发酵罐搅拌轴轴径计算方法如下

（1）圆轴的扭转强度。

为了圆轴在扭转时能安全正常地工作，使其危险截面上的剪切力为不过材料的剪切应力【T】，因此圆轴扭转的强度条件为

τmax=MP/WP≤【T】

M1:轴所受扭矩(N·mm)

WP:轴的抗扭截面模量(mm3)

【T】：轴的剪应力(MPa)1Cr18Ni9Ti取20MP。

轴所受扭矩 MT=9．55×l06·P/N(N·mm)

P：发酵罐电机功率 P=75KW

N:发酵罐搅拌转速 N=170r／min

轴抗扭截面模量Wp=πd3/16(mm3)

[τ]≥M1/WP

d≥3√16M1/π[τ]

d≥102.4mm

考虑键槽等因素，按5%增加量，d=107.52mm,圆整110mm。

（2）圆轴的扭转刚度计算。对受扭圆轴强度条件满足后，要有足够的刚度，因为轴扭转时会产生变形，如轴变形过大，在启动或停车时会发生剧烈振动，所以其扭转变形加以限制，通常要求单位长度扭角θ不得过许用单位长度扭角[θ]。

圆轴扭转时的刚度条件为：θmax=M1×180×103/(G·IPπ)≤[θ]

其中，G:轴的材料的切变模量(MPa)

IP:圆轴截面的极惯性矩(mm4)

[θ]:许用单位长度扭角(0/m)

1Cr18Ni9Ti(321)的切变模量取G=80×103(MPa)

圆轴截面的极惯性矩IP=πd4/32(mm4)

许用单位长度扭转角[θ]取0.50/m。

所以

d≥4√180×103×32M1/Gππ[θ]=4√180×103×32×9.55×106×75/(80×103×3.14π×0.5×170)=88.56mm

小于扭转强度所需的102.4mm，故取110mm。

3 结语

按本文计算方法设计的30M3植酸酶发酵罐，自2007年10月投产约10个罐批，效果良好，且电流在110A左右,达到预期效果。说明上述设计方法是切实可行。