雙軸無(wú)重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì)

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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院外文翻譯 關(guān)于離心流化床烘干機(jī)熱量與質(zhì)量傳遞的試驗(yàn)研究 M.H．Shi，H.Wang，Y.L.Hao 中國(guó)南京東南大學(xué)電力工程系 210096 摘要 我們正在做一項(xiàng)熱量和質(zhì)量傳遞特性的試驗(yàn)研究，就是前兩天潮濕的物質(zhì)在離心流化床（CFB）烘干機(jī)的干燥過(guò)程。每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)要300到500之間。測(cè)試材料有濕的沙，玻璃粉和切成片的食物。入口和出口的氣體溫度和濕球溫度，以及床的溫度都被測(cè)出。通過(guò)質(zhì)量平衡法，在氣體階段立即決定了水分含量?？梢詼y(cè)出表面氣流速度、顆粒直徑和形狀、床的厚度、床的轉(zhuǎn)數(shù)以及干燥特性最初的溫度的影響。我們獲得了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可以用來(lái)計(jì)算在離心流化干燥器內(nèi)氣體顆粒的熱量傳遞系數(shù)。 關(guān)鍵詞：干燥；熱量和質(zhì)量傳遞；離心流化床 1. 引言 CFB干燥是一項(xiàng)新技術(shù)，潮濕的材料要離心力范圍內(nèi)通過(guò)機(jī)床的旋轉(zhuǎn)來(lái)完成一個(gè)被高度提高的熱量和質(zhì)量傳遞。這種機(jī)床本質(zhì)上是一個(gè)圍繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)的圓柱形籃子，上面有一個(gè)能滲水的圓柱形墻體。干燥物進(jìn)入籃子，因?yàn)樾D(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大的離心力，它們被迫在籃子周?chē)纬梢粋€(gè)環(huán)形層。氣體通過(guò)能滲水的圓柱墻注入，當(dāng)力量通過(guò)流化介質(zhì)平衡了離心力，機(jī)床開(kāi)始流化。不像垂直機(jī)床一樣有一個(gè)固定的引力力場(chǎng)，離心床的體積力成為一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)由旋轉(zhuǎn)速度和籃子的半徑?jīng)Q定。原則上，在任何氣體流速情況下，通過(guò)改變機(jī)床旋轉(zhuǎn)速度都能達(dá)到最小流化作用。用一個(gè)比引力還大得多的強(qiáng)離心力場(chǎng)，機(jī)床可以經(jīng)得起一個(gè)大的流速，而不形成大的氣泡。因此，在高氣體流速下氣體-液體的聯(lián)系得到了改進(jìn)，并且在干燥過(guò)程中能達(dá)到熱量和質(zhì)量傳遞。因?yàn)檫@個(gè)原因，CFB干燥器在干燥業(yè)得到頗多關(guān)注。 文獻(xiàn)中只能找到一些研究CFB干燥的調(diào)查著作。拉扎爾和法卡斯[1,2]布朗[3]執(zhí)行了CFB切片水果和蔬菜的干燥過(guò)程，卡爾森[4]調(diào)查了CFB大米干燥情況。這些調(diào)查報(bào)告都非常的有益，但它們主要關(guān)注的是工業(yè)申請(qǐng)CFB的可能性。CFB的流動(dòng)行為和干燥特性是非常復(fù)雜的，并且仍然不是很清楚。為了評(píng)估物體表面溫度，從氣體到物體的熱量傳遞知道是標(biāo)非常有必要的。為了特定的目的，定量的CFBs熱量傳遞特性的知識(shí)是必須的。 在這篇論文中，做了一個(gè)關(guān)于流動(dòng)行為和CFB的氣體-液體的熱量和質(zhì)量傳遞特性的試驗(yàn)，影響干燥過(guò)程的主要因素被檢測(cè)和討論。 2. 實(shí)驗(yàn)裝置 圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意表。一個(gè)圍繞水平軸的圓柱形籃子安裝在一個(gè)密封的圓柱形盒子內(nèi)。籃子直徑為200mm，寬度為80mm?；@子的側(cè)面有直徑為3mm的洞，用來(lái)分散氣體，有22.7%的開(kāi)放區(qū)域。 圖1.實(shí)驗(yàn)裝置 內(nèi)表覆有200個(gè)不銹鋼絲網(wǎng)，用來(lái)防止機(jī)床材料腐蝕。在籃子末端墻體的中心處有一個(gè)直徑為80mm的洞，用來(lái)排出氣體。一個(gè)變速發(fā)動(dòng)機(jī)被用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)籃子，通過(guò)一個(gè)軸來(lái)連接籃子墻體的另一端。用一個(gè)LZ-45轉(zhuǎn)速計(jì)來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。空氣由一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)吹入?？諝赓|(zhì)量流率的測(cè)量采用孔板流量計(jì)。空氣加熱使用的是一個(gè)電熱器。一個(gè)t形管閥是用來(lái)控制流體方向?？諝鉁囟确€(wěn)定在期望值(約100℃)后，打開(kāi)球上的閥門(mén)，干燥實(shí)驗(yàn)便開(kāi)始了；熱空氣流經(jīng)分散器到達(dá)機(jī)床后進(jìn)入大氣層。壓降是通過(guò)一個(gè)U形量表來(lái)測(cè)量的。一個(gè)壓力探針沿著中心線伸到籃筐里，離端壁10毫米遠(yuǎn)。在相同的操作條件下，也進(jìn)行了不使用機(jī)床材料來(lái)獲取穿過(guò)分散器的壓力差異的試驗(yàn)。穿過(guò)機(jī)床的壓降通過(guò)ΔpBed =Δ pTotal ? Δp分散器來(lái)測(cè)量。入口氣體溫度、出口氣體溫度和在不同位置的床溫度隨時(shí)間變化是使用熱電偶探頭來(lái)測(cè)量的，數(shù)據(jù)記錄是采用3497A記錄數(shù)據(jù)采集/控制單元。在干燥過(guò)程中測(cè)試材料的含水量是通過(guò)在氣體階段的水分平衡法來(lái)測(cè)量，即通過(guò)測(cè)量在氣體階段用干濕燈泡溫度計(jì)來(lái)入口與出口處的濕潤(rùn)度。 圖2.離心流化床的一個(gè)特別部分 時(shí)間間隔從tj到tjC1的水分平衡是 （公式1）。在時(shí)間tj+1,測(cè)試材料的水含量是 (公式2）。采用干燥重量法測(cè)試材料樣品達(dá)到初始含水率,我們能得到隨著時(shí)間的含水率的變化,因而,干燥率計(jì)算為 （公式3）. 干燥的表面Sp作為測(cè)試材料全部表面積為（公式4）。忽略射線熱傳導(dǎo)和周?chē)臒釗p失，如圖2所示，不同體積時(shí), 在任何給定的時(shí)間機(jī)床的能量等式是這樣的：（公式5）。該方程可以使用在整個(gè)機(jī)床來(lái)獲得傳熱系數(shù):（公式6） 3.結(jié)果與討論 3.1.機(jī)床的壓降與初始流化特性 圖3顯示機(jī)床壓降的變化，沙床表面氣流速度,在干燥測(cè)試中不同的旋轉(zhuǎn)速度，在初始流化階段,壓降增大均隨著流速。 圖3.CFB沙子的流化曲線 (dpD0.245 mm, nD400rpm).材料 (上/下): (m/h) 沙; (d/s) 玻璃珠 當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界點(diǎn)時(shí)，壓降將保持幾乎不變。但是，切片，觀察成塊的材料所得的結(jié)果不同。壓降曲線有一個(gè)最大值，它對(duì)應(yīng)的臨界液化點(diǎn),如圖4。在初始流化階段,慢慢增大壓力降的增加與流速。當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn),壓降隨著氣速的增加而下降。這是因?yàn)樵陔x心力場(chǎng)內(nèi)，切片材料的自鎖現(xiàn)象逐漸減弱,并且因?yàn)闄C(jī)床變得統(tǒng)一。這造成了一個(gè)流阻。降低機(jī)床轉(zhuǎn)速可以降低機(jī)床壓降和臨界氣速，如圖4。 這是由于減在了床上旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)削弱離心力場(chǎng)和導(dǎo)致流動(dòng)阻力減少。它也可以從圖4看出來(lái):切片土豆的臨界流化速度要小于塊狀土豆，是由于片狀材料更大地觸風(fēng)面積。 圖4.不同形狀材料的流化曲線（切片土豆10mm_10mm_1.5 mm, nD300 rpm; (h) 塊狀土豆5mm_5mm_5 mm, nD300 rpm; (s)塊狀土豆5mm_5mm_5 mm, nD250 rpm. 3.2.干燥曲線 典型的氣體溫度和機(jī)床層溫度曲線和濕沙的干燥曲線的在間歇干燥過(guò)程中顯示如圖5。 圖5.CFB間歇干燥曲線(sand,dpD0.411mm,MD2.48kg, !D41.9rads?1,U0D1.71ms?1,HinD0.016kg kg?1): (1) Tg;in ; (2) Tg;out ;(3) Tb; (4) R; (5) x. 并且，片狀材料機(jī)床的壓降也小于塊狀物料機(jī)床，是因?yàn)樗槠牧显贑FB有更好的流化特性。這從理論性顆粒物質(zhì)模型[6]是獲得的初始流化關(guān)系并不適合切片材料。不同形狀切片材料的初始流化條件是試驗(yàn)性的，單獨(dú)決定的。 圖6片狀土豆的水份含量變化（曲線6）和干燥率（曲線7） 這也顯示出像沙子這種干燥材料的特點(diǎn),其中水分含量主要是表面的水分, 就像在一個(gè)普通的干燥機(jī)，整個(gè)干燥過(guò)程即可分為三個(gè)階段。在一個(gè)簡(jiǎn)短的初期階段,材料預(yù)熱和干燥速度迅速增加; 機(jī)床溫度增加到一個(gè)穩(wěn)定值。第二階段是干燥速率恒定階段,從氣體到材料的熱量轉(zhuǎn)移完全為材料表面水分的蒸發(fā)。材料溫度保持不變,干燥速率也不變。最后一個(gè)階段被稱(chēng)為降速階段，材料的溫度和干燥速率也逐漸增加，直到干燥過(guò)程的最后。 CFB片狀食品產(chǎn)品的干燥行為與圖6所示的沙子又有些不同。顯然,CFB切片土豆的干燥特性與在傳統(tǒng)的干燥過(guò)程基本相似。在一開(kāi)始,有一個(gè)短暫的最初階段。在這一時(shí)期,機(jī)床材料預(yù)先加熱;機(jī)床溫度迅速達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，干燥速率快速增加。這個(gè)初步的時(shí)期之后是一個(gè)干燥速率穩(wěn)定階段。在恒定的速率期,測(cè)試材料的表面覆蓋著一層很薄的水膜。氣體流動(dòng)至材料的熱轉(zhuǎn)移用來(lái)完全蒸發(fā)水分,所以切片材料的溫度保持平衡，溫度和干燥速度是在最大值。這是很重要的,土豆的主要的水分含量是細(xì)胞水分,所以恒定的速率時(shí)期是很短暫的。最重要的干燥過(guò)程是在降速時(shí)期完成的。在降速時(shí)期,表面附近的干燥層出現(xiàn)并由于內(nèi)部水分外流的運(yùn)輸阻力更大而逐漸減弱。這導(dǎo)致熱傳遞阻力增加,干燥速率在第一階段迅速降低。干層后的溫度已上升到一定的值,干燥速率慢慢的減少。這表明,在該降速時(shí)期，切片土豆在循環(huán)流化床干燥機(jī)可以分開(kāi)成兩個(gè)不同的階段。這對(duì)工程設(shè)計(jì)與操作都至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 干燥過(guò)程中切片土豆比塊狀土豆有一個(gè)更大的干燥速率和較短的干燥時(shí)間。這是因?yàn)樵谇衅牧现袕膬?nèi)細(xì)胞到外蒸發(fā)表面的水分運(yùn)輸距離比在塊狀材料中要短。特別值得一提的是，在干燥過(guò)程中，在第二階段的降速時(shí)期片狀材料更短。 一般來(lái)說(shuō),由于薄片材料可能被流態(tài)化和混合得很好,干燥時(shí)間極短。例如,CFB切片土豆的干燥時(shí)間比隧道式干燥機(jī)短15倍，比常規(guī)流化干燥器短5倍。 3.3.操作參數(shù)的影響 3.3.1表面氣體流速 很明顯,表面流速的增加將增加流化的程度,因此,氣體階段與固體階段之間的熱量與質(zhì)量傳遞可能會(huì)大幅提高。這導(dǎo)致了干燥速度更大和干燥時(shí)間短,是,如圖7。這臨界水分含量會(huì)隨氣流速度增加而增加，如圖7虛線所示。對(duì)于食品原料,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在穩(wěn)定速度時(shí)期和在第一時(shí)期，干燥速度會(huì)隨著在低氣流速度區(qū)域的氣體流速的增加而增加。因此,總干燥時(shí)間會(huì)減少。然而,當(dāng)流速增加到一定值,恒定的速率會(huì)消失,降速時(shí)期的第一階段減短而第二階段增長(zhǎng)。 . 圖7表觀氣速對(duì)水分含量的影響 (dpD0.411 mm, MD2.50 kg, !D41.9 rad s?1, HinD0.016 kg kg?1): (1) U0D1.66ms?1; (2) U0D2.17ms?1. M.H. Shi et al. / 化工雜志 78 (2000) 107–113 111 總干燥時(shí)間就會(huì)保持不變;這是因?yàn)轳R鈴薯的主要水含量是內(nèi)層細(xì)胞水和主要的干燥過(guò)程是在降速時(shí)期的第二階段。增加進(jìn)口燃?xì)鉁囟?所有的干燥速率和干燥周期總數(shù)增加，干燥時(shí)間就減少。然而,燃?xì)鉁囟鹊脑黾訒?huì)受制于干燥食物的質(zhì)量。我們的測(cè)試中,最好的入口氣體溫度大約是100-110℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明, 在相同的操作條件下，固定尺寸的切片蘿卜的干燥速率比切片土豆的更大。這是因?yàn)槲⒂^組織的測(cè)試實(shí)例表明,蘿卜比土豆有一個(gè)更大的帶有一種更加規(guī)則性排列細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而且，蘿卜細(xì)胞里液體的粘性更??；這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)讓蘿卜容易干燥。 3.3.2.旋轉(zhuǎn)速度 相同的氣速,降低床上旋轉(zhuǎn)速度將會(huì)減少離心力作用于物質(zhì)的流態(tài)化程度,而提高材料的流化程度;這導(dǎo)致氣體階段和固體階段之間的熱量和質(zhì)量傳遞會(huì)增加。因此,當(dāng)減少機(jī)床的旋轉(zhuǎn)速度,干燥速度增加了,如圖8。并且整個(gè)機(jī)床的干燥過(guò)程會(huì)比較均勻。這意味著,對(duì)于CFB一個(gè)給定的材料干燥,機(jī)床轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量放低，直到流化狀態(tài)可能就不能維持。當(dāng)通過(guò)提高在CFB干燥器內(nèi)的氣體速度來(lái)增強(qiáng)干燥過(guò)程， 同時(shí),必須增加速度,避免干燥材料從機(jī)床上吹出去。在理論上,通過(guò)限制CFB機(jī)床的旋轉(zhuǎn)速度，在任何氣體流速下機(jī)床操作都能是最佳流化狀態(tài)。 圖8.旋轉(zhuǎn)速度的影響 (dpD0.411 mm, MD2.41 kg, U0D 1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) !D52.4 rad s?1; (2) !D41.9 rad s?1. 圖 9. 粒子直徑的影響 (MD2.4 kg, !D41.9 rad s?1, U0D 1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) dpD0.245 mm; (2) dpD0.411 mm. 3.3.3.粒子直徑 圖9顯示了CFB下粒子直徑對(duì)干燥行為的影響。顯而易見(jiàn)的是,對(duì)于走直徑更大的粒子，由于氣體和固體顆粒之間更大的下滑速度，干燥過(guò)程中的熱量與質(zhì)量傳遞將會(huì)增強(qiáng)。 因此,CFB干燥速率會(huì)隨著粒子直徑的增加而增加，如圖9所示。然而,隨著增加物質(zhì)維度,內(nèi)部傳熱傳質(zhì)阻力會(huì)增加,因此,對(duì)于一個(gè)給定的干燥材料,在特定操作條件下，那對(duì)于決定干燥過(guò)程中最佳材料規(guī)模是非常重要的。 3.3.4.機(jī)床厚度 圖10顯示初始床厚度的影響上干燥工藝。可以看出,以提高料層厚度,干燥速率會(huì)減少,這是因?yàn)闅怏w階段和固體階段之間的熱量與質(zhì)量傳遞的驅(qū)動(dòng)力在陜窄的機(jī)床條件下更大。 圖 10. 機(jī)床厚度的影響 (dpD0.411 mm, !D41.9 rad s?1, U0D1.43ms?1, HinD0.0123 kg kg?1): (1) L0D30 mm; (2) L0D20 mm. 112 M.H. Shi et al. / 化工雜志78 (2000) 107–113 圖 11.初始水分含量(dpD0.411 mm, MD2.48 kg, !D41.9 rad s?1, U0D1.71ms?1, HinD0.016 kg kg?1): (1) x0D0.221 kg kg?1; (2) x0D0.0574 kg kg?1. 3.3.5.初始水分含量的影響 很明顯,初始水分含量越大的材料干燥時(shí)間更長(zhǎng) (圖11),但是干燥特性都是相同的。唯一的區(qū)別在于恒定速率階段的持續(xù)時(shí)間。 3.4.熱量傳遞關(guān)聯(lián)性 65%的實(shí)驗(yàn)操作都是通過(guò)濕沙和玻璃珠進(jìn)行的，機(jī)床高度固定為10-30mm之間，雷諾系數(shù)從5.47到35.3以及離心力這重力的10.08到28倍。熱量傳遞系數(shù)被轉(zhuǎn)換成努塞系數(shù)，看作是平均溫度下的平均直徑和熱電導(dǎo)率。使用迴歸分析的程式，獲得了在干燥過(guò)程中的CFB氣體與粒子間熱量傳遞的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)。擴(kuò)散系數(shù)的指數(shù)比(Prandtl號(hào)碼)已被假設(shè)為1 / 3; 圖12.試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較 （公式7） 因此，合適的參數(shù)范圍內(nèi)對(duì)上述二者的相互關(guān)系是,FcD10.0-28.0 ReD5.0-42.0。 努塞爾系數(shù)定義為NuDhdp /λ;雷諾數(shù)為ReDρgU0dp / μ;普朗特?cái)?shù)是PrDCpgμ/λ; 然后,無(wú)量綱的離心力被定義為Fc=ro ω2/g。圖12顯示的是試驗(yàn)的熱量傳遞與公式7的計(jì)量值比較。這項(xiàng)工作測(cè)試得到的所有數(shù)據(jù)偏差在25%以?xún)?nèi)。 4. 結(jié)語(yǔ) 1.CFB可能可以在填充床上操作,剛剛出現(xiàn)的流化或流化機(jī)床在給定的流速下，通過(guò)使用一個(gè)強(qiáng)流率的離心力場(chǎng)，可以維持穩(wěn)定的流化狀態(tài)。 2.CFB分散器附近沒(méi)有明顯的“活躍區(qū)域”。在表觀氣速、粒子直徑、粒子形狀因子、、粒子密度、機(jī)床厚度和機(jī)床轉(zhuǎn)速的影響下，氣體與團(tuán)體之間的熱傳遞產(chǎn)生。 3.CFB干燥器中，干燥過(guò)程可以分為三個(gè)階段,干燥速度隨著表觀氣速和顆粒直徑的增加及旋轉(zhuǎn)速度和初始機(jī)床厚度的減少而增加， 4．在CFB中切片食品產(chǎn)品能夠流化和混合和非常好。壓降曲線有一個(gè)最大值，臨界流化參數(shù)隨著干燥產(chǎn)品及材料本身形狀和大小的變化及操作條件的變化而變化。 5.切片食品產(chǎn)品可以干得很好很快。干燥的主要過(guò)程是在降速期間,干燥速率速率取決于干燥產(chǎn)口的材料、形狀、和尺寸以及操作條件。 5．術(shù)語(yǔ) a 顆粒表面每單位體積 Cpg,Cps 氣體或固體的比熱容 Dp 平均粒子直徑 DAB 分子擴(kuò)散性 Fc 無(wú)量鋼的離心力， G 氣體質(zhì)量流率 h 熱傳系數(shù) H 機(jī)床寬度；氣體可濕性 Lo 固定床厚度 M 干燥材料的重量 n 機(jī)床轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)速） Nu 努塞爾數(shù)，hdp/ △P 壓降（kpa） Pr 普朗特系數(shù)， R 干燥速率 Re 雷諾系數(shù) T 溫度 U0 表面氣體流速 x 水分含量 希臘字母 ε 多孔性 λ 導(dǎo)電性 μ 氣體粘度 υ 氣體運(yùn)動(dòng)粘度 氣體或固體密度 球形 ω 角速度 致謝 本項(xiàng)目由中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)支持。 參考文獻(xiàn) [1] M.E. Lazar, D.F. Farkas, The centrifugal fluidized bed. 2. Drying studies on piece form foods, J. Food Sci. 36 (1971) 315–319. [2] M.E. Lazar, D.F. Farkas, J. Food Sci. 44 (1979) 242–246. [3] G.E. Brown, D.F. Farkas, Centrifugal fluidized bed, Food Technol. 26 (12) (1972) 23–30. [4] R.A. Carlson, R.L. Roberts, D.F. Farkas, Preparation of quick cooking rice products using a centrifugal fluidized bed, J. Food Sci. 41 (1976) 1177–1179. [5] D.F. Hanni, D.F. Farkas, G.E. Brown, Design and operating parameters for a continuous centrifugal fluidized bed drier, J. Food Sci. 41 (1976) 1172–1176. [6] C.I. Metcalfe, J.R. Howard, Fluidization, Cambridge University Press, Cambridge, 1978, pp. 276–327. 13 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯 題目 關(guān)于離心流化床烘干機(jī)熱量與質(zhì)量傳遞的試驗(yàn)研究 專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 088105403 學(xué) 生 姓 名 陳強(qiáng)華 指 導(dǎo) 教 師 張緒坤 填 表 日 期 2012 年 4 月 2 日 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 雙軸無(wú)重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：陳強(qiáng)華 班級(jí)：088105403 指導(dǎo)老師：張緒坤 摘要：混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作是從化學(xué)工業(yè)開(kāi)始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過(guò)程的一部分而被廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機(jī)械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主?；旌显O(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。 本設(shè)計(jì)的課題是雙軸無(wú)重力粉塵混合機(jī)主要涉及反應(yīng)混合機(jī)的混合單元的設(shè)計(jì)，主要包括混合罐、電動(dòng)機(jī)及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計(jì)、軸的密封設(shè)置的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：混合機(jī) 雙軸無(wú)重力 混合單元 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師簽名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 雙軸無(wú)重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì) II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 1、生產(chǎn)率：5噸/時(shí)； 2、裝機(jī)容量：11千瓦； 3、分批混合：500kg/批； 4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%； 5、能耗：耗電≤5kWh/t； III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 1．查閱資料，英文資料翻譯 （2周）3月24日～4月8日 2．撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 （1周）4月9日～4月13日 3．設(shè)計(jì)并繪制混合機(jī)混合單元裝配圖 確 （4.5周）4月14日～5月16日 4．繪制主要零件圖若干張 （2.5周）5月17日～6月3日） 5．編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）一份 （2周）6月4日～6月17日 6．畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 （1周）6月18日～ 6月27日 Ⅳ 、主 要參考資料： [1] 璞良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：高等教育出版社，2001 [2] 金國(guó)淼等.攪拌設(shè)備(化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [3] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12 [4] 李克永.化工機(jī)械手冊(cè). 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5 [5] Bathala C. Redlaty, V. S. Muvthy, Madaboosi S. Ananth, Chamarti D. P. Rao. Modeling of continuous Fertilizer Cranulation process for control. Part. Part. Syst. Charact 15(1998):156-160 機(jī)械與材料工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)類(lèi) 0881054 班 學(xué)生（簽名）： 陳強(qiáng)華 日期： 自 2012 年 3 月 2 日至 2012 年 6 月 23 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 張緒坤 助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)： 系（室）主任（簽名）： 附注:任務(wù)書(shū)應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首頁(yè)。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 雙軸無(wú)重力粉體混合機(jī)混合單元的設(shè)計(jì) 1 緒論 混合可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)中，混合操作時(shí)從化學(xué)工業(yè)開(kāi)始的，圍繞食品、纖維、造紙、石油、水處理等，作為工藝過(guò)程的一部分而被廣泛應(yīng)用。 混合操作分為機(jī)械混合與氣流混合。氣流混合是利用氣體鼓泡通過(guò)液體層，對(duì)液體產(chǎn)生混合作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對(duì)流循環(huán)。與機(jī)械混合相比，僅氣泡的作用對(duì)液體進(jìn)行的混合時(shí)比較弱的，對(duì)于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流混合無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體的混合時(shí)比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的混合操作均系機(jī)械混合，以中、低壓立式鋼制容器的混合設(shè)備為主?；旌显O(shè)備主要由混合裝置、軸封和混合罐三大部分組成。 1.1 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 混合設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著混合操作?；旌显O(shè)備在許多場(chǎng)合時(shí)作為反應(yīng)器來(lái)應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，混合設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的99%。?；旌显O(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因混合設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時(shí)間等）的可控范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。混合設(shè)備的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸??；④使不相溶的另一液相均勻懸浮或充分乳化；⑤強(qiáng)化相間的傳質(zhì)（如吸收等）；⑥強(qiáng)化傳熱。混合設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過(guò)程，都裝備著各種型式的混合設(shè)備。 1.2 混合物料的種類(lèi)及特性 混合物料的種類(lèi)主要是指流體。在流體力學(xué)中，把流體分為牛頓型和非牛頓型。非牛頓型流體又分為賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。在混合設(shè)備中由于混合器的作用，而使流體運(yùn)動(dòng)。 2 混合罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是： 1、生產(chǎn)率：5噸/時(shí)； 2、裝機(jī)容量：11千瓦； 3、分批混合：500kg/批； 4、產(chǎn)品質(zhì)量：混合均勻度變異系數(shù)cv≤5%； 5、能耗：耗電≤5kWh/t； 2.1 罐體的尺寸確定及結(jié)構(gòu)選型 2.1.1 筒體及封頭型式 選擇圓柱形筒體，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 2.1.2 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 發(fā)酵罐類(lèi)設(shè)備長(zhǎng)徑比取值范圍是1.7~2.5，綜合考慮罐體長(zhǎng)徑比對(duì)混合功率、傳熱以及物料特性的影響選取根據(jù)工藝要求，裝料系數(shù)，罐體全容積，罐體公稱(chēng)容積（操作時(shí)盛裝物料的容積）。 初算筒體直徑 即 圓整到公稱(chēng)直徑系列，去。封頭取與內(nèi)筒體相同內(nèi)經(jīng)，封頭直邊高度， 2.1.3 確定內(nèi)筒體高度H 當(dāng)時(shí)，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16-6得封頭的容積 ，取 核算與 ，該值處于之間，故合理。 該值接近，故也是合理的。 2.1.4 選取夾套直徑 表1 夾套直徑與內(nèi)通體直徑的關(guān)系 內(nèi)筒徑 夾套 由表1，取。 夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑 2.1.5 校核傳熱面積 工藝要求傳熱面積為，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16-6得內(nèi)筒體封頭表面積高筒體表面積為 總傳熱面積為 故滿足工藝要求。 2.2 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算 2.2.1 選擇材料，確定設(shè)計(jì)壓力 按照《鋼制壓力容器》（）規(guī)定，決定選用高合金鋼板，該板材在一下的許用應(yīng)力由《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》附表查取，，常溫屈服極限。 計(jì)算夾套內(nèi)壓 介質(zhì)密度 液柱靜壓力 最高壓力 設(shè)計(jì)壓力 所以 故計(jì)算壓力 內(nèi)筒體和底封頭既受內(nèi)壓作用又受外壓作用，按內(nèi)壓則取，按外壓則取 2.2.2 夾套筒體和夾套封頭厚度計(jì)算 夾套材料選擇熱軋鋼板，其 夾套筒體計(jì)算壁厚 夾套采用雙面焊，局部探傷檢查，查《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-3得 則 查《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-2取鋼板厚度負(fù)偏差，對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)，可取腐蝕裕量，對(duì)于碳鋼取腐蝕裕量，故內(nèi)筒體厚度附加量，夾套厚度附加量。 根據(jù)鋼板規(guī)格，取夾套筒體名義厚度。 夾套封頭計(jì)算壁厚為 取厚度附加量，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。 2.2.3 內(nèi)筒體壁厚計(jì)算 ①按承受內(nèi)壓計(jì)算 焊縫系數(shù)同夾套，則內(nèi)筒體計(jì)算壁厚為： ②按承受外壓計(jì)算 設(shè)內(nèi)筒體名義厚度，則，內(nèi)筒體外徑。 內(nèi)筒體計(jì)算長(zhǎng)度。 則，，由《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6查得，圖4-9查得，此時(shí)許用外壓為： 不滿足強(qiáng)度要求，再假設(shè)，則，， 內(nèi)筒體計(jì)算長(zhǎng)度 則， 查《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-6得,圖4-9得，此時(shí)許用外壓為： 故取內(nèi)筒體壁厚可以滿足強(qiáng)度要求。 考慮到加工制造方便，取封頭與夾套筒體等厚，即取封頭名義厚度。按內(nèi)壓計(jì)算肯定是滿足強(qiáng)度要求的，下面僅按封頭受外壓情況進(jìn)行校核。封頭有效厚度。由《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》表4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)，則橢圓形封頭的當(dāng)量球殼內(nèi)徑，計(jì)算系數(shù)A 查《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》圖4-9得 故封頭壁厚取可以滿足穩(wěn)定性要求。 2.2.4 水壓試驗(yàn)校核 ①試驗(yàn)壓力 內(nèi)同試驗(yàn)壓力取 夾套實(shí)驗(yàn)壓力取 ②內(nèi)壓試驗(yàn)校核 內(nèi)筒筒體應(yīng)力 夾套筒體應(yīng)力 而 故內(nèi)筒體和夾套均滿足水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力要求。 ③外壓實(shí)驗(yàn)校核 由前面的計(jì)算可知，當(dāng)內(nèi)筒體厚度取時(shí)，它的許用外壓為，小于夾套的水壓試驗(yàn)壓力，故在做夾套的壓力實(shí)驗(yàn)校核時(shí)，必須在內(nèi)筒體內(nèi)保持一定壓力，以使整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的任意時(shí)間內(nèi)，夾套和內(nèi)同的壓力差不超過(guò)允許壓差。 2.3 入孔選型及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ①入孔選型 選擇回轉(zhuǎn)蓋帶頸法蘭入孔，標(biāo)記為：入孔PN2.5,DN450,HG/T 21518-2005,尺寸如下表所示: 密封面 形式 公稱(chēng)壓力PN（MP） 公稱(chēng)直徑DN 突面 （RF） 螺柱 螺母 螺柱 總質(zhì)量 （） 數(shù)量 直徑長(zhǎng)度 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 最大的開(kāi)孔為入孔，筒節(jié)，厚度附加量，補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算如下： 開(kāi)孔直徑 圓形封頭因開(kāi)孔削弱所需補(bǔ)強(qiáng)面積為： 入孔材料亦為不銹鋼0Cr18Ni9，所以 所以 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)尺寸： 在有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，殼體承受內(nèi)壓所需設(shè)計(jì)厚度之外的多余金屬面積為： 故 可見(jiàn)僅就大于,故不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 最大開(kāi)孔為入孔，而入孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)，則其他接管均不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 2.4 混合器的選型 槳徑與罐內(nèi)徑之比叫槳徑罐徑比,渦輪式葉輪的一般為0.25~0.5，渦輪式為快速型，快速型混合器一般在時(shí)設(shè)置多層混合器，且相鄰混合器間距不小于葉輪直徑d。適應(yīng)的最高黏度為左右。 混合器在圓形罐中心直立安裝時(shí)，渦輪式下層葉輪離罐底面的高度C一般為槳徑的1~1.5倍。如果為了防止底部有沉降，也可將葉輪放置低些，如離底高度.最上層葉輪高度離液面至少要有1.5d的深度。 符號(hào)說(shuō)明 ——鍵槽的寬度 ——混合器槳葉的寬度 ——輪轂內(nèi)經(jīng) ——混合器槳葉連接螺栓孔徑 ——混合器緊定螺釘孔徑 ——輪轂外徑 ——混合器直徑 ——混合器圓盤(pán)的直徑 ——混合器參考質(zhì)量 ——輪轂高度 ——圓盤(pán)到輪轂底部的高度 ——混合器葉片的長(zhǎng)度 ——弧葉圓盤(pán)渦輪混合器葉片的弧半徑 ——混合器許用扭矩 ——輪轂內(nèi)經(jīng)與鍵槽深度之和 ——混合器槳葉的厚度 ——混合器圓盤(pán)的厚度 工藝給定混合器為六彎葉圓盤(pán)渦輪混合器，其后掠角為，圓盤(pán)渦輪混合器的通用尺寸為槳徑:槳長(zhǎng):槳寬，圓盤(pán)直徑一般取槳徑的，彎葉的圓弧半徑可取槳徑的。 查HG-T 3796.1~12-2005,選取混合器參數(shù)如下表 由前面的計(jì)算可知液層深度，而，故，則設(shè)置兩層混合器。為防止底部有沉淀，將底層葉輪放置低些，離底層高度為，上層葉輪高度離液面的深度，即。則兩個(gè)混合器間距為，該值大于也輪直徑，故符合要求。 2.5 混合附件 ①擋板 擋板一般是指長(zhǎng)條形的豎向固定在罐底上板，主要是在湍流狀態(tài)時(shí)，為了消除罐中央的“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”而增設(shè)的。罐內(nèi)徑為，選擇塊豎式擋板，且沿罐壁周?chē)鶆蚍植嫉刂绷惭b。 3 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3.1 減速器和電動(dòng)機(jī)的選型條件 (1) 機(jī)械效率，傳動(dòng)化，功率，進(jìn)出軸的許用扭距和相對(duì)位置。 (2) 出軸旋轉(zhuǎn)方向是單項(xiàng)或雙向。 (3) 混合軸軸向力的大小和方向。 (4) 工作平穩(wěn)性，如震動(dòng)和荷載變化情況。 (5) 外形尺寸應(yīng)滿足安裝及檢修要求。 (6) 使用單位的維修能力。 (7) 經(jīng)濟(jì)性。 3.2電動(dòng)機(jī)與減速器的選擇 混合設(shè)備的電動(dòng)機(jī)通常選用普通異步電動(dòng)機(jī)。澄清池混合機(jī)采用YCT系列滑差式電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，消化池混合機(jī)一般采用防爆異步電動(dòng)機(jī)。 混合設(shè)備的減速器應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)減速器及專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠產(chǎn)品，參考文獻(xiàn)[2]“標(biāo)準(zhǔn)減速器及產(chǎn)品”選用，其中一般選用機(jī)械效率較高的擺線針輪減速器或齒輪減速器：有防爆要求時(shí)一般不采用皮帶傳動(dòng)：要求正反向傳動(dòng)時(shí)一般不選用蝸輪傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)選用，見(jiàn)表3-1 表3-1電動(dòng)機(jī)與減速器的選型 名稱(chēng) 符號(hào) 單位 第一檔 第二檔 第三檔 混合器的轉(zhuǎn)速 n r/min 7.5 5.9 3.64 混合功率 N KW 0.34 0.16 0.04 電動(dòng)機(jī)算功率 N=式中 k—工況系數(shù)24h連續(xù)運(yùn)行為1.2 =擺線針輪減速機(jī)傳動(dòng)效率 =滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率 KW 0.46 0.22 0.05 選用電動(dòng)機(jī)的功率 KW 0.8 0.4 0.4 電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 r/min 1500 1500 1500 減速比 200 254 412 選用減速器減速比 187 289 385 選用減速器輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min 8 5.2 3.9 3.3 聯(lián)軸器的選型 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及混合機(jī)的類(lèi)型選用凸緣聯(lián)軸器，由電機(jī)的尺寸選擇聯(lián)軸器軸徑d=65mm， L1=104mm，L2 =42mm，許用扭轉(zhuǎn)為850N.m，質(zhì)量為17.97Kg，標(biāo)記為：聯(lián)軸器D65-ZG， 3.4 混合軸的設(shè)計(jì)及其結(jié)果驗(yàn)證 由上面所選聯(lián)軸器的類(lèi)型初步確定混合軸小徑為：d1=65mm 下面來(lái)做軸徑的理論計(jì)算： 由《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》查的公式： （3.1） 式中C2—按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角為1/m時(shí)，C2=91.5 N—混合器的功率，單位KW n—混合器的轉(zhuǎn)速，單位r/min 得： 第一檔： 第二檔： 第三檔： 經(jīng)上面計(jì)算所的結(jié)果可以看出3個(gè)軸徑的理論數(shù)值都小于65mm，故軸的小徑選： d1=65mm 3.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 3.5.1 連接形式 槳式混合器與軸的連接，當(dāng)采用槳葉一端煨成半個(gè)軸套，用螺栓將對(duì)開(kāi)的軸套夾緊在混合軸上的結(jié)構(gòu)時(shí)D≤600mm時(shí)用一對(duì)螺栓鎖緊：D＞600mm時(shí)用兩對(duì)螺栓鎖緊。這種連接結(jié)構(gòu)為傳遞扭距可靠起見(jiàn)，宜用一穿軸螺栓使混合器與軸固定。 本設(shè)計(jì)由于軸選取D≤600mm，故選用一對(duì)螺栓縮緊裝置。 3.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 當(dāng)采用鍵和止動(dòng)螺釘將混合器軸套固定在混合軸上的結(jié)構(gòu)時(shí)，鍵應(yīng)按GB1095-79《平鍵和鍵槽的剖面尺寸》選取?；旌掀鬏S套外勁D宜為軸徑D的1.6-2倍。軸套長(zhǎng)度應(yīng)略大于軸套處槳葉寬度在軸線上的投影長(zhǎng)度，但不小于D1。 由上面設(shè)計(jì)知：d1=65mm，再由文獻(xiàn)[4]查得，選取鍵為圓鍵，長(zhǎng)度為85mm，寬度為18mm，厚度為14mm。 3.6 軸承的設(shè)計(jì)與校核 3.6.1 混合軸受力模型選擇與軸長(zhǎng)的計(jì)算 軸長(zhǎng)： 3.6.2 按扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算計(jì)算混合軸的軸徑 軸的許用扭轉(zhuǎn)角，對(duì)單跨軸有； 混合軸傳遞的最大扭矩 上式中,，帶傳動(dòng)取， 所以 根據(jù)前面附件的選型。取 根據(jù)軸徑計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)角 所以 3.6.3 根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速核算混合軸軸徑 剛性軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的有效質(zhì)量等于軸自身的質(zhì)量加上軸附帶的液體質(zhì)量。 對(duì)單跨軸 所以 圓盤(pán)（混合器及附件）有效質(zhì)量的計(jì)算 剛性混合軸（不包括帶錨式和框式混合器的剛性軸）的圓盤(pán)有效質(zhì)量等于圓盤(pán)自身重量叫上混合器附帶的液體質(zhì)量 上式中： ——第個(gè)混合器的附加質(zhì)量系數(shù)，查表3.3.4—1 ——第個(gè)混合器直徑， ——第個(gè)混合器葉片寬度， 葉片傾角，圓盤(pán)質(zhì)量 所以 作用集中質(zhì)量的單跨軸一階臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算 （1）兩端簡(jiǎn)支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 第個(gè)圓盤(pán)有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 所以 在點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 所以 臨界轉(zhuǎn)速為： 所以 （2）一端固定另一端簡(jiǎn)支的等直徑單跨軸，軸的有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 第個(gè)圓盤(pán)有效質(zhì)量在中點(diǎn)處的相當(dāng)質(zhì)量為： 所以 在點(diǎn)處總的相當(dāng)質(zhì)量為： 所以 臨界轉(zhuǎn)速為： 所以 （3）單跨混合軸傳動(dòng)側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)的選取 傳動(dòng)側(cè)軸承支點(diǎn)型式一般情況是介于簡(jiǎn)支和固支之間，其程度用系數(shù)表示。采用剛性聯(lián)軸節(jié)時(shí)，,取。 所以 根據(jù)混合軸的抗震條件：當(dāng)混合介質(zhì)為液體—液體，混合器為葉片式混合器及混合軸為剛性軸時(shí)，且 所以滿足該條件。 3.6.4 按強(qiáng)度計(jì)算混合軸的軸徑 受強(qiáng)度控制的軸徑按下式求得： 式中：——軸上扭矩和彎矩同時(shí)作用時(shí)的當(dāng)量扭矩 ——軸材料的許用剪應(yīng)力 軸上扭矩按下式求得： ——包括傳動(dòng)側(cè)軸承在內(nèi)的傳動(dòng)裝置效率，按附錄D選取，則 所以 軸上彎矩總和應(yīng)按下式求得： （1） 徑向力引起的軸上彎矩的計(jì)算 對(duì)于單跨軸，徑向力引起的軸上彎矩可以近似的按下式計(jì)算： 第個(gè)混合器的流體徑向力應(yīng)按下式求得 ： 式中：——流體徑向力系數(shù)，按照附錄C. 2有 ——第個(gè)混合器功率產(chǎn)生的扭矩 ——第個(gè)混合器的設(shè)計(jì)功率，按附錄 C. 3有 兩個(gè)混合器為同種類(lèi)型，，則 所以 所以 （2） 混合軸與各層圓盤(pán)的組合質(zhì)量按下式求得。 對(duì)于單跨軸： ——單跨軸段軸的質(zhì)量 所以 故 （3）混合軸與各層圓盤(pán)組合質(zhì)量偏心引起的離心力按下式求得。 對(duì)于單跨軸： 上式中，對(duì)剛性軸的初值取 ——許用偏心距（組合件重心處）， ——平衡精度等級(jí)，。一般取 所以 則 （4）混合軸與各層圓盤(pán)組合重心離軸承的距離按下式計(jì)算。 對(duì)于單跨軸： 所以 而 （5）由軸向推力引起作用于軸上的彎矩的計(jì)算。 的粗略計(jì)算： 當(dāng)或軸上任一混合器時(shí)，取 故 所以 所以 所以 前面計(jì)算中取軸徑為，故強(qiáng)度符合要求。 3.6.5 按軸封處（或軸上任意點(diǎn)處處）允許徑向位移驗(yàn)算軸徑 因軸承徑向游隙、所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處的位移。 對(duì)于單跨軸： 軸承徑向游隙按照附錄C．1選取，因此 傳動(dòng)側(cè)軸承游隙 （傳動(dòng)側(cè)軸承為滾動(dòng)軸承） 單跨軸末端軸承游隙 （該側(cè)軸承為滑動(dòng)軸承） 當(dāng)時(shí)，求得的即為軸封處的總位移， 所以 由流體徑向作用力所引起軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處的位移。 對(duì)于單跨軸： 兩端簡(jiǎn)支的單跨軸 且, 而 所以 = 一端固支另一端簡(jiǎn)支的單跨軸： 代入已知數(shù)據(jù)可得 由混合軸與各層圓盤(pán)（混合器及附件）組合質(zhì)量偏心引起的離心力在軸上任意點(diǎn)離圖中軸承距離處產(chǎn)生的位移按下式計(jì)算 對(duì)兩端簡(jiǎn)支單跨軸： 代入已知數(shù)據(jù)可得 所以 對(duì)一端固支一端簡(jiǎn)支單跨軸： 代入已知數(shù)據(jù)可得： 所以 一般單跨軸傳動(dòng)側(cè)支點(diǎn)的夾持系數(shù)介于簡(jiǎn)支和固支之間，此時(shí)值應(yīng)取式和式之中間值，查附錄C．4取 查附錄C．5得 所以 所以 總位移及其校核 對(duì)于剛性軸： 所以 驗(yàn)算應(yīng)滿足下列條件： 軸封處允許徑向位移按下式計(jì)算： ——徑向位移系數(shù)，按附錄C．6．1選取 所以 則滿足 3.6.6 軸徑的最后確定 由以上分析可得，混合軸軸徑滿足臨界轉(zhuǎn)速和強(qiáng)度要求，故確定軸徑為。 混合軸軸封的選擇 機(jī)械密封是一種功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用壽命長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)軸密封。與填料密封相比，機(jī)械密封的泄漏率大約為填料密封的，功率消耗約為填料密封的。故采用機(jī)械密封。 4 支撐裝置設(shè)計(jì) 4.1混合機(jī)的支承部分 4.1.1機(jī)座 立式混合機(jī)設(shè)有機(jī)座，在機(jī)座上要考慮留有容納聯(lián)軸器，軸封裝置和上軸承等不見(jiàn)的空間，以及安裝操作所需的位置。 機(jī)座形式分為不帶支承的J-A型和帶中間支承的J-B型以及JXLD型擺線針輪減速器支架，由文獻(xiàn)[3]中的2.8用立式減速器的減速器機(jī)座的系列選用，當(dāng)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)參考該系列尺寸自行設(shè)計(jì)。 由于混合軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式故選用J—A型機(jī)座，由于減速器軸徑為65mm，故選用J—A—65 該機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖4-1所示 如圖4-1 上軸承支承裝置 4.1.2軸承裝置 上軸承：設(shè)在混合機(jī)機(jī)座內(nèi)。當(dāng)混合機(jī)軸向力較小時(shí)，可不設(shè)上軸承，(如J-A型機(jī)座)，但應(yīng)驗(yàn)算減速機(jī)軸承承受混合軸向力的能力。當(dāng)混合機(jī)軸向力較大時(shí)，須設(shè)上軸承：若減速機(jī)軸與混合軸采用剛性連接，可在機(jī)座中設(shè)一個(gè)上軸承，以承擔(dān)混合機(jī)軸向立和部分勁向力，如圖(5-2)所示：若減速機(jī)軸用非剛性連接，可在機(jī)座中設(shè)兩個(gè)軸承。當(dāng)混合的軸向力很大時(shí)，減速機(jī)軸與混合軸應(yīng)用采用非剛性連接，應(yīng)在機(jī)座中設(shè)兩個(gè)上軸承或在機(jī)座中設(shè)一個(gè)上軸承并在容器內(nèi)或填料箱中再設(shè)支承裝置。 軸承蓋處的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡膠油封。 4.2下支撐座的設(shè)計(jì) 4.2.1軸承的選型 底軸承：設(shè)在容器底部，起輔助支承作用，只承受勁向荷載。軸襯和軸套一般是整體式，安裝時(shí)先將軸承座對(duì)中，然后將支架焊于罐體上或?qū)⑤S承固定于池中預(yù)埋件上。 底軸承分以下兩種： 1. 罐裝底軸承：罐用底軸承用于容藥混合中，需加壓力清水潤(rùn)滑，不能空罐運(yùn)轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)為滑動(dòng)軸承形式。 (1) 適用于大直徑容器的三足式底軸承，如圖4-2所示， 圖4-2 三足底軸承 (2) 可折式底軸承可分為焊接式與鑄造式兩類(lèi)。此種結(jié)構(gòu)形式可不拆混合軸即能將底軸拆下?？刹鹗降纵S承尺寸和零件材料。 2. 下底軸承：用于混合池或反應(yīng)池中。其結(jié)構(gòu)形式分為滾動(dòng)軸承座和滑動(dòng)軸承兩種： (1) 滾動(dòng)軸承座：在滾動(dòng)軸承內(nèi)和滾動(dòng)軸承座空間須填潤(rùn)滑脂。滾動(dòng)軸承必須嚴(yán)格密封，以防止泥沙和易沉物質(zhì)的磨損。 (2) 滑動(dòng)軸承座：這種軸承必須注壓力清水進(jìn)行沖刷和潤(rùn)滑，在混合機(jī)起動(dòng)前應(yīng)先接通清水，水量不超過(guò)1L/min。 滑動(dòng)軸承材料：滑動(dòng)軸承中軸襯和護(hù)套的材料應(yīng)選擇兩中不會(huì)膠合的材料。橡膠軸承內(nèi)環(huán)工作面與軸的間隙可取0.05-0.2mm。在內(nèi)環(huán)工作面應(yīng)軸向均布6-8條梯形截面槽，尖角圓滑過(guò)渡。 4.2.2支撐套的設(shè)計(jì) 根據(jù)上面所選軸承知，支撐套的材料應(yīng)選45#鋼，且軸承套的內(nèi)徑為軸承的外徑。查國(guó)標(biāo)一般選20mm的板厚作為支撐套的原材料，該圖形設(shè)計(jì)由上面選擇的軸承座的類(lèi)型根據(jù)文獻(xiàn)[3]選GPF-80型，如圖5-3所示： 圖4-3 下滑動(dòng)軸承機(jī)座 5 軸的密封 5.1密封裝置的類(lèi)型 用于機(jī)械混合反應(yīng)器的軸封主要有兩種：填料密封和機(jī)械密封。軸封的目的是避免介質(zhì)通過(guò)轉(zhuǎn)軸從混合容器內(nèi)泄漏或外部雜質(zhì)滲入混合容器內(nèi)。 5.2 軸的密封選擇 填料密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，適用于非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)、密封要求不高、并允許定期維護(hù)的混合設(shè)備。 1．填料密封的結(jié)構(gòu)及工作原理 填料密封的結(jié)構(gòu)由：底環(huán)、本體、油環(huán)、填料、螺柱、壓蓋及油杯等組成。在壓蓋的壓力作用下，裝在混合軸與填料箱本體之間的填料，對(duì)混合軸表面產(chǎn)生徑向壓緊力。由于填料中含有潤(rùn)滑劑，因此，在對(duì)混合軸產(chǎn)生徑向壓緊力的同時(shí)，使混合軸得到潤(rùn)滑，而且阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封目的。 2．填料密封的選用 根據(jù)填料的性能選用：當(dāng)密封要求不高時(shí)，選用一般石棉或油浸石棉填料，當(dāng)密封要求高時(shí)，選用膨體聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各種填料材料的性能不同，按表選用。 填料名稱(chēng) 介質(zhì)極限溫度oC 介質(zhì)極限壓力Mpa 線速度m/s 適用條件 油浸石棉填料 450 6 - 蒸汽、空氣、工業(yè)用水、重質(zhì)石油產(chǎn)品、弱酸性等 聚四氟乙烯 纖維編結(jié)填料 250 30 2 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、 有機(jī)溶劑 聚四氟乙烯 石棉盤(pán)根 260 25 1 酸堿、強(qiáng)腐蝕性溶液、化學(xué)試劑等 石棉線或石棉線與尼龍線浸漬聚四氟乙烯填料 300 30 2 弱酸、強(qiáng)堿、 各種有機(jī)溶劑等 柔性石墨填料 250-300 20 2 醋酸、硼酸、檸檬酸鹽酸等酸類(lèi) 膨體聚四氟 乙烯石墨盤(pán)根 250 4 2 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、 有機(jī)溶液 因?yàn)樵谒幚碇袑?duì)密封要求不高，只要能夠阻止設(shè)備內(nèi)流體的逸出或外部流體的滲入，達(dá)到密封目的即可。根據(jù)以上的填料密封的介紹，本課題的密封裝置選用：油浸石棉填料填料密封。 5.3 封口錐結(jié)構(gòu)選型與計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明 ——軸向力系數(shù)； ——封口錐的連接系數(shù)； ——內(nèi)筒體厚度附加量，； ——夾套厚度附加量，； ——容器內(nèi)徑，； ——夾套內(nèi)徑，； ——夾套封頭與容器封頭的連接園直徑，； ——容器外壁至夾套壁中面的距離 ——封口錐連接的強(qiáng)度系數(shù)； ——與封口錐相接的夾套加強(qiáng)區(qū)的實(shí)際長(zhǎng)度，或連接封口錐與夾套 的第一道環(huán)焊縫至折邊錐體切線的距離，； ——工作或試驗(yàn)條件下容器內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力，； ——工作或試驗(yàn)條件下夾套或通道內(nèi)的設(shè)計(jì)壓力，； ——夾套或通道的許用內(nèi)壓力，； ——容器筒體的實(shí)際壁厚，； ——夾套筒體、封口錐或通道的實(shí)際壁厚，； ——夾套筒體、封口錐或通道的計(jì)算厚度，； ——容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù)； ——容器殼體與夾套殼體強(qiáng)度比系數(shù)； ——封口錐連接長(zhǎng)度系數(shù)； ——封口錐相對(duì)有效承載長(zhǎng)度系數(shù)； ——封口錐過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)； ——設(shè)計(jì)溫度下容器殼體材料的許用應(yīng)力，； ——設(shè)計(jì)溫度下夾套殼體或通道材料的許用應(yīng)力，； ——計(jì)算的焊縫系數(shù)； ——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)； ——容器筒體的環(huán)焊縫系數(shù)； ——夾套筒體的縱焊縫系數(shù)； 選擇（a）型結(jié)構(gòu) a. 軸向力系數(shù)A 式中：， 即，取 所以 輔助系數(shù)、、、、、、 容器殼體與夾套殼體的間距系數(shù) 上式中： 所以 因所選封口錐結(jié)構(gòu)為（a）型，故封口錐過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)角內(nèi)半徑系數(shù)。 封口錐連接長(zhǎng)度系數(shù)，對(duì)于有 容器殼體于夾套殼體強(qiáng)度比系數(shù) 計(jì)算的焊縫系數(shù)、 封口錐相對(duì)有效承載長(zhǎng)度系數(shù) 所以 封口錐的連接系數(shù) 式中： 對(duì)于， 所以 則 對(duì)于， 所以 ， 所以 則 封口錐的許用內(nèi)應(yīng)力 所以 封口錐壁厚應(yīng)等于或大于與其相連接的夾套筒體壁厚，故取封口錐壁厚為。 總 結(jié) 兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在忙碌中就快要結(jié)束了,在這兩個(gè)多月的時(shí)間里,在畢業(yè)設(shè)計(jì)之余還要兼顧找工作,因此,在這段時(shí)間里我覺(jué)得生活非常的充實(shí).不但在畢業(yè)設(shè)計(jì)中鞏固了以前的知識(shí),而且在人生道路上學(xué)到在校園學(xué)不到的社會(huì)交際. 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)考察,它兼顧了四年中所學(xué)的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí),因此不同于以前的課程設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)的飛越.認(rèn)識(shí)到這點(diǎn),我對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度也不敢懶散,一直抱以認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)態(tài)度. 在接到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后首先要做的就是搜集各方面的資料，以前的課程設(shè)計(jì)都是老師給出的，不用自己去煩惱。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)就不同了，它是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)，很多資料，數(shù)據(jù)都需要自己通過(guò)各種途徑搜集得到。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我最大的動(dòng)力，讓我了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專(zhuān)業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。 在本次設(shè)計(jì)中，要用到許多基礎(chǔ)理論，由于有些知識(shí)已經(jīng)遺忘，這使我們要重新溫習(xí)知識(shí)，因此設(shè)計(jì)之前就對(duì)大學(xué)里面所涉及到的有關(guān)該課題的課程認(rèn)真的復(fù)習(xí)了一遍，開(kāi)始對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)有了大致的了解，并也有了設(shè)計(jì)的感覺(jué)。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)的需要，要查閱并收集大量關(guān)于機(jī)械制造方面的文獻(xiàn)，進(jìn)而對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行分析和總結(jié)，這些都提高了我們對(duì)于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)本次設(shè)計(jì)還使我更深切地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，在與同學(xué)們的討論中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，這些使我們相互之間的溝通協(xié)調(diào)能力得到了提高，團(tuán)隊(duì)合作精神也得到了增強(qiáng)。可以說(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了我們大學(xué)四年所學(xué)的大部分知識(shí)，也檢驗(yàn)了我們的綜合素質(zhì)和實(shí)際能力 。 參考文獻(xiàn) [1] 李慶華主編. 材料力學(xué) （第二版）.成都：西南交通大學(xué)出版社，2002 [2] 成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （第四版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [3] 朱孝錄主編. 機(jī)械傳動(dòng)裝置選用手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [4] 何鳴新、錢(qián)可強(qiáng)主編. 機(jī)械制圖 （第四版）.北京：高等教育出版社，2001 [5] 陳秀寧主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) （第二版）.杭州：浙江大學(xué)出版社，1999 [6] 唐金松主編. 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Charact 15(1998):156-160 致 謝 為期兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我也順利的完成了我的課題設(shè)計(jì)，在此之際我要衷心的感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中一直幫助我的老師。 我要感謝張緒坤指導(dǎo)老師，老師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我的影響很大，設(shè)計(jì)過(guò)程中的很多個(gè)難點(diǎn)都是在老師的悉心指導(dǎo)下才克服的。也因?yàn)檫@樣，和老師之間存在著師生心理障礙一下全無(wú)，我也就大方的有問(wèn)題就問(wèn)，有想法就提，這也使得我能更多的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并解決問(wèn)題。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，誨人不倦教學(xué)精神，在學(xué)術(shù)上和為人上都是我們的楷模和榜樣。同時(shí)我還要感謝跟我一起參與設(shè)計(jì)的同學(xué)，雖然我們課題不同，但是都能在討論中發(fā)現(xiàn)各自的問(wèn)題，并互相提出解決的方法，設(shè)計(jì)能夠順利完成，也因?yàn)樗麄兊膸椭? 結(jié)束代表著新的開(kāi)始，新的征程，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)將會(huì)成為我今后工作，學(xué)習(xí)生活中的一份堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。從中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也將成為我們?cè)诮窈笊畹缆飞系囊还P財(cái)富，挫折永遠(yuǎn)是前進(jìn)道路上所必須面對(duì)的，相信我們的未來(lái)會(huì)走的更好，也可以讓我們大學(xué)的老師放心。真心的感謝在大學(xué)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們，再次感謝你們！ 34