澄 清 桶 的 设 计

　　摘要：介绍了联碱装置澄清桶桶体、澄清面积、搅耙刮泥装置、减速传动装置、传动轴的设计及防腐。
　　关键词：澄清桶，桶体，澄清面积，搅耙刮泥装置，减速传动装置，传动轴
　　一、概述
　　澄清桶是陕西兴化集团公司联碱分厂的大型关键性设备。澄清桶的作用是将氨母液Ⅱ中的泥浆进行沉淀澄清，清液被送入碳化塔顶部，并在塔内自上而下吸收二氧化碳之后生成碳酸氢钠。澄清桶的设计是至关重要的一个环节，若设计仍然延用原设计的多层、多搅耙结构，则结构复杂、澄清面积难以增加、设备制造成本高、搅耙功率大、燥音超标、电耗巨增。因此，我在澄清桶的结构设计上，应考虑充分。
　　二、设计参数
　　1、 工作压力：常压（MPa）（工艺给定）
　　2、 设计压力：0.1MPa
　　3、 工作温度：常温（℃）（工艺给定）
　　4、 设计温度：40℃
　　5、 工作介质：氨母液Ⅱ溶液（工艺给定）
　　6、 生产能力：100m3／h（工艺给定）
　　7、 工作澄清面积：250~270㎡（工艺给定）
　　8、 公称澄清面积：265㎡
　　9、 设计澄清面积（F）：265.24㎡
　　10、 澄清桶设计内径DN10000mm
　　11、 设计总容积：540m3
　　12、 减速比：i1=289;i2=31
　　13、 搅耙许用扭矩：M=2700N•m
　　14、 搅耙最大使用扭矩：Mmax=1200N•m
　　15、 澄清桶的内外防腐：环氧玻璃钢
　　三、澄清桶的设计
　　澄清桶的设计共分为五大部分，即桶体、澄清面积、搅耙刮泥装置、减速传动装置、传动轴。在设计每一部分时，都必须详细考虑介质的特性、流速、排泥、防腐等细微环节。因此，按其五大部分设计如下：
　　1、桶体设计
　　澄清桶的桶体是由筒节、锥型底、锥型顶盖三部分组成，其强度计算及设计说明如下：
　　（1）筒节设计及强度计算依据GB150—98及JB/T4735-1997进行
　　筒节材质选用Q235-A，许用应力［σ］40=113MPa。桶体内经Di=10000㎜，设计压力P=0.10MPa。名义厚度δn=δ+C+圆整值=5.2+2.8+2=10（㎜）,圆整值是考虑到大气对外壁的腐蚀及设备的稳定性而加的。
　　（2）锥形底设计及厚度确定
　　澄清桶的底部设计成锥形底的目的是为了有利于排泥。锥形底的锥角大小是决定泥浆沉积厚度及泥浆流动性好坏的关键性角度，所以，锥形底的材质选用Q235-A，锥角θ=1640，名义厚度δn=10㎜，底座采用与锥底相一致的混凝土基础底座。
　　（3）锥形顶盖设计及厚度确定
　　澄清桶的顶盖设计成锥形顶盖的目的是为了有利于排水，以防腐蚀、增加强度及刚度。锥形顶盖的材质选用Q235-A，锥角θ=1720，名义厚度δn=10㎜，并采用与锥形顶盖相一致的角钢加强筋进行加强。
　　2、澄清面积的设计
　　澄清面积的设计，是澄清桶设计中的关键性设计之一，也是决定澄清效果好与坏、碱产量高与低的设计。因此，在结构设计上，必须充分考虑并设法增加澄清面积，现分别设计如下：
　　（1）自然沉降澄清面积（F1）
　　自然沉降澄清面积，是在澄清桶内至上而下设有φ9000×5725×6（㎜）的筒体支架，再在筒节与筒体支架之间设计多层椭圆板形式的澄清板，使泥浆不得沉积在椭圆澄清板上，且能使泥浆以极其缓慢的速度自然流入下一级的澄清板而再次澄清。
　　（2）、锥形底澄清面积（F2）
　　锥形底澄清面积（F2），也就是锥形底的内表面积，其结构形式及设计说明，见锥形底的设计。锥形底澄清面积F2=79㎡。
　　（3）、澄清面积（F）
　　澄清面积（F）就是自然沉降澄清面积（F1）与锥形底澄清面积（F2）之合，即：F=F1+F2=186.24+79=265.24(㎡)，公称澄清面积为265㎡。
　　3、搅耙刮泥装置的设计
　　在澄清面积的设计之中，要充分考虑采用多层椭圆板型式、自然沉降、单层搅耙刮泥结构的装置。
　　单层搅耙刮泥装置，也就是在锥形底内设计一个机械传动四叶片旋转刮泥结构的装置，且叶片与锥形底上表面相一致，并与锥形底上表面保持一定间隙，以防叶片与锥形底产生巨大的摩擦力而损坏传动装置或其零部件；搅耙转速在n2=0.14~0.18r/min范围时，最长叶片端点的旋转线速度υ=πDin2m/min，将各值代入得：
　　υ=3.1416×10×0.14~0.18=4.398~5.655m/min，在这一缓慢的线速度范围内，不至于将沉淀的泥浆搅混，也完全能够满足泥浆缓慢沉降所需的时间。
　　4、减速传动装置
　　“卧式行星摆线针轮减速机”的选型和“蜗轮蜗杆减速机”的设计参数如下：
　　（1）、行星摆线针轮减速机的选用
　　标准的卧式行星摆线针轮减速机，其电动机与减速机成龙配套供应，所以，选用型号为XWED4－74－289（17×17）的卧式行星摆线针轮减速机、输出轴转速为n2=5.2r/min、减速比为i1=289（17×17）、许用扭矩M=2700N•m、电动机功率N=4kW、电动机转速为n1=1500r/min。
　　（2）、蜗轮蜗杆减速机的设计
　　①选材：蜗轮选用ZG45（铸钢），蜗杆选用ZQAl9-4（铸铝铁青铜），这主要是蜗轮设计比蜗杆结构复杂、尺寸过大、易于损坏、制造成本高的缘故；
　　②蜗轮、蜗杆的螺旋升角为8044‘46‘’、旋向为左旋、压力角为200；
　　③蜗杆：模数m=20、头数Z1=2、d分1=260㎜、D顶1=300㎜、D根1=212㎜、齿顶高h‘=m=20、蜗杆轴孔径φ=90㎜、蜗杆长度h=440㎜；
　　蜗杆特性数q=13；蜗杆头数Z1=2；蜗杆模数m=20；蜗杆齿形系数是根据有关资料查得Y1=0.502；取λ=180时，cosλ=0.951，将各值代入上述各计算公式进行计算。
　　蜗杆螺纹弯曲应力：
　　
　　，即：蜗杆螺纹弯曲应力校核完全合格。
　　5、传动轴的设计
　　传动轴与减速机输出轴之间，采用夹壳式联轴器联接，其转速就是减速机输出轴的转速，即：n3=0.168r/min。轴的材质选用45号钢，按扭转强度计算传动轴的直径如下：

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