8.2 机械搅拌反应器过程设备设计.PPT

过程设备设计 过程设备设计 第一节 111 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 8.2.4 搅拌轴设计(P385) 设计搅拌轴应考虑的四个因素： ① 扭转变形； ② 临界转速； ③ 扭矩和弯矩联合作用下的强度； ④ 轴封处允许的径向位移。 确定轴的实际直径时， 还得考虑腐蚀裕量， 最后把直径圆整为标 准轴径。 上述因素计算所得 的轴径是指 危险截面处的直径 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 一、搅拌轴的力学模型 对搅拌轴设定： （1）刚性联轴器联接的可拆轴视为整体轴； （2）搅拌器及轴上的其它零件(附件)的重力、惯性 力、流体作用力均作用在零件轴套的中部； （3）轴受扭矩作用外，还考虑搅拌器上流体的径向 力以及搅拌轴和搅拌器(包括附件)在组合重心 处质量偏心引起的离心力的作用。 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 α-悬臂轴两支点间距 离； d -搅拌器直径； Fe-搅拌轴及各层圆盘 组合重心处质量偏 心引起的离心力； Fh-搅拌器上流体径向 力； Le-搅拌轴及各层圆盘 组合重心离轴承 （对悬臂轴为搅拌 侧轴承，对单跨轴 为传动侧轴承）的 距离。 图8—28 悬臂轴受力模型 Le S FA m1 Fhi Fh1 Fe mi Li L1 α d 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 L -两支点间距离； d -搅拌器直径； Fe -搅拌轴及各层圆盘 组合重心处质量偏 心引起的离心力； Fh-搅拌器上流体径向 力； Le-搅拌轴及各层圆盘 组合重心离轴承 （对悬臂轴为搅拌 侧轴承，对单跨轴 为传动侧轴承）的 距离。 图8-29 单跨轴受力模型 Le Fhi Fh1 FA S m1 mi Fe d Li L1 L 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 二、按扭转变形计算搅拌轴的轴径 搅拌轴受扭矩和弯矩的联合作用，扭转变形过大会 造成轴的振动，使轴封失效。 应将轴单位长度最大扭转角γ限制在允许范围内。 （8—3） 轴扭矩的刚度条件为 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 式中 d—搅拌轴直径，m； G—轴材料剪切弹性模量，Pa； Mn max —轴传递的最大扭矩， N·m； n—搅拌轴转速，r/min； Pn—电机功率，kW； α—空心轴内径和外径的比值； η—传动装置效率； [γ]—许用扭转角，对于悬臂梁[γ]= 0.350/m， 对于单跨梁[γ]= 0.70/m。 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 故搅拌轴的直径为 （8—4） 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 三、按临界转速校核搅拌轴的直径 临界转速nc——搅拌轴的转速达到轴自振频率，发生 强烈振动，并出现很大弯曲时的转速。 刚性轴——工作转速低于 第一临界转速的轴 柔性轴——工作转速大于 第一临界转速的轴 n≥1.3nc n≤0.7nc nc 工程上要求 搅拌轴的工 作转速避开 临界转速 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 一般搅拌轴的工作转速较低，大都为 低于第一临界转速下工作的刚性轴。 把轴理想化为无质量的带有圆盘的转子系统来计算轴的临界转速。 小轴的计算方法—— 轴径细，长度短，质量小 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 大轴的计算方法—— 忽略轴质量会引起较大误差。采用等效质量方法，把轴本 身的分布质量和轴上各个搅拌器的质量按等效原理，分别 转化到一个特定点上（如对悬臂轴为轴末端S ），累加组 成一个集中的等效质量。 把原来复杂多自由度转轴系统简化为无质量轴上只有一个 集中等效质量的单自由度问题。 临界转速与支承方式、支承点距离及轴径有关，不同型式 支承轴的临界转速的计算方法不同。 直径粗，长度长，质量大 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 按上述方法，具有z个搅拌器的等直径悬臂轴可简化为图 8-28的模型，一阶临界转速nc： （8—5） α—悬臂轴两支点间距离，m； 式中 E—轴材料的弹性模量，Pa； I—轴的惯性矩，m4 L1—第1个搅拌器悬臂长度，m； 8.2 机械搅拌反应器 过程设备设计 nc—临界转速，r/min； ms—轴及搅拌器有效质量在s点的 等效质量之和， 等效质量ms计算公式： 式中 m—悬臂轴L1段自身质量及附带液体质量在轴 末端S点的等效质量，kg； mi—第 i 个搅拌器自身质量及附带液体质量在