工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计毕业设计

工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计毕业设计

毕业设计说明书论文编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计信机系机械工程及自动化专业学号：　　　　　　　学生姓名：指导教师：　（职称：副教授）（职称：）2013年5月25日nn毕业设计说明书论文无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）工业废水处理厂絮凝搅拌机的设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械96学号：作者姓名：2013年5月25日n毕业设计说明书论文摘要搅拌机在搅拌设备中处于核心地位。在搅拌机设计及使用过程中，合理的选取搅拌机的结构，运动和工作参数，直接关系到搅拌质量和搅拌效率。完成絮凝经过的絮凝池(一般常称反映池)，井水除氟设备海扬，在净水料理中占据重要的名望。自然水中的悬浮精神及肢体精神的粒径分外微细。为去除这些精神平日借助于混凝的权谋，也就是说在原水中参与适当的混凝剂，经过充塞混和，使胶体安静性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝本能机能。而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，反应池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置，它主要用于废水处理的搅拌过程。本设计提到了反应池的结构设计，搅拌机的结构设计，电动机及减速器的选型，搅拌机支架设计，密封设计以及其工艺流程。在设计过程中，我们应该充分考虑桨叶距离絮凝池顶端、底端以及侧壁预留的距离，还有就是轴的密封问题。关键词：絮凝池；混凝剂；沉淀效果；絮凝性能n毕业设计说明书论文AbstractThemixerisatthecorepositioninthemixingequipment.Inagitatordesignanduseoftheprocess,selectthereasonablestructureofthemixer,motionparametersandwork,directlyrelatedtothemixingqualityandefficiencyofstirring.Accomplishflocculationpool(oftencalledtheflocculationafterreflectingpool),waterfluorideremovalequipmentHIYOUNG,occupytheimportantpositioninwaterpurificationcuisine.Suspendedspiritandspiritofnaturalwaterbodysizeisfine.Toremovethesespiritualweekdaysbycoagulationoftrickery,thatistosayintheappropriatecoagulantinwater,afterfullmixing,sothatcolloidalquietisbad(destabilization)andphaseadsorptionandmixedpolymercoagulantwaterafter,theparticleswithflocculationperformance.Theflocculationpoolpurposeistocreateappropriatewaterpowerconditionmakesthisaggregationwithflocculationpropertiesofparticlesincontactwitheachother,toformalargeflocs(flocs).Therefore,thereactionpooldesignisappropriate,inrelationtotheeffectofflocculation,sedimentationandflocculationeffecthasdirectimpacttofollow-uptreatment.Theflocculationmixerisflocculationpoolmechanicalrabbledevice,whichismainlyusedformixingprocessinwastewatertreatment.Thisdesigntostructuredesignreactiontank,thestructuredesignofmixer,selectionofmotorandreducer,mixerstentdesign,sealdesignanditsprocesses.Inthedesignprocess,weshouldgivefullconsiderationtobladedistanceflocculationpoolatthetop,bottomandsidewallreserveddistance,thereistheproblemofshaftseal.Keywords:Flocculationpool;Coagulant;Precipitayioneffect;Flocculationfunctionn目录摘要IIIABSTRACTIV目录V1绪论11.1絮凝搅拌机的研究内容和意义11.1.1设计絮凝搅拌机的目的、意义11.1.2絮凝搅拌机的研究范围11.1.3絮凝搅拌机的要达到的技术要求11.2国内外的发展概况21.2.1国内外发展概述21.2.2国内外发展状况21.2.3存在问题41.3设计搅拌机应达到的要求41.3.1反应搅拌机的工作原理41.3.2絮凝的工作原理51.3.3水处理中的搅拌设备51.3.4絮凝搅拌机的适应条件和构造61.3.5设计思路72反应池的结构设计82.1引言82.2絮凝反应理论知识92.3反应池的工艺性分析122.4反应池的技术要求及设计效果163搅拌机的结构设计183.1设计数据183.2设计要求183.3设计计算数据193.4桨叶的设计203.4.1桨叶结构尺寸确定203.4.2搅拌器转速计算203.4.3搅拌功率计算224电动机及减速器的选型234.1减速器和电动机的选型条件234.2电动机与减速器的选择234.3联轴器的选型254.4搅拌轴的设计26n4.5轴与桨叶、联轴器的连接274.5.1桨式搅拌器与轴的连接274.5.2联轴器与轴的连接274.6轴承的选型以及轴的最终确定275搅拌机支架设计285.1搅拌机的支承部分285.1.1机座285.1.2轴承装置285.2水下支撑座的设计295.2.1轴承的选型295.2.2支撑套的设计306密封设计316.1密封装置的类型316.2填料密封316.2.1填料的种类316.2.2填料的选择326.2.3填料的合理装填326.2.4成型填料密封326.3机械密封336.3.1机械密封的工作原理336.3.2机械密封前的准备工作346.3.3机械密封材料346.3.4机械密封与软填料密封比较356.4轴的密封选择357结论37参考文献38谢辞39nn毕业设计说明书论文1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。本章主要对絮凝搅拌机的研究内容和意义、国内外的发展概况以及设计搅拌机应达到的要求进行了阐述。1.1絮凝搅拌机的研究内容和意义本节讲述了设计絮凝搅拌机的目的、意义，絮凝搅拌机的研究范围以及要达到的技术要求。1.1.1设计絮凝搅拌机的目的、意义废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置，经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求。废水处理中反应搅拌机的意义是在絮拟池中加入絮拟剂,在絮拟剂的作用下,通过搅拌机的作用,使原水中的悬浮物质及胶体物质凝聚,形成较大的颗粒,以利于沉淀,达到净水的目的。1.1.2絮凝搅拌机的研究范围本题目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计，主要解决的问题是水处理中该设备的设计，包括：主轴、絮凝搅拌机、电动机及减速器的选型、支撑装置设计、轴的密封设置、絮凝池的设计，并画出相应的设备图。1.1.3絮凝搅拌机的要达到的技术要求搅拌机分为常规饲料搅拌机和添加剂搅拌机两种。常规饲料搅拌机有立式和卧式两种。立式搅拌机搅拌时间一般为，卧式机则为左右，搅拌配合饲料时应分批搅拌。立式搅拌机的优点是混合均匀，动力消耗少，缺点是混合时间长，生产率低，装料、出料不充分。卧式搅拌机主要工作部件为搅动叶片，叶片分为内外两层，它们的螺旋方向相反。在工作时叶片搅动饲料，使内外两层饲料作相对运动，以达到混合的目的。卧式搅拌机的优点是效率高，装料、出料迅速，缺点是动力消耗较大，占地面积大，价格也较高，因此一般较少采用。在絮凝过程中，搅拌的作用有两点：一是混合，促进细微颗粒之间的碰撞，使颗粒逐渐长大；二是固体悬浮，使凝聚的颗粒能均匀地悬浮在液体中，防止其在絮凝池中沉淀。另外，絮凝搅拌过程还有一个重要的制约因素，即由剪切速率产生的剪切应力，将对絮凝颗粒造成破碎作用，这就是为什么在进行絮凝搅拌设计时通常要考虑叶尖速度的限制。FRF系列搅拌机专用于絮凝过程，很低的转速、高排液量，高效轴流型桨叶，所以传统的G值或GT值也同样仅作为参考。n毕业设计说明书论文从搅拌技术观点看，流体搅拌可分为五种基本搅拌应用，而每一种搅拌应用又可根据物理过程和化学过程分为两种类型。因此，总共有十种基本的搅拌应用。每一种基本搅拌应用都有各自的搅拌特点，过程要求和放大设计准则。实际应用时，每种搅拌应用往往会有几种基本搅拌应用组成，如絮凝搅拌过程由液液混合和固体悬浮两个基本搅拌应用组成。搅拌机产生较高的流动作用和较低的压头，而小直径桨叶配以高转速则产生较高的压头和较低的流动作用。在搅拌槽中，要使微团相互碰撞，唯一的办法是提供足够的剪切速率。从搅拌机理看，正是由于流体速度差的存在，才使流体各层之间相互混合，因此，凡搅拌过程总是涉及到流体剪切速率。剪切应力是一种力，是搅拌应用中气泡分散和液滴破碎等的真正原因。必须指出的是，整个搅拌槽中流体各点剪切速率的大小并不是一致的。通过对剪切速率分布的研究表明，在一个搅拌槽中至少存在四种剪切速率数值，它们是：实验研究表明，就桨叶区而言，无论何种浆型，当桨叶直径一定时，最大剪切速率和平均剪切速率都随转速的提高而增加。高效轴流型桨叶快混搅拌机的设计方法是以搅拌机的排液量为基础，以平均停留时间内搅拌桨叶产生的排液量与快混池的有效体积之比值（N）作为选型设计快速搅拌机的依据。由于受到加药量、搅拌槽几何尺寸形状以其他因素的影响，该比值不是固定不变的，但一般要求。同一种桨叶在达到同样的搅拌效果（即同样的比值n）时，搅拌功率将随D/T（T为槽体直径或等效直径）值的增大而下降，换句话讲，适合一个搅拌过程的搅拌机不止一种，可以有多种搅拌功率，搅拌转速和桨叶直径的组合。1.2国内外的发展概况本节讲述了絮凝搅拌机的国内外发展概述，国内外发展概况以及存在的问题。1.2.1国内外发展概述搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量、能耗和生产成本，工程界和学术界对搅拌混合都非常重视，进行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一。目前，搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验，对放大规模还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论，由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌器的研究日趋深入，已从早期对搅拌功率和混合时间的研究，20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑流体流动的三维性、随机性、非线性和边界条件不确定性。通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善。1.2.2国内外发展状况（1）国产污水处理设备发展现状n毕业设计说明书论文　　国产污水处理设备的生产始于20世纪70年代中后期，当时产品的标准化、成套化、系列化水平很低，定型产品较少。进人20世纪90年代以来，国家有关部门先后对主要污水处理设备制造企业进行了技术改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水处理专用设备和与之配套的通用设备的生产水平都有了很大提高。　　目前，日处理5、10、25、50吨的城市污水处理厂的全部或主要设备都可实现国产化。其中，国产的微孔曝气器、高强度曝气机、带式压滤机、各类格栅除污机、刮泥机、刮砂机、曝气转刷、曝气鼓风机、大型污水泵、潜水电泵等已基本上能够适应国内市场需求，还有部分产品出口。　　在产品设计方面，从日处理5万吨到50万吨规模的污水污泥提升系统、机械过滤沉淀系统、曝气处理系统、污泥脱水处理系统等国产设备，已相当于国际20世纪80年代水平，并能够提供成套设备。但在沼气发电系统、在线监控系统等方面，国产设备与国外发达国家相比，尚存在较大差距。在一些国际20世纪90年代最新形技术装备领域，还存在空白有待填补。在产品水平方面，能耗较大的鼓风机、水泵等产品，单机设备效率已接近国际20世纪80年代水平。成套产品的总体水平相当于国际20世纪七八十年代的水平。（2）发达国家污水处理设备发展现状　　发达国家污水处理设备目前已达到高度现代化水平，具有以下特点：　　1）城市污水和工业废水处理设备已实现标准化、定型化、系列化和成套化，已构成门类齐全、商品化程度高的水处理设备工业；　　2）水处理单元设备，如沉淀、过滤、萃取、吸附、微滤、电渗析等已形成专业化规模生产，品种、规格、质量相对稳定，性能参数可靠，用户选择十分方便；　　3）城市污水成套设备向大型化发展，工业废水处理设备随着工艺的成熟而趋于专门化、成套化；　　4）与水处理相配套的风机、水泵、阀门等通用设备已逐步实现专门化设计，并组织生产，以满足特殊需要；　　5）水资源紧张、水体富营养化、饮水安全导致废水深度处理设备和消毒设备有相当程度的发展；6）厌氧处理技术重新引起重视，促进了厌氧处理设备在高浓度有机废水处理上的应用。我国污水处理事业的历史始于1921年，到改革开放的近二十年来取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要。污水处理厂的建设，极大地提高了城市污水的处理水平，但处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长，我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低，很多老城区的排水管网甚至不成系统。城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主要原因，由此导致了水环境的持续恶化，并严重的制约了我国经济与社会的发展。我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为：污水处理技术落后：城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键，就目前的发展状况来看，在中小城市污水处理方面，尚缺乏适合我国实际国情的污水处理技术和设备。因此，探索和发展适合我国国情的中小城市（镇）污水处理工艺，掌握一批在中小城市（镇）具有代表性的污染源的治理技术和城市污水处理技术，就势在必行。n毕业设计说明书论文由于现在的水污染大部分是来自分散的非点源，对于这些非点源污染，控制措施和相关费用都具有很高的不确定性，今后城市在污水处理方面能够或应该做到什么程度，目前正在进行激烈的争论。合流制污水管网的老城市需要大量投资，来减少在雨季的污水溢流，而迅速发展的新兴城市又临着处理能力不足，导致生活污水管网溢流的问题。1.2.3存在问题现在搅拌机被广泛应用于石化，化工，矿业，制药，发酵，造纸，食品，水处理，环保，以及精细化工等行业，同时因其发展时间较短，故在搅拌器的应用过程中，存在一些问题，常见问题有：1）齿轮箱泄漏；2）由于轴在机械密封处偏摆量大，致使机械密封使用寿命短，泄漏；3）系统振动较大，噪音强烈；4）维护维修成本较高等。通常齿轮箱漏油可以换密封圈解决；机械密封可以更换易损件使其得以继续沿用；系统振动可以靠加固减弱之，但这些无疑是治标之策，也是成本的消耗。1.3设计搅拌机应达到的要求本节从反应搅拌机的工作原理，絮凝的工作原理，水处理中的搅拌设备以及絮凝搅拌机的适应条件和构造充分考虑了设计反应搅拌机应达到的要求，总结了设计反应搅拌机的设计思路和方法。1.3.1反应搅拌机的工作原理对于不同的介质，不同的化学反应过程，要求搅拌装置的结构和搅拌速度不同，根据不同的场合一般分为以下几种情况：（1）液-液互溶系统的场合一般采用低速搅拌就能足够完成，这种场合常用浆叶式搅拌装置。（2）液-液互不相溶系统的场合这种场合则需要强烈的上下翻滚，常用浆叶搅拌器，在釜体内加有一定形状的挡板，或采用推进式搅拌器。（3）固-液相系统的场合反应介质里有少量的固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌，反之当反应介质或反应过程的生成物中固体较多，且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌，这些搅拌均属于固-液相的搅拌系统。在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是废水，废水处理中反应搅拌机的目的是由电机作为驱动装置，经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体颗粒絮凝形成较大的颗粒，以利沉淀，以满足水处理中水质净化的要求，如图1.1所示。n毕业设计说明书论文图1.1搅拌机搅拌示意图1.3.2絮凝的工作原理胶体的脱稳阶段是第一阶段，絮凝是第二阶段，而絮凝指胶体脱稳以后结成大颗粒絮体的阶段。第一阶段相当于给水处理中加药混合后的极短的一段时间，可能在一秒钟内，而絮凝则主要是在反应设备中完成的，这是水处理中常用的方法，其工作原理如图1.2。图1.2絮凝沉淀处理流程示意图1.3.3水处理中的搅拌设备水处理中的搅拌设备，分成溶药搅拌，混合搅拌，絮凝搅拌，澄清池搅拌，消化池搅拌和水下搅拌六种类型。絮凝搅拌是水处理的重要方法之一或基本单元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活饮用水、工业用水、工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用，因而学习和研究絮凝科学及其在水处理中的应用具有十分重要的意义。其中絮凝搅拌机分为：刚性连接搅拌机和弹性连接搅拌机。本设计主要讨论的是刚性连接搅拌机。刚性连接搅拌机由：电动机，减速器，刚性联轴器，机座，轴承，搅拌轴，搅拌器。搅拌设备的工作部分，有搅拌器，搅拌轴和搅拌附件组成。n毕业设计说明书论文1.3.4絮凝搅拌机的适应条件和构造（1）絮凝搅拌机的适应条件絮凝搅拌机用于给水排水主力中混凝过程中的絮凝阶段。絮凝搅拌的作用是促使水中的胶体颗粒发生碰撞，吸附并逐渐结成一定大小的帆花，试绝大部分帆花截留在沉淀池内。搅拌强度和搅拌时间是决定絮凝效果的关键。絮凝池内搅拌强度(即搅拌速度梯度值G)应递减，各档搅拌器桨叶中心处的线速度依次逐渐减慢，且要有足够的搅拌时间来完成絮凝过程。絮凝搅拌机可满足絮凝规律的要求，使絮凝过程中各段具有不同的搅拌强度，可以适合水量和水温的变化，优点是水头损坏小，池体结构简单，外加能量组合方便。絮凝搅拌机设置无级调速后可随水量，原水浊度和投药量的变化而调整搅拌强度，达到满意的絮凝效果，节约药剂的用量。絮凝搅拌机根据搅拌轴的安装分式分为立式搅拌机和卧失搅拌机两种。卧式絮凝搅拌机的桨板接近池底旋转，一般絮凝池不存在积泥问题。（2）絮凝搅拌机的构造絮凝立式搅拌机有工作部分(垂直搅拌轴，框式搅拌器)，支承部分(轴承装置，机座)和驱动部分(电动机，摆线针轮减速机)组成，如图1.3所示。图1.3立体搅拌机总体结构图1-减速机；2-螺栓；3-垫圈；4-螺母；5-机架；6-螺栓；7-垫圈；8-垫板；9-桨板；10-主轴；11-螺栓；12-垫圈；13-螺母；14-螺栓；15-垫圈；16-螺母；17-水下轴承座框式搅拌器分直桨叶，斜桨叶和网桨叶三种。直桨叶是最常用的一种普通桨叶，其结构如图1.4。n毕业设计说明书论文图1.4直桨叶框式搅拌器示意图1.3.5设计思路1）反应池的结构尺寸的确定；2）搅拌机大小的确定及转速和功率的计算；3）由搅拌机功率来做电机的选型设计；4）由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计；5）由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验证；6）由轴径来做轴承的选型；7）由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计。n毕业设计说明书论文2反应池的结构设计天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而反应池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，反应池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。本章主要介绍了反应池的一些理论知识，对反应池的工艺性分析，提到了反应池的技术要求以及技术效果。2.1引言完成絮凝过程的反应池(一般常称絮凝池)，在净水处理中占有重要的地位。如图2.1，图2.1絮凝池示意图天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小。为去除这些物质通常借助于混凝的手段，也就是说在原水中加入适当的混凝剂，经过充分混和，使胶体稳定性被坏(脱稳）并与混凝剂水介后的聚合物相吸附，使颗粒具有絮凝性能。而反应池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集，以形成较大的絮凝体(絮粒)。因此，反应池设计是否确当，关系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果。当然，为了获得良好的絮凝效果，混凝剂的合理选择是重要的，但是也不能忽视絮凝池设计的重要性。在生产实践中，不少水厂由于改进了絮凝池的布置，从而提高了出水水质，降低了药耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的设计中，也出现了宁可延长一些反应时间以缩短沉淀时间的看法。这些都说明絮凝反应在净水处理中的重要作用。n毕业设计说明书论文近年来，由于高效能沉淀以及过滤装置的出现，使水厂的平面布置(包括构筑物尺寸及占地面积)大为缩小。相对来说絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池中，絮凝只占较小的体积。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的体积几乎与沉淀部分的体积相仿。为此，国内不少同志在这方面进行着如何改进絮凝构筑物的研究，并提出了不少设想。对设计工作者来说，亦迫切要求有一个科学的评价方法，以解决如何合理选择絮凝形式的问题。絮凝反应是一个很复杂的过程，它不仅受絮凝池水力条件的控制，而且还与原水性质、混凝剂品种和加药量以及混和过程都有密切关系。从目前国内外的研究情况来看，尚没有一个能定量地反映絮凝过程的完整数学模式，甚至作为定性分析，也还存在不少问题。这些情况就给具体设计工作者带来很多困难。严格地说，目前不少絮凝池的设计，仅是水力的验算，并没有对絮凝过程作完整的分析。因此，往往出现即使原水的絮凝性质很不相同，而其絮凝池的布置却完全相同的情况。根据规范或设计手册规定的设计数据，进行水力计算，是目前絮凝池设计中应用最广泛的方法。应该说它在大多数场合下是可行的，但并不一定是最优的，况且，这些规定也只规定一些主要指标，至于具体的布置还需由设计者确定。例如，一般规定隔板絮凝池的流速由渐减至。至于流速如何递减，以及隔板转折的布置和道数等等，都未作明确规定。因而尽管所用主要指标完全相同，却可设计成很不相同的布置形式，至于它们的效果差异则更难以鉴别。为了探讨絮凝池设计的合理方法，福建省净水工艺试验组曾提出了应用“模型絮凝池”的概念。其基本出发点就是认为：合理的反应速度应符合流速渐变的原则，即反应速度由大到小呈直线变化，且反应池进口流速应大于或者等于。凡符合这二个条件的所谓“模型絮凝池”则被认为是理想的絮凝池布置。“模型絮凝池”作为探讨整个絮凝过程变化规律的设想，是有其积极意义的。但是，要把“模型絮凝池”作为理想的絮凝形式，则尚缺乏足够的依据。作为问题之一，它脱离了原水性质的考虑。速度渐变原则应对不同水质条件有不同的要求，而不宜取作常量。譬如，对于原水颗粒浓度不足以及絮凝体不易破碎的情况，将较高流速区的反应时间增加些，显然是有好处的。反之，则应增加较低流速区的比例。另外，隔板絮凝的转折，从“模型絮凝池”的要求考虑，显然是不符合要求的。但是实际上在絮凝的最初阶段，它往往起到了促进絮凝的效果。“模型絮凝池”用流速作为比较的相似关系，与絮凝理论所采用的以速度梯度作为相似关系有所区别。随着絮凝形式的不同，同样的流速，其速度梯度可相差达数倍。因此关于“模型絮凝池”的设想尚有不少问题需要进一步深入研究。目前絮凝池设计中一个普遍问题就是没有考虑进入絮凝池的处理水水质。众所周知，良好的絮凝反应必须具备二个条件，即具有充分絮凝能力的颗粒以及合适的反应水力条件。实际上，它们就是絮凝过程中的“内因”和“外因”。水力条件只有适合欲絮凝颗粒的絮凝要求时，才能促进絮凝的进行。反之则不仅不能促进絮凝的进行，甚至使已经絮凝的颗粒破坏。因此作为具体的絮凝池设计，就必须考虑到处理水的水质条件。但是这却是目前絮凝池设计中最薄弱的环节。2.2絮凝反应理论知识n毕业设计说明书论文所谓合理设计，无非是从许多可供选择的方案中，选定一种最能符合要求的方案。同样，絮凝池的合理设计，就是要从诸多的絮凝形式，以及不同的指标中，选择一种最能适合具体絮凝条件而又切实可行的形式和指标。鉴于目前的研究水平，仅用理论的方法还无法解答上述课题，因此还需借助于实验手段。实验的目的就是可以在较小规模下模拟实际的效果，以便对可供选择的方案加以比较。和其它许多实验一样，絮凝的实验也需要解决一个模拟的相似问题。也就是说需要解决怎样在较小规模的试验中，获得与真实絮凝池同样的絮凝结果。对于絮凝反应来说，需待解决的相似关系主要有二个，即处理水的水质条件和絮凝池的水力条件。关于水质条件，一般采用真实水样还是容易办到的。例如选择若干具有代表性处理对象的原水，加注适量混凝剂，并经充分混和，即可供作絮凝的实验。至于水力条件，则不能依靠实际絮凝池来作试验。因设计的目的是要对多种方案进行对比，而这在实际絮凝池中是难以完全实现的。为此，需要寻找合适的水力条件作模拟相似。对于水力条件，一般可以采用雷诺数或弗鲁特数相似，也可采用其它相似准则。至于采用何种相似方法则应视研究对象而定。为此有必要就絮凝过程中水力条件的作用作一分析，以确定相似关系。絮凝的目的是使细小颗粒彼此聚集。除了颗粒具有絮凝能力外，还必须创造颗粒彼此接触，或者接近(达到颗粒吸附的作用范围以内)的机会。否则，若保持颗粒间的相对位置不变，即使颗粒的絮凝性能极为良好，也无法聚集。可以通过三个途径，使颗粒达到彼此的接触：水分子的热力运动、颗粒的沉速差异和水体的流动。所谓热力运动产生的颗粒碰撞，是由于水分子进行的杂乱而没有规则的运动(布朗运动)，不断撞击附近的胶体颗粒，使颗粒也进行着杂乱而没有规则的运动，从而获得了颗粒彼此碰撞的机会。这种接触机会与温度有关，而与液体的流动无关。因而只要保持温度和时间的因素相同，热力运动造成的碰撞也是相同的。 至于沉速差异产生的颗粒碰撞，往往在沉淀池中有明显的作用。然而在絮凝池中，由于其颗粒一般尚属细小，沉速不大，可以说差异所产生的碰撞作用在絮凝池中，不占统治地位可予忽略。 一般认为在絮凝池中，对颗粒碰撞起主导作用的主要是水体的流动，也就是由于水体流动所产生的能量损耗而造成的。 一般关于水体流动所产生的碰撞公式可表示为：（2.1）式中：：单位时间单位体积内颗粒接触的机会；：颗粒的有效粒径；单位；：单位体积内的颗粒数；：计算范围内的绝对平均速度梯度；单位。平均速度梯度值可用下式计算：　　　　　　（2.2）式中：W:单位体积单位时间所消耗的功，单位；液体的动力粘滞系数。n毕业设计说明书论文一般认为式(1)只适用于层流，而大多数絮凝池的水源均属紊流。对于紊流条件下颗粒的碰撞频率，提出了如下公式：（2.3）式中：：系数；：有效能量消耗率，单位。比较式（2.1）与式（2.3），除了系数差别外，主要是式（2.3）所用的功为有效能量，而式（2.1）则采用计算的能量，两者相差一个效率系数。而在实用上有效能量是难以确定的，仍需用计算的能量来表示。因此，无论是式（2.1）或式（2.3），作为单位时间单位体积内颗粒碰撞的因素都是颗粒的粒径、浓度以及水流的速度梯度。实际上，这里包含了二个方面的内容，即以颗粒的粒径及浓度为代表的参与絮凝的水质条件和以G为代表的絮凝池水力条件。由于粒径和浓度已由真实水样来模拟，因而只要保持G值相似，理论上即可得到同样的颗粒碰撞条件。但是应该指出，颗粒的碰撞并不就是颗粒的聚集。对于不同絮凝能力的颗粒，在同样碰撞次数时，应该得到程度不同的聚集。也就是说它们的有效聚集比例是各不相同的。但是，如采用真实水样作为絮凝的模拟，则这一因素同样可在实验中获得反映。另外，在模拟絮凝水力条件时还需考虑一个重要的现象，即絮凝体的破碎，或絮凝体大小的限制条件。絮凝体所能承受的水流剪力是有限度的。随着絮凝体的增大，相应的抗剪能力会减弱。与水流共同运动的絮凝体，受到液体切应力的作用。因此，当液体的切应力大于絮凝体的抗剪能力时，絮凝体将被破碎。因此在模拟絮凝反应时，除了模拟颗粒碰撞而产生的聚集外，还需要模拟因液体的切应力而产生的破碎。众所周知，液体的切应力可由二部分组成，即粘滞阻力及混掺阻力。对于层流条件，切应力纯由粘滞阻力产生。对于紊流条件，则主要由混掺阻力产生(除边界层附近外)。这二种切应力的大小都决定于液体的速度梯度。 在速度梯度G中，所谓消耗的功，也就是指切应力所做的功。因为只有切应力所做的功是不可逆的，也就是由机械能转化为热能。丹保宪仁教授在分析絮凝过程中，考虑到水流切应力对絮粒的破碎影响，引入了颗粒最大成长度的概念，也就是说代表在一定的水流条件下，能形成最大粒径的原始颗粒数。丹保教授通过试验得出，在原水水质条件不变时，是有效能量消耗率(或速度梯度G)的函数。 通过对絮凝过程中一些主要现象的分析，包括颗粒的碰撞，因碰撞产生的聚集、絮凝体尺寸的限制以及水流对絮凝体的剪切，我们得到了可用真实水样模拟水质特征以及用G值模拟水流特征这样两个关系。n毕业设计说明书论文采用G值来模拟絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用处的，一是可以把真实絮凝池的研究缩小到在实验室内进行，也就是只要维持实验条件的G值与真实池相同。其结果也应相同。另一是可以用作不同絮凝形式的比较，也就是即使絮凝池的水流形态相差甚大，只要其过程的G值相同，(当然还应考虑不同絮凝池形式有效能量利用的差别)效果也应相同。2.3反应池的工艺性分析作为研究的方法可以是微观的，也可以是宏观的。大多理论研究都以微粒作为对象。由于实际的原水是由不同颗粒所组成，不仅粒径呈一定分布，而且其性质也各不相同。对于水流条件来说，同样存在一个断面内的速度梯度各不相同。可能在同一时刻同一断面上，既有颗粒的絮凝，又有颗粒的破碎。因此，采用微粒的分析方法，问题要复杂的多。甚至在很多情况下难以办到。微观现象的分析，可以帮助我们对问题的考虑(如前节所作的那样)，但试验还应以整个悬浊液在絮凝过程中的平均效果作代表。这样，我们就不必去分析诸如颗粒大小的组成分布，断面各点的速度梯度分布以及絮凝颗粒的沉速分布等等。而分别用平均粒径、平均速度梯度以及平均沉速来表示。对于絮凝效果的评价，一般可以采用颗粒粒径、颗粒沉速以及沉淀后浊度去除率等来表示。无论是颗粒粗径的加大，沉速的加快以及沉淀后浊度去除率的增加都能反映絮凝效果的提高。在理论研究方面，一般以粒径为指标的居多。许多理论公式都与粒径有关。对于后续处理的沉淀计算来说，采用沉速的概念较为有利。因为沉淀池设计希望提供反应后的沉速数据。然而对于测定来说，采用浊度指标最为方便。实际上这三个指标都是相互关联的。沉淀后浊度去除率可以间接地表达悬浊液的平均沉速。为了探讨方便起见，我们在研究设想方案时，仍以平均沉速作为指标；而作为实验的手段，则以沉淀后浊度去除率为指标。此外，我们还作了一个假设，就是由不同方式获得相同絮凝效果的悬浊液，在其进一步作絮凝反应时，应获得同样的结果，例如采用值的速度梯度反应时间后，得到了悬浊液的平均沉速为V，而用另一值反应时间后也可得到平均沉速为V，我们就认为这二者效果相同，同时，尽管它们形成的条件各不相同，但在进一步絮凝时，二者应该获得同等的絮凝条件。根据以上对絮凝过程以及基本假设的分析，我们就可以进而讨论絮凝池合理设计的设想方案。如果把单位体积中颗粒所占的比例用来表示，即：　　　　（2.4）则参照式（2.1）及式（2.3），并假定颗粒的每一次碰撞均产生聚集，那么颗粒浓度的时间变化率就应为：　　　　　　　（2.5）式中：取决于和，即。将式（2.5）积分，可得：　　　　　（2.6）n毕业设计说明书论文式中：：絮凝时间为时的颗粒总浓度，单位；：絮凝开始时()的颗粒总浓度，单位。假如絮凝过程中密度保持不变，即固定，则上式可换算成粒径的变化关系。即：（2.7）式中：：时间t时的颗粒粒径，单位；：时间t＝0时的颗粒粒径，单位。也就是说，如果颗粒的每次碰撞均属有效，则其粒径的增长(或相应沉速的增长)理论上应如图2.2所示的形式。粒径(或沉速)随时间呈指数关系增加，其增长的速率取决于值。即越大增长速率越快，与水流的速度梯度及原水颗粒体积比成正比。因此当G值增加。或者颗粒浓度增加时，粒径（或沉速）的增长就迅速。图2.2理论曲线图图2.2所示为理论曲线，然而，根据一般搅拌试验的结果，所得图形与图2.2有很大出入，大致得到象图2.2实线所示的曲线。也就是说，在维持值不变情况下，沉速增长的速率不一定是随时间增加而加速。在开始时或开始以后较短时间，沉速增长形式与理论曲线大致相似。但以后其增长率不仅不是逐步增加，相反出现逐步减小，最后趋向于某一极值。我们不妨称为某一值时的极限沉速。例如，在作一般反应的搅拌试验时，最初效果增长较明显。然而超过以后其反应效果一般很少有明显增加。如果不改变搅拌速度，那么即使搅拌或，其结果往往不会有什么变化。产生理论曲线与试验曲线不一致的原因，很容易得到介释。理论曲线假定颗粒的每一次碰撞都产生聚集，实际上颗粒碰撞时不仅不一定聚集，而且还可能被破碎。图2.3中阴影部分实际上代表了碰撞中的无效和破碎部分。由于与絮凝结果的沉速相比是微小的，故一般可略而不计。但是图2.3的试验曲线是用同一水质、同一值试验的结果。如果改变值，情况就会不同。实际上在进行搅拌试验时，用肉眼也可发现。在经一定时间搅拌后，停止浆板的转动，由于水流的惯性，液体仍在旋转。但值显然逐渐减小，此时所看到的絮凝体往往明显地优于搅拌时的絮凝体。其原因也较清楚，由于值减小，其极限沉速就相应增大，n毕业设计说明书论文图2.3试验曲线图虽然此时的絮凝时间尚达不到相应的极限沉速，但颗粒还是向加大的方向发展。因此，为了探索合理的絮凝水流条件，就应该对不同值情况下的絮凝分别进行试验。图2.4所示为可能获得的一组试验结果。a、b、c分别代表低、中、高三种不同的值，按照理论曲线(虚线)应该出现值越高，增长越快。但实际情况在在有所出入。在开始阶段无凝应该是值越高絮凝效果增长越快。因为此时颗粒尚属细小。碰撞产生的絮凝作用应是主要的。但是当颗粒增长到某一程度后，颗粒聚集受到一定限制，还将受到破碎的影响，也就是逐步趋向于某一极限沉速。由于值高的，极限沉速小，而值低的，极限沉速大，因而它们的试验曲线必然相交(如图2.4中的A点及B点)；也就是说，当用C的值反应时，与用b的值反应时，将获得同样的颗粒沉速。同样，对用c的值反应时，与用a的值反应时应具同等效果。然而当絮凝时间超过交点时，低的值将可获得较快的颗粒沉速增长，高的G值沉速增长反而减慢，这也就是絮凝池设计中采用改变流速的原因。由图2.4可知，如果不考虑絮凝时间的长短，采用低的值可以获得较好的絮凝效果。但是这样的设计显然也是不合理的。因为絮凝池合理设计的目的就是要求以最短的时间获得最好的效果。图2.4试验结果图n毕业设计说明书论文图2.4所示的试验结果，对进行絮凝池的合理设计很为有用，后面将作进一步讨论。此外，如前所述，絮凝效果不仅与水流条件(值)有关，而且也与处理水的性质有很大关系。那么在这样的试验中，水质的差异能否得到反映，这是需要考虑的。从絮凝角度考虑的水质特征，主要应包括原水的颗粒浓度，颗粒的絮凝能力以及颗粒的抗剪强度。颗粒浓度高，粒间的接触机会多，因而就具有较迅速增大颗粒的可能。如果单体颗粒的絮凝能力和抗剪强度都一样，那么浓度的高低基本上对其极限沉速值不会产生很大影响。但如果考虑除水流切应力外，颗粒碰撞时尚有其衡量的作用，则可能出现高浓度的极限沉速略小于低浓度的现象。当然，对于浓度高到某一程度(例如污泥循环等类型)，是否尚有其它絮凝作用机理，尚有待进一步探讨。因此图2.5a所示的二条曲线大致上反映了其它条件相同时浓度高低的影响。由图可见。一般情况下，达到同一沉速所需的絮凝时间随浓度增加而减少。图2.5反应曲线图颗粒的絮凝能力在絮凝过程中起着重要作用。例如由于混凝剂选择不当或加注量不足，均可使颗粒缺乏必要的絮凝能力，此时，即使接触机会很多，然而其聚集效果却很差。对这些絮凝能力差的水质，其絮凝进展必然非常缓慢，相应的极限沉速也很低。而要达到极限沉速所需的时间也很长，实际生产中，往往采用不断调整混凝剂加注量的办法，来调节絮凝效果，其实质也就是不断改变颗粒凝絮能力，以满足絮凝的要求。图2.5b的曲线代表了絮凝能力的影响。由图可知，对絮凝能力弱的处理水，其无效碰撞占有重要比例。颗粒的抗剪强度取决于原水颗粒性质以及絮凝体的组成结构。例如对于主要由色度组成的原水，由于胶体所带负电荷较强，聚集颗粒组成的结构就与一般浊度组成的原水不同。相应的抗剪强度也有所区别。颗粒抗剪强度的大小直接影响着絮凝颗粒的极限沉速，抗剪强度大，允许的极限沉速也大。图2.5c曲线代表了抗剪强度的影响。由图可知，如颗粒的絮凝能力相同，则在其开始反应阶段，抗剪强度的影响不显著。只有接近其极限沉速时，将产生明显的区别。以上只是根据某些理论以及概念所作的分析。事实上水质条件还要复杂得多，除了上述这些影响因素外，还可能存在其它影响絮凝的因素。但是作为絮凝过程的实际试验，基本上能综合反映这些因素的影响，因而较接近真实絮凝池的絮凝过程。n毕业设计说明书论文2.4反应池的技术要求及设计效果通过以上这些分析，我们可以得到这样的初步概念：1）用G值相似可以大体模拟絮凝他的水流条件；2）采用真实的水样，基本代表了处理水的絮凝特性；3）处理水的絮凝特性，能在搅拌试验结果中得到综合反映；4）因此，搅拌试验的结果基本上反映了真实絮凝池的絮凝情况。我们现在设计的絮凝池要适应大多数厂家的废水净化工作。所以其设计要求为：1）絮凝池分为3格；2）每格絮凝池的体积为。为了满足絮凝池的体积要求，结合现在大多数厂家的絮凝池规格，设计絮凝池尺寸如下：每格反应池长，宽，池子高，容积。其流程图如图2.6所示：图2.6絮凝池的流程图机械絮凝池剖面示意如图2.7所示：图2.7机械絮凝池剖面示意图1-桨板；2-叶轮；3-旋转轴；4-隔墙n毕业设计说明书论文三维絮凝池搅拌机如图2.8所示：图2.8絮凝池搅拌机三维视图n毕业设计说明书论文3搅拌机的结构设计本章提到搅拌机的设计主要是桨叶的设计。搅拌桨叶的形式多种多样，但无论何种桨叶形式，搅拌机在操作时，其轴功率消耗都产生两部分作用，一部分是桨叶产生的排液量，另一部分是桨叶产生的压头。桨叶产生的压头又可分成两部分，即静压头和剪切力；搅拌机桨叶在操作时，必须克服静压头，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根据桨叶产生排液量，克服静压头和产生剪切力能力的大小，可将所有桨叶分成三种基本类型，即流动型、压头型和剪切型。每一种桨叶在提供某种基本作用的同时（如流动型桨叶的基本作用是产生排液量），也提供另外两种作用（产生剪切和克服静压头）。3.1设计数据（1）絮凝搅拌池设三档搅拌机，搅拌池分为三格，如图3.1；（2）每格反应池长，宽，水深，容积；（3）各档搅拌速度梯值G取之间；（4）絮凝池水温平均温度，水的粘度μ为。图3.1絮凝池示意图3.2设计要求（1）上层搅拌器桨叶顶端应设于池子于水面下处，下层搅拌器桨叶底端应设于距池底处，桨叶外缘与掣侧壁间距不大于，如图3.2所示；（2）每片桨叶的宽度，一般用，桨叶的总面积不应超过反应池水截面积的。当超过时整个池水将与桨板同步旋转，故设计中必须考虑避免出现这种现象；n毕业设计说明书论文（3）搅拌机轴设在每格池子的中心处，搅拌机轴和桨叶等部件应进行必要的防腐蚀处理。图3.2搅拌机装配图3.3设计计算数据设计中主要是进行以下几方面的工作：1）絮凝搅拌的档数：一般絮凝池内设3-6档不同搅拌强度搅拌机，因此絮凝池分为3-6倍；2）搅拌轴的安装方式；3）搅拌器桨叶的中心处的线速度(相当于池中水流平均速度)，一般自第一档的逐渐变小至末档的，最大不超过；4）各档搅拌机搅拌速度梯值，一般取；5）液体温度应取平均温度，水的粘度按规定值取用，。n毕业设计说明书论文3.4桨叶的设计桨叶的设计包括桨叶结构尺寸确定，搅拌器转速计算以及搅拌功率计算。3.4.1桨叶结构尺寸确定（1）每档絮凝搅拌机独立传动，设双层框式搅拌器，每个框式搅拌器设四片竖立桨叶，桨叶宽度由设计要点知其范围为之间，则本设计选取宽度：长度由公式可知：桨叶和池子长度之比选，又知池子长度为，则长度所以桨叶的面积为：（2）每格反应纵截面积为：桨叶总面积与反应池水流面积之比为：由文献[1]查得，液体旋转速度与桨叶旋转速度的比值为：，，（3）桨叶旋转半径由上面介绍可知，桨叶旋转直径为，则外桨叶的半径为：减去桨叶宽度得：所以外桨叶的理论半径为：同理：因为内桨叶根据黄金分割原理得出：,所以内桨叶的理论半径为：3.4.2搅拌器转速计算根据已知速度梯度G计算：n毕业设计说明书论文第一档选，因为，所以根据转速公式：（3.1）其中：水的粘度，单位；：絮凝池的体积，单位；：速度梯度，单位；：搅拌层数；：水和搅拌器的速度之比；：单层桨叶面积，单位；：内桨和外桨的矢量和，单位；：搅拌器转速，单位。所以第一档的转速为：同理：第二档：由公式：（3.2）得：所以，第三档：，，（3.3）n毕业设计说明书论文将数据代入(3-3)得：3.4.3搅拌功率计算按甘布计算法计算(以将横梁及斜拉杆的拖曳和机械消耗功率考虑在内)为：（3.4）第一档：外桨板：内桨板：第二档：第三档：n毕业设计说明书论文4电动机及减速器的选型搅拌机的搅拌轴通常由电动机驱动。由于搅拌设备的转速一般都比较低，因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在一起使用的，有时也采用变频器直接调速。为此，选用电动机时,应特别考虑与变速器匹配问题。在很多场合,电动机与变速器一并配套供应，设计时可根据选定的变速器选用配套的电动机。本章主要提到了减速机和电动机的选型条件、选择，联轴器、轴承的选型，搅拌轴的设计以及轴与桨叶、联轴器的连接。4.1减速器和电动机的选型条件1）机械效率，传动化，功率，进出轴的许用扭距和相对位置；2）出轴旋转方向是单项或双向；3）搅拌轴轴向力的大小和方向；4）工作平稳性，如震动和荷载变化情况；5）外形尺寸应满足安装及检修要求；6）使用单位的维修能力；7）经济性。4.2电动机与减速器的选择搅拌设备的电动机通常选用普通异步电动机。澄清池搅拌机采用YCT系列滑差式电磁调速异步电动机（如图4.1），消化池搅拌机一般采用防爆异步电动机（如图4.2）。图4.1YCT系列滑差式电磁调速异步电动机n毕业设计说明书论文图4.2防爆异步电动机搅拌设备的减速器(如图4.3)应优先选用标准减速器及专业生产厂产品，参考文献[2]“标准减速器及产品”选用，其中一般选用机械效率较高的摆线针轮减速器或齿轮减速器：有防爆要求时一般不采用皮带传动：要求正反向传动时一般不选用蜗轮传动。电动机及减速机选用，见表4-1。表4-1电动机与减速器的选型名称符号单位第一档第二档第三档搅拌器的转速搅拌功率电动机算功率式中:工况系数连续运行为:摆线针轮减速机传动效率:滚动轴承传动效率选用电动机的功率n毕业设计说明书论文续表4-1名称符号单位第一档第二档第三档电动机同步转速减速比选用减速器减速比选用减速器输出轴转速图4.3减速机实物图4.3联轴器的选型根据机械设计手册及搅拌机的类型选用凸缘联轴器，由电机的尺寸选择联轴器轴径，，，许用扭转为，质量为，标记为：联轴器D65-ZG，如图4.4所示。n毕业设计说明书论文图4.4D65-ZG联轴器4.4搅拌轴的设计由上面所选联轴器的类型初步确定搅拌轴小径为：下面来做轴径的理论计算：由《过程装备设计》查的公式：（4.1）式中：按扭转刚度计算系数，当扭转角为时，；：搅拌器的功率，单位；：搅拌器的转速，单位。得：第一档：第二档：第三档：n毕业设计说明书论文经上面计算所的结果可以看出3个轴径的理论数值都小于，故轴的小径选：。4.5轴与桨叶、联轴器的连接本节讲述了桨式搅拌器与轴的连接和联轴器与轴的连接。4.5.1桨式搅拌器与轴的连接桨式搅拌器与轴的连接，当采用桨叶一端煨成半个轴套，用螺栓将对开的轴套夹紧在搅拌轴上的结构时时用一对螺栓锁紧：时用两对螺栓锁紧。这种连接结构为传递扭距可靠起见，宜用一穿轴螺栓使搅拌器与轴固定。本设计由于轴选取，故选用一对螺栓缩紧装置。4.5.2联轴器与轴的连接当采用键和止动螺钉将搅拌器轴套固定在搅拌轴上的结构时，键应按GB1095-79《平键和键槽的剖面尺寸》选取。搅拌器轴套外劲宜为轴径的1.6-2倍。轴套长度应略大于轴套处桨叶宽度在轴线上的投影长度，但不小于。由上面设计知：，再由文献[4]查得，选取键为圆键，长度为，宽度为，厚度为。4.6轴承的选型以及轴的最终确定由上面计算及选型结果知：。查机械设计手册得该轴承类型为：平面轴承8216；内径；外径；厚度。它的连接方式为：与轴相砌，得知轴的中径为。由上面计算及选型结果知：。查机械设计手册得该轴承类型为：角接触轴承36216；内径；外径；厚度。它的连接方式为：与轴相砌，得知轴的大径为。由上面选型得轴的尺寸为：内径；中径为；大径为。n毕业设计说明书论文5搅拌机支架设计搅拌机的支承部分主要有机座和轴承装置，支撑装置是该设备的主要部件之一，它承受着整个搅拌机的工作部分，其结构的合理性、使用维护的好坏都直接关系到搅拌机的运转率。本章提到的搅拌机的支架设计有水下支撑座的设计以及支撑套的设计。5.1搅拌机的支承部分搅拌机的支承部分包括机座和轴承装置。5.1.1机座立式搅拌机设有机座，在机座上要考虑留有容纳联轴器，轴封装置和上轴承等不见的空间，以及安装操作所需的位置。机座形式分为不带支承的J-A型和带中间支承的J-B型以及JXLD型摆线针轮减速器支架，由文献[3]中的2.8用立式减速器的减速器机座的系列选用，当不能满足设计要求时参考该系列尺寸自行设计。由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳式故选用J-A型机座，由于减速器轴径为，故选用J-A-65。该机座结构如图5.1所示。图5.1上轴承支承装置5.1.2轴承装置上轴承：设在搅拌机机座内。当搅拌机轴向力较小时，可不设上轴承，(如J-A型机座)，但应验算减速机轴承承受搅拌轴向力的能力。当搅拌机轴向力较大时，须设上轴承：若减速机轴与搅拌轴采用刚性连接，可在机座中设一个上轴承，以承担搅拌机轴向立和部分劲向力，如图(5-2)n毕业设计说明书论文所示：若减速机轴用非刚性连接，可在机座中设两个轴承。当搅拌的轴向力很大时，减速机轴与搅拌轴应用采用非刚性连接，应在机座中设两个上轴承或在机座中设一个上轴承并在容器内或填料箱中再设支承装置。轴承盖处的密封，一般上端用毛圈，下端采用橡胶油封。5.2水下支撑座的设计水下支撑座的设计包括轴承的选型和支撑套的设计。5.2.1轴承的选型底轴承：设在容器底部，起辅助支承作用，只承受劲向荷载。轴衬和轴套一般是整体式，安装时先将轴承座对中，然后将支架焊于罐体上或将轴承固定于池中预埋件上。底轴承分以下两种：（1）罐装底轴承：罐用底轴承用于容药搅拌中，需加压力清水润滑，不能空罐运转，其结构为滑动轴承形式。1）适用于大直径容器的三足式底轴承，如图5.2所示。图5.2三足底轴承2）可折式底轴承可分为焊接式与铸造式两类。此种结构形式可不拆搅拌轴即能将底轴拆下，可拆式底轴承尺寸和零件材料，如图5.3所示。图5.3可拆式底轴承（2）水下底轴承：用于混合池或反应池中。其结构形式分为滚动轴承座和滑动轴承两种：1）滚动轴承座：在滚动轴承内和滚动轴承座空间须填润滑脂。滚动轴承必须严格密封，以防止泥沙和易沉物质的磨损，如图5.4所示。n毕业设计说明书论文图5.4滚动轴承2）滑动轴承座：这种轴承必须注压力清水进行冲刷和润滑，在搅拌机起动前应先接通清水，水量不超过，如图5.5所示。图5.5滑动轴承滑动轴承材料：滑动轴承中轴衬和护套的材料应选择两中不会胶合的材料。橡胶轴承内环工作面与轴的间隙可取。在内环工作面应轴向均布6-8条梯形截面槽，尖角圆滑过渡。5.2.2支撑套的设计根据上面所选轴承知，支撑套的材料应选45#钢，且轴承套的内径为轴承的外径。查国标一般选的板厚作为支撑套的原材料，该图形设计由上面选择的轴承座的类型根据文献[3]选GPF-80型，如图5.6所示。图5.6水下滑动轴承机座n毕业设计说明书论文6密封设计天然水中的悬浮物质及胶体物质的粒径非常细小，轴端密封不好的话就有可能出现渗漏现象，如不及时更换密封组件，杂质就会进入轴承内，使轴承在几小时内损坏。因此，提高搅拌机主轴承座密封性，延长主轴的使用寿命，成了提高废水搅拌站的关键。6.1密封装置的类型用于机械搅拌反应器的轴封主要有两种：填料密封和机械密封。轴封的目的是避免介质通过转轴从搅拌容器内泄漏或外部杂质渗入搅拌容器内。6.2填料密封填料蜜密封是一种最古老的密封方式，在中国已有上千年的历史。它最早以棉、麻的纤维填塞在泄露通道内来阻止液流泄露，主要用作提水机械的密封。填料密封主要用作动密封。它广泛用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机和船舶螺旋桨的转轴密封，往复式压缩机、制冷机的往复运动轴封，以及各种阀门阀杆的旋动密封等。为了适应上述设备的工作条件，填料密封必需具备下列条件：1）有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触；2）有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的侵渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面；3）自润滑性能良好，耐磨，摩擦因数小；4）轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹性；5）制造简单，填装方便。6.2.1填料的种类填料的种类很多，可以从其功用方面、构造方面和材料方面分类，最常用的有下面四类：绞合填料、编结填料、塑性填料、金属填料。（1）绞合填料和编结填料绞合填料即把几股石棉线绞合在一起，将它填塞在填料腔内即可起密封作用。编结填料是以棉、麻以及石棉纤维纺线后编结而成，并于其中侵入润滑剂或聚四氟乙烯。（2）塑性填料塑性填料是几经膜具压制成型的填料。（3）金属填料金属填料有半金属填料和全金属填料两种。所谓半金属填料是金属与非金属组合而成，全金属填料则不含非金属。（4）碳纤维填料n毕业设计说明书论文碳纤维填料是一种新型填料。其优异的自润滑性能、耐高、低温性能和耐化学品性能引起人们的极大的注意，而且作为压缩填料的弹性和柔软性也极为良好，其缺点仅在于有渗透泄露，但侵渍聚四氟乙烯或其他粘接剂之后可以防止。目前其成本较高，但随着碳纤维的发展，其成本定会下降，因此，碳纤维填料是一种最为理想和最有希望的填料。`6.2.2填料的选择选择填料时，应考虑：机器的种类、介质的物理、化学特性、工作温度和工作压力，以及运动速度等，其中尤以介质的腐蚀性（以pH值表示），pH值及使用温度为最重要。6.2.3填料的合理装填填料的合理装填应按下列步骤进行：1）清理填料腔，检查轴表面是否有划伤、毛刺等现象；2）用百分表检查轴在密封部位的径向跳动量，其公差应在允许范围内；3）填料腔内和轴表面应涂密封剂或与介质想适应的密封剂；4）对成卷包装的填料，使用时应先取一根与轴径同尺寸的木棒，将填料缠绕在其上，再用刀切断，切口最好呈450斜面，对切断后的每一节填料，不应让它松散，更不应将它拉直，而应取与填料同宽度的纸带把每节填料呈圆圈形包扎好，置于洁净处；5）装填时应一圈一圈装填，不得同时装填几圈；6）取一只与填料强同尺寸的木质两半轴套，合于轴上，将填料推入腔的深部，并用压盖对木轴套施加一定的压力，使填料得到预压缩；7）以同样的方法装填第二圈、第三圈；8）最后一圈填料装填完毕后，应用压盖压紧，但压紧力不宜过大。6.2.4成型填料密封成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革及金属材料经模压或车削加工成型的环状密封圈。成型填料按工作特性分为挤压型密封圈和唇形密封圈两类；按材料可分为橡胶类、塑料类、皮革类和金属类。各种材料的挤压型密封圈中橡胶挤压型密封圈应用最广，其中O形圈历史最悠久，最典型。唇形密封圈的类型很多，有V形、U形、L形、J形和Y形等。（1）O型密封圈O型密封圈简称O型圈，开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。O型橡胶密封圈有如下的优点：1）密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；2）有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封；3）密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；4）运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；5）尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。（2）V型密封圈n毕业设计说明书论文V型密封圈为一种唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。它主要用于往复运动，作活塞或活塞杆的密封。很少用于转动中或作静密封。V形密封圈有下列特点：1）密封性能良好；2）允许一定的偏心载荷、和偏心运动；3）可以多圈重叠使用，并通过调节压紧力来获得最大密封效果；4）耐冲击压力和振动压力；5）当填料不能从轴向装入时，可以开切口使用，只要安装时将切口互相错开，不影响密封效果。其缺点是摩擦阻力较其他成型填料的大。（3）Y型密封圈活塞密封用的U形和Y形密封圈在形状上略有不同，U形圈的唇长，底部与唇部同厚度或略大于唇部厚度。Y形圈的纯短，底部厚，这是为了克服U形圈常常不能稳定安放而设计的，同时可增大唇的强度，以免唇根部被撕裂。（4）鼓形和山形密封圈的结构1）鼓形密封圈的结构鼓形密封圈又称活塞密封圈，它是为单向和双向工作的活塞而设计的。密封圈的截面、衬套或挡环的结构与活塞的设计有很大关系。由于有各种性能的要求，所以鼓形密封圈的结构也不可能是一致的。（5）J形和L形密封圈J形和L形密封圈，都是用于工作压力不大于的气压或液压机械设备的密封。J形密封圈的是用于活塞杆密封。6.3机械密封本节主要讲述了机械密封的工作原理，机械密封前的准备工作，机械密封材料以及与软填料密封进行了对比。6.3.1机械密封的工作原理机械密封又称端面密封（MechanicalSeal），是旋转轴用动密封。机械密封性能较好，泄露量小，使用寿命长，功耗低，毋须经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的饿密封要求。机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持接合并配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置。机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面密封。如图6.1所示，当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接触的环形密封面阻止了介质的泄漏。n毕业设计说明书论文图6.1机械密封原理图1-静环座；2-动环辅助密封圈；3-静环辅助密封圈；4-防转销；5-静环；6-动环；7-弹簧；8-弹簧座；9-紧定螺钉6.3.2机械密封前的准备工作（1）检查机械密封的型号、规格是否符合设计图纸的要求，所有零件（特别是密封面、辅助密封圈）有无损伤、变形、裂纹等现象，若有缺陷，必须更换或修复；（2）检查机械密封各零件的配合尺寸、粗糙度、平行度是否符合设计要求；（3）使用小弹簧机械密封时，应检查小弹簧的长短和刚性是否相同；（4）检查主机的窜动量、摆动量和挠度是否符合技术要求，密封腔是否符合安装尺寸，密封端盖与轴是否垂直，一般要求：轴窜动量不大于；轴摆动量（旋转环密封圈处）不大于；轴最大挠度不大于；密封端盖与垫片接触平面对中心线的不垂直度允许差；（5）应保持清洁，特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，不允许用不清洁的布擦拭密封面；（6）允许用工具敲打密封元件，以防止密封件被损坏。6.3.3机械密封材料（1）摩擦副材料根据统计，机械密封的泄露大约有80%～95%是由于密封端面，摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料问题。（2）摩擦材料应具备下列条件：1）机械强度高，能耐压和耐压力变形；2）具有耐干磨性，耐高载荷性，自润滑性好；3）配对材料的磨合性好，无过大的磨损和对偶腐蚀；4）耐磨性好，寿命长；5）导热性和散热性好；6）耐高温性好；n毕业设计说明书论文7）抗热裂性好；8）耐腐蚀性强；9）线膨胀系数小，能耐热变形和尺寸稳定性好；10）切削加工性好，成型性能好；11）气密性好；12）密度小。6.3.4机械密封与软填料密封比较机械密封与软填料密封比较如下：优点：1）密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄露量很小，其泄露约为软填料密封的1%；2）使用寿命长，在油、水介质中一般可达1～2年或更长，在化工介质中一般能工作半年以上；3）擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；4）轴或轴套基本上不磨损；5）维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性维修；6）抗振性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感；7）适用范围广，机械密封能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。缺点：1）较复杂，对加工要求高；2）安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平；3）发生偶然性事故时，处理较困难；4）价高。6.4轴的密封选择填料密封结构简单、制造容易，适用于非腐蚀性和弱腐蚀性介质、密封要求不高、并允许定期维护的搅拌设备。（1）填料密封的结构及工作原理填料密封的结构由：底环、本体、油环、填料、螺柱、压盖及油杯等组成。在压盖的压力作用下，装在搅拌轴与填料箱本体之间的填料，对搅拌轴表面产生径向压紧力。由于填料中含有润滑剂，因此，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，形成一层的极薄的液膜，一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面，阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的。（2）填料密封的选用n毕业设计说明书论文根据填料的性能选用：当密封要求不高时，选用一般石棉或油浸石棉填料，当密封要求高时，选用膨体聚四氟乙烯、柔性石墨等填料。各种填料材料的性能不同，按表6-2选用。表6-2一些填料材料的性能填料名称介质极限温度介质极限压力线速度适用条件油浸石棉填料-蒸汽、空气、工业用水、重质石油产品、弱酸性等聚四氟乙烯纤维编结填料强酸、强碱、有机溶剂聚四氟乙烯石棉盘根酸碱、强腐蚀性溶液、化学试剂等石棉线或石棉线与尼龙线浸渍聚四氟乙烯填料弱酸、强碱、各种有机溶剂等柔性石墨填料醋酸、硼酸、柠檬酸盐酸等酸类膨体聚四氟乙烯石墨盘根强酸、强碱、有机溶液因为在水处理中对密封要求不高，只要能够阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，达到密封目的即可。根据以上的填料密封的介绍，本课题的密封装置选用：油浸石棉填料填料密封。n毕业设计说明书论文7结论在本次设计中，通过多方搜集资料，在纷繁复杂的计算中探究，应用化工机械和机械制造知识，选择了搅拌机的类型，确定了搅拌机的桨叶、轴及其功率，选用了搅拌机的电机、减速机等。通过这次设计，提高了我分析和解决问题的能力，扩宽和深化了学过的知识，掌握了设计的一般程序规范和方法，培养了我们正确使用机身材料、国家标准、图册等工具书的能力。总的说来，本次设计在严谨、求实中完成，这将对我的一生都有启迪和警示作用。由于本人经验不足，设计中不妥之处在所难免，恳请各位老师和同学提出建议和意见，我会诚恳地接受并在今后的设计中改正。末了，感谢各位读者对本文的参阅，谢谢！本次设计结果如下表7-1。表7-1搅拌机设计结果表设计项目设计数据设计结果备注絮凝池该设计数据由实际情况所定桨叶----轴----由联轴器的选型决定机座----(型号)由电机和联轴器及轴承所定支撑座----（型号）由轴承的选型决定n毕业设计说明书论文谢辞在完成本篇毕业论文的过程中，本人得到了老师和同学们的大力帮助，在此请允许我向他们表示最衷心的感谢！首先，我要感谢的是范圣耀老师。本篇论文从提纲到初稿乃至成稿，都经过他悉心指导和精心修改，提出了严格的要求和许多宝贵的意见。可以说，我的整篇论文凝聚着他的心血。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！n毕业设计说明书论文参考文献[1]徐灏．机械设计手册3[M]．北京：机械工业出版社，2003年[2]徐灏．机械设计手册4[M]．北京：机械工业出版社，2003年[3]徐灏．机械设计手册5[M]．北京：机械工业出版社，2003年[4]胡宜鸣，孟淑华．机械制图[M]．大连：大连理工大学工程画教教研室，2004年[5]李恒权，朱明臣，王德云．毕业设计指导书[M]．青岛：青岛海洋出版社，2002年[6]姜波．机械基础[M]．北京：中国劳动出版社，1998年[7]朱正欣．机械制造技术[M]．北京：机械工业出版社，1999年[8]成都科技大学，四川轻化工学院．化工轻工设备机械基础[M]．成都：科技大学出版社，1988年[9]许保玖．当代给水与废水处理原理讲义[M]．北京：清华大学出版社，2001年[10]李鄂民．液压传动[M]．北京：机械工业出版社，2001年[11]王毅．过程装备控制技术及应用[M]．北京：化学工业出版社，2001年[12]郑津洋，董其伍，桑芝富．过程设备设计[M]．北京：化学工业出版社，2001年[13]刘新佳，姜银方，姜世杭．工程材料[M]．北京：化学工业出版社，2005年[14]黄卫星，陈文梅．工程流体力学[M]．北京：化学工业出版社，2001年[15]魏崇关．化工工程制图[M]．北京：化学工业出版社，2001年[16]臧宏琦，王永平．机械制图[M]．西安：西北工业大学出版社，2001.4：56-78[17]张家旭，张庆芳．钢结构[M]．北京：中国铁道出版社，2003.5:96-105[18]顾全生．谈谈搅拌机的有关技术要求[J]．化工装备技术（第2期），2007.2：24-35[19]马宵，武良臣．<<互换性与测量技术基础>>[M]．北京理工大学出版社[20]韩雪艳，梁孝敏，王树春．工程材料[M]．东南大学出版社，1999年：154-161[21]冯辛安，黄玉美，关慧贞．机械制造装备设计[M]．机械工业出版社，1999年：88-96[22]孙桓，陈作模，葛文杰．机械设计[M]．北京理工大学出版社，2005年：124-135[23]何铭新，钱可强．机械制造工程原理[M]．清化大学出版社，2006年：68-74[24]R.Sonnenberg,Concrete，mixersandmixsystems,Concr[J].PrecastPlantTechnol，1998.6：88-89[25]OrlovP．FundamentalsofMachineDesign[M]．Moscow：MirPub，1987[26]RajputRK．ElementsofMechanicalEngineering[M]：KatsonPubl.House，1985[27]ZimmeHindhede，UffeHindhede．MachineDesignFundamentals[M]：PrenticeHall;1stNewedition[28]R.J.Hathaway,J.C.Bezdek．Swithingregressionmodelsandfuzzyclustering[J]．IEEETrans.FuzzySystem,1(3)(1993)：195-204.[29]F.Hoppner．Fuzzyshellclusteringalgorithmsinimageprocessing:fuzzyc-rectangularand2-retangularshells[J]．IEEETrans.FuzzySystems,5(4)(1997)：599-613.