攪拌器/攪拌裝置構件的說明

點擊次數:   更新时间:19/09/27 16:11:09     来源:www.xbcplus.com關閉

攪拌容器

攪拌容器常被称作搅拌釜(或搅拌槽),当搅拌设备用作反应器时,又被称为搅拌釜式反应器,有时简称反应釜。

釜體的結構型式通常是立式圓筒形,其高徑比值主要依據操作是容器裝液高徑比以及裝料系數大小而定。而容器的裝液高徑比又視容器內物料的性質、攪拌特征和攪拌器層數而異,一般取1~1.3,較大時可達6。釜底形狀有平底、橢圓底、錐形底等有時亦可用方形釜。同時,根據工藝的傳熱要求,釜體外可加夾套,並通以蒸氣、冷卻水等載熱介質;當傳熱面積不足時,還可在釜體內部設置盤管等。

在选择攪拌容器时,应根据生产规模(即物料处理量)、搅拌操作目的和物料特性确定攪拌容器的形状和尺寸,在确定攪拌容器的容积时应合理选择装料系数,尽量提高设备的利用率。如果没有特殊需要,釜体一般宜选用比较常用的立式圆筒形容器,并选择适宜的筒体高径比(或容器装液高径比)。若有传热要求,则釜体外须设置夹套结构。夹套种类有整体夹套、螺旋挡板夹套、半管夹套、蜂窝夹套,传热效果依次提高但制造成本也相应增加。

當攪拌釜臥式放置時,大多進行半釜操作。因此臥式釜與立式釜相比有更多的氣-液接觸面積,因而臥式釜常用于氣-液傳質過程,如氣-液吸收或從高粘度液體中脫除少量易揮發物質,另一方面,臥式釜的料層較淺,有利于攪拌器將粉末攪動,並可借攪拌器的高速回轉使粉體抛揚起來,使粉體在瞬間失重狀態下進行混合。

攪拌容器的材料要满足生产工艺的要求,例如耐压、耐温、耐介质腐蚀,以及保证产品清洁等。由于材料的不同,攪拌容器的制造工艺、结构也有所不同,因此可分为钢制搅拌设备、搪玻璃搅拌设备和带衬里的搅拌设备等。装衬里的目的是为了耐蚀或保护产品的清洁,衬里的种类很多,主要有不锈钢、铝、钛、铅、镍、锆、耐酸瓷砖、辉绿岩板、橡胶等。


攪拌器

攪拌器又被称作叶轮或桨叶,它是搅拌设备的核心部件。根据攪拌器的搅拌釜内产生的流型,攪拌器基本上可以分为轴向流和径向流两种。例如,推进式叶轮、新型翼型叶轮等属于轴向流攪拌器,而各种直叶、弯叶涡轮叶轮则属于径向流攪拌器。

攪拌器通常自搅拌釜顶部垂直插入釜内,有时也采用侧面插入,底部伸入或侧面伸入方式。应依据不同的搅拌要求选择不同的安装方式。


攪拌軸

搅拌设备中的电动机输出的动力是通过攪拌軸传递给攪拌器的,因此攪拌軸需要足够的强度。同时,攪拌軸既要与攪拌器连接,又要穿过軸封装置以及轴承、联轴器等零件,所以攪拌軸还应有合理的结构、较高的加工精度和配合公差。

按支承情况,攪拌軸可分为悬臂式和单跨式。悬臂式攪拌軸在搅拌设备内部不设置中间轴承或底轴承,因而维护检修方便,特别对洁净度要求较高的生物、食品或药品搅拌设备,减少了设备内的构件,故应优先选用。


內構件

包括擋板、盤管、導流筒、氣體分布器等。

为消除攪拌容器内液体的打旋现象,使被搅拌的液体上下翻腾而达到均匀的混合,通常需要再攪拌容器内加挡板。通常挡板的宽度约为容器内直径的1/12~1/10,其中设备内的附件如温度计、传热蛇管或各种支撑体也可以起到一定的挡板作用的,但往往达不到“全挡板条件”。通常增加挡板数计其宽度,功率消耗也会增加,但增加到一定值以后,功率消耗就不会再增加,此时的工况就称为“全挡板条件”。

在攪拌容器内,流体可沿各个方向流向攪拌器,流体的行程长短不一,在需要控制回流的速度和方向,用于确定某种情况时可使用导流筒。导流筒是上下开口的圆筒,安装在容器内,在搅拌混合中起导流作用,既可提高容器内流体的搅拌程度,加强攪拌器对流体的直接剪切作用,又造成一定的循环流,使容器内流体均可通过导流筒内强烈混合区,提高混合效率。安装导流筒后,限定了循环路径,减少了流体短路的机会。导流筒主要用于推进式、螺杆式以及涡轮式攪拌器的导流。


軸封

軸封是搅拌设备的重要组成部分。軸封属于动密封,其作用是保证搅拌设备内处于一定的正压或真空状态,防止被搅拌的物料逸出和杂质的渗入,因而不是所有的转轴密封型式都能用于搅拌设备。在搅拌设备中,常用的軸封有液封、填料密封和机械密封等。

4.1 液封

当搅拌设备内工作压力为常压,軸封的作用仅是为了防止灰尘与杂质进人内部工作介质,或者隔离工作介质与搅拌设备周围的环境介质相互接触时,可选用液封。液封结构简单,没有与传动轴直接接触引起摩擦的零件。但为保证圆柱形壳体或静止元件与旋转元件之间的间隙符合设计要求,其密封部位零件的加工、安装要求较高。

同時,受結構特點的影響,液封的使用範圍較窄。一般適用于工作介質爲非易燃易爆或毒性程度輕度危害,設備內工作壓力等于大氣壓力,且溫度範圍在20-80℃的場合。

值得注意的是,液體工作介質不可充滿攪拌設備;而且封液應盡可能采用攪拌設備內工作介質,或與工作介質不發生物理化學作用的中性液體,同時需要較少揮發且不汙染大氣。

4.2填料密封

是攪拌設備較早采用的一種轉軸密封結構,具有結構簡單、制造要求低、維護保養方便等優點。但其填料易磨損,密封可靠性較差,一般只適用于常壓或低壓低轉速、非腐蝕性和弱腐蝕性介質,並允許定期維護的攪拌設備。

4.3 机械密封

機械密封是把轉軸的密封面從軸向改爲徑向,通過動環和靜環兩個端面的相互貼合,並作相對運動達到密封的裝置,又稱端面密封。機械密封的泄漏率低,密封性能可靠,功耗小,使用壽命長,無需經常維修,且能滿足生産過程自動化和高溫、低溫、高壓、高真空、高速以及各種易燃、易爆、腐蝕性、磨蝕性介質和含固體顆粒介質的密封要求。

與填料密封相比,機械密封具有以下優點:

1、密封可靠,在長期運轉中密封狀態穩定,泄漏量很小,其泄漏量僅爲填料密封的1%左右;

2、使用壽命長,在油、水介質中一般可達1-2年或更長,在化工介質中一般能工作半年以上;

3、摩擦功率消耗低,其摩擦功率僅爲填料密封的10-50%;

4、軸或軸套基本上不磨損;

5、維修周期長,端面磨損後可自動補償,一般情況下不需經常性維修;

6、抗振性好,對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感;

7、適用範圍廣,能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同旋轉頻率,以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質的密封。

正是由于機械密封的上述優點,其在攪拌設備上已被廣泛使用。

機械密封有單端面機械密封和雙端面機械密封兩種,單端面機械密封價格較低,當單端面機械密封不能達到要求時,需用雙端面機械密封。

當攪拌介質爲劇毒、易燃、易爆,或較爲昂貴的高純度物料,或者需要在高真空狀態下操作,對密封要求很高,且填料密封和機械密封均無法滿足時,可選用全封閉的磁力傳動裝置。

動裝置

搅拌设备的传動裝置包括电动机、变速器、联轴器、轴承及機架等。其中搅拌驱动机构通常采用电动机和变速器的组合或选用带变频器的電機,使搅拌达到需要的转速。

传動裝置的作用是使攪拌軸以所需的转速转动,并保证攪拌軸获得所需的扭矩。在大多数搅拌设备中,攪拌軸只有一根,且攪拌器以恒定的速度向一个方向旋转。然而也有一些特殊的搅拌设备,为获得更佳的混合效果,可以在一个搅拌设备内使用两根攪拌軸,并让攪拌器进行的复杂的运动,如往复动式、往复式、行星式等。


電機

搅拌设备的攪拌軸通常由电动机驱动。由于搅拌设备的转速一般都比较低,因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在一起使用的,有时也采用变频器直接调速。为此,选用电动机时,应特别考虑与变速器匹配问题。


通常应根据攪拌軸功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号,并遵循以下基本原则:

①根據攪拌設備的負載性質和工藝條件對電動機的啓動、制動、運轉、調速等要求,選擇電動機類型。

②根據負載轉矩、轉速變化範圍和啓動頻繁程度等要求,考慮電動機的溫升限制、過載能力和啓動轉矩,合理選擇電動機容量,並確定冷卻通風方式。同時選定的電動機型號和額定功率應滿足攪拌設備開車時啓動功率變大的要求。

③根據使用場所的環境條件,如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯和腐蝕及易燃易爆氣體等,考慮必要的防護方式和電動機的結構型式,確定電動機的防爆等級和防護等級。對于氣體或蒸汽爆炸危險環境,應根據爆炸危險環境的分區等級和爆炸危險區域內氣體或蒸汽的級別、組別和電動機的使用條件,選擇防爆電動機的結構型式和相應的級別、組別;對于粉塵爆炸危險環境,則根據爆炸危險環境的分區等級和電動機的使用條件,選擇防爆、防護電動機的結構型式和相應的防爆、防護等級;對于火災危險環境,則根據火災危險環境的分區等級和電動機的使用條件,選擇防護電動機的結構型式和相應的防護等級。化學腐蝕環境時,應根據腐蝕環境的分類選擇相適應的電動機。

④根據企業電網電壓標准和對功率因數的要求,確定電動機的電壓等級。

⑤根據攪拌設備的高轉速和對電力傳動調速系統的過渡過程的性能要求,以及機械減速的複雜程度,選擇電動機的額定轉速。

除此之外,選擇電動機還需要符合節能要求,並綜合考慮運行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、産品價格、運行和維修費用等因素。


減速機&變速器

5.2 变速器: 变速器是用于原动机和工作机之间独立的闭式传動裝置,其主要功能是降低转速,并相应加大扭矩。由于攪拌軸运转速度大多在30-600rpm范围内,小于电动机额定转速,故在电动机出口端大多需设置变速器。按变速能力,变速器可分为减速机和无级变速器两大类。

按傳動和結構特點來劃分,減速機可分爲擺線針輪減速機、齒輪減速機、蝸輪蝸杆減速機、皮帶減速機四種。應根據工藝要求和操作環境,選配合適的變速器。所選用的變速器除應滿足功率和輸出轉速的要求外,還應運轉可靠,維修方便,並具有較高的機械效率和較低的噪聲。

5.2.1摆线针轮减速机: 摆线针轮减速机应用行星传动原理,采用摆线针齿啮合,是一种设计先进、结构新颖的减速机构,允许正、反向运转。它广泛应用于石油化工、轻工食品、制药、纺织印染、冶金矿山、污水处理及工程机械等各种传动机械的减速装置。

行星齒輪減速機的特點是傳動效率高,傳動比範圍廣,傳動功率可從10W到50000kW,體積和重量比普通齒輪減速機、蝸杆減速機小得多。但其結構較複雜,制造精度要求較高。

5.2.2 齿轮减速机: 齿轮减速机包括圆柱齿轮减速机和圆锥齿轮减速机两种,其中圆柱齿轮减速机在所有减速机中应用比较广,它传递功率的范围可从很小至4000kW,圆周速度也可从很低60-70m/s;而圆锥齿轮减速机的输人轴和输出轴位置成90o配置,因而适用于输入、输出轴相互垂直的场合。

齒輪減速機的主要特點是效率高,工作耐久,維護簡便口按其減速齒輪的級數可分爲單級、兩級、三級甚至多級;按其軸在空間的相互配置可分爲立式和臥式;按其運動簡圖的特點可分爲展開式、同軸式和分流式等。爲了避免減速機外廓尺寸過大,一般當傳動比在8以下時,可采用單級齒輪減速機,大于8時,可以選用兩級或兩級以上齒輪減速機。

5.2.3蝸輪蝸杆減速機

蝸輪蝸杆減速機采用蝸輪蝸杆傳動,主要用于傳動比較大的場合,具有傳動結構緊湊,輪廓尺寸小,工作平穩等優點,但效率較低,因而單級蝸杆減速機應用較多,兩級蝸杆減速機則較少應用。單級蝸杆減速機傳動比的範圍一般爲10-70。

5.2.4 皮带减速机

皮帶減速機具有效率高、壽命長、結構緊湊、傳動平穩、拆卸方便等特點,允許正反方向運轉,在大型發酵裝置中應用較多。

5.2.5 机械无级变速器

在相当多的搅拌操作中,由于工艺条件要求攪拌軸变速运转或搅拌工艺处于试验研究阶段使攪拌軸转速未定,往往需要选用无级变速器。

機械無級變速器大多利用主功構件與從動構件接觸處的摩擦(牽引)力傳動來傳遞運動和扭矩,並通過改變主、從動件的相對位置以改變接觸處的土作半徑來實現無級變速。

無級變速器的主要功能是根據生産實際需要隨時調整工作轉速,從而獲得合適的轉速,即其傳動比可在設計預定的範圍內無級地進行改變,以簡化變速傳動結構、提高生産效率和産品質量、合理利用動能,同時可實現遙控及自動控制功能,減輕操作人員的勞動強度。

無級變速器具有以下特點:

①結構簡單。大多數行星摩擦式無級變速器由6-8個關鍵傳動元件組成,傳動元件數目較少,結構緊湊。外形尺寸小,整機制造相對較容易。

②變速範圍較大。可簡化傳動結構,傳動平穩、噪聲比較低。

③驅動功率較大,承載能力較強。

④輸出機械特性優越。一般情況下,無級變速器低轉速時恒扭矩輸出特性較強,高轉速時可達到恒功率輸出。

⑤傳動效率高,機構壽命長。正常使用壽命可達10年以上。

由于上述特點,再加上其屬于降速型傳動,因而在攪拌設備上應用較多。

值得注意的是:機械無級變速器與齒輪傳動相比,超負載能力較差,而且工作過程中有滑動、丟轉等現象。因此,在啓動扭矩大、啓動次數多、負荷變動大、有沖擊負荷和急刹車等使用條件下,會降低變速器的使用壽命。考慮到這些因素,可在額定功率或扭矩的基礎上再乘以一個系數,即采用比原規格稍大的、有一定裕量的無級變速器,或者設置保護裝置,並在結構上盡量避免變速器受到苛刻的負荷條件。


軸承與聯軸器

5.3 轴承

在一般情况下,攪拌軸应尽可能设计成悬臂式的,以便于安装维护,减少介质腐蚀造成的影响。但攪拌軸悬臂过长且又较细时,常常会将轴扭弯,同时离心力的作用也随着递增,严重时可损坏攪拌軸。有些搅拌反应器的攪拌軸很长,需要安装中间轴承或底轴承以防攪拌軸下部摆动过大。

装设中间轴承和底轴承虽然可以改变搅件轴的支承条件,减少攪拌軸的挠度。但同时增加了结构的夏杂性,给安装和检修带来困唯;而且多支点支承对中困难,安装不好会产生偏心,加剧轴承的磨损并产生振动;设备内轴承的润滑是利用容器内液体进行的,因此,当存在磨损性颗粒时,会进入轴承造成磨损、堵住咬死。所以,应当尽量避免采用中间轴承和底轴承。

5.3.1 中间轴承

中间轴承通常装在軸封的下方,或攪拌軸的中部,其位置主要取决于轴的稳定性以及安装、检修的方便等。但如果中间轴承浸没在介质中,轴承与器壁固定的拉杆起着横挡板的作用,既增加了搅拌功率的消耗,又使得液体分子之间的剪切作用加大,同时还需要考虑介质的腐蚀和磨损,因而要尽可能不用。

常用的間軸承結構型式有三拉杆式、三槽鋼三軸瓦式、井字槽鋼式以及三拉杆吊挂式等。

5.3.2 底轴承

底轴承装在攪拌軸的底部,常用的底轴承结构型式有三足式、底部法兰式和迷宫三足式等几种。

5.4 联轴器

联轴器的作用是将两个独立设备的轴牢固地联在一起,以进行运动和功率的传递。根据联接结构的不同,上联轴器可以分为刚性联轴器、弹性联轴器和液力耦合器。刚性联轴器联接两轴时,轴线对中性好,允许在任何方向转动,结构简单,制造方便。弹性联轴器由于具有能够产生较大弹性变形和阻尼作用的弹性元件,具有较好的补偿相对位移、缓冲和吸震作用。液力耦合器具有電機过载保护及提高電機启动性能的能力,并且可以隔离振动,缓和冲击。

根據安裝位置的不同,聯軸器可分爲下聯軸器和上聯軸器。

5.4.1 下联轴器

下联轴器主要是对搅拌槽内的攪拌軸进行联接,要采用刚性联轴器;安装方式有焊接式和可拆式两种。(如图)

5.4.2 上联轴器

上联轴器指攪拌軸与变速器或电动机出轴间的联轴器,其选取一般应按以下原则进行:

①采用無支點機架,並且除電動機或變速器支點外無其他支點時,可以采用剛性聯軸器;

②在传递较小功率和较小轴承载荷的情况下,可采用刚性联轴器用于无中间轴承、底轴承和軸封上也不设轴承的单支点機架上;

③具备下列条件之一时,应选用弹性联轴器:a、采用双支点機架者;b、采用单支点機架,但设置了底轴承或设有中间导向轴承或軸封本体设置了可以作为支承的轴承者。

另外,要注意的是:

当攪拌軸系为悬臂结构时,减速机输出轴支承和架支承组成攪拌軸系的两个支承点,减速机输出轴与攪拌軸连接采用刚性联轴器。当攪拌軸系为单跨结构时,機架支承和釜内底轴承组成攪拌軸系的两个支承点,减速机输出轴与攪拌軸连接采用弹性联轴器。

当攪拌軸系配置的軸封带有辅助支承或釜内设有中间轴承时,由于这两种支承属于提高軸封处旋转精度和轴系抗震扶正能力的辅助支承,攪拌軸系仍应按配置这两种辅助支承前的结构形式处理。对悬臂结构,减速机输出轴与攪拌軸连接采用刚性联轴器。对单跨结构,减速机输出轴与攪拌軸连接采用弹性联轴器。

5.5 機架

搅拌设备的機架应该使攪拌軸有足够的支承间距,以保证操作时攪拌軸下端的偏摆量不大。機架应保证变速器的输出轴与攪拌軸对中,同时还应与軸封装置对中。機架轴承除承受径向载荷外,还应承受攪拌器所产生的轴向力。大多数情况下,機架中间还要安装中间轴承装置,以改善攪拌軸的支承条件。機架的型式可分为无支点機架、单支点機架和双支点機架三种。

機架

5.5.1 无支点機架

機架本身无支撑点,攪拌軸系以减速机输出轴的两个轴承支点作为支撑。适用于轴向力较小或仅受径向力,搅拌负载均匀的场合。

在一些小功率和较小的轴向载荷等场合,可选用无支点機架,但同时满足下列条件之一:

①电动机与变速器具备两个支点,并经核算确认轴承能够承受由攪拌軸传递而来的径向和轴向载荷者;

②同时具备选用单支点機架条件中的①和②一④项中之一者,上、下可以组成一对轴支承。

5.5.2 单支点機架

機架设有能承受双向载荷的支撑,轴向载荷全部卸到機架支撑上,能保证减速机的传动质量,延长使用寿命,适用于均匀负载、中等冲击条件下的所有搅拌作业场合。当具备下列条件之一时,可选用单支点機架:

①电动机或变速器有一个支点,经核算可承受攪拌軸的载荷;

②設置底軸承作爲一個支點;

③軸封本体设有可以作为支点的轴承;

④在搅拌设备内,攪拌軸中部设有导向轴承,可以作为一个支点。

5.5.3 双支点機架

機架中间设有两个独立支承,适用于重冲击负载或对搅拌密封装置有高要求的特殊场合。减速机输出轴与攪拌軸连接采用弹性联轴器。当不具备选用单支点或无支点機架的条件时,应选用双支点機架。


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