Le =⨯225=109.3kg 3535
第i 个圆盘有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
W i =16K i 2(1-K i ) 2m ig kg
所以W i =16⨯0.932⨯(1-0.88) 2⨯19.02=3.40kg W i =16⨯0.652⨯(1-0.65) 2⨯19.02=15.75kg 在S 点处的相当质量为：
W s =W +∑W i
i =1
2
所以W s =109.6+(3.40+15.75) =
128.75 临界转速为：
n k =458.9d 所以n k =458.9⨯80=368.07r /min （2）一端固定另一端简支的等直径单跨轴，轴的有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
W =
1515
m Le =⨯225=96.43kg 3535
第i 个圆盘有效质量m ig 在中点S 处的相当质量为：
643
K i (1-K i ) 2(4-K i ) m ie kg 7
64
所以W 1=⨯0.893⨯(1-0.89) 2⨯(4-0.89) ⨯19.02=4.61kg
764
W 2=⨯0.653⨯(1-0.65) 2⨯(4-0.65) ⨯19.02=19.60kg
7W i =
在S 点处总的相当质量为：
2
W s =W +∑W i
i =1
所以W s =109.3+(4.6+19.60) =133.5kg 临界转速为：
n k =693.7d
所以n k =693.7⨯80=558.20r /min （3）单跨搅拌轴传动侧支点的夹持系数K 2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K 2表示。采用刚性联轴节时，K 2=0.4~0.6, 取K 2=0.4。
n k =n k 固简（1-K 2) +n k 简K 2
所以n k =558.20⨯(1-0.4) +368.07⨯0.4=482.20r /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，n n ≤0.7且≠(0.45~0.55) n k n k
n 220==0.46 n k 482.20
所以满足该条件。
4.5 按强度计算搅拌轴的轴径
4.5.1 受强度控制的轴径计算
受强度控制的轴径d 2按下式求得：
d 2=mm 式中：M te ——轴上扭矩和弯矩同时作用时的当量扭矩
N ∙m M te [τ]——轴材料的许用剪应力
[τ]=σb
16=600=37.5MPa 16
4.5.2 轴上扭矩计算
轴上扭矩M n 按下式求得：
M n =9553η2P N N ∙m n
η2——包括传动侧轴承在内的传动装置效率，按HG /T 20569-94附录D 选取，则 η2=0.95⨯0.8⨯0.99⨯0.99=0.745
所以M n =9553⨯0.745⨯18.5=598.47N ∙M 220
4.5.3 轴上弯矩M 计算
轴上弯矩总和M 应按下式求得：
M =M R +M A N ∙m
（1）径向力引起的轴上弯矩M R 的计算
对于单跨轴，径向力引起的轴上弯矩M R 可以近似的按下式计算：
M R =F hi (L -L i ) L i F e (L -L e ) L i N ∙m +1000L 1000L
第F hi 个搅拌器的流体径向力F hi 应按下式求得 ：
M nqi ⨯103
F hi =K 1 N ⨯D Ji 式中：K 1——流体径向力系数，按照附录C .2有
K 1=K '
1∙K 1b ∙K 1n ∙K 1e ∙K 1i =0.10⨯0.2⨯1.0⨯1.0⨯1.0=0.02
M nqi ——第i 个搅拌器功率产生的扭矩
M nqi =9553P N ∙m n qi
P qi ——第i 个搅拌器的设计功率，按附录 C .3有
P qi =P s ∙D Ji kW D Ji
两个搅拌器为同种类型，P q 1≈P q 2=9.25kW s ≈P N =18.5kW ，则P
所以M nq 1=M nq 2=401.66N ∙m
401.66⨯103
=38.95N 所以F h 1=F h 2=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：
m m W =m L +∑m i kg
i =1
m L ——单跨轴L 段轴的质量
m L =π
42d 2
L (1-N o ) ⨯L ⨯ρs ⨯10-9
所以m L =π
4⨯802⨯1⨯4538⨯7.85⨯103⨯10-9=141kg
故m L =141+2.1+17.22=160.32kg
（3）搅拌轴与各层圆盘组合质量偏心引起的离心力F e 按下式求得。 对于单跨轴：
⎡⎤⎢1⎥π22⎥⨯10-5 N F e =m W n [e ]⎢9⎢1-() ⎥⎢n k ⎥⎣⎦
上式中，对刚性轴(n 2) 的初值取0.5 n k
[e ]——许用偏心距（组合件重心处）[e ]=9.55G /n ，mm
G ——平衡精度等级，。一般取G =6.3mm /s
所以[e ]=9.55⨯则F e ==0.27mm π21⨯160.32⨯2202⨯[]⨯10-5=170N 91-0.5
（4）搅拌轴与各层圆盘组合重心离轴承的距离L e 按下式计算。 对于单跨轴：
L e =∑m i ∙L i +m L
i =1m L 2
m W
所以L e =而M R 17.22⨯4025+2.1⨯2925+141⨯160.32hi i i e e e 4538=2362.46mm F (L -L ) L F (L -L ) L =+1000L 1000L N ∙m
M R =38.95⨯(4538-4025) +38.95⨯(4538-2925) 170⨯(4538-2362.46) +=99N ∙M 45384538
（5）由轴向推力引起作用于轴上的弯矩M A 的计算。
M A 的粗略计算：
当p ≥2MPa 或轴上任一搅拌器θ≠0时，取M A =0.2MPa
故M A =0.2⨯99=19.8N ∙m
所以M =M R +M A =118.8N ∙m
所以M te ==717.27N ∙m
所以d 2==46mm 前面计算中取轴径为80，故强度符合要求。
4.6 轴封径向位移验算轴径
4.6.1 轴承径向游隙位移计算
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。
图4—3 轴封径向位移图例 对于单跨轴：
δ1x =(S ' -1
2S '∙x S ''∙x +) mm L L
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 =l o 时，求得的δx 即为轴封处的总位移，
l 0=H 1-l 2=500-120=380mm 所以δ1x =(0.03-
120.03⨯3800.07⨯380+) =0.011mm 45384538
4.6.2 流体径向作用轴承位移计算
由流体径向作用力F hi 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 =l 0=380≤L 1且x ≤X 2,
δ2x =∑而I L =F hi (L -L i ) L ∙x L i L i 2x 2[2-() -() ] 6E ∙I L L L L =πd 4
64π⨯80464=2009600mm 4 38.95⨯(4538-4025) ⨯4538⨯[**************]2⨯[2⨯-() -() ]+ 36⨯190⨯10⨯[***********]8
38.95⨯(4398-2925) ⨯4398⨯[**************]2[2⨯-() -() ] 6⨯190⨯103⨯[***********]8所以δ2x =
=0.0 一端固支另一端简支的单跨轴：
F hi ∙L 31x 33L x x i 3L δ2x =∑(-)() 3+(1-)() 2-3(1-) +2]+||x
入已知数据可得 F hi ∙L 3x 3i (1-∑6E ∙I L L i ) 代
δ2x =-1.1008-0.4633+1.1012+0.4664=0.0035mm
4.6.3 轴承产生位移计算
由搅拌轴与各层圆盘（搅拌器及附件）组合质量偏心引起的离心力在轴上任意点离图中轴承距离x 处产生的位移δ3x 按下式计算
δ3x =[e ]K X mm k 2() -1n
对两端简支单跨轴：
x
K X =1-e
L 1-x 3⎤⎡x 22(1-) ⎢1L e (1-) L e ⎥⎢1-(3-) ⎥+||x
代入已知数据可得K X =1.7746
所以δ3x =0.27⨯1.7746=0.0925mm 2() -1220
x 3L x 3L 1x ) +(1-)() 2+(-)() 3+L e L e L 2L e 3L
2-e +3(e ) 2-(e ) 3
2L L 2L x 3) L e 对一端固支一端简支单跨轴： 2-3(1-K =x
代入已知数据可得：K X =60240
所以δ3X =0.27⨯6.240=1.0042mm 2() 220
一般单跨轴传动侧支点的夹持系数K 2介于简支和固支之间，此时δ2值应取式和式之中间值，查附录C .4取K 2=0.6
查附录C .5得
δ2=δ2固简(1-K2）+δ2简K 2 mm
所以δ2=0.0035⨯（1-0.6）+0.0318⨯0.6=0.02048mm
δ3=δ3固简(1-K3）+δ3简K 3 mm
所以δ3=1.0042⨯（1-0.6）+0.0925⨯0.6=0.45718mm
4.6.4 总位移及其校核
对于刚性轴：
δX =δ1X +δ2X +δ3X mm
所以δX =0.0134+0.02048+0.45718=0.49106mm
验算应满足下列条件：
δX ≤[δ]X mm
轴封处允许径向位移[δ](x =l 0) 按下式计算：
[δ](x =l 0) =0.1⨯K mm
K 3——径向位移系数，按附录C .6.1选取K 3=0.3
所以[δ](x =l 0) =0.1⨯0.3=0.26833mm
则满足δX ≤[δ]x
4.7 轴径的最后确定
由以上分析可得，搅拌轴轴径d 满足临界转速和强度要求，故确定轴径为80mm 。 搅拌轴轴封的选择
机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封。与填料密封相比，机械密封的泄漏率大约为填料密封的1%，功率消耗约为填料密封的30%。故采用机械密封。
5 支座选型及校核
5.1 搅拌罐支座选型及承载计算
该搅拌设备为中小型直立设备，选择B 型耳式支座，对于10m 3一级搅拌罐配置4个耳式支座。 耳式支座实际承受载荷计算
⎡m +G e 4(Ph +G e S e ) ⎤3Q =⎢og +⨯10 ⎥kn nD ⎣⎦
式中：
Q ——支座实际承受的载荷，kN ；
D ——支座安装尺寸，mm ；
D
D ==1969mm
g ——重力加速度，取g =9.8m /s 2；
G e ——偏心载荷，G e =0N ；
h ——水平力作用点至地板高度，h =900mm ；
k ——不均匀系数，安装3个以上支座时，取k =0.83；
，kg ； m 0——设备总质量（包括壳体及附件，内部介质及保温层质量）
筒体质量=π[(2.018222) -() ]⨯3.6⨯7.85⨯103=1594.22kg 22
封头质量=2⨯406.1=812.2kg
轴质量=π(0.082) ⨯4.538⨯7.85⨯103=178.97kg 2
2.21422.22) -() ]⨯(2.8-0.45) ⨯7.85⨯103+232=1127kg 22 搅拌器质量=2⨯14.9=29.8kg 夹套质量=π[(
人孔质量=259kg
减速机质量=1300kg
水压试验时充水质=3.14⨯(2.002) ⨯3.6⨯1000+2⨯0.748⨯103=12800kg 2
其他附件如挡板、联轴器及接管等，估算这些附件的质量为200kg ，则设备总质量为36200kg ；
n ——支座数量，n =4；
S e ——偏心距，mm ；
a ——地震影响系数，地震设防烈度为8度，取a =0.24；
p ——水平力，取P W 和P e +0.25P W 的最大值，N ；
5.2 支座载荷及弯矩校核
因容器置于室内，不计其风压值，故P =P e =am 0g ，即
P =0.24⨯36200⨯9.8=85142.4N
H 0——容器总高度，mm ；
H 0=18+500+3600+500+18=4636mm 所以Q =[m o ∙g 4P ∙h 14536.5⨯9.84⨯34286.28⨯0.9+]⨯10-3=[+]=295.67kN k ∙n n ∙D 0.83⨯44⨯2219
Q
计算支座处圆筒所受的支座弯矩M L :
M L =Q (l 2-s 1) 42.92⨯(330-90) ==10.30kN ∙m 331010
夹套有效厚度：δe =δn -C =18-2.8=15.2mm
根据δe 和p 查表B .1知当圆筒有效厚度为10mm ，圆筒内压为0.6MPa ，对于该支座有
[M L ]=16.38kN ∙m ，故所选满足能满足要求。
6 封口锥结构选型与计算
6.1 符号说明
A ——轴向力系数；
B ——封口锥的连接系数；
C a ——内筒体厚度附加量，mm ；
C b ——夹套厚度附加量，mm ；
D 1——容器内径，mm ；
D 2——夹套内径，mm ；
d 1——夹套封头与容器封头的连接园直径，mm ；
e 0——容器外壁至夹套壁中面的距离
e 0=0.5[(D 2+S 2) -(D 1+2S 1)] mm
f 1~f 4——封口锥连接的强度系数；
l R ——与封口锥相接的夹套加强区的实际长度，或连接封口锥与夹套 的第一道环焊缝至折边锥体切线的距离，mm ；
p 1——工作或试验条件下容器内的设计压力，MPa ； p 2——工作或试验条件下夹套或通道内的设计压力，MPa ；
[p 2]——夹套或通道的许用内压力，MPa ； S 2——容器筒体的实际壁厚，MPa ； S 1——夹套筒体、封口锥或通道的实际壁厚，MPa ； S 2R ——夹套筒体、封口锥或通道的计算厚度，MPa ； X 1~X 3——辅助参数；
； α——封口锥的半顶角（︒）
ε——容器壳体与夹套壳体的间距系数； χ——容器壳体与夹套壳体强度比系数； λ——封口锥连接长度系数；
μ——封口锥相对有效承载长度系数； ρ——封口锥过渡区转角内半径系数；
[σ1]——设计温度下容器壳体材料的许用应力，MPa ；
[σ2]——设计温度下夹套壳体或通道材料的许用应力，MPa ； ϕR 1~ϕR 2——计算的焊缝系数； ϕP 1——夹套筒体的纵焊缝系数； ϕr 1——容器筒体的环焊缝系数； ϕr 2——夹套筒体的纵焊缝系数；
6.2 结构选择及计算
选择（a ）型结构
图6-1 封口锥结构图 a. 轴向力系数A
D 1D 2-d 2
1 A =2D 2
式中：100+dN ≤d 1≤0.4D 2，dN =50mm
即150≤d 1≤720，取d 1=400mm
2000⨯2200-4002
=0.876 所以A =22002
辅助系数ε、ρ、λ、χ、ϕR 1、ϕR 2、μ)
容器壳体与夹套壳体的间距系数ε
ε上式中：e 0=0.5[(D 2+S 2)]-(D 1+2S 2)]=0.5[(2200+14) -(2000+2⨯18)]=89mm
所以ε=0.57 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ρ=0。
封口锥连接长度系数λ，对于α=45︒有
λ=0.45ρ=0.57=0.81
6.3 容器壳体与夹套壳体强度比计算
容器壳体与夹套壳体强度比系数χ
x =
x =1.25=2.72=3.72
计算的焊缝系数ϕR 1、ϕR 2
ϕR 1=ϕr 1=0.85
ϕR 2=ϕr 2=0.85 封口锥相对有效承载长度系数μ
⎧⎪εμ=min ⎨ sin α⎪⎩ε0.57==0.81 所以μ=sin αsin 45︒
6.4 封口锥的连接系数计算
封口锥的连接系数B
B =min(X 1; X 2; X 3) 式中：
X 1=cos α
∙(ϕR 1+ϕR 2+λf 1) 4cos 对于λ≤x -1，f 1=1+min {1; x } 2
所以f 1=1.409
cos45︒2⨯(+0.81⨯1.049) =
1.85 则X 1=︒0.574cos45
X 2=f
ε0==0.6
ε020.62) =2.108 对于ε
f 2=0.71+0.52ρ+εz =0.75+0+0.57⨯2.108=1.952
所以X 2=2.655
X 3=xf 3+(ϕR 1+ϕR 2+μ) f 4 4μ∙cos α
f 3=1+0=1，f 4=1
所以X 3=3.72⨯1+(
则B =2) ⨯1=4.59
︒4⨯0.81⨯cos451.85=0.26 6.5 封口锥的许用内应力计算 封口锥的许用内应力
[p 2]=2[σ]2(S 2-C b ) ϕp 2B ∙ D 2+(S 2+C b ) A
2⨯113⨯(14-2.8) ⨯0.90.26⨯=0.306MPa 2200+(14-2.8) 0.876所以[p 2]=
封口锥的壁厚
封口锥壁厚应等于或大于与其相连接的夹套筒体壁厚，故取封口锥壁厚为14mm 。
7 润滑及密封设计
因为设备一部分是闭式，转速较低的减速器（v ﹤12m/s），所以采用浸油润滑。润滑有的选择要考虑其润滑的效果，达到理想的润滑效果。 这里润滑油选用GB443-1989 中的 68 号工业齿轮润滑油，代号为 L-AN68，装至规定高度。
润滑油的高度也要特备注意，不能太多，也不能太少，以适度为宜，具体要求按设计手册为准，这里我们去设计的高度为 H=30mm h1=8.75mm，所以油的最低深度为 H+ h 1=30+8.75=38.75mm，最高深度在最低深度上加 5～10mm 。
润滑的方式跟箱体的设计有关。机座上两边的轴承润滑是利用高速运转的齿轮带起箱体中的润滑油，通过机盖特殊的回油槽结构，再通过机座上的油槽来引导油进入轴承，进
行润滑。中间的支撑部分中的轴承是通过特制的刮油板，通过导油槽进行润滑。
密封是为了保证机盖与机座联接处密封联接，另外端盖和轴的联接出必须保证密封，以此来防止漏油。所有在轴和端盖中间采用加密封圈的方式来密封。而在放油螺栓处则利用螺纹来密封，因此，此处的螺纹为细牙螺纹。为了保证好的密封性，其结合面应加工精度高，同时还可采用加其辅助密封的物品来保证很好的密封性。
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致 谢
本文是在尊敬的蔡香丽老师和薛风老师的悉心指导下完成的。
两位老师严谨的治学态度、渊博的学识、敏锐的思维、认真的学术作风和平易近人的生活作风，使我在学习中获益匪浅，对我以后的学习、工作和生活都有了很好的指引；指导老师在本课题的设计研究、理论分析及论文组织等许多方面所给了殷切地指导和莫大的帮助，这将使我受益终生。两位老师还对我毕业设计的许多细节方面给予了耐心的指导和帮助，这是不可或缺的，赵老师的随和，认真深深地印在我的心里。我在学习和毕业设计中的每一点进步，无不凝聚着导师的心血。
值此论文完成之际，谨向蔡香丽老师以及薛风老师致以崇高的敬意和诚挚的感谢！ 我还要感谢大学期间的老师们，是他们的教导使我不断进步，让我在学习和以后的工作中有了扎实的基础。
我把这篇文章献给我的父母，感谢他们对我始终如一的支持和鼓励，以及他们给予我的无私的爱。
再次向所有帮助我的老师、同学和朋友致以衷心的感谢！