3m3反應釜機械設計含7張CAD圖帶開題報告.zip
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3反應釜機械設計
摘 要
反應釜是通過釜內(nèi)的攪拌器轉(zhuǎn)動讓不同的物質(zhì)之間相互融合分散，使不同物質(zhì)均勻的攪拌在一起，是化工和機械行業(yè)非常重要的機器。
本文設計的反應釜使用的攪拌反應釜，反應釜的結(jié)構(gòu)采用夾套式。該反應釜主要用于制藥，內(nèi)筒介質(zhì)為藥物水溶液，設計壓力為0.5Mpa；夾套內(nèi)介質(zhì)是冷卻水；設計壓力為0.6Mpa；設計溫度為120℃，夾套內(nèi)溫度為80℃，公稱容積為3，攪拌轉(zhuǎn)速為110r/min，電機功率為12kW。
反應釜是化工生產(chǎn)中典型的設備之一。化學工藝過程所需的原料都需在一定的容器內(nèi)進行，并且需要混合、加熱、或冷卻，有時候還需要對物料進行攪拌才能有更好的效果，因此，反應釜在化工、醫(yī)藥、冶金、食品等行業(yè)中使用范圍很廣泛。
關(guān)鍵詞：反應釜；攪拌裝置；傳動裝置；機械設計
ABSTRACT
Reaction kettle is through in the agitator rotational kettle for fusion between different material dispersion, make different substances uniform mixing together, is very important chemical industry and machinery industry machine.
This design of the reactor is a stirred tank reactor, the reactor structure of jacket. The reactor is mainly used in pharmaceutical, aqueous medium in the cylinder drugs, the design pressure of 1.5pa; medium is cooling water jacket; the design pressure of 0.6Mpa; design temperature of 120 ℃, the jacket temperature is 80 ℃, nominal volume of 3, stirring speed 110r / min, motor power 12kW.
The reaction kettle is one of typical equipment in chemical production. The raw material for chemical process should be carried out in a container, and the need to mix, heating or cooling, sometimes need to stir the supplies to have better effect, therefore, the reaction kettle in the chemical industry, medicine, metallurgy, food, etc used in the range is very wide.
Key words：Reactor; stirring means; gear; mechanical design
目 錄
1 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 反應釜的應用及發(fā)展方向 1
1.2.1 反應釜的應用 1
1.2.2 反應釜的發(fā)展方向 1
2 釜體設計 2
2.1 釜體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 2
2.1.1 釜體的長徑比和裝填量 2
2.1.2 釜體的厚度 4
3 攪拌裝置選型 6
3.1 攪拌器的選擇 6
3.1.1 攪拌器的結(jié)構(gòu)類型 6
3.1.2 攪拌器的標準及選用 7
3.2 攪拌功率的計算 8
3.3 攪拌軸設計 9
3.3.1 強度及剛度計算 9
3.4 傳動裝置的選擇 12
3.4.1 電動機的選用 13
3.4.2 減速器的選用 13
3.4.3 機架的選擇 14
3.5 聯(lián)軸器裝置 15
3.5.1 聯(lián)軸器的機構(gòu)類型 16
3.5.2 聯(lián)軸器的選用 18
4 傳動裝置及軸封裝置選用 19
4.1 傳動裝置的選用 19
4.1.1 電動機的選型 19
4.1.2 減速器的選型 19
4.1.3 機架的設計 20
4.1.4 底座的設計 21
4.1.5 安裝底蓋與密封箱體、機架的配置 22
4.2 軸封裝置的選用 22
4.2.1 反應釜常用的動密封類型 23
4.2.2 密封的選擇 23
4.2.3 機械密封的結(jié)構(gòu)和工作原理 24
4.2.4 機械密封的分類 26
4.2.5 機械密封的選擇 26
5 加工工藝和裝配程序及安全防腐 27
5.1 加工工藝 27
5.2 裝配程序 27
5.3 安全防腐 27
5.3.1 開發(fā)耐蝕材料 27
5.3.2 其他表面工程技術(shù) 28
參考文獻 29
致謝 30
1 緒論
1.1 前言
反應釜基本理解應該是物理或化學反應的容器，然后對反應釜內(nèi)部的構(gòu)造進行設計來調(diào)整數(shù)據(jù)，實行我們對反應釜的各種混合功能的要求。反應釜是綜合反應容器，依照我們對反應釜的結(jié)構(gòu)和功能的設計。讓一開始的進料和出料都能按照我們預定的步驟來進行，快速生產(chǎn)出我們需要的產(chǎn)品。
1.2 反應釜的應用及發(fā)展方向
1.2.1 反應釜的應用
攪拌反應釜非常廣泛應用在生產(chǎn)與生活中,更加是對化學工藝與化工生產(chǎn)至關(guān)重要。攪拌反應釜:各種各樣的化學反應,反應物化學過程的前提是充分混合,比如加熱、冷卻以及液體提取和氣體吸收等物理變化的進程,也是用反應釜。
磁力攪拌反應釜廣泛應用于石油、化工、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、科研等行業(yè)，是用業(yè)完成聚合、縮合、硫化、烴化、氫化等化學工藝過程，出及有機染料和中間體許多工藝過程的反應設備。
綜上所述，反應釜使用歷史悠久，應用廣泛，是化工行業(yè)的重要設備。
1.2.2 反應釜的發(fā)展方向
反應釜在化學工工藝和機械方面是一個非常關(guān)鍵的反應，而產(chǎn)品的好壞是受到反應釜設備品質(zhì)好壞決定而決定的。當前化工和機械行業(yè)中反應釜的地位越來越重要?？萍嫉倪M步日新月異，對反應釜發(fā)展提供的動力。
大容積化，這是增加產(chǎn)量、減少批量生產(chǎn)之間的質(zhì)量誤差、降低產(chǎn)品成本的有效途徑和發(fā)展趨勢。染料生產(chǎn)用反應釜國內(nèi)多為6000L以下，其它行業(yè)有的達30m3；國外在染料行業(yè)有20000～40000L，而其它行業(yè)可達120m3。
反應釜的攪拌器，已由單一攪拌器發(fā)展到用雙攪拌器或外加泵強制循環(huán)。反應釜發(fā)展趨勢除了裝有攪拌器外，尚使釜體沿水平線旋轉(zhuǎn)，從而提高反應速度。
使用地熱能，選擇最佳的工藝操作條件，增加溫度保障措施，加強熱能效率，減少熱能的損失，充分利用余熱。熱管技術(shù)的使用，這必定成為反應釜的主要發(fā)展前景。
2 釜體設計
2.1 釜體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型
2.1.1 釜體的長徑比和裝填量
(1)由文獻《化工設備機械基礎(chǔ)》表18-2可知幾種反應釜的H/如表1：
表1 幾種反應釜的/值
種類
設備內(nèi)物料類型
H/Di
一般反應釜
液-固相或液-液相物料
1～1.3
氣-液相物料
1～2
發(fā)酵罐類
1.7～2.5
裝料系數(shù)是由反應時釜內(nèi)裝填程度所決定的，因此反應釜長徑比需要考慮反應釜的裝填量。筒體的直徑與高度要通過計算、園整、驗算、求證等最后得出結(jié)果。
確定了反應釜直徑和高度時，由于還要考慮裝料系數(shù)以及裝填量等等因素，一般裝料系數(shù)取0.6~0.8。反應物狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，可取0.8~0.85，于是反應釜容積V與操作容積應有這樣的公式：=。因此在生產(chǎn)生活中要盡可能的選好裝填量，這樣會使利用率得以增加。本設計選用=0.8，長徑比選擇H/=1。
(2)在已經(jīng)得知反應釜筒體的長徑比與裝料系數(shù)的情況下，但是還不能夠得出反應釜筒體的直徑與高度，這樣就必須先要無視封頭的體積，因為忽略了容積簡便了計算，才能得出下面的公式。
(1)
把釜體長徑比帶入上式為：
. (2)
因為設計的內(nèi)容是液-液相物料,因此長徑比要取1。
將式(1)代入式(2)，并整理：
(3)
=
m
(3)確定筒體直徑和高度：將式(3)得出的數(shù)據(jù)圓整成標準的直徑系列，因此取，封頭取相同的內(nèi)徑，其曲面高度由文獻《化工設備機械基礎(chǔ)》表16-6查得=400mm，直邊高度根據(jù)表16-6，初步取為40mm。由標準橢圓形封頭容積=0.61，從表16-5查得筒體每一米的容積=2.017，則筒體高估算為
=1.55m （4）
取H為1.6m，于是H/=1600/1600=1。符合要求。
從表18 -3得:= +100=1600+100=1700mm。夾套封頭也采用橢圓形,并與夾套筒體取相同直徑。
夾套筒體的高度估算如下：
==0.88m。 （5）
當=1400mm時, 從表16-5表16-3查得封頭內(nèi)表面積=2.97,筒體1米高內(nèi)表面積=5.03。則
F=+1.1=2.97+1.15.03=8.51 （6）
經(jīng)過計算得出大于滿足工藝的需求，因此可以證明我們選擇的高度是可行的。為了使得反應釜的應用范圍更加大一點，應該讓傳熱面積更大，但是又要考慮反應釜的裝拆方便，綜合以上因素，先考慮裝拆的方便性，最后在取最大的傳熱面積，這樣既可以生產(chǎn)效率最大化，又可以適應反應釜在車間上的布局。
由工藝提出的要求: 釜體內(nèi)筒中工作壓力, 夾套內(nèi)工作壓。則都要受到內(nèi)壓; 因為內(nèi)筒的筒體和下封頭為既承受內(nèi)壓, 同時又承受外壓,為了保證安全，我們?nèi)∈艿綁毫Φ淖畲笠环?，既筒體和下封頭都應受到的壓力。
由于各種因素以及檢測的難度很大，因此所有焊縫全部取=0.6,封頭的材料為鋼材，然后使用標準封頭，材料均為Q235B鋼。
夾套厚度計算如下:
++ （7）
=+0.6+2
=7.10+2.6=9.70mm
夾套封頭厚度計算如下:
++ （8）
=+0.6+2
=7.20+2.6=9.80mm
通過閱讀相關(guān)的文獻和數(shù)據(jù), 夾套筒體與封頭厚度均取為=12mm。
2.1.2 釜體的厚度
承受0.5MPa內(nèi)壓時筒體厚度:
++ （9）
=+0.6+2
=4.46+2.6=9.66mm
但承受0.6MPa外壓時，筒體厚度為：
簡化起見,首先假設=10mm,則=10-2.6=7.4mm,因為夾套頂部距反應釜法蘭面實際距離定為150mm,即內(nèi)筒體受到的外壓部分的高度為,并以此決定L/及/之值。
= （10）
式中 ———標準橢圓封頭直邊高度, 根據(jù)=1600mm,=12mm由表
16-7
查得=40mm,
———標準橢圓封頭曲面高度,根據(jù)=1600mm由表16-6查得
=400mm。
因此
由此查得A=0.00032,再查得B=45，則許用壓力可計算如下：
（11）
因此，當名義厚度為10mm時，不能達到我們的穩(wěn)定要求。
再假設=12mm，則
，，。
由圖15-4查得A=0.0005，據(jù)以查圖15-5得，B=70，則
（12）
因此, 名義厚度=12mm 時,筒體能滿足0.5MPa外壓的要求。
由上可知,為了同時達到要求，厚度要為最大值，即確定筒體厚度為10mm，
承受0.5MPa內(nèi)壓。
（13）
= 2.36+2.6=7.56mm
承受0.5MPa內(nèi)壓,設=12mm，則，而
（14）
查圖15-5得B=95，則
（15）
滿足穩(wěn)定要求。
3 攪拌裝置選型
3.1 攪拌器的選擇
攪拌裝置在反應釜的部件中屬于關(guān)鍵部件。反應釜攪拌器種類很多，結(jié)構(gòu)和型號也有很多，因此我們必須選用符合我們設計要求的，這些通常由工藝要求確定。下面介紹幾種常用攪拌器的結(jié)構(gòu)特點、安裝方式與攪拌軸的設計。
3.1.1 攪拌器的結(jié)構(gòu)類型
（1）槳式攪拌器
槳式攪拌器的槳葉大部分都是由扁鋼制造的，結(jié)構(gòu)和形狀比較單一，它的構(gòu)成如圖1所示，槳式攪拌器的直徑D約取筒體內(nèi)徑的0.35～0.8倍，其中D／B＝4～10。攪拌槳的轉(zhuǎn)動速度比較慢，一般取20～80r/min。槳式攪拌器的邊緣線速度范圍為1.5～3m/s。
因為料液層有時候高，組裝多層槳葉，兩兩間槳葉經(jīng)常交錯成90°組裝，才能使物料合理的攪拌在一起。
圖1 槳式攪拌器
渦輪式攪拌器的槳葉的外徑、寬度與高度的比例，一般為20:5:4，圓周速度一般為3～8m/s。渦輪在轉(zhuǎn)動時造成高度流動的徑向流動，適用于氣體和不互溶液體的分散和液體與液體相反應過程。被攪拌液體的粘度一般不超過25pa·s。
錨式攪拌器依照不同物質(zhì)的不同性質(zhì)所需要發(fā)生反應的條件來選擇的攪拌器，對與物質(zhì)之間的反應快慢具有很大的提高。錨板式攪拌器一般半凝固狀介質(zhì)的攪拌，為了使產(chǎn)品的出良率和工作效率達到最大，攪拌的轉(zhuǎn)數(shù)一般為15-130r/min最好，見圖2（b）和（c）。其中（b）為單級式，（c）為多級式?？蚴綌嚢铏C體積較大，攪拌的轉(zhuǎn)速一般為3~9，50~70r/min最好。在介質(zhì)為液體時，錨式葉輪的葉體長度與罐體的直徑比為0.6～0.8，在介質(zhì)為半固體時葉體長度與罐體的直徑比為0.7～0.85，旋轉(zhuǎn)的速度一般是12～48r/min。由于框式攪拌機和釜體內(nèi)壁之間縫隙有點小，對于傳熱有不錯的效果，在高速旋轉(zhuǎn)的時候，反應釜內(nèi)壁上的介質(zhì)會被攪拌機葉片帶動參與反應；在低速旋轉(zhuǎn)的時候，攪拌機上的葉片又能很好的傳遞熱能。這中攪拌機被大量的使用在傳遞熱能，半固體的介質(zhì)中。是一種非常理想的攪拌器。
推進式攪拌器的材料主要是合金，通過精密加工處理，然后由電機機帶動而成的。主要被用于固體與液體之間的催化反應。我們可以依照實際的設計尺寸來設計葉漿和軸的長度。攪拌轉(zhuǎn)數(shù)：1~1400轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。
圖3 推進式攪拌器
3.1.2 攪拌器的標準及選用
(1)攪拌器標準
因為攪拌過程中的種類很多，操作和生產(chǎn)條件也多有不同，產(chǎn)品也千差萬別。為了減少成本，加強產(chǎn)品的質(zhì)量以及日后的維修等等原因。相關(guān)部門對與幾種常用攪拌器的結(jié)構(gòu)形式制訂了相關(guān)標準。
因為影響攪拌中的反應過程與效果的方面太多。因此選用的攪拌器需要考慮的方面太多。根據(jù)本設計的性質(zhì)以及查閱相關(guān)的文獻和數(shù)據(jù)再加上前輩們的經(jīng)驗，本設計選用渦輪式攪拌器。
渦輪式攪拌器現(xiàn)在正在被大量使用，因為這樣類型攪拌器在化工業(yè)和機械方面應用是很廣的，它可以完成大部分的攪拌任務，所以生產(chǎn)該種攪拌器的廠商有很多，價格上有優(yōu)勢。同時渦輪式攪拌器的技術(shù)指標又合乎設計要求。故選擇渦輪式攪拌器mm，材料Q235-A。
3.2 攪拌功率的計算
攪拌功率是指攪拌器攪拌時，對液體做功并使之發(fā)生流動所需的功率。計算攪拌功率的目的在于選用傳動裝置。
攪拌功率受到幾個方面的影響，它們直接或間接的影響攪拌功率。
（1）幾何因素：攪拌器的直徑、攪拌器葉片數(shù)、形狀以及葉片長度和寬度、容器直徑。
（2）容器中所裝液體的高度、攪拌器距離容器底部的距離、擋板的數(shù)目及寬度。
（3）物理因素：液體的密度、粘度、攪拌器轉(zhuǎn)速n。
（4）重力加速度。上述影響因素可用下式關(guān)聯(lián)
（16）
式中：B—槳葉寬度，m；
d—攪拌器直徑，m；
D—攪拌容器內(nèi)直徑，m；
Fr—弗勞德數(shù),；
h—液面高度,m；
K—系數(shù)；
n—轉(zhuǎn)速，s-1；
—功率準數(shù)
P—攪拌功率，W；
r,q—指數(shù)；
Re—雷諾數(shù)，；
ρ—密度，kg/m3；
μ—粘度，Pa·s。
在通常情況下弗勞德數(shù)Fr的對反應釜的影響不大。
由式(4)得攪拌功率P為：
(17)
雷諾數(shù)的含義是流體慣性力與粘滯力之比。弗魯?shù)聰?shù)的含義是流體慣性力與重力之比。通過大量試驗證明例如雷諾數(shù)在Re﹥300的過渡流狀態(tài)下，弗魯?shù)聰?shù)對攪拌功率都沒有太大影響。通過上述可知在工程上可直接表示成雷諾數(shù)的函數(shù)，而不計較Fr的影響。
因為在Re中包含了攪拌器的轉(zhuǎn)速、槳葉直徑、流體的密度和黏度。在實驗中必須對無相關(guān)參數(shù)進行設定，最后通過試驗測出功率準數(shù)與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系。通過實驗我們可知，所有功率準數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線或方程都是有條件范圍限制的。最明顯的是對不同的槳型，功率準數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線是不同的，它們的Np-Re關(guān)系曲線也會不同。根據(jù)已知題設，有機溶劑，粘度
計算雷諾數(shù)Re
(18)
可以查得六直葉圓盤渦輪的功率準數(shù)為：
按式(5)計算攪拌功率：
KW
攪拌器功率計算的修正
槳葉直徑的影響
(19)
(20)
3.3 攪拌軸設計
3.3.1 強度及剛度計算
按扭矩計算軸的強度及剛度
（1）軸的強度計算：由于攪拌軸的特性，其實受到了扭轉(zhuǎn)和彎曲，但在與扭轉(zhuǎn)比，彎曲其實可以忽略不計，因此為了計算簡便，便忽略彎曲作用，所產(chǎn)生的誤差可以用安全系數(shù)擬補。軸扭轉(zhuǎn)的強度條件是：
(21)
式中：——截面上最大剪應力；
——軸所傳遞的扭矩；
——抗扭截面系數(shù)；
——降低后的扭轉(zhuǎn)許用剪應力。
軸扭轉(zhuǎn)時材料的許用剪應力值是根據(jù)扭轉(zhuǎn)試驗所得的屈服極限或強度極限，再除以安全系數(shù)來決定的。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在靜載荷作用下，鋼材的扭轉(zhuǎn)許用剪應力與拉伸許用應力有如下的關(guān)系： =0.5～0.6。在工程上常根據(jù)有關(guān)標準、規(guī)范選取。由于攪拌軸除受扭轉(zhuǎn)作用外，也常受彎曲作用，而且所受的不是靜載荷，所以許用應力，值常常規(guī)定得更低一些，例如對Q235-A鋼取=120～200。
由上可知，在計算出攪拌軸上所傳遞的扭矩和軸材料的許用剪應力值后，抗扭斷面系數(shù)Wp可由（7）求出。即
(22)
（實心軸）
式中：d——攪拌軸的直徑（cm）；
N——攪拌傳遞功率（KW）；
n——攪拌軸轉(zhuǎn)速（r/m）
將、的值帶入式(7)中
整理得：
取45號鋼為攪拌軸材料，取=31MPa
=102.64mm
(2)軸的剛度計算：為了防止轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形以免在運轉(zhuǎn)中引起震動造成軸封失效，應該將軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個允許的范圍內(nèi)，這就是設計中的扭轉(zhuǎn)剛度條件，為此，攪拌軸要進行剛度計算。工程上以單位長度的扭轉(zhuǎn)角，不得超過許用扭轉(zhuǎn)角作為扭轉(zhuǎn)角的剛度條件。
即：
(23)
式中：——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角（°/m）；
——剪切彈性模數(shù)，對于碳鋼及合金鋼，；
——截面的極慣性矩（cm4）。
式中：——軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角（°/m）；
——剪切彈性模數(shù)，對于碳鋼及合金鋼，；
——截面的極慣性矩（cm4）。
從式(8)中可以看出，扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角的大小是與扭矩成正比，與成反比。值越大，扭轉(zhuǎn)變形越小。工程上將稱為扭轉(zhuǎn)剛度。
關(guān)于扭轉(zhuǎn)角的選擇應按實際情況而定，一般有如下規(guī)定：
①在精密穩(wěn)定的傳動中，可選取 ；
②在—般傳動和攪拌軸的計算中可選取 ；
③對精度要求低的傳動中可選取>。
本次設計取 為條件。
將 和
=160.93mm
在計算出剛度和強度的條件后，我們要選擇軸徑強度大的來計算，所以我們根據(jù)條件軸徑為110mm。
3.4 傳動裝置的選擇
攪拌反應釜的運動是由電動機帶動傳動裝置來實現(xiàn)工作的。
傳動裝置一般會安裝在反應釜上面，采用上下結(jié)構(gòu)分布。如圖5所示電動機先帶動減速裝置運動，然后通過減速裝置來調(diào)節(jié)所需要的攪拌速度，中間用連軸器調(diào)節(jié)。減速機安裝一機架上面, 然后通過機架安裝在反應釜的封頭上。為了使傳動裝置和軸封裝置處于同一圓心上，還要考慮日后的維修, 因此要在反應釜的封頭安裝一底座，底座上便是反應釜的傳動裝置。于是, 要設計反應釜的傳動裝置，便要考慮電動機的型號，減速機和聯(lián)軸器的種類以及怎么設計機架與底座。
圖5 傳動裝置
3.4.1 電動機的選用
由圖5可知,電動機和減速機要共同使用，除了有時候攪拌轉(zhuǎn)速很高的時侯, 才不需要減速機。本設計的攪拌轉(zhuǎn)速不高，因此電動機的選用必須與減速機共同考慮。避免電動機與減速機之間的不協(xié)調(diào)。
反應釜裝置電動機的選用, 就是選擇合適的功率、轉(zhuǎn)速和安裝。防反應釜的機械設計有以下幾項要求要嚴格遵守：
A.電機功率必須滿足攪拌器運轉(zhuǎn)功率與傳動系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)功率損失的要求。
B.還要考慮到有時在攪拌操作中會出現(xiàn)不利條件造成功率過大。
電機機功率按式(12)確定：
(26)
=23.91K
式中：p——攪拌器功率，p=21.44KW；
——軸封系統(tǒng)損失功率，=0.08KW；
η——傳動系統(tǒng)的總機械效率，η=0.9；
考慮一定的余量，選用Y200L2-6作為攪拌電機。
3.4.2 減速器的選用
依據(jù)當前工業(yè)生產(chǎn)的情況,反應釜用的立式減速機主要有:擺線針輪減速機(或稱擺線針齒行星減速機）、兩級齒輪減速、帶減速機蝸桿減速機等幾種。這幾種減速機已由有關(guān)工業(yè)部門訂有標準系列,并由有關(guān)工廠定點生產(chǎn)。還有一種速比可達很大值的諧波減速機,它是一種新型減速機,其設計亦已系列化。因不夠成熟，僅列入化工部標準的附錄中。此外尚有應用渦輪蝸桿減速機的，這種減速機也曾有不少企業(yè)單位制定了,系列其特點見表2。
表2 四種常見減速器的基本特征
特性參數(shù)
減速器類型
擺線針輪行星減速器
齒輪減速器
V形皮帶減速器
圓柱蝸桿減速器
傳動比i
9～87
12～6
4.53～2.96
80～15
輸出軸轉(zhuǎn)速（r/m）
17～160
65～250
200～500
12～100
輸入功率KW
0.04～55
0.55～315
0.55～200
0.55～55
傳動效率
0.9～0.95
0.95～0.96
0.95~0.96
0.8~0.93
傳動原理
利用少齒差內(nèi)嚙合行星傳動
兩級同中心距并流式斜齒輪傳動
單級V形皮帶傳動
圓弧齒圓柱蝸桿傳動
主要特點
傳動效率高，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，壽命長，重量輕，體積小，承載能力高，工作平穩(wěn)。對過載和沖擊載荷有較強的承受能力，允許正反轉(zhuǎn)。
在相同傳動比范圍內(nèi)具有體積小，傳動效率高，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，裝配檢修方便，可以正反轉(zhuǎn)，不允許承受外加軸向載荷。
結(jié)構(gòu)簡單，過載時能打滑，可起安全保護作用，但傳動比不能保持精確。
凹凸面圓弧齒廓嚙合，磨損小，發(fā)熱低，效率高，承載能力高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，廣泛用于搪玻璃反應釜。
依據(jù)以上減速機的特性，應使用擺線針輪行星減速器，其減速器的工作效率高，運行安全，符合本次設計的要求。減速器型號：XLD22-10，傳動比i=59。
3.4.3 機架的選擇
攪拌反應釜的運動是由電動機帶動傳動裝置來實現(xiàn)工作的。傳動裝置一般會安裝在反應釜上面，采用上下結(jié)構(gòu)分布。
單支點支架用以支承減速器和攪拌軸，適合電動機或減速器可作為一個支點，或容器內(nèi)可設置中間軸承和可設置底軸承的情況。攪拌軸的軸徑應在30～160mm范圍。
圖6 機架的結(jié)構(gòu)
當減速器中的軸承不能承受液體攪拌所產(chǎn)生的軸向力時，應選用雙支點機架，由機架上的兩個支點承受全部的軸向載荷。對于大型設備，或?qū)嚢杳芊庖筝^高的場合，一般都采用雙支點機架。
單支點機架和雙支點機架都已有標準系列產(chǎn)品。標準對機架的用途和適應范圍、結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)和尺寸、主要技術(shù)要求等做出了相應規(guī)定。單支點機架標準為HG21566-95，雙支點機架標準為HG21567-95。根據(jù)攪拌軸的轉(zhuǎn)速條件，軸徑選擇公稱直徑為500 mm的單支點機架，材料HT200。Q235-A。
3.5 聯(lián)軸器裝置
聯(lián)軸器的作用是將電動機與轉(zhuǎn)動裝置聯(lián)系在一起的中間裝置，通過聯(lián)軸器可以傳遞動能。聯(lián)軸器除了將兩個裝置聯(lián)系在一起之外，還要保證兩個裝置的中心處于同一圓心上面，防止由其他外力將這個裝置傳遞給另外一個裝置，減少機器的損耗。
圖7 立式夾殼聯(lián)軸器
3.5.1 聯(lián)軸器的機構(gòu)類型
聯(lián)軸器因為需要連接需要具有很多種不同的結(jié)構(gòu)，但大體上可分為這兩類，既剛性聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。一些是我們經(jīng)常用到的類型：
(1)立式夾殼聯(lián)軸器(HG5-213-65)
圖7所示就是立式夾殼聯(lián)軸器。夾殼材料為HT20-40，它是靠摩擦力傳導扭矩力的。為了連接的安全性，常常加入了平鍵。懸吊環(huán)在夾殼的中部，大多使用的材料為，它的作用是用來固定軸的軸向位置，是用兩個半環(huán)組裝而成的。它優(yōu)點是生產(chǎn)方便，制造簡單，適應力強。缺點因為轉(zhuǎn)速低，因此不能有沖力產(chǎn)生。此機器適用范圍小，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品單一，后期還要加工。
(2)縱向可拆聯(lián)軸器
可以用在減速機出軸和攪拌釉的剛性連接上，容易維修及保養(yǎng)。
(3)剛性聯(lián)軸器（HG 21570-95）(圖8右圖)
剛性聯(lián)軸器具有重量輕。低慣量，和很高的靈敏度，不必保養(yǎng)，超強抗油與耐腐蝕性鋁合金與不銹鋼材料等優(yōu)點。彈性聯(lián)軸器是指聯(lián)接兩邊的轉(zhuǎn)軸允許兩轉(zhuǎn)軸有一定量的不對中發(fā)生的，即動態(tài)下可變形的聯(lián)軸器；而剛性聯(lián)軸器是不允許有不對中發(fā)生，聯(lián)軸器本身動態(tài)下無變形的聯(lián)軸器。使用螺栓、短管連接的沒有彈性量的為剛性聯(lián)軸器，反之為彈性聯(lián)軸器。
如圖8右圖所示，這種聯(lián)軸器在反應釜的內(nèi)部使用。使用這種聯(lián)軸器可以保證同心度
圖8 縱向可拆聯(lián)軸器和剛性聯(lián)軸器
。
圖9 夾殼聯(lián)軸器型式和帶短節(jié)的聯(lián)軸器
(圖9左圖為)夾殼聯(lián)軸器，具有重量輕，超低慣性和非常高的敏度、不需要維護、超強抗油和耐腐蝕性，不能有偏心。使用的時候最好軸盡量外露，主體材質(zhì)可選鑄鋼，固定方式有夾緊，頂絲固定，結(jié)構(gòu)簡單,裝卸方便等特點。(圖9右圖)為帶短節(jié)聯(lián)軸器是聯(lián)軸器的一種,是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件,一般于各種不同主機產(chǎn)品配套使用,廣泛用于各種工業(yè)生產(chǎn)中。
(5)彈性塊式聯(lián)軸器(HG5-743-78)
彈式聯(lián)軸器和塊式聯(lián)軸器都可以用在有單獨支撐結(jié)構(gòu)的工作軸與減速機軸頭的聯(lián)接。它們允許兩被聯(lián)接軸之間同心度有一定的偏差，根據(jù)不同的減速機型選擇相對應的聯(lián)軸器，聯(lián)軸器產(chǎn)品可大量運用在機械、化工、醫(yī)藥制藥都領(lǐng)域。
圖10為彈性聯(lián)軸器零件圖。
圖10 彈性聯(lián)軸節(jié)
3.5.2 聯(lián)軸器的選用
聯(lián)軸器具有多種結(jié)構(gòu)特點和使用特性，不同的設計對于聯(lián)軸器也具有不同的要求。
使用帶短節(jié)聯(lián)軸器來連接傳動軸和減速機軸。通過查找相關(guān)表格和文獻可知聯(lián)軸器代號,材料。
使用凸緣聯(lián)軸器進行傳動。聯(lián)軸器代號，材料。
4 傳動裝置及軸封裝置選用
4.1 傳動裝置的選用
4.1.1 電動機的選型
反應釜內(nèi)的介質(zhì)有液體、氣體、固體、易燃易爆物等。電動機的選擇也是多種多樣的，本文設計為制藥，所以反應釜內(nèi)的介質(zhì)沒有易燃氣體，也沒有一定的腐蝕性。因此我們選擇Y系列三相異步電機。
4.1.2 減速器的選型
行星齒輪傳動箱現(xiàn)取替普通齒輪傳動的地位了，以成為機械行業(yè)機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置了。尤其是對于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動箱被大量的使用在機械的各行各業(yè)中了。擺線針齒行星減速器的外形和尺寸見圖11：
圖11 電動機結(jié)構(gòu)及安裝尺寸
4.1.3 機架的設計
機架按類別分為：搪玻璃反映罐專用機架、無支點，單支點和雙支點機架四大類。一般來說是由減速機的軸徑大小來確定機架的型號，其實兩者符合相應的
尺寸，減速機的軸只要不超過一定的范圍機架型號小幅度的調(diào)整。
以由文獻[7]表9-77選擇LWJ45A型無支點機架。其結(jié)構(gòu)如圖12所示：
圖12 機架結(jié)構(gòu)（mm）
4.1.4 底座的設計
下圖底座的兩邊都設有孔，其中還有設置在孔旁邊調(diào)節(jié)螺桿和調(diào)節(jié)螺桿相連接的把手，其中把手位于底座的側(cè)面上，圖13底座上表面開有至少三個凹槽，凹槽的下面部分與孔相連；升降螺桿被固定在底座，還有升降螺桿滑動都設置在孔中；其中包括了被固定在調(diào)節(jié)螺桿上的齒輪。填料箱的結(jié)構(gòu)如圖13所示：
圖13 填料密封結(jié)構(gòu)型式
填料箱的箱體底部及其他尺寸都由與之相配合的安裝底蓋確定。
4.1.5 安裝底蓋與密封箱體、機架的配置
配置結(jié)構(gòu)如圖14所示
圖14 安裝底蓋與密封箱體、機架的配置結(jié)構(gòu)
4.2 軸封裝置的選用
攪拌反應釜的動密封是指相互之間的運動件密封，主要分為往復式動密封和旋轉(zhuǎn)式動密封兩類，往復式動密封的類型有成型填料密封、填料函密封和脹圈密封。旋轉(zhuǎn)式動密封有接觸式動密封及磁流體密封等。。
4.2.1 反應釜常用的動密封類型
攪拌有填料密封與機械密封兩種，其優(yōu)缺點如下：
（1）填料密封：
泄漏量的多：一般泄漏量為5ml/min~20ml/min，壽命的短：需要定期更換填加物和軸（軸套），軸（軸套）有磨損，就需經(jīng)常壓住填料壓蓋來調(diào)整，不然泄漏將變大，因為填料與軸的接觸面積大，所以功率增大，摩擦系數(shù)也變大大，因為結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)量少，即對安裝要求較低，更換簡易，安裝簡單，不需要拆卸主機即更換填料，但是適用范圍不大，在密封壓力、轉(zhuǎn)速、溫度等方面有限制。
（2）機械密封：
泄漏量的很少，幾乎沒有泄漏。使用壽命長，大概可連續(xù)使用2~3年或者更加長的壽命。不會有軸的磨損，軸（軸套）與動環(huán)密封圈處有輕微磨損。可以不調(diào)整，自動調(diào)整補償，泄漏量不變。功率消耗小，接觸面積小，摩擦系數(shù)較小，消耗功率很低。結(jié)構(gòu)復雜，因為工件的數(shù)量多，所以加工精度很高。即安裝較難，要求一定的技術(shù)能力（集裝式機械密封則簡單）。更換更難難，需要將整個主機拆分才能更換。用途很廣泛，能夠適比較高的壓力、轉(zhuǎn)動速度、也能夠適應較大的溫差。
4.2.2 密封的選擇
經(jīng)過填料密封和機械密封的對比，我們不難發(fā)現(xiàn)機械密封的優(yōu)點，它非常符合本次設計我們對于密封的要求，可以提高設計裝置性能，我們選用了機械密封，
因此介質(zhì)就不容易泄露。
表3 填料密封與機械密封的區(qū)別
比較項目
填料密封
機械密封
泄漏量
180~450mL/h
一般平均泄漏量是填料密封的1%
摩擦功損失
機械密封為填料密封的10%~15%
幾乎沒有磨損
維護及壽命
需要經(jīng)常維護，更換填料，個別情況8小時更換一次
壽命0.5~1年或更 長，很少需要維護
高參數(shù)
高壓、高溫、高真空、高轉(zhuǎn)速、大直徑密封很難解決
可以
加工及安裝
加工要求一段，填料更換方便
動環(huán)、靜環(huán)表面光潔程度 及平直度要求高，不易加工，成本高，裝拆不便
對材料的要求
一般
動環(huán)、靜環(huán)要求較高減摩擦性能
4.2.3 機械密封的結(jié)構(gòu)和工作原理
機械密封是最為常用的密封類型。機械密封通大部分使用液體密封，也有像離心泵的使用氣體密封，比如壓縮機和攪拌裝置的密封。
圖15 機械密封的結(jié)構(gòu)
圖15是一種釜用機械密封裝置的簡單結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出機械密封是由動環(huán)15；靜環(huán)5；彈簧加荷裝置7、10、11、12、13及輔助密封圈6、16等四個不可缺少的部分所組成。靜環(huán)依靠螺母3、雙頭螺栓4和靜環(huán)壓板2固定在靜環(huán)座1上，靜環(huán)座和設備聯(lián)接。當軸9轉(zhuǎn)動時，靜環(huán)是不動的，彈簧座11依靠三只緊定螺釘17固定在軸上，而雙頭螺栓12使彈簧壓板13與彈簧座作用周向固定，三只固定螺釘14又使動環(huán)與彈簧壓板作周向固定。因為軸轉(zhuǎn)動時的，彈簧座也跟著一起動了。其他零件也跟著一起旋轉(zhuǎn)起來了。動環(huán)和靜環(huán)由于彈力的因素牢牢的靠在一起。當軸旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)由于軸轉(zhuǎn)動的同時也轉(zhuǎn)動了，靜環(huán)則被固定住了，不能轉(zhuǎn)動，介質(zhì)也就不易泄漏。如此，從結(jié)構(gòu)上看，機械密封可以有效的防止介質(zhì)的泄漏。
不過，機械密封還有外殼裝置，既可保護動、靜環(huán)等零件不受碰撞，其腔體內(nèi)的空隙還要接通循環(huán)保護系統(tǒng)，以保持潤滑、調(diào)溫、調(diào)壓等功能。
機械密封一般有四個密封處（圖16中的A、B、C、D）。
A處一般是指靜環(huán)座與機械設備兩者的密封。這樣的靜密封非常好處理，一般不會發(fā)生問題。通常采用凹凸密封面，焊在設備封頭上的底座做成凹面，靜環(huán)座成凸面，采用一般靜密封用墊片。
B處這靜環(huán)與靜環(huán)座兩者的密封，需要用橡膠密封圈來阻止兩者間介質(zhì)的流出。
C處是動環(huán)和靜環(huán)相對運動面之間的密封，這是動密封。它是依靠彈簧加荷裝置在接觸面上。
因此端面間必須高度光滑平整，這樣所受到的力會均勻的分布在兩端面上。
D處是指動環(huán)與軸之間的密封，它們處于相對靜止的密封狀態(tài)，因為端面會有磨損，因此要補償它們之間的磨損誤差。
4.2.4 機械密封的分類
機械密封的分內(nèi)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點進行的，通常是根據(jù)摩擦副的對數(shù)、介質(zhì)在端面上所引起的壓力情況等加以區(qū)分的，它的結(jié)構(gòu)型式有以下幾種：
單端面與雙端面：密封結(jié)構(gòu)中只有一對摩擦副則為單端面，有兩對摩擦副則為雙端面。前者結(jié)構(gòu)簡單，制造、裝拆較易，因而使用普遍。但只適用于密封要求一般，壓力較低的場合。
平衡型與非平衡型：在反應釜用的機械密封上，當彈簧壓緊力一定時，根據(jù)介質(zhì)壓力在端面上所引起的比壓的卸載情況來把密封分成平衡型和非平衡型兩種類型。非平衡型在介質(zhì)壓力升高時，負荷面積的端面上產(chǎn)生的相應推力就相應增大，緊貼的端面就有被推開的趨勢。因此，為了保證端面的密封就必須事先增大彈簧力?？墒钱斀橘|(zhì)壓力消除，即空載運轉(zhuǎn)時卻會引起端面的磨損和發(fā)熱加劇，以至密封失效，所以非平衡僅適用于介質(zhì)壓力較低的場合。而平衡型可不受或少受介質(zhì)壓力變化影響，因此平衡型結(jié)構(gòu)宜用于壓力較高或壓力波動大的密封場合。
4.2.5 機械密封的選擇
本次設計采用單端面平衡型機械密封2002型帶內(nèi)置軸
圖16 四個密封處
5 加工工藝和裝配程序及安全防腐
5.1 加工工藝
機械工藝的關(guān)鍵原則在于，要提升生產(chǎn)率，較少人工成本，也就是說要以高效為主，這樣才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品且不被市場淘汰。然后在制定工藝時要注意幾點問題1．創(chuàng)新技術(shù)，在制訂機械加工工藝規(guī)程時，必須在本企業(yè)的基礎(chǔ)上，盡量的多去學習國外的先進技術(shù)，然后要加大自身的投入研發(fā)，只有走在前面，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才能滿足社會上的需求不被市場的殘酷所淘汰，所以必須要有創(chuàng)新性。2．經(jīng)濟上需要合理，在規(guī)定的生產(chǎn)要求下和生產(chǎn)的產(chǎn)量下，通常會有好幾種不同的方案，但是此時我們必須要合理的抉擇，要在現(xiàn)有的技術(shù)上，選擇最有利的方案生產(chǎn)。及工藝的成本要低，但是又能生產(chǎn)出高質(zhì)量的高效率的工藝產(chǎn)品，這就需要核算人員一定要考慮到各方面的因素。3．有較好的勞動基礎(chǔ)，在制作工藝方案的時候，要多采用自動化機械生產(chǎn)加工，減少人力成本，以及減輕勞動人員的工作強度，創(chuàng)造好的，有素質(zhì)，有質(zhì)量的勞動環(huán)境。因為工藝規(guī)程是直接只是生產(chǎn)和操作的主要技術(shù)文件，因此工藝章程必須合理、完整、正確和明了。各項術(shù)語計算單位，都要保證完全無誤。應該保障零件圖上技術(shù)要求能達到。在制定工藝流程上，假設發(fā)現(xiàn)有不合理的地方必須及時的上有關(guān)上級反應，不能私自更改，因為這是生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，出問題了后果會非常嚴重。
5.2 裝配程序
假如鑄件及沒有打膩子和噴面漆的是不能裝配的。零件在粗糙度為1.6以上的時候是不能使用銼刀進行加工的，在迫不得已的情況下又得到了檢驗員的允許，才能夠用“零”號砂布對工件進行修飾。在將平鍵和裝卸軸承壓人工件的時候，最好不要用鐵制品進行敲擊，應改用木制品、鉛制品、鋁制品或用專業(yè)的加工工具進行裝配。可以移動的零件，如像花鍵軸或者帶花鍵孔的小零件，應該使其不受阻力的移動，沒有經(jīng)過相關(guān)專業(yè)人的允許，不能夠私自修改上面的數(shù)據(jù)。在組裝高精度零件時，應該選配軸承，要在已經(jīng)定選好的空間上，按照裝配要求組裝。
5.3 安全防腐
5.3.1 開發(fā)耐蝕材料
當今社會中雖然在大力開發(fā)新材料，如合金、陶瓷以及非金屬材料。但是鋼鐵占據(jù)重要的地位，然而，鋼鐵的一些缺點使其越來越跟不上機械行業(yè)的需求了。比如容易被腐蝕就是其中的一點，因此開發(fā)高抗腐蝕的新材料已經(jīng)刻不容緩了，值得高興的是，抗腐蝕的材料在飛速的開發(fā)和被應用了，在很大程度上應用在局部腐蝕及特殊環(huán)境下的材料中。
5.3.2 其他表面工程技術(shù)
因為電鍍、化學鍍已經(jīng)大量運用在化工防中了，電鍍大體分為鍍鉻電化學，鍍鋅電化學和鍍鎳電化學。鍍鋅電化學的在電化學被廣泛的運用了，使用了鍍鋅層的工件在海洋、工業(yè)污水、容易腐蝕的環(huán)境中的耐蝕性得到了很大的提高。化學鍍是氧化還原反應在工件上涂上一層保護膜，使得工件在惡劣的條件下正常工作，減少外界環(huán)境對于工件的損壞，最大程度的提高工件的使用壽命，因此，電鍍在表面工程技術(shù)中發(fā)展最快的工程技術(shù)。
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致 謝
這次畢業(yè)設計的過程中遇到了許多的困難，并得到了各位同學的指導與幫助，尤其是設計指導老師在設計過程中的細心講解和耐心輔導，對于第一次接觸到反應釜設計的我來說，剛開始對于設計無從下手，是指導老師和周圍的同學的幫助才讓我慢慢的進入了設計的過程中，每次遇到難題的時候我就會想到老師，老師也孜孜不倦的指出我設計中的錯誤以及提出意見，在此表示忠心的感謝。
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