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1、反响釜设计的有关内容一、设计条件及设计内容分析由设计条件单可知，设计的反响釜体积为 1.0 m 3 ；搅拌轴的转速为 200 r/min ,轴的功率为 4kw;搅拌桨的形式为推动式；装置上设有 5 个工艺接收、2 个视镜、4 个耳式支座、1 个温度计管口。反响釜设计的内容主要有：（1） 釜体的强度、刚度、稳定性计算和构造设计；（2） 夹套的的强度、刚度计算和构造设计；（3） 设计釜体的法兰联接构造、选择接收、管法兰；（4） 人孔的选型及补强计算；（5） 支座选型及验算；（6） 视镜的选型；（7） 焊缝的构造与尺寸设计；（8） 电机、减速器的选型；（9） 搅拌轴及框式搅拌桨的尺寸设计；（10）
2、选择联轴器；（11） 设计机架构造及尺寸；（12） 设计底盖构造及尺寸；（13） 选择轴封形式；（14） 绘总装配图及搅拌轴零件图等。第 10 页 共 28 页第一章 反响釜釜体的设计1.1 釜体DN 、 PN 确实定1.1.1 釜体DN 确实定将釜体视为筒体，取 L/D=1.1由 V=(/4) D则2 L ，L=1.1 Dii1.0 43 1.1Di， Di 1.0m ，圆整Di 1000 mm由 1 314 页表 16-1 查得釜体的DN1000mm1.1.2 釜体PN 确实定由设计说明书知釜体的设计压力PN 0.2 MPa1.2 釜体筒体壁厚的设计1.2.1 设计参数确实定设计压力 p1
3、：p10.2MPa；液柱静压力 p1H=10(-6)1.0103101.1=0.011MPa计算压力 p1c： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa； 设计温度 t1： 100 ；焊缝系数 ：0.85许用应力 t ：依据材料 Q235-B、设计温度100，由参考文献知 t 113 MPa ；钢板负偏差C1： C 0.6 mm GB6654-96；1腐蚀裕量C ： C223.0 mm 。1.2.2 筒体壁厚的设计p D由公式 ciC 得：n2 tpc0.211 1000+0.6+3.0=4.7mm1n2 113 0.85 0.211圆整6mm1n刚度校核：碳素钢的3mmmi
4、n考虑筒体的加工壁厚不小于 5mm，故筒体的壁厚取6mmn1.3 釜体封头的设计1.3.1 封头的选型釜体的下封头选标准椭球型，代号 EHA、标准 JB/T47462023。1.3.2 设计参数确实定设计压力 p1：p10.2MPa；液柱静压力 p1H=10(-6)1.0103101.1=0.011MPa计算压力 p1c： p1c=p1+p1H=0.2+0.011=0.211MPa； 设计温度 t1： 100 ；焊缝系数 ：0.85许用应力 t ：依据材料Q235-B、设计温度100，由参考文献知 t 113 MPa ；钢板负偏差C1： C 0.6 mm GB6654-96；1腐蚀裕量C ：
5、C223.0 mm 。1.3.3 封头的壁厚的设计由公式n2pc D iC 得t0.5 pc”0.211 10000.6 3.0 = 4.7 mm1n2 113 0.85 0.5 0.211圆整得” 1n6mm1.3.4 封头的直边尺寸、体积及重量确实定依据DN1000 mm ，由参考文献附表 4-2 知： 直边高度 h2： 25 mm容积 V：0.1505 m 3曲边高度 h1：250 mm内外表积 A：1.1625 m 2质量 m:53.78kg1.4 筒体长度H 1 的设计1.4.1 筒体长度 H 的设计筒体高度 H1=V-V 封)/V1m=(1-0.1505)/0.785=1.082m
6、圆整 H1 至 1100mm1.4.2 釜体长径比L /DL /Di=H1/Di的复核i=1100 / 1000 = 1.1在 11.3 的范围内，故所求长径比满足要求。1.5 外压筒体壁厚的设计1.5.1 设计外压确实定由设计条任务书可知，夹套内介质的压力为0.3MPa，取设计外压p =0.3 MPa 。1.5.2 图算法设计筒体的壁厚设筒体的壁厚 8 mm ， 则：=nenC =8-3.8 = 4.2 mm ，DD2Oin=1016 mm ， D /0e1016 /4.2 241.90 20。11L”H2hh3 12900250 25 1008.3mm3L”/D01008.3 /1016
7、0.99在参考文献图 4-5 中的L /Do坐标上找到 1.012 的值，由该点做水平线与对应的D /S0e322.67 线相交，沿此点再做竖直线与横坐标相交，交点的对应值为： A 0.OOO4。再由参考文献图 4-6 中选取，在水平坐标中找到 A =2.810-4 点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交， 得到系数B 的值为： B 155MPa、 E =2.00105 MPa 。依据p=B得： p = D /0e1551016 /4.2=0.64 MPa 由于 p 0.3 MPa p0.64 MPa ，所以假设8 mm 。8 mm 合理，取筒体的壁厚nn
8、1.6 外压封头壁厚的设计1.6.1 设计外压确实定封头的设计外压与筒体一样，即设计外压 p =0.1 MPa 。1.6.2 封头壁厚的计算设封头的壁厚=8 mm ，则:n=C =8-3.8 = 4.2 mm ，对于标准en椭球形封头K =0.9，RiKD 0.91000=900 mm ，R /iie=900/4.2= 241.29R /241.29计算系数： A = 0.1250.125ie= 5.1810-4在参考文献图 4-5 中选取，在水平坐标中找到A =5.1810-4 点，由该点做竖直线与对应的材料温度线相交，沿此点再做水平线与右方的纵坐标相交，得到系数B 的值为值为： B 78
9、MPa 、 E =2.00105 MPa依据p=B得： p = D /0e78241.90=0.322 MPa 由于 p 0.3 MPa p0.322 MPa ，所以假设8 mm 合理，考虑到与n筒体的焊接，符合封头的壁厚与筒体全都，故取8 mm 。nD/mmH /mmih /mmo/mm1000250258由 JB/T 473795 知釜体封头的构造如以下图，封头质量：72.05 kg 下表为釜体封头的尺寸：其次章 反响釜夹套的设计2.1 夹套的DN 、 PN 确实定2.1.1 夹套DN 确实定由夹套的筒体内径与釜体筒体内径之间的关系可知：DD100 1000+100=1100 mm ji故
10、取DN =1100mm2.1.2 夹套PN 确实定由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为 0.3 MPa ，取PN 0.3 MPa2.2 夹套筒体的设计2.2.1 夹套筒体壁厚的设计p D由公式 ciC 得：n2 tpc0.211 1100+0.6+3.0=4.8mm1n2 113 0.85 0.211圆整6mm1n刚度校核：碳素钢的min3mm考虑夹套筒体与釜体筒体壁厚全都，故筒体的壁厚取n8mm2.2.2 夹套筒体长度H的初步设计jV VH 筒=hV10.8 1 0.15050.785=0.827m=827mm圆整后 H 筒=900mm2.3 夹套封头的设计2.3.1 封头的选型夹套的
11、下封头选标准椭球型，内径与筒体一样D1400 mm 。代号EHA，j标准 JB/T47462023。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角45 。2.3.2 椭球形封头壁厚的设计由于 pW 为常压0.3 MPa ，所以需要依据刚度条件设计封头的最小壁厚。 D 1100 mm 3800 mm ，取jmin2 D/1000 且不小于 3 mm 另i加C ，2 S3+3=6 mm ，圆整min=8 mm 。n对于碳钢制造的封头壁厚取=8 mm 。n直边高度h1深度h2容积VjF质量25 mm275 mm0.1980 m 386.49 kg2.3.3 椭球形封头构造尺寸确实定夹套封头的尺寸见下表：封头
12、的下部构造如以下图：由设备设计条件单知：下料口的 DN 40 mm ，封头下部构造的主要构造尺寸Dmin116 mm 。2.3.4 带折边锥形封头壁厚的设计考虑到封头的大端与夹套筒体对焊，小端与釜体筒体角焊，因此取封头的壁厚与夹套筒体的壁厚全都，即2.3.5 封头构造的设计8 mm 。n公称直径DN/mm总深度H/mm内外表积A/m2容积 V/m311004002.55680.8602.3.6 带折边锥形封头壁厚的设计由于封头过渡局部与锥体局部受力状况不同，分两局部计算过渡局部：30o K=0.68 f=0.554 R10.15D，选型为 CHA。IKP DciC0.68 0.3 11003
13、4.67mmn2 t0.5Pc2 113 0.6 0.5 0.3锥体局部：nfP D ci2 t0.5PC20.554 0.3113 0.611000.5 0.334.35mmc考虑到与夹套筒体的焊接，故圆整8mmn2.4 传热面积的校核DN =1000mm 釜体下封头的内外表积Fh= 1.1625 m 2DN =1000mm 筒体1 m 高的内外表积F1= 3.14 m 2夹套包围筒体的外表积FS= F H1= 3.140.9=2.826 m 2jF + FhS=1.1625 + 2.826=3.9885 (m 2)釜内进展的反响是吸热反响，则需进展传热面积的校核，即：将 F + F =hS
14、5.6429 m 2 与工艺需要的传热面积F 进展比较。 F + FhS=3.98853，满足要求。第三章 反响釜釜体及夹套的压力试验3.1 釜体的水压试验3.1.1 水压试验压力确实定水压试验的压力： pT1.25p ，查 tt1 .0P1.25 0.2 1.0 0.25MPa 。T3.1.2 液压试验的强度校核由maxp (D)Tie得：2emax0.9 0.25 (1000 8 3.8) 29.88MPa2 4.2=0.92350.85=179.8 MPa s由max29.88 MPa 0.9=179.8 MPas故液压强度足够3.1.3 压力表的量程、水温及水中Cl 浓度的要求压力表的
15、最大量程：P 表=2 pT=20.25=0.5 MPa或 1.5PTP4P表T即 0.375MPaP表1 MPa水温15水中Cl 浓度25 mg /L3.1.4 水压试验的操作过程操作过程：在保持釜体外表枯燥的条件下，首先用水将釜体内的空气排空， 再将水的压力缓慢升至 0.25 MPa ，保压不低于 30 min ，然后将压力缓慢降至0.2 MPa ，保压足够长时间，检查全部焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。假设质量合格，缓慢降压将釜体内的水排净，用压缩空气吹干釜体。假设质量不合格，修补后重试压直至合格为止。水压试验合格后再做气压试验。3.2 夹套的液压试验3.2.1 液压试验压力确实定
16、液压试验的压力： p1.25p ，查 =1.0T t tp =1.250.31.0=0. 375 MPa ，T取 p =0.375 MPaT3.2.2 液压试验的强度校核由maxp (D)Tie得：2emax 0.375 1100 4.2 =49.3 MPa 2 4.2max49.3 MPa 0.9=0.923510.85=179.8 MPa s液压强度足够3.2.3 压力表的量程、水温的要求压力表的量程：P 表= 2 pT=20.375=0.75 MPa或 1.5PTP 表 4PT即 0.5625MPaP 表 1.5MPa水温5。3.2.4 液压试验的操作过程在保持夹套外表枯燥的条件下，首先
17、用水将夹套内的空气排空，再将水的压力缓慢升至 0.375 MPa ，保压不低于 30min，然后将压力缓慢降至 0.3 MPa ， 保压足够长时间，检查全部焊缝和连接部位有无泄露和明显的残留变形。假设质量合格，缓慢降压将夹套内的水排净，用压缩空气吹干。假设质量不合格，修补后重试压直至合格为止。第四章 反响釜附件的选型及尺寸设计4.1 釜体法兰联接构造的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。4.1.1 法兰的设计(1) 依据DN 1000mm、PN 0.6 MPa ，由参考文献附表 4-4，确定法兰的类型为甲型平焊法兰。标记：法兰 RF1000-0.6 JB
18、/T4701-2023材料：20 锻(2) 法兰的构造如以下图：具体的构造尺寸见下表： 公称直径DN/法兰/ mm螺栓DDDDDmm1234d规格数量1000113010901055104510424823M20364.1.2 密封面形式的选型依据PN 0.6 MPa 1.6 MPa 、介质温度100和介质的性质，由参考文献知密封面形式为光滑面。4.1.3 垫片的设计由参考文献表 16-14 得垫片选用耐油橡胶石棉垫片，材料为耐油橡胶石棉板GB/T539，构造及尺寸如下：D0/mmd /mmi/mm1045100044.1.4 螺栓、螺母和垫圈的尺寸规格本设计选用六角头螺栓A 级和 B 级、G
19、B/T5782-2023、型六角螺母A 级、GB/T6172.1-2023。平垫圈100HV、GB/T95-2023。螺栓长度L 的计算：螺栓的长度由法兰的厚度 、垫片的厚度 S 、螺母的厚度 H 、垫圈厚度 h 、螺栓伸出长度 0.30.5 d 确定。其中 =48 mm 、 S =4 mm 、 H =10 mm 、 h =1 mm 、螺栓伸出长度取0.3d =0.323 mm螺栓的长度L 为： L 2S H2h 0.3d2 48 4 10 2 1 0.3 23=120.9 mm 取L 120 mm螺栓标记： GB/T5782-2023M20120 螺母标记： GB/T6172.1-2023M
20、20垫圈标记：GB/T95-202324-100HV5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料依据甲型平焊法兰、工作温度t200r/min 时，都应做临界转速校核。由于反响釜的搅拌轴转速n =200 r/min ，故不作临界转速校核计算。5.2 联轴器的型式及尺寸的设计联轴器的型式选用刚性凸缘联轴器GT45，标记为：GT45。由参考文献确定联轴器的构造和尺寸如下：主要尺寸,mm质标定 孔径 dgMnmax量kg16GT 型凸缘联轴器的刚性及尺寸表符号GTH7NmDD1D0HH1H2H3d0ndmr4545160014511575162852025M124M1248.3 5.3 推动式搅拌器尺寸的设计
21、推动式搅拌器的直径 Dj 常取罐体内径 D1 的 1/51/2，以 Dj=0.33 D1 最为常见，Dj=0.331000=330mm,由参考文献表 4-6，可将其圆整至 300mm.推动式搅拌器如以下图所示，类似风扇扇叶构造。它与轴的连接是通过轴套用平键或紧定螺钉固定，轴端加固定螺母。推动式搅拌器的尺寸见下表：(mm)键槽N/nDjdd1d0btH质量，kg不大于3004080M121243.6653.620.025.4 搅拌轴的构造及尺寸的设计5.4.1 搅拌轴构造的设计搅拌轴成阶梯形，其主要目的是便于轴上零件的装拆、区分加工外表和利用轴肩定位等。搅拌轴的构造型式应依据轴上安装的搅拌器类型
22、、支承的构造和数量、以及与联轴器的连接要求而定，还要考虑腐蚀等因素的影响。具体的构造见零件图5.4.2 搅拌轴的尺寸设计(1)加固定螺母的轴端直径为 M36，长度 L1=182+=50mm。(2)安装搅拌器的轴段由搅拌器的尺寸参数确定此段轴的直径为40，长度 L2=H-3=65-3=62mm。(3)釜内的主体轴段此处轴径变化主要是为 了搅拌器的安装和定 位， 通常取半径差 a (0.070.1)d，所以此处轴径为45，长度 L3=1135-65/2+4+15.5=1122mm。(4)安装分半环的轴段为便于分半环的安装，可取直径40， L4=12。(5)安装填料密封的轴段考虑到填料密封的尺寸参数
23、，取此处轴径为50， 长度 L5=340-4-(22.752-3)+14.5=308mm。(6) 安装轴承的轴段考虑到所选的 30211 型轴承，此处轴径为55， 长度 L6=2T-3=222.75-3=42.5mm。(7) 安装轴承压盖并定位轴承的轴段此处轴径的变化是为了轴承的定位和轴承压盖的安装，通常取半径差 a (0.070.1)d，所以此处轴径可取60，取长度 L7=56mm。(8) 安装联轴器的轴段此处轴径变化是为了联轴器的定位和安装，考虑到联轴器的尺寸参数，此处轴径为55，长度 L8=72mm。(9) 安装螺母的轴段此处轴径为 M36，长度 L9=18+2=20mm。所以搅拌轴的总
24、长 L= L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9=50+62+1122+12+308+42.5+56+72+20=1744.5mm5.4.3 轴上键的选择与设计安装搅拌器的轴段：键 1256GB/T 10962023； 安装联轴器的轴段：键 1665GB/T 10962023。第六章 传动装置的选型和尺寸计算6.1 电动机的选型由于反响釜里的物料腐蚀状况微弱且没有防爆要求，所以可选择最常用的 Y 系列全封闭自扇冷式三相异步电动机。电机功率必需满足搅拌器运转功率与传动系统、轴封系统功率损失的要求， 还要考虑到有时在搅拌操作中会消灭不利条件造成功率过大。电机功率可按下式确定：式中 P
25、 电机功率；dP =(P+Pm)/dP搅拌器功率已经给出为 4kw； Pm轴封系统的摩擦损失； 传动系统的机械效率由参考文献表 4-8，可取 0.992。所以 P =4+/0.9924kwd由参考文献附表 5-4，选用 Y132M1-6 型电动机，额定功率为 4kw，满载转速为 960r/min。6.2 减速机的选型反响釜用的立式减速机，主要类型有谐波减速机、摆线针轮行星减速机、二级齿轮减速机和 V 带传动减速机。依据电机的功率 P=4kw、搅拌轴的转速 n=200 r/min，查参考文献表 4-11， 可选用 LC 齿轮减速机，其型号尺寸从HG 5 746 78 标准中查得为LC100-11
26、。在一样速比范围内，较之于其他传动来说，两级齿轮减速机传动具有体积小、效率高、制造本钱低、构造简洁、装配检修便利等，传动比准确，寿命长。减速机的外形安装尺寸见参考文献。6.3 机架的设计由于反响釜传来的轴向力不大，减速机输出轴使用了刚性凸缘联轴器，且反响釜使用不带内置轴承的机械密封，应选用 WJ 型单支点机架HG2156695。机架代号为 DJ35。机架的构造如以下图所示：机架代输入端接口输出端接口质H2 H3 H4 H5 H6H量，kg78DJ 单支点机架的主要尺寸见下表：号D1D2D3n1-MD4D5D6n2-DJ35340 1524 561702002306-M1026032036012
27、-146006.4 反响釜的轴封装置设计6.4.1 反响釜的轴封装置的选型轴封是搅拌设备的一个重要组成局部，其任务是保证搅拌设备内处于肯定的正压和真空状态及防止反响物料逸出和杂质的渗入。鉴于搅拌设备以立式容器中心顶插式搅拌为主，很少满釜操作，轴封的对象主要为气体；而且搅拌设备由于工况简单，轴的偏摆振动大，运转稳定性差等特点，故不是全部形式的轴封都能用于搅拌设备上。反响釜搅拌处的轴封，属于动密封，常用的轴封构造主要有两大类，填料箱密封和机械密封。填料密封式搅拌设备最早承受的一种轴封构造，它的根本构造是由填料、填料箱、压盖、压紧螺栓及油杯等组成。特点是构造简洁、易于制造，在搅拌设备上曾得到广泛应用。一般用于常压、低压、低转速及允许定期维护的搅拌设备。机械密封是一种功耗小、泄漏率低，密封性能牢靠，使用寿命长的转轴密封。主要用于腐蚀、易燃、易爆、剧毒及带有固体颗粒的介质中工作的有压和真空设备。由设计任务书知，釜内介质的腐蚀性微弱，釜内压力较低，所以可以选择应用广泛的填料密封。