【文章內(nèi)容簡介】 至今在容器常規(guī)設(shè)計(jì)中仍采用第一強(qiáng)度理論，即σ1≤[σ]式中是器壁中σ1三個(gè)主應(yīng)力中最大一個(gè)主應(yīng)力。對于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體，軸向應(yīng)力σθ為第一主應(yīng)力，徑向應(yīng)力σψ為第二主應(yīng)力，而另一個(gè)主應(yīng)力σz是徑向應(yīng)力，由于σθ、σψ與σz相比可忽略不計(jì)，即σ3=σz=0，所以第三強(qiáng)度理論與第一強(qiáng)度理論趨于一致。因此在對容器個(gè)元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，主要確定σ1，并將其控制在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，進(jìn)而求取容器的壁厚。容器圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時(shí)，其器壁中產(chǎn)生的如下薄膜應(yīng)力（圓筒的平均直徑為D，壁厚為t）： σθ= σψ=很顯然，σ1=σθ，故按照第一強(qiáng)度理論，有σ1 = ≤〔σ〕t （）在容器設(shè)計(jì)中，一般只給出內(nèi)徑值Di，則D=Di + t，將其代入上式，得P(Di+t)/2t≤〔σ〕t （）容器圓筒在制造時(shí)由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬強(qiáng)度一般低于木材，所以上式中的〔σ〕t應(yīng)乘以系數(shù)Ф。所以，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)和周圍大氣腐蝕、供貨鋼板厚度的負(fù)偏差等原因，設(shè)計(jì)厚度應(yīng)比計(jì)算厚度大。設(shè)t為圓筒的計(jì)算厚度，則由上式可得 （）式中p——設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MpaDi——圓筒內(nèi)直徑，mmt ——計(jì)算厚度，mmФ——焊縫系數(shù)，Ф≤〔σ〕t——設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的作用應(yīng)力，Mpa。式（）即為內(nèi)壓圓筒厚度的計(jì)算公式。已知Q235—B 鋼的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力P Mpa，選用P=，許用應(yīng)力〔σ〕t=125 Mpa，〔σ〕=125 Mpa，Ф=，所以計(jì)算厚度t=（800）／（2125—1）=7mm。代入公式（）驗(yàn)算得σ1=〔σ〕=125 Mpa，符合要求。 封頭的設(shè)計(jì) （1）封頭的選型及計(jì)算最常用容器封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和無折邊封頭等凸形封頭以及圓錐形封頭、平板封頭等數(shù)種。這些封頭都是壓力容器的主要受壓元件，由于與圓筒筒體的連接處有較為復(fù)雜的邊界條件，故有不同性質(zhì)的應(yīng)力存在，所以在對承受均勻內(nèi)壓封頭進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，除了要考慮封頭自身的薄膜應(yīng)力外，還要考慮封頭與圓筒筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力。綜上所述，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，從各個(gè)封頭的受力分析、制造工藝和的應(yīng)用場合等各個(gè)方面綜合考慮，我們選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和一圓筒直邊組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分吸取了半球形封頭受力好和碟形封頭深度淺的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用最為廣泛。由于橢圓形封頭幾何特征造成經(jīng)線曲率平滑連續(xù)，故封頭中的應(yīng)力分布比較均勻。橢圓形封頭中的應(yīng)力，包括由內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力和封頭與圓筒體連接處的不連續(xù)應(yīng)力兩部分。對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其Di/2hi=2，K=1，則封頭的厚度計(jì)算公式為 T=PDi/(2[σ]) ()其中長軸為2a=Di=，hi/Di=，所以hi=，短軸之半b=hi=。從式（）可知，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度與筒體基本相同，若因Ф值有所不同，則相差也不會(huì)很大，為焊接方便，常取兩者等厚則t=7mm。（2）封頭的強(qiáng)度校核封頭的厚度為7mm，橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)半徑R1=KD=1ⅹ800=800mm，用（6）A==， （）查得B=120Mpa，由式（） [P]= （）得[P]= Mpa。故封頭壁厚取7mm可以滿足穩(wěn)定性的要求。3 傳動(dòng)裝置的選擇和攪拌器的設(shè)計(jì) 攪拌器的選型化工生產(chǎn)過程中，通常用到的攪拌器種類有槳式攪拌器、渦輪式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器、錨式攪拌器、框式攪拌器、螺帶式攪拌器等。各類攪拌器由于其構(gòu)造，性能等差異，使其能夠分別適用于化工生產(chǎn)中各種不同的工況。由于本次設(shè)計(jì)的攪拌器是低粘度、低速度、液—液混合的小功率設(shè)備，容積為500L，根據(jù)攪拌器對這些因素的要求，本次設(shè)計(jì)選用斜槳式攪拌器。傾斜槳式攪拌器結(jié)構(gòu)上，葉槳與攪拌軸的安裝角＜90176。，在旋轉(zhuǎn)攪拌時(shí)，阻力將堿?。涣硪环矫?，傾斜旋轉(zhuǎn)的葉槳能使容器內(nèi)的液料形成渦流，攪拌效果好，特別是當(dāng)軸正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可使沉淀物攪動(dòng)上翻，對物料的攪拌效果相當(dāng)好；當(dāng)軸反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，又可使懸浮物攪至底部，對有懸浮物的液料攪拌十分有利．但轉(zhuǎn)軸受扭矩和彎矩復(fù)合作用，對其強(qiáng)度、剮度及安裝的要求較高，多用于低速、低粘度、小功率( = 30~40r／min)攪拌．因此槳式攪拌器符合設(shè)計(jì)的要求。 攪拌器功率的計(jì)算在計(jì)算功率之前，首先計(jì)算攪拌過程的雷諾準(zhǔn)數(shù)，計(jì)算公式為 Re= （）已知n=40 r／min=，dj=，181。=，ρ=1500kg/m3所以雷諾數(shù)Re=588。攪拌所需動(dòng)力為 P= （）其中Np為功率準(zhǔn)數(shù)，利用Rushton的功率曲線圖，查得Np=，代入上式得P=，所需電動(dòng)機(jī)的功率為Pe=P/η= ，(η=)。 攪拌軸的結(jié)構(gòu)及材料 軸的結(jié)構(gòu)攪拌軸主要用來支承攪拌器的，并從減速器輸出軸取得動(dòng)力使攪拌器旋轉(zhuǎn)，達(dá)到攪拌的目的。因此，攪拌軸的結(jié)構(gòu)就是以這些要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。攪拌軸上端應(yīng)同減速器輸出軸相連。它們是通過聯(lián)軸器相聯(lián)接的，因此，攪拌軸上端必須復(fù)合聯(lián)軸器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)要求。軸上相應(yīng)的位置應(yīng)加工出同攪拌器相配合的結(jié)構(gòu)尺寸。目前常用的攪拌器大都采用平鍵、穿軸銷釘或穿軸螺釘固定。1—攪拌器2—防銹螺母 軸的材料攪拌器軸的材料通常選用45號(hào)鋼，還應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。同時(shí)由于化工反應(yīng)中有腐蝕，所以還要進(jìn)行防腐蝕處理。 攪拌軸的計(jì)算攪拌軸的計(jì)算主要是確定軸的最小截面尺寸（軸徑），需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算或校核，驗(yàn)算軸的臨界轉(zhuǎn)速和撓度等，以便保證攪拌軸能安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌軸的特點(diǎn)是細(xì)而長，攪拌器設(shè)在軸的一端，軸受到扭轉(zhuǎn)、彎曲和軸向等組合載荷，其中以扭轉(zhuǎn)載荷為主。工程應(yīng)用中常用近似的方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，即假定軸只受到扭矩作用，然后用增加安全系數(shù)以降低材料許用應(yīng)力的辦法來補(bǔ)償其他載荷的影響。(1) 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是： max = （）由上式可知，只要知道了攪拌軸上所傳遞的扭矩MT和軸材料的許用剪應(yīng)力[]值后，就可求出軸的抗扭截面模量，即： WP= （）已知MT可由軸傳遞的功率P和轉(zhuǎn)速n求出，即：MT=106P/n （）然后再根據(jù)抗扭截面模量Wp同軸徑d的關(guān)系求出攪拌軸的最小直徑。因?yàn)? Wp= （）將（）（）式代入（）式得d≥≈mm，軸的轉(zhuǎn)數(shù)n=40r/min，[]=40Mpa，代入上式得d=19mm?？紤]到腐蝕，故攪拌軸的直徑為20mm。（2）軸的剛度的計(jì)算為了防止攪拌軸產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)變形，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)中引起振動(dòng)，造成動(dòng)密封失效，應(yīng)該把軸的扭轉(zhuǎn)變形限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，這就是設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)剛度條件。為此攪拌軸要進(jìn)行剛度計(jì)算。工程上是以單位長度的扭轉(zhuǎn)角θ不得超過許用扭轉(zhuǎn)角[θ]作為剛度條件的，即： θmax=103 ≤[θ]