【正文】 是連續(xù)的螺旋面或者是其中的一部分，槳葉曲面與運動方向的角度逐漸變 化。 17 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。一般用速度頭的倍數(shù)來表示壓頭。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。 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。其原因主要有兩點： 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。攪拌能增加傳熱速率，提高傳熱系數(shù)，促進傳熱過程。不同的減速裝置也決定了攪拌器傳動方式的不同。 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。 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)用相當廣泛。 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。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。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。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。然后從攪拌器 設(shè)計角度分析攪拌任務(wù)的尺度和難度。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。 12 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。當進行攪拌并將轉(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 攪拌介質(zhì)的物性差異、攪拌器在攪拌槽內(nèi)的安裝位置以及攪拌器的工作環(huán)境，都會在一定程度上對攪拌器的功能產(chǎn)生影響。對折葉攪拌器，由于槳面與運動方向成一定傾斜角 B,所以在槳葉運動時，除有水平環(huán)向流外，還產(chǎn)生軸向分流。 20 攪拌介質(zhì)的物性參數(shù) :液相密度 p、液相粘度 cP、以及重力加速度 q 等。 s2/m4） ? 液體粘度（ kgf作者還驗證了罐內(nèi)槳葉安裝高度在湍流區(qū)對功率影響很小。 計算槳葉強度時的最大功率： ?? ? ? ? ?2 . 1 0 . 6 5 7 7 . 6 4 2 6 1 0 . 5 4 4 5( )fAN K N k w 式（ ） 式中Ｋ —— 啟動時電動機過載系數(shù)（從電動機特性表查出 K=） ?—— 傳動 機械效率； AN —— 電動機功率；（ kw）。在工程實際中存在大 量的多目標優(yōu)化問題，此類問題往往比較復(fù)雜，目前求解這一類問題的方法還不夠完善，最主要的有兩大類：一類時把多目標問題轉(zhuǎn)化為一個或一系列單目標問題求解作為多目標優(yōu)化問題的一個解；另一類是直接求非劣解，然后從中選擇較好解。 ③攪拌槳的直徑和反應(yīng)罐的內(nèi)徑的比例范圍： 4 ( ) 0 .2 0dgX D? ? ? 5 1( ) 03dgX D? ? ? ④攪拌槳的寬度和直徑的比例范圍 6 ( ) 0bgX d? ? ? 7 ( ) 0 .2 5 0bgX d? ? ? ⑤攪拌槳的轉(zhuǎn)速的范 圍 8 ( ) 80 0g X n? ? ? 9 ( ) 120 0g X n? ? ? ⑥ 葉端線速度的范圍 10 ( ) 0rg X u? ? ? 11 ( ) 0rg X u? ? ? 4) 優(yōu)化的結(jié)果如下 : 初始點： X0=[80， ， ]T 得全局最優(yōu)解： X*=[， ， ]T 圓整為： X*=[， ， ]T 沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 其余的金屬材料都屬于有色金屬材料。合金調(diào)質(zhì)鋼的淬透性直接影響調(diào)質(zhì)處理后的綜合機械性能，因此，選材時應(yīng)當考慮其臨界淬透性直徑與工件表面的截面尺寸的協(xié)調(diào)。由于攪拌軸除了承受扭轉(zhuǎn)作用以外，還常常受到彎曲作用，所受的不是靜載荷，因此規(guī)定的許用應(yīng)力 ??k?，在數(shù)值應(yīng)該偏低一些。 ??? =— 1o 時查表得 B， C 值： B=10— ， C=— 代入上式計算后取最大 d 值 （ mm） 因為在攪拌器的設(shè)計中根據(jù)攪拌器比例已經(jīng)規(guī)定了軸的外徑大體為 40mm 遠遠大于軸的強度要求，本著節(jié)省材料不浪費資源的原則本次設(shè)計的軸選為空心軸設(shè)計。 dj 攪拌軸直徑 (cm)。 46若使 用圓錐滾子軸承，由于邊緣應(yīng)力很大，會引起滾子和滾道的早期點蝕，因此，原則上要用兩個軸承，承受力矩負荷。 滾動軸承的負荷能力一般以額定動負荷比粗略表示，其含義為某種軸承的額定動負荷值與外形尺寸的深溝球軸承（或推力球軸承）額定動負荷的比值。 51 。60 10 00 19 10 0 19 10 0 17 00. 01 1 [ ] 0. 43F dn FnpvBd Bpv? ?? ? ???? ? ? 式（ ） 驗算滑動速度 v(單位為 m/s) ]v[ dnv ???? ????? ? 式（ ） 所設(shè)計的滑動軸承滿足要求。 攪拌機驅(qū)動、傳動 設(shè)備 的選用 電機的選用 負載轉(zhuǎn)矩、速度變 化范圍和啟動頻率程度的要求，考慮電動機的溫度限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機的容量，并確定冷卻通用容量應(yīng)留有余量，負荷率一般取 ～ 。為了盡可能長時間地以良好狀態(tài)維持軸承本來的性能，須保養(yǎng)、檢修、以求防事故于未然，確保運轉(zhuǎn)的可靠性，提高生產(chǎn)性、經(jīng)濟性。 滑動軸承的選擇計算 滑動軸承中軸襯和護套的材料應(yīng)選擇兩種不會膠合的材料。 軸上所用的軸承的受力如圖所示： （圖 ） 軸承受力圖 由軸和葉輪所產(chǎn)生的軸向力由推力球軸承承載。其特點是外圈滾道呈球面形，具有自動調(diào)心性，可以補償不同心度和軸撓度造成的誤差，但其內(nèi)、外圈相對傾斜度不得超過 3 度 。 49 套圈、滾動體材料所要求的性能： 滾動疲勞強度大 硬度高 耐摩耗性高 保持架材料所要求的性能： 尺寸穩(wěn)定性好 機械強度大 此外，還需要加工性好。 45 扭矩可視為各層攪拌器的扭矩和。 即： ? ?0 180100Q PTGJ???? ? ? ? 式（ ） ? ?041801001801008 .1 1 0 1 5 7 .6 8 3 .1 40 .1 6 7 4 0 .7QPQTGJT???? ? ?? ? ???? ? ? ? 軸扭轉(zhuǎn)變形的扭轉(zhuǎn)角 0G 剪切彈性模數(shù)。 攪拌軸的強度計算 攪拌軸在工作過程中承受扭轉(zhuǎn)和彎曲聯(lián)合作用，其中以扭轉(zhuǎn)作用為主，工程應(yīng)用中往往使用近似的方法進行強度計算。 大截面上淬透而得到均勻一致的良好的綜合機械性能，既有高強度又有足夠的韌性。功能材料是指具有電、光、熱、磁等功能和效用的材料。 31 ? ? 25 1 3 5 . 1 7 1 5 9 1 . 7 7 0 0 ( / )5 6 . 0 5 9IIII M k g c mW???? ? ? ? ? ? ? ? 21 7 1 1 . 7 9 4 3 0 . 5 3 5 7 0 0 ( / )5 6 . 0 5 9I I I II I I I M k g c mW ?? ? ? ? ? ? 所以 ，槳葉設(shè)計滿足強度要求。 ? ? ?? ? ? ??12 7 . 6 4 2 6( )0 . 8 7 6 0 . 7 5A NNN K w 式（ ） 其中根據(jù)初步設(shè)計裝置的結(jié)構(gòu)，得出機械傳動效率： % 231 ?????? 由于選用的攪拌器槳板為平直葉雙槳式，所以槳板的工作效率相對來說比較低，但如以上所論證，平直葉雙槳式有結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣、攪拌低密度液體效率高、對軸和其他附件要求低等明顯特點，所以槳板的工作效率相對考 慮的要少一些。 3 0 . 6 6 ( 0 . 3 5 / ) 3 5 3 0 . 6 61 0 1 . 2 R e( ) ( ) ( s in )R e 1 0 3 . 2 R e ibDppjiN A HNBn d D ?? ??? ? ? ? 式（ ） 當有全擋板條件時的攪拌功率是最大功率，這時液體中沒有“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”攪拌器時葉片所變的液體阻力最大。如果攪拌棺內(nèi)沒有安裝擋板，隨著 Re 數(shù)值的增大液面中心將出現(xiàn)漩渦。攪拌器功率應(yīng)該是攪拌器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、物料物性參數(shù)以及攪拌器運轉(zhuǎn)參數(shù)等的函數(shù)，其中不包括機械傳動與軸封部分所造成的動力 消耗。槳式攪拌器因其結(jié)構(gòu)簡單，在小容量流體混合中仍廣泛采用，但在大容量槽體混合時，其循環(huán)能力就有點不足了。折葉的槳面與運動方向成一個傾斜角度。 以上各類攪拌過程存在一定的共性和各自的特點，攪拌槽內(nèi)對流循環(huán)的流動狀態(tài)也有一定的差異，這些是由攪拌過程的目的及物料性質(zhì)所決定的 . 攪拌器的形狀 不同型式的攪拌器能夠提供不同的流動場、供給相應(yīng)的能量，沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 這個臨界速度與固液密度差、固液相密度、液相粘度、粒徑等物性條件有關(guān)。與離心泵葉輪的作用相似，攪拌器的葉輪在旋轉(zhuǎn)時既能使液體產(chǎn)生流動又能產(chǎn)生用來克服摩擦阻力的壓頭。流動場問題和攪拌能量問題一直 是攪拌過程所研究的主要課題。任務(wù)攪拌任務(wù)的基本內(nèi)容包括：明確被攪拌的物料系統(tǒng)；攪拌操作所要達到的目的；攪拌物料的處理量 (間歇操作按一個周期的批量、連續(xù)操作按時班或年處理量 )；明確有無化學(xué)反應(yīng)、有無熱量傳遞等。 設(shè)計步驟及程序制定 攪拌設(shè)備的設(shè)計過程沒有標準的嚴格的設(shè)計步驟。 攪拌能使物料產(chǎn)生流動，分散，細微化，從而可以增加接觸面積，降低界面阻力，以促進傳質(zhì)過程的進行。 由于 攪拌器的轉(zhuǎn)速比電動機的速度要低的多，所以傳動機構(gòu)中必須要有一定的減速裝置。影響結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性的因素大致有生產(chǎn)類型，制造條件，工藝技術(shù)的發(fā)展三個方面。在工業(yè)生產(chǎn)尤其是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，無論是加熱、冷卻、液體萃取、氣體吸收等物理變化，還是化學(xué)工藝中的種種化學(xué)變化，都是以物質(zhì)的充分混合為前提，往往需要采用攪拌操作才能得到很好的效 果。 使不互溶物料很好地分散或懸浮，包括氣相在液相中的均勻分散、固相顆粒在液相中的均勻懸浮、一種液相在另一種液相中 的沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 因此當產(chǎn)品由單件小批量生產(chǎn) 擴大到大批量生產(chǎn)時，必須對其結(jié)構(gòu)工藝性進行審查和修改，以適應(yīng)新的生產(chǎn)類型的需要。設(shè)計過程中先后需要經(jīng)理選型，功率計算，強度計算軸徑計算等環(huán)節(jié)?？傊當嚢璨僮髋c反應(yīng)、傳熱、吸附、溶解、結(jié)晶等單元操作均有密切的關(guān)系。所謂尺度是指攪拌體系中物料的量。攪拌裝置機械設(shè)計中各項程序簡要說明如下： 1 確定操作參數(shù)：攪拌器操作的壓力和溫度、攪拌的容積和時間、連續(xù)或間歇操作、葉輪的直徑和轉(zhuǎn)速、物料的有關(guān)性質(zhì)和物料系統(tǒng)的運動狀態(tài)等，都屬于操作參數(shù)，而最基本的目的則是要通過有關(guān)參數(shù)，計算攪拌的雷諾數(shù)，確定流動類型，進而計算功率消耗。 包括不互溶液體的攪拌、氣一液相的攪拌和固一液相的攪拌 .當攪拌介質(zhì)粘度特別高的時候，其流動狀態(tài)具有相當?shù)奶厥庑?，所以一般又單獨分類為高粘度液的攪拌。不同工藝過程中液體流動方式各異，兩種流動所消耗的功率之比也各異，常常近似地用 Q/H 表示兩種方式所消耗功率之比。 16其中攪拌器的工作環(huán)境，包括攪拌槽的形狀尺寸、擋板的設(shè)置情況、物料的進出方式等方面。在槳葉轉(zhuǎn)速增大時，沈陽航空 工業(yè) 學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 （圖 ）雙平直槳結(jié)構(gòu)示意圖 此類型為最基本的一種槳型，低速時為水 平環(huán)流型，層流區(qū)操作：高速時為徑流型。以上的許多參數(shù)都直接會對攪拌形成的流動狀態(tài)以及攪拌器功率造成一定的影響。 s/m2） 永田公式計算雷諾數(shù)： 225 483j iciibd DRbb DD??????? 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