立式60 m3制浆机结构设计

2017-07-19赵斌

科技与创新 2017年13期

关键词：搅拌器制浆输送机

赵斌

（晋城宏圣建筑工程有限公司，山西晋城 048000）

立式60 m3制浆机结构设计

赵斌

（晋城宏圣建筑工程有限公司，山西晋城 048000）

煤炭资源作为一种主要资源，在国民经济中起着非常重要的作用。近年来，随着煤炭的大力开采，矿井事故频繁发生，经济损失巨大，人员伤亡惨重，煤矿安全日益成为重中之重，急待加强。主要设计了制浆量为60 m3的制浆机，将黄泥与水混合，利用搅拌将浆液输送出去。与现有的离心式制浆机相比，相同流量的制浆机所需要的电动机功率减小，结构更加简单。

60 m3制浆机；搅拌机：搅拌轴；螺旋输送机

1 研究现状

1.1 制浆机的研究现状

如今，能源产业作用于经济发展的基础产业，在经济高速发展过程中扮演重要的角色。其中，煤炭起着不可忽视的作用。煤炭是埋藏于地下的植物经过复杂的物理、化学、生物反应逐渐形成的固体可燃物，被人类誉为“黑色的金子”“工业的粮食”，是人类使用的主要能源之一。近几年，随着煤炭需求的增加，超量开采时有发生，导致频繁发生一系列安全事故。制浆机的作用在于保障煤矿在开采煤炭过程中的安全。虽然制浆机很早投入使用，但其发展十分缓慢，至今仍然在使用。

煤矿自燃火灾是目前煤矿生产过程中的主要灾害之一，预防性灌浆是我国使用较为广泛并且有效的一种预防煤炭自燃的方法，其中，设计均匀、连续的泥浆是决定灌浆效果的重要因素。目前主要采用的是水力冲刷和搅拌池机械搅拌2种制浆方式。

1.2 制浆机系统的分类及介绍

从20世纪50年代开始，我国的煤炭行业开始使用灌浆技术来灭火，目前已经成为一种广泛使用的预防煤炭发生自燃的方法。其原理为：将黏土或沙质黏土以及炉灰之类的灌浆材料按适当的比例混合搅拌制成泥浆，然后输送至自燃发火的高危险区域，或者利用井上、井下的高度差将泥浆送至自燃发火的高危险区域进行灌浆。在灌浆过程中，裹着煤块的浆液具有增加湿度、减慢氧化的作用，其沉淀下来的物质沉积在狭缝中，使煤块隔绝，能够阻止煤块氧化。制浆系统的分类如表1所示。

2 总体方案的设计

本文在已有的叶片式搅拌机的基础上，对自动除杂以及均匀搅拌等方面进行改进。制浆机能否搅拌均匀关键在于搅拌叶片的设计。本文采用的是平直叶圆盘涡轮式搅拌器，一方面在叶轮附近区域的流体中造成高度湍动，另一方面产生一股高速射流推动全部液体沿一定方向在槽内循环流动。针对大的碎块，自动除杂模块采用螺旋输送结构。制浆机输送出口设置在高1 m左右的位置。为了使被搅拌物料能够上下轴向流动，形成全釜的均匀混合，在搅拌容器内加入若干块挡板。本文采用的是4块宽度约为容器内直径1/10的挡板。制浆机的传动装置采用直齿轮传动降低速度，圆锥齿轮改变传动方向。

表1 制浆系统的分类

3 搅拌机的设计

搅拌是一种独立的流体力学的操作，可以进行固液混合、液液混合、气液分散等，也可用于溶解、结晶等。固液混合可以清除槽底的固体以及形成固液混合状态。

3.1 搅拌器的选型

在搅拌过程中，搅拌器为搅拌过程提供能量。本文根据搅拌目的以及固液相关性质选择六叶圆盘涡轮式搅拌器。六叶圆盘涡轮式搅拌器的流型为径向流，加入挡板使其既有径向流又有轴向流。

六叶圆盘涡轮式搅拌器比较适合黏度不太高的液体进行混合、乳化、固液悬浮、气泡分散、吸收、溶解等。六叶圆盘涡轮式搅拌器的优点是价格便宜，适用范围广，剪切性能强，加上圆盘有利于小规格搅拌器的加工；缺点是能耗较大，效率较低。六叶圆盘涡轮式搅拌器被广泛应用于比如发酵、炭化等的搅拌装置中。

搅拌器的尺寸主要指桨叶直径、桨叶宽度和叶轮的安放位置。其设计主要遵循3个原则，即叶轮和轴能够稳妥地连接、叶轮的合理制造、叶轮的方便维修等。

3.2 挡板的设计

挡板的主要作用是用来消除湍流情况下的圆柱回转区。挡板可以调节液流的体积流量，改变液流的阻力。本文中挡板的宽度为0.25 m，长度为0.15 m，其数目为4个，均匀分布于搅拌桶内。

3.3 搅拌功率计算

搅拌功率为搅拌时所需要的动力。搅拌功率包括搅拌器功率和搅拌作业功率，其中，搅拌器功率为搅拌器搅拌时，使流体发生流动以及搅拌器连续运转所需要的功率；搅拌作业功率指搅拌罐中的液体以最佳方式完成搅拌所需要的功率。搅拌功率主要与叶轮直径、物料密度、搅拌器转速以及搅拌功率准数有关。其中，叶轮直径、物料密度以及搅拌器转速比较容易获得，因此求搅拌功率的难点在于求搅拌功率准数。

在搅拌过程中，电动机功率必须满足搅拌器运转功率以及传动系统、密封系统功率损失的要求。密封系统摩擦造成的功率损失因密封系统的结构而异，填料密封的功率损失较大，机械密封的功率损失则相对较小。

电动机的选择主要是看电动机的类型、结构型式、容量、额定电压以及额定转速。电动机选择的基本原则为：根据生产机械调速的要求选择电动机的种类，工作过程中电动机容量能够被充分利用，根据工作环境选择电动机的结构型式。在满足设计要求的情况下，优先考虑采用结构简单、价格便宜、维护方便的三相交流异步电动机。

3.4 搅拌轴的计算

搅拌轴的计算主要包括轴的强度和刚度计算，对轴的耐震性即轴的临界转速、挠曲变形进行校核，以及确定轴的最小截面尺寸，保证搅拌轴安全、平稳运转。

3.5 自动排渣装置的设计

本文选用的是不锈钢过滤网。不锈钢过滤网的优点：过滤效果十分稳定，制作过程中选择了优质的原材料，使其在使用过程中不易变形；强度大，优质的材料具有高耐压性，能够承受较大的工作强度；清洗简单，单层过滤材料具有清洗简单的特点，适用于反复冲洗；具有耐高温、耐腐蚀性能；易于加工，不论是裁剪、折弯，还是拉伸、焊接等都能很好地完成。本文选用的滤网标准目数为100目，厚度为3 mm。

3.6 螺旋输送机的设计

根据输送物料的特征要求和结构的不同，螺旋输送机分为垂直螺旋输送机、水平螺旋输送机、可弯曲螺旋输送机和螺旋管输送机。

垂直螺旋输送机螺旋体的转速比普通螺旋输送机要高，加入的物料在离心力的作用下与壳体产生摩擦来阻止物料随螺旋叶片一起旋转并克服了物料下降的重力，从而实现物料的垂直输送。垂直螺旋输送机输送量小，输送高度低，转速较高，能耗大，特别适合输送流动性好的粉粒状物料。

使用水平螺旋输送机时，当物料被加入到固定的机槽内时，由于物料的重力以及机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不随螺旋体旋转，而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不旋转的螺母沿着转动的螺杆做平移运动一样，达到输送物料的目的。水平螺旋输送机适用于多点装料与卸料，输送过程中可同时完成混合、搅拌或冷却功能。

可弯曲螺旋输送机螺旋体心轴可挠曲，输送线路可根据需要按空间曲线布置。根据布置线路中水平及垂直段的长度比例不同，其工作原理按普通螺旋输送机或垂直螺旋输送机设计。

本文所设计的螺旋输送机为：左边为实体右旋，起传送的作用；右边为实体左旋，防止出料口堆积。螺旋的长度为1 600 mm。