緒論1.1前言釜式反應(yīng)器，顧名思義是用來給物理或化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)場(chǎng)所的容器，通常情況下都是壓力容器。主要由釜體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置、軸封裝置這四個(gè)大部分組成，基本工作原理為：將需要混合的各種物料都放入釜體內(nèi)，然后將電動(dòng)機(jī)通電，電動(dòng)機(jī)是與減速器相連的，減速機(jī)把轉(zhuǎn)速降到一個(gè)合適的數(shù)值，然后減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器與攪拌軸緊緊連接在一起，攪拌槳葉在攪拌軸的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)釜體內(nèi)物料進(jìn)行攪拌混合，經(jīng)過一段時(shí)間的充分?jǐn)嚢韬?，合格的產(chǎn)品就被生產(chǎn)出來了。釜式反應(yīng)器的應(yīng)用范圍非常的廣泛，分類方法也有很多種，在這里我們按照不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式來分類，可以分為三種。第一種是間歇釜式反應(yīng)器，它是操作最不呆板的一種反應(yīng)釜，總是能夠輕松的勝任各種條件和介質(zhì)種類，當(dāng)需要生產(chǎn)的數(shù)量較小，但是種類確相對(duì)比較繁雜的時(shí)候，它就是最好的選擇，而且出成品速度較慢的物料也非常適合采用它來生產(chǎn)，但是這種反應(yīng)釜也有一個(gè)局限，那就是成品的合格率問題，一般都像摸獎(jiǎng)一樣很難確定。第二種是連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，也就是我們?cè)谶@里要設(shè)計(jì)的釜式反應(yīng)器，它的優(yōu)勢(shì)就在于不用像摸獎(jiǎng)一樣來猜成品的合格率了，但是它的不足之處就是物料不能反應(yīng)太久，不然很容易產(chǎn)生各種雜質(zhì)。第三種叫半連續(xù)釜式攪拌器，顧名思義，介于上述兩者之間，在這里不做太多說明。1.2釜式反應(yīng)器的介紹1.2.1釜式反應(yīng)器的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用在上個(gè)世紀(jì)二十年代初期，釜式反應(yīng)器第一次出現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)入人們的視線，初期的各種釜式反應(yīng)器因?yàn)閮?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)都很顯著而并沒有得到很廣泛的使用。直到出現(xiàn)了專用反應(yīng)釜焊條，隨后就開始出現(xiàn)各種成熟的釜式反應(yīng)器，這段時(shí)間是釜式反應(yīng)器快速發(fā)展的時(shí)期。雖然與國(guó)外相比我國(guó)釜式反應(yīng)器的出現(xiàn)晚了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但是隨著近幾十年以來我國(guó)國(guó)力的快速提升，同時(shí)也催生了多種行業(yè)對(duì)于釜式反應(yīng)器的需求。目前來說因?yàn)閲?guó)外對(duì)于這方面的核心技術(shù)封鎖的很嚴(yán)密，我國(guó)的釜式反應(yīng)器相比與國(guó)外還是有很多不足的，但正是因?yàn)檫@樣就意味著我國(guó)的釜式反應(yīng)器還有很大的進(jìn)步空間，釜式反應(yīng)器從始至今數(shù)量一直保持增長(zhǎng)，相信隨著我國(guó)的日益強(qiáng)大，釜式反應(yīng)器各種相關(guān)技術(shù)一定會(huì)得到更加快速的提升和發(fā)展。釜式反應(yīng)器能夠應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，雖然最大的需求還是來源于化工行業(yè)，但是在其他的各種行業(yè)也是遍地開花。它的主要構(gòu)件有釜體、攪拌裝置、傳動(dòng)裝置以及軸封裝置，它的分類方法也有很多種，可以按照釜體材料進(jìn)行分類，可以按照釜內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力來進(jìn)行分類，可以按照不同的加料方式來進(jìn)行分類，可以按照攪拌形式進(jìn)行分類，還可以按照釜內(nèi)介質(zhì)的加熱方法來進(jìn)行分類。在這里我主要介紹一下釜體材料的分類，按照釜體材料主要可以分為不銹鋼反應(yīng)釜、碳鋼反應(yīng)釜、搪玻璃反應(yīng)釜、鋼襯PE反應(yīng)釜、鋼襯ETFE反應(yīng)釜等等，它們都各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，下面是它們的適用范圍：搪玻璃反應(yīng)釜：廣泛的應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、科研、化工、石油等行業(yè)。碳鋼反應(yīng)釜：不含有腐蝕性液體的環(huán)境，例如某些油品加工。不銹鋼反應(yīng)釜：適用于需要進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)的行業(yè)，例如冶金、科研、高校等部門，它能使顆粒物和粘稠物質(zhì)達(dá)到高攪拌的效果。1.2.2釜式反應(yīng)器的發(fā)展趨勢(shì)在總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過反復(fù)的思考后，預(yù)測(cè)未來釜式反應(yīng)器的產(chǎn)業(yè)升級(jí)會(huì)主要聚焦在大容積化、環(huán)境保護(hù)、制造和生產(chǎn)工藝進(jìn)步等幾個(gè)方面。首先是大容積化，這肯定是大趨勢(shì)，容積增大后最起碼的優(yōu)勢(shì)就是產(chǎn)量的增加、每個(gè)生產(chǎn)批次之間的質(zhì)量會(huì)更加的相近，最重要的是生產(chǎn)成本會(huì)顯著的降低。然后就是環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)一直以來都是一個(gè)很嚴(yán)峻的問題，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有關(guān)于環(huán)境保護(hù)的問題就更加的凸顯了，這不僅會(huì)影響到未來能否繼續(xù)高速發(fā)展，更重要的是影響到地球未來的存亡。最后是制造和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，隨著各種先進(jìn)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，釜式反應(yīng)器的制造和生廠工藝的進(jìn)步是理由當(dāng)然的，制造和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步直接影響到反應(yīng)器的質(zhì)量，反應(yīng)器的質(zhì)量變好了生產(chǎn)的產(chǎn)品當(dāng)然就會(huì)更加的優(yōu)質(zhì)。隨著各種技術(shù)的進(jìn)步，相信未來我國(guó)的釜式反應(yīng)器一定會(huì)發(fā)展的越來越好。1.3設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容1.3.1設(shè)計(jì)條件由任務(wù)書可知，給定的設(shè)計(jì)參數(shù)有：物料：釜內(nèi)藥物水溶液夾套內(nèi)蒸汽設(shè)計(jì)壓力：釜內(nèi)0.35MPa夾套內(nèi)0.45MPa設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)85℃夾套內(nèi)115℃公稱容積：7m電機(jī)功率：自定1.3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容需完成的主要內(nèi)容如下：1、緒論2、釜體設(shè)計(jì)3、攪拌裝置設(shè)計(jì)4、傳動(dòng)裝置及軸封裝置選用5、加工工藝、裝配程序、安全防腐等6、繪制裝配圖及零部件圖

釜體尺寸的確定2.1釜體形狀的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)選型2.1.1筒體和封頭的選型選擇合適的筒體型式在這里尤為重要，筒體的型式選的好首先就能節(jié)約很多的材料，降低重量，方便制造等等，因?yàn)樵谌蝿?wù)書上給我們列出來了一些設(shè)計(jì)參數(shù)要求，所以我們可以基本確定這次所要設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜是屬于低壓反應(yīng)釜類型，通常情況下低壓容器的筒體會(huì)設(shè)計(jì)成圓柱體，所以在這里我們筒體型式?jīng)Q定設(shè)計(jì)成圓柱體。經(jīng)過對(duì)比橢圓形封頭、半球封頭、蝶形封頭這三種封頭各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及制造工藝的難易程度后，根據(jù)這次設(shè)計(jì)所需決定封頭型式選擇標(biāo)準(zhǔn)橢球封頭，類型為EHA。2.1.2計(jì)算筒體內(nèi)徑查文獻(xiàn)可得幾種反應(yīng)釜的HD表1反應(yīng)釜的HD種類設(shè)備內(nèi)物料類型H/Di一般反應(yīng)釜液-固相物料或液-液相物料1～1.3氣-液相物料1～2發(fā)酵罐類氣-液相物料1.7～2.5計(jì)算筒體內(nèi)徑首先需要確定兩個(gè)常量參數(shù)，那就是長(zhǎng)徑比和裝料系數(shù)，根據(jù)上表和釜內(nèi)所要生產(chǎn)的物質(zhì)特性，為了保證總高度，選擇HDi=1.4是非常合適的，而裝料系數(shù)的取值同樣也是至關(guān)重要的，通常它的取值都會(huì)在0.6～0.85。如果釜內(nèi)介質(zhì)在攪拌過程中并不會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)時(shí)，取值范圍還能取0.8～0.85。已知公稱容積V0=7mV=V由此，估算的筒體內(nèi)徑為：QUOTEDi=34VπHDiQUOTEDiD將計(jì)算所結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，選取筒體內(nèi)徑Di2.1.3計(jì)算筒體高度上述計(jì)算可以得知筒體內(nèi)徑，封頭內(nèi)徑與筒體內(nèi)徑取相同的數(shù)值，查閱參考文獻(xiàn)得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭容積Vh把筒體的計(jì)算容積V=8.75m3H=H取H=2400mm，復(fù)核得H/2.1.4夾套的選型以及內(nèi)徑的確定夾套就相當(dāng)于是給內(nèi)筒體穿的一件鋼甲，先把夾套和筒體之間的縫隙焊接好，然后在夾套和筒體中間的密閉空隙里充上蒸汽用來保溫和加熱。推薦的比較多的夾套類型有：整體夾套、半圓管夾套、型鋼夾套和蜂窩夾套。按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，在這里不可拆式U型夾套是最為合適的選擇。夾套內(nèi)徑通常都是按照筒體內(nèi)徑來進(jìn)行選擇，如下表所示：表2筒體直徑與夾套直徑的關(guān)系筒體內(nèi)徑Di500～600700～18002000～3000夾套內(nèi)徑DjDiDiDi由上表可以得知夾套的內(nèi)徑為：Dj2.1.5夾套高度的計(jì)算前面所得的結(jié)果可知筒體每一米高的容積V1HH圓整后取Hj2.2釜體的受力分析以及厚度的確定2.2.1釜體的受力分析設(shè)計(jì)溫度：釜內(nèi)85℃夾套內(nèi)115℃分析如下：夾套一直承受0.45Mpa內(nèi)壓，工作狀態(tài)下內(nèi)筒筒體和下封頭承受0.35MPa2.2.2夾套厚度的計(jì)算焊縫系數(shù)是計(jì)算厚度的一個(gè)重要常量參數(shù)，因?yàn)楦w的環(huán)焊縫很難在實(shí)際操作中得到檢測(cè)，所以決定取?=0.8。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作環(huán)境，確定Q235-A鋼作為設(shè)備材料。設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力σt=113℃取Pc=1.1Pδd≥δd≥1.1×0.45×2200Pc——計(jì)算壓力，MPaδd——圓筒的名義厚度，C1——鋼板厚度的負(fù)偏差，C2——腐蝕裕量，封頭的厚度計(jì)算：δδPc——δd——C1——C2——因?yàn)檫x擇和鋼板的規(guī)格厚度相同的數(shù)值能大大簡(jiǎn)便加工過程，所以確定10mm是我們的最佳厚度選擇，封頭與夾套厚度取相同。2.2.3內(nèi)筒厚度的計(jì)算（1）筒體厚度的計(jì)算承受0.35Mpa內(nèi)壓時(shí)：由公式（5）可得：δ承受0.45Mpa外壓時(shí)為簡(jiǎn)化運(yùn)算過程，在這里我采用圖算法計(jì)算，先設(shè)筒體名義厚度δn=8mm，則δe=δn-C1+DL=H-代入已知數(shù)據(jù)得：L上述式中：h所以：D查表查得A=0.00004，再據(jù)此查查表查得B不存在。所以，當(dāng)名義厚度δn=再假設(shè)δn=D而D0/δ由文獻(xiàn)[8]圖15-4查得A=0.00067,再由此查文獻(xiàn)[8]圖15-5得Bpp計(jì)算得出δn所以取δn（2）計(jì)算封頭厚度承受0.35Mpa由公式（6）可見δ承受0.4設(shè)δ=12mmAA查閱資料得B=96MPa符合任務(wù)書上的設(shè)計(jì)參數(shù)要求。所以最后選取兩者中的最大值，確定內(nèi)筒封頭厚度取12mm。

3反應(yīng)釜攪拌裝置的設(shè)計(jì)3.1選擇攪拌器3.1.1攪拌器簡(jiǎn)介攪拌裝置是反應(yīng)釜的重要組成部分之一。生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝條件是選擇攪拌裝置最基本的原則，當(dāng)然攪拌目的以及攪拌要求也是選擇攪拌裝置的重要條件。還要能夠基本了解物料加工的要求和攪拌過程產(chǎn)生的流向與攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)這兩點(diǎn)中間的聯(lián)系。因?yàn)槲覀兯玫降漠a(chǎn)品的生產(chǎn)過程主要就是攪拌，所以攪拌器選擇的合不合適直接能決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。如果不小心選擇了不合適的攪拌器，造成的最直接的后果就是生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不合格，嚴(yán)重的甚至可能會(huì)威脅到生產(chǎn)人員的人身安全，所以選擇合適的攪拌器是一件特別重要的事情。攪拌器的類別相對(duì)而言比較多，從所需要加工的原料方面來看可以分為低粘和高粘。因?yàn)槲覀冞@次主要加工的就是藥物水溶液，所以在這里我們只看用于低粘液體的攪拌器，主要有：推進(jìn)式、槳式、渦輪式等。3.1.2待選攪拌器的詳細(xì)介紹下面是這三種攪拌器的詳細(xì)介紹：渦輪式攪拌器：渦輪式攪拌器應(yīng)用廣泛，能有效地實(shí)現(xiàn)幾乎所有的攪拌操作，并且能適用于于處理一些黏度范圍比較廣的流體。渦輪攪拌器在水平圓盤上有2～6片彎曲的或平直的葉片，槳葉的圓周速度一般能達(dá)到1秒3-8米左右，由于它能使物料產(chǎn)生徑向流動(dòng)，所以它在不互溶液體與氣體的分散以及液液相反應(yīng)過程方面得到了大量的使用。其中被攪拌液體的黏度不會(huì)超過25Pa·s。圖（1）是渦輪式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖1渦輪式攪拌器推進(jìn)式攪拌器：推進(jìn)式攪拌器有三瓣螺旋形葉片，它的螺距和漿直徑D相等。一般采用整體鑄造的方法來鑄造推進(jìn)式攪拌器，加工方便。但采用焊接時(shí)需要模鍛后才能與軸套焊接，加工比較困難。在制造過程中都應(yīng)做靜平衡試驗(yàn)。攪拌器可用軸套以平鍵和緊定螺釘與軸聯(lián)接。推進(jìn)式攪拌器直徑的取值約為反應(yīng)釜內(nèi)徑Di的1/6～1/2。其切向線速度v≤15m/s,轉(zhuǎn)速為300～600r/min，甚至更快，一般來說大直徑取較低轉(zhuǎn)速，小直徑取高轉(zhuǎn)速。材料常用圖2推進(jìn)式攪拌器槳式攪拌器：槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，它的槳葉一般由扁鋼制造而成的，材料可以選用合金鋼、碳素鋼、有色金屬、環(huán)氧樹脂、酚醛、玻璃布等。槳分為折葉和直葉兩種類型：其中折葉式是槳葉與旋轉(zhuǎn)方向有一個(gè)傾斜角θ，θ=45°或60°，可使物料有較多的軸向分流；而直葉的葉面與旋轉(zhuǎn)方向呈直角，使物料能在切線方向產(chǎn)生流動(dòng)。槳式攪拌器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較遲緩，速度多在20～80r/min之間，v≤5m/s。在料液層比較高的情況下，常裝有幾層槳葉，以使物料攪拌均勻，相鄰的兩層攪拌葉交錯(cuò)成90°安裝。一般情況下，不同層數(shù)的槳葉安裝位置如下：一層：安裝在下封頭環(huán)向焊縫線所在水平線上。二層：其中一層安裝在下封頭的環(huán)向焊縫線所在水平線上，把另一層安裝在液面與下封頭的環(huán)向焊縫線的中間或者稍微高一點(diǎn)的位置上。三層：一層安裝在下封頭的焊縫線所在水平線上，另一層安裝在液面下方大約200mm處，在兩者中間再安裝一層。槳式攪拌器直徑D約取反應(yīng)釜內(nèi)徑Di大小的14圖（3）是槳式攪拌器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖3槳式攪拌器3.1.3確定攪拌器的型式由于攪拌介質(zhì)的粘度對(duì)攪拌過程的影響不能輕易地忽視，所以按照釜內(nèi)的所要攪拌的液體粘度大小來選擇攪拌器是一種基本方法。想要最后能得到非常合適的攪拌器肯定不能僅僅考慮攪拌介質(zhì)黏度，筒內(nèi)設(shè)計(jì)的各種尺寸的大小、物料加工后所要求的質(zhì)量等等都是要注重的參數(shù)，同時(shí)還應(yīng)該考慮到經(jīng)濟(jì)性等多方面的因素。在這里我主要就是要從上面所推薦的三種低黏流體攪拌器里面選擇出一種最合適的。因?yàn)槲覀兗庸さ奈锪鲜撬幬锼芤?，并不需要太高的轉(zhuǎn)速，所以首先排除掉推進(jìn)式攪拌器。而由于渦輪式的各種能力都比較全面，所以在這里我決定選擇渦輪式攪拌器，型式為4片斜葉開啟式，槳葉直徑取d=8003.2攪拌軸的設(shè)計(jì)攪拌軸直徑的初步設(shè)計(jì)通常都是直接根據(jù)扭矩計(jì)算出來的，但是在實(shí)際的工作狀態(tài)下攪拌軸還會(huì)受到彎矩的作用，所以一般初步計(jì)算出軸徑大小以后還要進(jìn)行后面的剛度校驗(yàn)才能得到最終合格的軸徑大小。最后還要注意的一點(diǎn)就是如果設(shè)計(jì)的攪拌軸轉(zhuǎn)速超過了200r/min的話，那就必須要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的校核。3.2.1攪拌軸轉(zhuǎn)速和攪拌功率的確定攪拌器在進(jìn)行攪拌作業(yè)時(shí)，維持?jǐn)嚢柽^程能夠正常運(yùn)行所消耗的功率就叫做攪拌功率。攪拌功率的大小能直接影響到攪拌軸的選擇。由于任務(wù)書并沒有給出具體的電動(dòng)機(jī)功率和攪拌軸轉(zhuǎn)速，所以要先根據(jù)已知條件設(shè)計(jì)電機(jī)功率和攪拌軸轉(zhuǎn)速后才能進(jìn)行下一步的計(jì)算。先從選擇的攪拌器特性和攪拌物料出發(fā)假定攪拌軸轉(zhuǎn)速n=90上述所提及的公式為：P=式中：dρ一般情況下，攪拌器多數(shù)在工作在湍急狀態(tài)下。查閱參考文獻(xiàn)得，在湍急狀態(tài)下，六平直葉圓盤渦輪的功率準(zhǔn)數(shù)NP≈6代入各數(shù)據(jù)得：P圓整后取P=63.2.2攪拌軸的直徑計(jì)算由上可得攪拌功率P=6kw，攪拌軸轉(zhuǎn)速n=90r/min，選擇不銹鋼攪拌軸主要受扭矩作用，所以首先根據(jù)扭矩計(jì)算最小軸徑，扭矩的大小為：解得：MT工作狀態(tài)下攪拌軸截面的應(yīng)力為：τ=因?yàn)橛笑?40Mpa，所以抗扭矩系數(shù)：又因?yàn)閷?shí)心軸的抗扭矩系數(shù)：W所以可以得到軸徑：d≥3取d=50mm3.2.3攪拌軸剛度校核因?yàn)樯弦徊降贸鰜淼臄嚢栎S直徑的數(shù)值是在不考慮彎矩作用下計(jì)算出來的，為了工作時(shí)操作人員的安全必須要對(duì)初步確定的軸徑進(jìn)行剛度校驗(yàn)。查閱文獻(xiàn)資料得知許用扭轉(zhuǎn)角θ=0.8°/m，彈性模量查文獻(xiàn)可以得到攪拌軸扭轉(zhuǎn)角計(jì)算公式為：θ=而攪拌軸截面上圓面對(duì)圓心的極慣性矩為：J代入上一步所得軸徑解得Jρ所以：θ=校核的結(jié)果表明攪拌軸的剛度和強(qiáng)度都足夠，考慮到軸上還要開鍵槽，以及攪拌軸與聯(lián)軸器的配合，最后決定取d=60mm3.2.4攪拌軸長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)一般來說攪拌軸可以分成三個(gè)段，第一段是從減速器的輸出軸到軸封底座的水平面，長(zhǎng)度記做L1；第二段是軸封底座到釜內(nèi)上液面，長(zhǎng)度記做L2；第三段就是剩下在物料里面的部分，長(zhǎng)度記做L（1）第一段：L代入機(jī)架高H=750mm，減速機(jī)輸出軸長(zhǎng)度計(jì)算得：L（2）第二段：L其中筒體高度HT=2400mm筒內(nèi)物料的總高度：H筒體浸入物料的高度：H代入公稱容積VC=7m3計(jì)算得：H代入上式可以解得：H所以L2（3）第三段：L由上述計(jì)算得H解得：L將上述計(jì)算所得結(jié)果代入可得攪拌軸的長(zhǎng)度為：L=6結(jié)果經(jīng)圓整后取L=3315mm4傳動(dòng)裝置的選擇4.1傳動(dòng)裝置的簡(jiǎn)介傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)是反應(yīng)釜設(shè)計(jì)中很重要的一塊，電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)座組成了傳動(dòng)裝置，由于本設(shè)計(jì)是立式攪拌反應(yīng)釜，所以把傳動(dòng)裝置裝在反應(yīng)釜的頂部，按電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、機(jī)座的順序，從上往下排列。電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，然后經(jīng)減速機(jī)減速把轉(zhuǎn)速降下來，然后經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)攪拌器完成作業(yè)。為了日后檢修方便以及同心度要求，把傳動(dòng)裝置和軸封裝置一起安裝在一個(gè)裝在反應(yīng)釜上封頭上的底座上。所以，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際要求選擇適合的電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)和聯(lián)軸器，同時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)和釜體的數(shù)據(jù)把機(jī)與底座設(shè)計(jì)出來。圖4就是傳動(dòng)裝置各組成部分的基本結(jié)構(gòu)和位置：圖4傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)4.2電動(dòng)機(jī)的選擇選擇電動(dòng)機(jī)得第一原則就是一定要安全，然后就是要能夠滿足設(shè)備所需要的功率以及轉(zhuǎn)速。由于任務(wù)書上要求自定電動(dòng)機(jī)的功率，而由上一個(gè)步驟可知設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的攪拌功率P=6kw由任務(wù)書上給的設(shè)計(jì)參數(shù)可以知道反應(yīng)釜內(nèi)的物料是藥物水溶液，所以決定選擇Y系列三相異步電機(jī)。轉(zhuǎn)速方面選擇常見的轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)。查閱參考資料的電動(dòng)機(jī)的功率與攪拌功率的關(guān)系如下式：P式中：Pd代入攪拌功率P=6kw，解得P根據(jù)電機(jī)的功率Pd=7.06kw以及轉(zhuǎn)速nd4.3減速器的分析與選擇減速器，顧名思義就是用來減速的機(jī)器，具體來說就是用來把原動(dòng)件高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速然后輸出給工作機(jī)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，在這里原動(dòng)件就是電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)就是攪拌器，如果不考慮轉(zhuǎn)換過程中的功率損耗的話，在轉(zhuǎn)速降低的同時(shí)力矩會(huì)變大。它根據(jù)內(nèi)部的減速傳動(dòng)系統(tǒng)的不同可以分為多種類型，下表是幾種常見減速器的簡(jiǎn)單介紹：表3常見減速器的基本參數(shù)比較參數(shù)齒輪減速器圓形蝸桿減速器擺線針輪行星減速器V形皮帶減速器傳動(dòng)比傳動(dòng)效率輸出軸轉(zhuǎn)速（r/m）輸入功率（KW）傳動(dòng)原理12～60.95～0.9665～2500.55～315兩級(jí)同中心距斜齒輪傳動(dòng)80～150.8~0.9312～1000.55～55圓弧齒圓柱蝸桿傳動(dòng)9～870.9～0.9517～1600.04～55利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動(dòng)4.53～2.960.95~0.96200～5000.55～200單級(jí)V形皮帶傳動(dòng)

續(xù)表3比較參數(shù)齒輪減速器圓形蝸桿減速器擺線針輪行星減速器V形皮帶減速器主要特點(diǎn)在相同傳動(dòng)比范圍內(nèi)擁有制造成本低，傳動(dòng)效率高，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配檢修方便，不允許承受外加軸向載荷，允許正反轉(zhuǎn)。凹凸面圓弧齒廓嚙合，效率高，發(fā)熱低，磨損小，承載能力高，重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于搪玻璃反應(yīng)釜。傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高，拆裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，承載能力高，工作平穩(wěn)。能承受過載和沖擊載荷，允許正反轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，而且過載時(shí)能打滑，因此可以起到安全保護(hù)作用，但不能保持精確的傳動(dòng)比。傳動(dòng)效率高的減速機(jī)是我們要優(yōu)先考慮的類型，根據(jù)電機(jī)的功率Pd=7.5kw、轉(zhuǎn)速nd=1500r/min以及攪拌軸轉(zhuǎn)速圖5行星擺線針輪減速機(jī)的外形該減速器的外形安裝尺寸如下表所示：表4減速機(jī)的外形安裝尺寸（mm）DbD2D3D4n-dDMP60183403102706-Φ112704EBhMCFl204356489219804.4機(jī)座的分析與選擇機(jī)座就是傳動(dòng)裝置的支架，主要作用是支撐電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)以及在機(jī)座里面安裝聯(lián)軸器、軸封等各種重要構(gòu)件。所以機(jī)座的設(shè)計(jì)主要就是考慮它的強(qiáng)度和內(nèi)部空間是否能夠滿足要求。一般來說機(jī)座的型式可以分為無支點(diǎn)、單支點(diǎn)以及雙支點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)在電動(dòng)機(jī)或者減速器上能夠找出兩個(gè)可以當(dāng)做支點(diǎn)的機(jī)構(gòu)時(shí)，或者是在電動(dòng)機(jī)或減速器只能夠找出一個(gè)支點(diǎn)，但容器內(nèi)部也有可當(dāng)做支點(diǎn)的構(gòu)件時(shí)，在機(jī)座的選擇上就可以選擇無支點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)在減速機(jī)或電動(dòng)機(jī)以及攪拌容器內(nèi)都只能找到一個(gè)可以當(dāng)做支點(diǎn)的機(jī)構(gòu)時(shí)，就只能選擇單只點(diǎn)機(jī)座。當(dāng)以上兩種機(jī)座都不適用時(shí)選用雙支點(diǎn)機(jī)座。按照前面計(jì)算所得的攪拌軸轉(zhuǎn)速以及攪拌軸軸徑，決定選用公稱直徑DN300的單支點(diǎn)機(jī)架，單支點(diǎn)支架的結(jié)構(gòu)示意圖見圖6圖6單支點(diǎn)機(jī)座的結(jié)構(gòu)示意圖4.5聯(lián)軸器的分析與選擇由于需要將傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸連接在一起并帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以設(shè)置了一個(gè)連接裝置用來連接傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸，這就是聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的主要作用就是用來傳遞動(dòng)力，有時(shí)也可以作為一種安全裝置，聯(lián)軸器在這里的作用是連接電機(jī)與攪拌軸。4.5.1聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)分析聯(lián)軸器又叫做聯(lián)軸節(jié)，因?yàn)樾枰脕磉B接多種結(jié)構(gòu)不同的裝置，所以能夠適用于多種機(jī)構(gòu)，聯(lián)軸器能夠分為兩大類：撓性聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器又有無彈性撓性聯(lián)軸器和彈性撓性聯(lián)軸器，無彈性撓性聯(lián)軸器只有補(bǔ)償軸線位移的功能，而有彈性撓性聯(lián)軸器還多了一個(gè)緩沖減震的作用，但是強(qiáng)度比不上無彈性撓性聯(lián)軸器。而剛性聯(lián)軸器因?yàn)闆]有彈性不能發(fā)生變形所以上述的兩種功能都沒有，剛性聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便且制造和保養(yǎng)成本低，能夠保證被連接的兩軸有相對(duì)較高的對(duì)中性，同時(shí)還擁有很強(qiáng)的抗油性與耐腐蝕性。幾種常見聯(lián)軸器的基本特征如表5所示：表5幾種常見聯(lián)軸器的基本特征立式夾殼聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器彈性圓柱銷聯(lián)軸器特點(diǎn)靠摩擦力傳導(dǎo)扭矩力，由兩個(gè)半環(huán)組裝而成的懸吊環(huán)在夾殼的中部，作用是用來固定軸的軸向位置。適用于最高使用溫度為250℃，最高圓周速度5m/s。由兩個(gè)凸緣盤式半聯(lián)軸器、聯(lián)接鍵和螺栓等組成。有兩種不同的結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)帶有溝槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)帶有互相垂直凸牙的中間盤組成。可以補(bǔ)償兩軸間的軸向偏移、徑向偏移和小量的角偏移。它的構(gòu)造與剛性凸緣聯(lián)軸器相似，不同的是用套有橡膠圈的柱銷代替了聯(lián)接螺栓。通過橡膠圈傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩徑向偏移量為3-6mm，角偏移量為1°優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆卸方便。缺點(diǎn)是只適用于低轉(zhuǎn)速，并且不適用于有沖擊的情況，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品單一，后期還要加工?？沙惺茌^大載荷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被聯(lián)接的兩軸對(duì)中精確，應(yīng)用廣泛，但要求安裝準(zhǔn)確。只適用于轉(zhuǎn)速少于250r/min，軸剛度較大，并無劇烈沖突的場(chǎng)合。制造容易、成本低，裝拆方便，適用于載荷平穩(wěn)，需要正、反轉(zhuǎn)或起動(dòng)頻繁的中、小載荷傳遞的情況。4.5.2聯(lián)軸器的選擇因?yàn)樯弦徊襟E選用了擺線針輪行星減速器，所以在聯(lián)軸器的選擇上決定選用立式夾殼聯(lián)軸器。由上一步所選的減速器輸出軸直徑D=60mm和攪拌軸直徑d=60mm以及所需要傳遞的轉(zhuǎn)矩大小等各種影響因素綜合考慮，在查閱相關(guān)資料和標(biāo)準(zhǔn)后，決定選擇型號(hào)為GJL-4的立式夾殼聯(lián)軸器，標(biāo)記為：D4.6底座的設(shè)計(jì)底座的設(shè)計(jì)如下圖所示，底座的邊緣設(shè)置了通孔，在底座的側(cè)面還設(shè)計(jì)了用來調(diào)節(jié)螺桿的把手，底座的上表面至少有三個(gè)凹槽的存在，凹槽的下面部分與孔相連。如下所示圖7就是底座的結(jié)構(gòu)示意圖以及尺寸：圖7底座的結(jié)構(gòu)以及尺寸

5反應(yīng)釜軸封裝置的選擇軸封裝置的作用簡(jiǎn)單來說就是堵住反應(yīng)釜釜體與外界之間的縫隙，雖然軸封裝置在反應(yīng)釜中占據(jù)的體積很小，但是軸封裝置選用的合適與否輕則直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低和生產(chǎn)產(chǎn)品的品質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)甚至關(guān)乎攪拌中作業(yè)人員的人身安全。假設(shè)選擇的軸封裝置和其他的組件不能配套，那么在攪拌作業(yè)過程中釜體就很容易產(chǎn)生泄露，這樣不僅會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)而且還會(huì)對(duì)到我們周圍的環(huán)境造成很大的危害，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)發(fā)生燒壞軸承、打壞齒輪、擰斷傳動(dòng)軸或其他的危害性極大的安全事故。安全責(zé)任重于山，勿覺與己不相關(guān)??！如上所述，軸封裝置的選擇影響非常大。5.1軸封型式的確定通常情況下軸封型式可以分為動(dòng)力密封、機(jī)械密封和填料密封，下面是它們的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)介紹。如表6所示：表6幾種軸封型式的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)動(dòng)力密封機(jī)械密封填料密封原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)利用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)副葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使軸封處的氣壓降低到常壓甚至負(fù)壓，使反應(yīng)釜在使用中不泄露。價(jià)格便宜，修理方便，使用中基本不泄露，性能比較靠譜。功率損耗比機(jī)械密封大，停車密封裝置的壽命比較短。利用一對(duì)或者多對(duì)與軸垂直的端面在各種機(jī)械壓力的作用下緊密貼合并配合輔助裝置從而保持密封。密封性較好，泄漏量相對(duì)不大，壽命相對(duì)比較長(zhǎng)。主要是經(jīng)濟(jì)方面，價(jià)格比較高，使用和維護(hù)的要求也比較高填料中含有潤(rùn)滑劑，在軸料接觸面上形成油膜，接觸部位和未接觸部位形成“迷宮效應(yīng)”從而阻止泄露。結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，容易檢修。泄漏量相比其他很大，壽命很短，功耗損失也比較大在這次設(shè)計(jì)中，軸封裝置的主要作用就是為了防止在攪拌過程中反應(yīng)釜筒內(nèi)的攪拌介質(zhì)泄露出來，所以我們先從防止泄露這一點(diǎn)出發(fā)來比較上述的三種軸封型式，首先可以看出填料密封的泄漏量是最大的，查閱資料得填料密封的最大泄漏量甚至達(dá)到了450ml/h，而動(dòng)力密封和機(jī)械密封在防止泄漏這一點(diǎn)上做的都非常的好，尤其是動(dòng)力密封，在開機(jī)狀態(tài)下基本不發(fā)生泄漏，所以從防止泄露這一點(diǎn)看，我們優(yōu)先選擇動(dòng)力密封和機(jī)械密封，排除掉填料密封。接下來就是比較機(jī)械密封和動(dòng)力密封中哪一種密封型式更加適合應(yīng)用在此次設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜上，首先看動(dòng)力密封，動(dòng)力密封只能在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)生效，所以動(dòng)力密封一般不單獨(dú)使用；電動(dòng)機(jī)停車時(shí)離心力消失，這時(shí)只能依靠與動(dòng)力密封配合使用的停車密封裝置來起到密封的作用，與動(dòng)力密封配合的停車密封裝置大多數(shù)是填料密封，而填料密封的泄漏量大壽命又短。然后再來分析機(jī)械密封，機(jī)械密封機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命相對(duì)較長(zhǎng)，一般可以達(dá)到一年左右，而且有足夠的強(qiáng)度和剛度，適用于各種環(huán)境。綜上所述，決定這次設(shè)計(jì)的密封型式選擇機(jī)械密封。5.2機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)以及分類圖8機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)示意圖上圖所示是某種主要用于釜式反應(yīng)器的機(jī)械密封裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖。在上面的圖中能夠看出來，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和壓緊彈簧以及輔助密封件這四個(gè)必不可少的部分共同組成了機(jī)械密封裝置。靜環(huán)被各種固定螺釘共同固定在靜環(huán)座上，靜環(huán)座與設(shè)備固定連接在一起，當(dāng)攪拌軸被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，靜環(huán)是不會(huì)跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的；動(dòng)環(huán)被彈簧座和彈簧壓板以及各種螺釘壓緊固定在攪拌軸上，所以動(dòng)環(huán)以及固定它的每個(gè)零件都會(huì)跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)釜進(jìn)行攪拌作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)也跟隨攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)因?yàn)楸还潭ㄔ陟o環(huán)座上所以不轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)和動(dòng)環(huán)在彈簧座和彈簧壓板的作用在緊緊的靠在一起。從結(jié)構(gòu)上看，只要?jiǎng)迎h(huán)和靜環(huán)靠的足夠緊密，釜體內(nèi)的物料也就沒那么容易泄露了，采用機(jī)械密封這種密封型式就能夠有效的隔絕釜體和外界。通常機(jī)械密封是按照作用原理和結(jié)構(gòu)來分類的，比如按照密封端面的對(duì)數(shù)，按照作用在密封端面的壓力性質(zhì)，按照靜環(huán)安裝在密封端面的內(nèi)外，按照彈簧機(jī)構(gòu)的數(shù)目等等，除了上面說的這些還有很多種分類方法，在這里我們先通過幾種常見的分類來選擇合適的結(jié)構(gòu)型式。如下所示表7是幾種常見的結(jié)構(gòu)型式以及它們的特點(diǎn)：表7幾種常見機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)型式特點(diǎn)非平衡式機(jī)械密封平衡式機(jī)械密封單端面機(jī)械密封雙端面機(jī)械密封不能平衡液體壓力對(duì)端面的作用，載荷系數(shù)大于或等于1，適用于釜內(nèi)壓力低的情況，對(duì)于一般液體可用壓力小于或等于0.7MPa，當(dāng)釜內(nèi)液體潤(rùn)滑性較差時(shí)，可用壓力小于或等于0.3-0.5MPa能部分或全部平衡平衡液體壓力對(duì)端面的作用，一般采取部分平衡載荷系數(shù)（大于或等于0，小于1），適用于釜內(nèi)壓力較高的情況。只有一對(duì)密封端面，多用于釜內(nèi)物料本身的潤(rùn)滑性較好以及允許微量泄露的情況有兩對(duì)密封端面，當(dāng)一級(jí)密封面失效時(shí)二級(jí)密封面仍可密封，多用于釜內(nèi)物料有毒、易燃易爆以及不允許泄露的情況5.3軸封裝置的確定根據(jù)PW=0.35MPa、t=85℃、n=90r/min、d=60mm，查閱相關(guān)資料后決定選取B1046其余附件的設(shè)計(jì)與選型6.1支座的選型對(duì)于釜式反應(yīng)器這種相對(duì)大型的化工設(shè)備一般都會(huì)在釜體的周圍安裝四個(gè)支座，因?yàn)檫@是立式的設(shè)備，所以一般選擇懸掛式支座。懸掛式支座又叫做耳式支座，耳式支座可以分為很多種型號(hào)，在這里我打算采用四個(gè)耳式支座焊接在釜體上。首先我們要做的是估算出設(shè)備在工作狀態(tài)下的總質(zhì)量（包括設(shè)備本身和容器內(nèi)的物料）。設(shè)備本身的質(zhì)量可以根據(jù)前面設(shè)計(jì)的尺寸以及選擇的各配件預(yù)估，在這里我們估算值取m1=6000kg，然后是容器內(nèi)的物料，因?yàn)槿萜髟O(shè)計(jì)的計(jì)算容積為8.75m3總質(zhì)量均分給四個(gè)支座，所以單個(gè)支座受到的載荷：Q=根據(jù)容器夾套的公稱直徑DN=2200mm以及載荷Q=36.14KN決定選擇6.2釜體法蘭的選型法蘭就是用來連接兩個(gè)器件的一個(gè)構(gòu)件，一般不會(huì)單獨(dú)使用，形狀一般就像是一個(gè)盤，在這里我們要選擇的是釜體法蘭。根據(jù)筒體的公稱內(nèi)徑DN=2000mm以及筒內(nèi)壓力為0.35MPa,查閱參考文獻(xiàn)后，決定選擇乙型平焊法蘭作為這次的釜體法蘭，材料選擇Q6.3手孔的設(shè)計(jì)手孔是檢查孔的一種，一般來說手孔的尺寸標(biāo)準(zhǔn)只有150mm和250mm兩種，在這里因?yàn)橥矎较鄬?duì)比較大所以我們選擇250mm作為手孔的標(biāo)準(zhǔn)直徑。因?yàn)橥矁?nèi)的氣壓小于0.6MPa，所以我們選用板式平焊法蘭手孔，形狀為圓形，直徑為250mm。詳細(xì)尺寸見零件圖。下面是手孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖9手孔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖6.4視鏡的選型視鏡是用來觀察設(shè)備的內(nèi)部情況的一個(gè)構(gòu)件，也可以用作物料液面指示鏡。視鏡分為帶頸視鏡和不帶頸視鏡，在這里我們選擇不帶頸視鏡，視鏡的詳細(xì)尺寸見零件圖。下面是視鏡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：圖10視鏡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

參考文獻(xiàn)[1]王鋒濤.機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)備的安全控制管理［Ｊ］.價(jià)值工程，2017,36（32）：44~46[2]牛草豐.壓力容器檢驗(yàn)常見問題及應(yīng)對(duì)措施［Ｊ］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017,1