三叶旋桨式搅拌电机搅拌轴的设计与性能研究

三叶旋桨式搅拌电机搅拌轴的设计与性能研究

在橡胶装置中，由于换热槽50ml的选择不足，搅拌的效果无法满足工艺生产的需要，导致转换槽中形成凝胶。大铁的出现增加了搅拌的负荷，导致电机负荷和电机跳台。通过改造转化槽搅拌器的结构形式,使得径向流与轴向流相结合,同时满足反应和分离的需要。1旋桨式除尘器的输出原搅拌器技术特性:设计压力常压设计温度62.8℃搅拌目的混合、分离搅拌介质胶粒、母液电机功率7.5kW输出转速125r/min叶端线速度6.21r/min搅拌轴316L、ϕ70mm搅拌器两层三叶旋桨式搅拌器2固体颗粒搅拌系统由于在选型时将搅拌器设置为三叶旋桨式,桨叶直径ϕ890mm,搅拌器电机功率为7.5kW,该搅拌为轴向流搅拌器,搅拌混合的效果对于液-液混合和化学反应是一种很优良的搅拌器,其排出性能好、剪切力低。低速时呈对流循环状态,高速时呈湍流分散状态,适用于低粘度的混合、溶解、悬浮、传热、反应、传质、萃取和结晶操作。但是用在凝聚系统中,有固体颗粒产生,特别是容易形成大的固体颗粒的搅拌系统中,而且固体颗粒密度比液体母液要小,浮在容器上面不及时地排出反应容器,会凝结成大块的颗粒,当颗粒聚集到一定的程度,给搅拌造成相当大的阻力,直接导致搅拌电机超负荷跳闸。因此,在此搅拌系统中三叶旋桨式搅拌器选型是不当的。3改革措施3.1计算功率计算将电机功率提高到15kW,需对搅拌轴的强度进行校核,如果强度不够会导致搅拌轴弯曲或折断。因搅拌器的操作转速较低,叶端线速度为6.21r/min,桨叶自身离心力所产生的拉应力也很小,设计中可以不考虑。此外,作用于叶根的切应力也很小,也可忽略不计。根据电动机的额定功率Pn确定搅拌轴的计算功率Pj,即:Pj=ηPn-Pm式中Pj——搅拌轴的计算功率,kW;Pm——轴封损耗功率,Pm=0.8kW,kW;η——传动装置的机械效率,η=0.95。上式代入相应的数值后,搅拌轴的计算功率Pj=13.45kW,而计算扭矩公式为:M=9550Pj/n式中M——搅拌轴上的计算扭矩,N·m;n——搅拌转速,r/min。上式代入相应的数值后,搅拌轴的计算扭矩M=1027.58N·m。搅拌轴受扭转时,产生的最大剪应力计算公式为:τmax=103M/WT=9550×103Pj/(nWT)式中τmax——截面上最大的剪应力,MPa;M——搅拌轴上的计算扭矩,N·m;Pj——搅拌轴的计算功率,kW;WT——抗扭截面模数,mm3。WT=πd3/16=3.14×703/16=740451mm3,τmax=103M/WT=9550×103Pj/(nWT)=9550×103×13.45/(125×740451)=13.87MPa。搅拌轴满足抗扭的强度条件为轴截面上最大的剪应力τmax不大于轴材料扭转许用剪应力值[τ]K,即:τmax≤[τ]K搅拌轴轴材316L的扭转许用剪应力[τ]K=35MPa,而τmax=13.87MPa,可见搅拌轴的强度能够满足改造后的需要。3.2轮分离器、流式器将轴向流形式改为轴向流与径向流混合形式,使洗涤完的胶粒能够及时排出容器。原设计的两层三叶旋桨式搅拌器改成了3层,下面两层改成开启折叶涡轮搅拌器(图1),在最上层离颗粒出口下400mm的位置另加装了一个平直叶桨式搅拌器(图2)。开启折叶涡轮搅拌器是一种轴向流式搅拌器,根据搅拌强度的需求,可以改变叶片的宽度和角度,从而满足不同物料搅拌的需要,轴向流的搅拌效果如图3所示。选择这种搅拌形式能够很好地满足混合的目的。同时为了使转化槽的橡胶颗粒及时从槽内排出,最上层选择平直叶桨式搅拌器。平直叶桨式搅拌器是一种径向流式搅拌器,结构简单,但是由于这种搅拌的阻力较大,在通常情况下,搅拌叶比较窄,在这里选择宽度B=120mm,径向流效果如图4所示。选择这种搅拌形式能够很好地满足分离的目的。在解决分离的问题上,还应注意容器的挡板设计。作为橡胶系统中,转化槽中的反应不剧烈,搅拌的转速较慢,对搅拌混合的要求相对而言不是很高,而对分离的效果要求相对较高,所以槽内不应增加挡板,尤其是作为最上层的部位,由于挡板的存在,在局部小循环区域内容易形成积胶,导致颗粒的分离不畅。4反应和分离过程中应注意的几个方面通过开启折叶涡轮搅拌器、平直叶桨式搅拌器结合使用,满