【正文】 程度上對攪拌器的功能產(chǎn)生影響。攪拌器攪拌低粘度液時，在槽內(nèi)造成湍流狀態(tài)并不困難，但是當(dāng)粘度上升到一定數(shù)值，由于粘滯力的影響液體只能出現(xiàn)層流狀態(tài)，而且層流也只能出現(xiàn)在槳葉的附近，離 槳葉遠(yuǎn)些的高粘度液體仍然是靜止的。當(dāng)進(jìn)行攪拌并將轉(zhuǎn)速提高到一定的程度時，在槳葉附近沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 由上式可知，攪拌功率 消耗于液體在罐內(nèi)的循環(huán)流動和剪切流動兩個方面。 動的所有液體的體積流量，稱為“循環(huán)流”。 12 實際 的攪拌設(shè)備設(shè)計放大過程還需要進(jìn)行多次的反復(fù)計算才能設(shè)計出符合各種標(biāo)準(zhǔn)的實用的最優(yōu)設(shè)備。攪拌器的選型不能滿足于從同類工藝中借鑒，還應(yīng)根據(jù)任務(wù)要求具體分析。攪拌器的設(shè)計基本程序一般為：攪拌條件的設(shè)定和確認(rèn)攪拌葉輪型式及附件的選定。然后從攪拌器 設(shè)計角度分析攪拌任務(wù)的尺度和難度。 在食品加工工業(yè)中有很多需要攪拌設(shè)備的工序，最普遍的例如飲料、飲品的加工制作，食 品提純、稀釋等。在吸附和結(jié)晶過程中，攪拌能增加表面吸附作用，以及析出均勻的結(jié)晶等。 （圖 ） 組合式攪拌設(shè)備 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 兩軸的相對位置 防爆或非防爆 外型尺寸需要滿足安裝與檢修的要求 6 、 工作平穩(wěn)性，如震動和載荷變化情況 連軸器與攪拌軸的設(shè)計，是攪 拌設(shè)計的重點(diǎn)。 攪拌裝置的組成 攪拌裝置是攪拌設(shè)備的主體部分，其中包括傳動裝置，攪拌軸，攪拌器。所以，在單件小批生產(chǎn)中具有良好工藝性的結(jié)構(gòu)，往往在大批量生產(chǎn)中，其工藝性并不一定好，反之亦如此。 （圖 ） 攪拌設(shè)備示意圖 攪拌設(shè)備和工藝的發(fā)展 雖然攪拌設(shè)備的使用歷史悠久，應(yīng)用范圍較廣泛，但對攪拌以沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 攪拌的功用 在工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌操作一般具有下列功用 : 使互溶物料均勻混合。 1 攪拌設(shè)備 是工業(yè)中專門用于實施攪拌行為的設(shè)備，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。正因為攪拌操作具有上述功用，其在工業(yè)生產(chǎn)特別是在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，是常見的單元操作之一。 生產(chǎn)類型 生產(chǎn)類型是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性的首要因素。精密鑄造、精密鍛造、精密沖壓、擠壓、鐓鍛、軋制成形、粉末冶金等先進(jìn)工藝，使毛坯制造精度大大提高；真空技術(shù)、離子氮化、鍍滲技術(shù)使零 件表面質(zhì)量有了很大的提高；電火花、電解、激光、電子束、超聲波加工技術(shù)使難加工材料、復(fù)雜形面、精密微孔等加工較為方便。不同的減速裝置也決定了攪拌器傳動方式的不同。 6攪拌能增加傳熱速率，提高傳熱系數(shù)，促進(jìn)傳熱過程。 液體原料由容器上部裝入下部排出，少量固體原料在攪拌過程中由容器上部裝料口裝入，需要注意的是在攪拌過程中不能使液體流量過快以避免液體由于過于劇烈流動而使液體中混入大量空氣和沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 其原因主要有兩點(diǎn)： 1．工業(yè)中應(yīng)用體系的混 合目的、物料性質(zhì)和攪拌設(shè)備形式的多樣性，以及物料在攪拌設(shè)備中流動的復(fù)雜性。攪沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 攪拌器選型目前尚無完善的客觀尺度，往往在同一攪拌目的下，幾種攪拌器均可適用。 第二步 確定適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)額定功率，進(jìn)而選用適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)。不同操作目的的攪拌過程需要不同的流動場、需要供給能量的多少也不同。從葉輪直接排出的液體體積流量，稱為葉輪的“排液量”。一般用速度頭的倍數(shù)來表示壓頭。 所以初設(shè)定攪拌器的直徑 dj =800mm。 21 3933 PcpPVn K D d V???? ??? ??? ? ? ??? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? 式（ ） 21 639633 10200 3 ( 10 ) 10?? ??? ????? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? ?? = 式（ ） 式中： K系數(shù)，與攪拌槽形狀、攪拌器形式與尺寸有關(guān)，約為200— 250； D攪拌槽的內(nèi)徑（ m）； dp固體顆粒直徑（ m）； ?? 固體顆粒與液體密度差（ g/cm3）； ? 液 體密度（ g/cm3）； ? 液體粘度（ cp）； VP固體顆粒的真實體積（ m3）； VP。對于一定的攪拌槽和給定的氣體空槽速度，攪拌器有一個最低的使用轉(zhuǎn)速。 17攪拌器按槳葉形狀可分為三類，即平直葉、折葉和螺旋面葉。一般 0 為 45“或 600 ,螺旋面葉是連續(xù)的螺旋面或者是其中的一部分，槳葉曲面與運(yùn)動方向的角度逐漸變 化。 在選擇攪拌器 時，應(yīng)考慮的因素很多，最基本的因素是介質(zhì)的粘度、攪拌過程的目的和攪拌器能造成的流動狀態(tài)。 由于槳式攪拌器的設(shè)計和結(jié)構(gòu)都比較簡單，制造簡便并易于表明其尺寸，故廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)中，并且由上表可知槳式攪拌器能夠滿足生化反應(yīng)中的對流循環(huán)混合和強(qiáng)化傳熱的要求，所以選擇槳式攪拌器。攪拌過程中所需 要的的動力就是攪拌器的功率。 影響攪拌器功率的因素 攪拌器的功率與槽內(nèi)造成的流動狀態(tài)有關(guān)，影響流動狀態(tài)的因素必然是影響攪拌器功率的因素。根據(jù)雷諾數(shù) Re 數(shù)值的大小范圍，攪拌槽流動狀態(tài)可劃分為層流、過渡流和湍流等三種情況。 2Re jnd ???? 式（ ） 1 0 0 0 . 8 0 . 0 9 9 8R e 7 . 9 9 6 30 . 9 9 8???? n攪拌器轉(zhuǎn)速（ rpm） 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 二是為攪拌器強(qiáng)度的計算提供依據(jù)，以保證槳葉、攪拌軸的強(qiáng)度。但本次設(shè)計中沒有擋板，在湍流區(qū)由于反應(yīng)器中液體出現(xiàn)“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”，因而葉片所變的液體阻力較低，故攪拌功率也低。在設(shè)計攪拌設(shè)備的過程中，主要是依據(jù)電動機(jī)系列、功率、轉(zhuǎn)速以及安裝型式和防爆要求等幾項內(nèi)容來選用電動機(jī)。固選擇平直葉雙槳式攪拌器符合實際要求。分別驗算如下： II 斷面彎矩： 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 攪拌器的設(shè)計優(yōu)化 在機(jī)械設(shè)計中，如果評定某個設(shè)計方案好壞僅涉及一項設(shè)計指標(biāo)，則稱為單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。然后，再求統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù)： 1111()m i n ( ) m i n()slqlsfXfXfX???????? ???????? 式（ ） 的最有解，此即為原多目標(biāo)問題的最終解答。 攪拌軸的扭矩 5 ( . )NT N mn?? 攪拌雷諾數(shù)： 2Re jnd ???? 反應(yīng)罐內(nèi)的流體體積： 231 ()4V D H m?? 葉端線速度： 2 ( / )6 0 2 6 0r n d n du r m s???? ? ? ? ? ? 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 綜上所述，可得如下的數(shù)學(xué)模型： 設(shè)計變量： 攪拌器的轉(zhuǎn)速 n，攪拌槳的直徑 d, 反應(yīng)罐的內(nèi)徑 D，槳葉的寬度b，液面高度 H。攪拌軸的計算主要是確定軸的最小截面尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計算，以便保證攪拌軸能夠安全平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。按材料結(jié)合件的特點(diǎn)及性質(zhì)，一般可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)材料三大類。 但在一般工作溫度下，合金鋼的彈性模量與碳素鋼相近，所以，只為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不合適的。因此，強(qiáng)度、韌性要求均高的重要零件或截面尺寸較大、形狀復(fù)雜的零件采用合金結(jié)構(gòu)鋼制造比較理想。 軸的計算 在確定攪拌軸軸徑時，應(yīng)該注意使攪拌軸能夠同時滿足強(qiáng)度和剛度計算的兩個條件。首先假定軸只是承受扭矩的作用，然后使用增加安全系數(shù)降低材料許用應(yīng)力的方法來彌補(bǔ)由于忽略受彎曲作用引起的誤差 .當(dāng)攪拌軸承受扭轉(zhuǎn)作用時，軸截面上產(chǎn)生剪應(yīng)力。查軸材料 ??k?與 A 值表可以知道 45 鋼 ??k?為 300— 400； A 為— 。 PJ 截面的極慣性矩 將 97400Q NT n?和 432P dJ ??（實心圓柱）代如公式整理后可以得到滿足剛度要求的攪拌軸軸徑： 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0m a x 97400Q NT n??? ????? = 式（ ） 如果有多層攪拌器最大的彎矩 maxM ，是液體作用力與各層攪拌器到位于最下方軸間距乘積的總和。 （圖 ） 軸的受力、彎矩、扭矩圖 軸的校核： 軸強(qiáng)度校核 攪拌主軸選用無縫鋼管，內(nèi)徑 d0=20mm,外徑 d=40mm。 對于雙支承，一端外伸且斷面均勻的軸，取 Cl=,經(jīng)過計算： Wl=348N. Wd=ClWw=? 412=103N. Wx=Wl+Wd=451N. 2 2 61 ( 4 0 2 0 ) 1 3 0 0 7 . 8 5 1 0 4 5 14wWN? ?? ? ? ? ? ? 22131 ( 3 5 2 0 )42 [ 6 0 6 0 8 0 0 1 528 0 0 2 5 1 5 ] 7 .8 5 1 0 9 .8 3 4 8WN? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? Ww—— 外伸端軸重 451N； Cl—— 與比值 A1SS有關(guān)的系數(shù)。 滾動軸承的套圈和滾動體，一面反復(fù)承受高接觸壓力，一面進(jìn)行伴隨有滑動的滾動接觸。根據(jù)用途不同，還有要求其耐沖擊性、耐熱性、耐腐蝕性好。 48 使用機(jī)械與設(shè)計壽命 當(dāng)量動負(fù)荷或當(dāng)量靜負(fù)荷 旋轉(zhuǎn)速度 允許靜負(fù)荷系數(shù) 允許軸向負(fù)荷（圓柱滾子軸承的情況下） 在 決 定軸承尺寸 時 我們還應(yīng)該 需要注意： 旋轉(zhuǎn)振擺的精度 ； 高速旋轉(zhuǎn) 和 扭矩變動 。它們均不能承受徑向載荷。 在一定負(fù)荷和潤滑條件下，滾動軸承所能允許的最高轉(zhuǎn)速稱之為軸承的極限轉(zhuǎn)速。滾動軸承的失效形式主要有疲勞剝落、過量的永久變形和磨損等。 圓錐滾子軸承的選擇計算 選用圓錐滾子軸承型號為 7710*，查機(jī)械設(shè)計手冊 C=260KN，C0 =356KN， nlim =3200r/min(脂潤滑 )， e=。eFrFa00000???????????? 按額定動載荷計算 : 因 Fa=0, 所以 X=1,Y=0,P=2382N。 驗算軸承的平均壓力 p(單位為 MPa) 2]P[ 2083dB 1Frp ?????? 式（ ） 驗算軸承的 pv(單位為 Mpa 安裝和使用 軸承時也應(yīng)該 注意 以下幾點(diǎn) ： 。 保養(yǎng)最好相應(yīng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)條件的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，定期進(jìn)行。 使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。 作為運(yùn)轉(zhuǎn)中的檢修事項，有軸承的旋轉(zhuǎn)音、振動、溫度、潤滑劑的狀態(tài)等等。在使用中給與軸承強(qiáng)烈沖擊，會產(chǎn)生傷痕及壓痕，成為事故的原因。 20 83 17 按額定靜載荷校核： 000 PSC? 式（ ） 查表取 S0 =, 002210222 238 2FaFr YP Fr N??? ? ? ,CP 002?? 7710*型號軸承滿足要求。 53故疲勞剝落是軸承的正常失效形式，它決定了軸承的工作壽命；故軸承的壽命一般是指疲勞壽命。 由上所述，這次我們軸承選擇： 圓錐滾子軸承型號： 7710* 推力球軸承型號： 511111 其 7710*各項尺寸如下： 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 圓錐滾子軸承主要承受以徑向為主的徑、軸向聯(lián)合載荷。 滾動軸承的負(fù)荷能力與軸承類型和尺寸有關(guān)，相同的外型尺寸下，滾子軸承的負(fù)荷能力約為球軸承的 倍，向心類軸承主要用于承受徑向載荷，推力類軸承主要用于承受軸向載荷，角接觸軸承可同時承受徑向和軸向載荷的 聯(lián)合作用，其軸向負(fù)荷能力的大小隨接觸角 ? 的增大而增大，深溝球軸承的接觸角 ? 為零，但由于球與滾道間存在微量間隙，有軸向負(fù)荷作用時，內(nèi)外圈產(chǎn)生相對位移，形成不大的接觸角。其次，一邊比較研究使用軸承的各種機(jī)械的設(shè)計壽命和軸承的各種不同的耐久限度，一邊決定軸承尺寸。當(dāng)用一個軸承承受力矩負(fù)荷時，若使用角接觸軸承，因每轉(zhuǎn)中鋼球的接觸角和鋼球的公轉(zhuǎn)速度都是變化的，會在保持架上產(chǎn)生非常大的接觸應(yīng)力和相對滑動速度，從而引起保持架的膠合破壞。一般，在滾動軸承和滑動軸承都滿足使用條件時，宜優(yōu)先選用滑動軸承。 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文