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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 6.21 r/min 搅拌轴 316L、?70mm 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?890mm, 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6.21 r/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=0.8 kW, 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=1 027.58 N·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=740 451 mm3,τmax=103M/WT=9550×103Pj/ (nWT) = 9550×103×13.45/ (125×740451) =13.87 MPa。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=35 MPa, 而τmax=13.87 MPa, 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, 满足了混合、分离两方面的需求, 一方面将凝聚后的物料进行进一步的转化, 另一方面将转化完全后的橡胶颗粒及时从槽内排出, 同时满足反应和分离的需要。在生产实践中,