搅拌器的结构与设计.

卧式搅拌机的结构设计摘要卧式搅拌机具有悠久的历史，它的应用范围极其广泛，在化学，机械，建筑，轻工业，重金属领域都会看见搅拌机的应用。

从不同的角度可以把搅拌机分为立式和卧式两种，其中卧式搅拌机主要是指搅拌机的轴线与搅拌机回旋轴线都在水平的位置。

本文设计的卧式搅拌器在分析国内外搅拌机械的发展的基础上，设计一种新的卧式搅拌器，这种新的新的结构设计可用于面粉，饲料等粒状物质的搅拌和混合，相比传统的搅拌装置更加快速简单并且工作效率高。

设计的搅拌器具有两个水平的传送方式，第一个是V型皮带和齿轮结合的第一主变速器，以实现混合操作。

第二个是采用楔带和凸轮组成的传动方式，以提高搅拌工作效率。

在该课题中，对卧式搅拌器的基本结构，基本尺寸的详细设计和对搅拌器结构的建模和运动模拟，更为真实简单的体现设计的过程和结构分析，再进行安全分析校核的计算，搅拌器结构设计，参数计算，功率检查，从而确保该搅拌器稳定可靠的运转。

关键词卧式搅拌器；混合设备；搅拌机；上料装置- I -Structure Design of Horizontal MixerAbstractThis design introduced the development course of the domestic and foreign mixer machinery and domestic and foreign research trends，and the design of the mixer. Based on this topic agitator in the domestic and foreign research and development，design a new with vibratory mixing and row material function of horizontal agitator structure design scheme to be used for dry mixing operation．The horizontal mixer has two transmission systems，the first main drive system uses V belt and gear drive to achieve mixing operation．In this paper, the design of horizontal agitator in the analysis of the domestic and foreign mixing based on the development of mechanical, design a new horizontal mixer, this new structure design can be used for flour, feed and other particulate matter and stir the mixture compared to the traditional stirring device is more simple and fast and high work efficiency. The design of the mixer has two levels of transmission, the first is the V type belt and gear combination of the first main transmission, in order to realize the mixed operation. The second is the use of the drive mode of the wedge and the cam to improve the efficiency of mixingIn the paper, the basic structure of horizontal agitator, the detailed design of the basic dimensions and the agitator structure modeling and motion simulation, more simple and true embodiment of the design process and structural analysis, and security analysis and checking calculation, agitator structure design,- II -parameter calculation, check power, so as to ensure the stirrer is stable and reliable operation.Keywords Horizontal mixer, mixing equipment, mixer, feeding device- III -目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究意义 (1)1.2 搅拌器国内外发展现状 (2)1.3 卧式搅拌器发展趋势 (4)1.4 论文主要研究内容 (5)1.5 本章小结 (5)第2章总体方案设计及参数设计 (6)2.1 传动机构方案设计 (6)2.2搅拌机容量确定 (7)2.3搅拌机结构参数确定 (8)2.4 搅拌功率的计算 (11)2.5 传动装置工作参数计算 (13)2.6带传动的计算 (14)2.7本章小结 (20)第3章卧式搅拌机零件设计 (21)3.1 搅拌轴的设计 (21)3.2 搅拌轴的校核 (23)3.3 搅拌机结构设计 (25)3.4 三维建模 (27)3.5 本章小结 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录............................................................................................................... - 33 -- IV -第1章绪论1.1课题研究意义工程添加混合物在整个搅拌过程中的重点和被称为卧式搅拌机自动完成的机械装置，搅拌机在各个行业具有广泛应用，在食品行业更是必不可少的。

1绪论1.1 搅拌器的概述1.1.1搅拌器的应用范围机械搅拌反应器适用于各种物性（如粘度、密度）和各种操作条件（温度、压力）的反应过程，广泛应用于合成材料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、化肥、染料、涂料、食品、冶金、废水处理等行业。

如实验室的搅拌反应器可小至数十毫升，而污水处理、湿法冶金、磷肥等工业大型反应器的容积可达数千立方米。

除用作化学反应器和生物反应器外，搅拌反应器还可大量用于混合、分散、溶解、结晶、萃取、吸收或解吸、传热等操作。

搅拌反应器由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。

搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。

搅拌器、搅拌轴、及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。

1.1.2搅拌器的工作原理通常搅拌装置由作为原动机的马达(电动、风动或液压)，减速机与其输出轴相连的搅拌抽，和安装在搅拌轴上的叶轮组成减速机体通过一个支架或底板与搅拌容器相连。

当容器内部有压力时，搅拌轴穿过底板进入容器时应有一个密封装置，常用填料密封或机械密封。

通常马达与密封均外购，研究的重点是叶轮。

叶轮的搅拌作用表现为“泵送”和涡流”，即产生流体速度和流体剪切，前者导至全容器中的回流，介质易位，防止固体的沉淀并产生对换热热管束 (如果有)的冲刷；剪切是一种大回流中的微混合，可以打碎气泡或不可溶的液滴，造成“均匀”。

1.1.3化工反应中的搅拌设备根据搅拌器叶轮的形状可以分成直叶桨式、开启涡轮式、推进式、圆盘涡轮式、锚式、螺带式、螺旋式等}根据处理的掖体牯度不同可以分为低粘度液搅拌器。

低粘度液搅拌器，如：三叶推进式、折叶桨叶，6直叶涡轮式、超级混合叶轮式 HR 100，HV 100等；中高粘度液搅拌器如：锚式、螺杆叶轮式、双螺旋螺带叶轮型，MR 205，305超混合搅拌器等等。

1.2化工搅拌器的适应条件和构造1.2.1化工搅拌器的适应条件搅拌加速传热和传质，在化工设备中广泛运用。

化工搅拌器的作用使化工生产中的液体充分混合，以满足化学反应能够最大程度的进行，该设备可以代替手动搅拌对人体有毒或对皮肤有伤害的化工原料减少对人体的危害，同时通过电动机带动轴加速搅拌，提高生产率。

搅拌器设计选型绪论搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。

在工业生产中，搅拌操作时从化学工业开始的，围绕食品、纤维、造纸、石油、水处理等，作为工艺过程的一部分而被广泛应用。

搅拌操作分为机械搅拌与气流搅拌。

气流搅拌是利用气体鼓泡通过液体层，对液体产生搅拌作用，或使气泡群一密集状态上升借所谓上升作用促进液体产生对流循环。

与机械搅拌相比，仅气泡的作用对液体进行的搅拌时比较弱的，对于几千毫帕·秒以上的高粘度液体是难于使用的。

但气流搅拌无运动部件，所以在处理腐蚀性液体，高温高压条件下的反应液体的搅拌时比较便利的。

在工业生产中，大多数的搅拌操作均系机械搅拌，以中、低压立式钢制容器的搅拌设备为主。

搅拌设备主要由搅拌装置、轴封和搅拌罐三大部分组成。

其结构形式如下图：一搅拌装置结构图第一章搅拌装置第一节搅拌装置的使用范围及作用搅拌设备在工业生产中的应用范围很广，尤其是化学工业中，二很多的化工生产都或多或少地应用着搅拌操作。

搅拌设备在许多场合时作为反应器来应用的。

例如在三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器约占反应器总数的99%。

搅拌设备的应用范围之所以这样广泛，还因搅拌设备操作条件（如浓度、温度、停留时间等）的可控范围较广，又能适应多样化的生产。

搅拌设备的作用如下：①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好的分散；③使固体粒子（如催化剂）在液相中均匀的悬浮；④使不相溶的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质（如吸收等）；⑥强化传热。

搅拌设备在石油化工生产中被用于物料混合、溶解、传热、植被悬浮液、聚合反应、制备催化剂等。

例如石油工业中，异种原油的混合调整和精制，汽油中添加四乙基铅等添加物而进行混合使原料液或产品均匀化。

化工生产中，制造苯乙烯、乙烯、高压聚乙烯、聚丙烯、合成橡胶、苯胺燃料和油漆颜料等工艺过程，都装备着各种型式的搅拌设备。

第二节搅拌物料的种类及特性搅拌物料的种类主要是指流体。

9.1.2机械式搅拌器的构成机械式搅拌器一般由电机、传动装置（减速器）、搅拌轴和搅拌叶轮组成。

机械式搅拌器在5.5kw以下均采用摆线减速器，机械式搅拌器适用于石油钻井液的搅拌，结构紧凑、占地面积小；7.5kw以上钻井液搅拌器采用蜗轮蜗杆式减速传动，具有传递扭矩大、运转平稳、工作可靠等优点。

常用钻井液搅拌器型号为JBQ5.5,JBQ7.5,JBQ11和JBQ151.叶轮叶轮又称为涡轮，是将机械能转化为流体动能的零件。

叶轮构造会决定叶轮的功能，一般不同储液罐的几何形状，会根据经验和习惯来选择不同样式的叶轮。

较为合理的方法是由搅拌目的和形成的流态为依据来进行选择的。

由于涡轮式的对流循环能力，湍流扩散和剪切力都较强，因此得到了最广泛的应用。

叶轮设计的流向可大概分为径向流和轴向流两类。

叶轮可能至少有两个叶片，但用在油田钻井液中的叶轮通常有4个或更多的叶片。

为满足经济性和钻井液特性的要求，叶片材料通常是不锈钢或碳钢的；叶片也可以是平叶的、折叶的或者是螺旋叶的。

叶片可以被焊在一个中心圆盘上，开启式涡轮大多数叶片是在开有安装槽的轮彀上焊接而成，对于批量生产的开启式蜗轮，叶轮多采用铸造方法。

（1）径向流叶轮当垂直安装叶轮片时将发生径向流，叶轮片与搅拌器的实心轴在一条直线上。

在径向流中叶轮在罐中主要以水平的、循环的方式搅动流体。

在理想情况下，流体一旦接触罐壁就会向上运动并且始终在罐中保持均匀悬浮。

当单独使用时，径向流叶轮应被安放在罐底部附近，最好离罐底小于30cm。

为了使罐顶部和底部都混合均匀，罐深度一般限制在大约1.83m的范围之内。

径向流叶轮安装较高，将产生两个液体运动区域。

若一个在叶轮上面，一个在叶轮下面，将导致有不同的搅拌效率，这种情况不利搅拌，因此，应将叶轮安装在实心轴上的经过水力学严格计算后的适当位置。

（2）轴向流叶轮叶轮的叶片向着箱底的方向有一定的倾角，最典型的是与垂直方向成45º-60º，它以轴向流运动为主。

第一节 罐体的尺寸确定及结构选型 （一）筒体及封头型式选择圆柱形筒体，采用标准椭圆形封头 （二）确定内筒体和封头的直径发酵罐类设备长径比取值范围是 1.7~2.5，综合考虑罐体长径比对搅拌功率、传热以及物料特性的影响选取/ 2.5i H D =根据工艺要求，装料系数0.7η=，罐体全容积39V m =，罐体公称容积（操作时盛装物料的容积）390.7 6.3g V V m η=•=⨯=。

初算筒体直径iii D H D H D V 442ππ=≈34ηπi gi D H V D ≈即m D i 66.17.05.214.33.643≈⨯⨯⨯=圆整到公称直径系列，去mm DN 1700=。

封头取与内筒体相同内经，封头直边高度mm h 402=， （三）确定内筒体高度H当mm h mm DN 40,17002==时，查《化工设备机械基础》表16-6得封头的容积30.734v m =224(90.734)3.643.14 1.74i V vH m D π--===⨯，取 3.7H m = 核算/i H D 与η/ 3.7/1.7 2.18i H D ==，该值处于1.7~2.5之间，故合理。

226.30.69'1.7 3.70.73444g gi V V V D H vηππ====+⨯⨯+该值接近0.7，故也是合理的。

（四）选取夹套直径表1 夹套直径与内通体直径的关系由表1，取10017001001800j i D D mm =+=+=。

夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 （六）校核传热面积工艺要求传热面积为211m ，查《化工设备机械基础》表16-6得内筒体封头表面积23.34,3.7i A m m =高筒体表面积为21 3.7 3.14 1.7 3.719.75i A D m π=⨯=⨯⨯=总传热面积为3.1419.7523.0911A =+=>故满足工艺要求。

第二节 内筒体及夹套的壁厚计算 （一）选择材料，确定设计压力按照《钢制压力容器》（15098GB -）规定，决定选用0189Cr Ni 高合金钢板，该板材在150C 一下的许用应力由《过程设备设计》附表1D 查取，[]103t MPa σ=，常温屈服极限137s MPa σ=。

摘要搅拌设备使用历史悠久，应用范围广,大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、造纸、冶金等行业中。

搅拌设备可以从各种不同角度进行分类,如按照搅拌装置的安装形式简单分为立式和卧式，其中卧式主要是指搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位置。

本课题在国内外搅拌器的研究与发展的基础上，设计了一种新的带有搅拌和振动排料功能的卧式搅拌器结构设计方案以进行用于食品工业的面粉搅拌操作.该卧式搅拌器具有两条传动系统,第一条主传动系统采用V带和齿轮传动实现搅拌操作，第二条传动系统采用多楔带和凸轮组合传动实现搅拌箱体的振动运动.本文对卧式搅拌器的基本结构、基本尺寸进行了详细设计，并利用PRO/ENGINEER对搅拌器结构进行三维建模和运动仿真，以便更直观地展现设计思想和进行结构分析；然后,对设计零件进行了分析校核，保证搅拌器的可靠运行。

关键词：卧式搅拌器;混合设备;面粉加工;食品工业ABSTRACTMixing equipment has been used long time ago, and applied widely in the traditional processing industry such as chemical，petrochemical，light industry, medical industry，food, mining, papermaking，metallurgy and so on. Mixing equipment can be classified by many means。

Horizontal type and vertical type can be classified according to the shaft seal’s fixing method。

Of the two type，the horizontal type means both the tank's axes and the shaft's spin axis are horizontal。

叶后掠式搅拌器的结构设计及应用南凤娟,(化部第一设计院),—●—_-_一三叶后掠式搅拌器, 是目前台成塑料及其他高分子化工生产中大型聚台釜或反应器所采用的一种新型高效搅拌 器其特点为:1,前切力较大,足以使单体物料分散为细滴.并能均匀的悬浮于液相中.便于聚台 而不致附聚堆积成块.2,搅拌液流循环特性好,能使液体同时产生轴向和径向运动.以使液体进 行充分的循环来消除温度的不均匀性.传热效果好.3,排出量大.釜内液相循环每分钟可达 5～ 10 次.传质效果好,能使釜内反应均匀一致.4,能适应聚台操作过程中比重的变化 5,能以一层搅 拌桨叶代替数层其他型式的浆叶.使结构简单化.维修方便.由于三叶后掠搅拌器具备以上特 点,所以它的使用和发展愈来愈广泛本文结台 1984 年在天津光明油漆厂丙烯酸树脂工程中的 使用.筒谈它的结构设计和应用如下:一,三叶后掠式搅拌器在国内外的发展和应用此搅拌器 最早是美国法武都拉公司开发(所以亦称法武都拉型或法多拉型()搅拌器),并伴随着聚氯乙 烯工业的发展而闻名.在聚台过程粘壁问题是一个很突出的问题.因此美国法武都拉公司对三 叶后掠涡轮搅拌器进行研究,并在四十年代和搪玻璃反应器配台研究.首先在塑料生产中应用. 同时也促进了搪玻璃反应器向大型化发展,因为这种搅拌器一】 一阳;/.能在大型容器中产生 2 较好的搅拌效果日本神钢法武都拉公司已可以生产 100 搪玻璃反应器.早在 1954 年.日本神户 制钢所与美国法武都拉公司台作建立神钢法武都拉公司,继续对此搅拌器进行研制.并在反应 器中应用,由于该型搅拌器对粘性物料有较大的适应性.单位动力所排出的液体比平板涡轮搅 拌器大而功耗小.所以研究和应用该叶型具有极大的实际意义.西德/公司在 200 的聚台釜中应 用了该型搅拌器,并放大到 400 的釜中应用.美国公司,公司.法国[公司等都有相当多的研究日 率阪和化工机械株式会社,池袋珐郎工业服务公司制定出了系列标准图罗马尼亚国家标准 5454—76 也制定了三叶后掠式叶轮标准以上国家在这方面卓有成效的工作,对三叶后掠式搅 拌器的发展和扩大应用起到了重要的促进作用.而我国对这种新型搅拌器也正进行研究和探 讨,并在搪磁釜中应用,制定了搪玻璃叶轮的标准系列 5—279—793..一 500(略).北京化工学院 传递教研组对不同截面的叶片进行了试验.可以说为其他材质的际准系列图的制定打好了基 础.我院 1985 年也准备作系列图进行了调查(当时我也参加了这一工作.但由于某种原因暂停). 我相信随着化工原料生产的不断发展.这拜搅拌器的应用会更加广泛.所以制定出这种新型搅 拌器的标准系列是非常必要的(由于近几年无直接搞设计是否已有系列图不详).二,适用范围, 在含有固体颗粒目以下.浓度不大于 5.粘度在厘泊以下时的一些聚合反立中均可采用.2,转数 在 8～150 转/分.一般用的线速度在米/秒以下.最高可迭 4～5 米/秒(与挡板配合使用效果更为 显着).3,液面的高度与釜内径的比值即/:=1.0～1.5 的范围内效果最佳这也就是说在矮胖型的 容器内更适用在以上的范围内对于某些悬浮,传热,混台,气体吸收,浮化等搅拌操作过程中可 应用在靠近部分液如配有能加大为湍流消失.三,流体特性四,凡阿足寸参见图 2./一 0.5～ 0.671/=6～0/一 0.4/一 2 可用 2.5;50.8=0;0 或 0:09 根据搅拌过程中的需要而定,釜内介质以传 热为控制因素时.为了釜内舟质各点的温度均匀,可取=0 国外准荐值).可加大轴向循环.当釜内 介质牯度为控制因素时.=0:(0.325～0.335)或一(0.34～0.324)』当桨叶中心线通过搅拌轴中心 线时如图 3.图图 3 图 4 一 0.326 一 0.337 见图 4(由于装叶的上挠角一 15.故:'-5.的关系式)当浆 叶 外 表 面 通 过 搅 拌 轴 的 中 心 时 一 50 ～ 150( 可 到 160. 过 大 不 利 于 固 体 悬 浮 小 釜 使 用 值).=300(可到 530,过大不利于固体悬浮大釜使用值)符号说明一釜(槽)体内径,[][11.;一釜体 内液面的高度,1[1;一搅拌桨叶组装后的直径.;一不考虑偏转角的最大直径,][];一搅拌桨叶的 宽度.;搅拌桨叶的厚度,;一搅拌桨叶的弯曲半径.后掠角(即搅拌叶外表面端点与中心连线和 通过该点切线方同的夹角);上挠角;8--搅拌叶厚度的中心线与搅拌轴中心线的夹角;桨叶距釜 底的距离.[]]五,搅拌桨÷断面形状对功率的影响采用的叶片断面有四种:矩千臣,长圆形,椭圆 形,圆形在达到同样循环次数情况下.圆形最省功率,其次是椭圆千臣和长圆形.最费功率的则 为矩形从下表可看出此表中数据为某单位试验结果.供参考 1 要形状囝 0 兰试验证明:以上叶 片截面高度相同,搅拌直径相同,搅拌效果基本相同至于选用何种截面的叶片.要综合考虑各方面因素,比如;材质利用,制造方便,结构紧凑合理等一】4 一六,搅拌器结构设誉例:功率计算 和其他搅拌器计算相同(略)搅拌器的工艺条件如下:温度一 170"搅拌功率一 7.干瓦搅拌转数 一 85 转/分 0 逆时针旋转-搅拌釜体内径=1600 搅拌直径一 960 材质为!89 搅拌介质粘度为 800 厘泊为固体悬浮物.要求醋丙聚合时釜内的温度要均匀.根据以上条件选用三叶后掠式搅拌浆 叶较为合适.几何尺寸按三叶后掠式搅拌器推荐的进行设计;断面的确定从制造简单焊接方便 上看属矩形.但由于材霞为不锈钢,价格贵.取厚锕板制造不经济,所以选用不锈钢管压扁制造. 用钢管压成椭圆形难度大,圆截面用的钢管直径加大而叶架的直径加大,影响搅拌效果.所以 选用长圆形截面为最好.口一 50.8 一 5.—600 一(0.5～0.67)一 8001072();=960 符台上述要求 6 一一～96()16096(.一=一～取;20()一导或一 6.或 48()依据和的尺寸选用 4'95×4 的不锈钢管/, 制造桨叶(见图 5)管子中径的周长—'95—4);285.7()设压扁后管子的直径:70()压扁后的圆半径 为.圆的周长一一 2=285.7—2×70=145.7()—一一一 46.4()一 464—4—50.4()取一 50 符合要求 说明设的对(若第一次不对可再假设)叶架的确定.搅拌轴一 65搅拌器系列 直叶圆盘蜗轮搅拌器 直叶圆盘蜗轮搅拌器 圆盘蜗轮搅拌器 圆盘蜗轮搅拌器斜叶式搅拌器 斜叶式搅拌器消泡式搅拌器 消泡式搅拌器弯叶后掠式搅拌器 弯叶后掠式搅拌器搪玻璃锚式搅拌器 搪玻璃锚式搅拌器四叶可拆开启式搅拌 器 四叶可拆开启式搅拌 器四斜叶搅拌器 四斜叶搅拌器。