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搅拌釜式反应器广泛应用于化工、石油化工、医药、食品等工业领域。振动现象是搅拌系统经常遇到的问题之一,对设备的长期安全运行造成了重大影响。本文通过建立大型搅拌釜结构的整体模型,应用有限元数值分析方法对搅拌釜结构进行了静力学及动力学分析,获得搅拌釜结构的应力分布情况和动力响应特性,并进一步对搅拌釜凸缘筋板结构进行了优化设计,为大型搅拌釜结构安全运行提供设计依据。 本文的主要研究内容及结果如下: 1)采用有限元分析软件ANSYS对搅拌釜结构进行应力强度分析及疲劳强度分析,并应用相关标准进行评定。评定结果表明搅拌釜凸缘未设置加强筋情况下设备能满足应力强度和疲劳分析要求; 2)进一步对搅拌釜整体结构进行模态分析,分析结果表明搅拌釜整体固有频率与外界激励频率十分接近,极易发生共振,尚需对搅拌釜凸缘结构进行改进设计。传统的搅拌轴桨模态分析可靠度低,得到的固有频率过高; 3)通过对搅拌釜加筋结构的有限元静力分析、模态分析和幅频特性分析,分析结果表明凸缘上增设加强筋后,搅拌釜结构的最大等效应力位置发生了变化,改善了结构开孔处应力集中现象,同时结构增设加强筋后能明显提高搅拌釜结构的固有频率,降低最大振幅,且最大振幅对应的频率随之增加,有效地提高设备稳定性和可靠性。 4)通过改变凸缘筋板数量和厚度对搅拌釜凸缘结构进行有限元模态分析和幅频特性分析。分析结果表明随着筋板数量及厚度的增加,搅拌釜系统固有频率随之增大,最大振幅随之变小,最大振幅所对应的频率也随之增大。综合搅拌釜有限元静力分析、模态分析和幅频特性分析可知,就本文结构而言,合理的筋板数量为12块,合理的筋板厚度为20mm。 5)通过对搅拌釜结构的稳态不平衡谐响应分析可知,在搅拌轴不同位置加载偏心载荷后,在结构固有频率附近产生的振幅最大,在其他频率段振幅与无偏心载荷相比变化不大。在径向流搅拌桨位置施加偏心载荷产生的最大振幅比在轴向流搅拌桨位置时产生的最大振幅明显要大,应严格控制径向流搅拌桨上的不平衡量。 本文对搅拌釜整体的有限元静力分析、模态分析和幅频特性分析结果为大型搅拌釜凸缘结构优化设计及搅拌釜安全运行提供依据。