立式搅拌釜

关键词： 搅拌 减速机 检修 设备

立式搅拌釜（精选三篇）

立式搅拌釜 篇1

关键词：化工,动设备,检修,维护,三柱塞泵,立式搅拌釜,减速机

减速机作为一种常见的减速装置, 被广泛应用于多个行业领域, 它同样也是化工动设备的主要部件, 一旦其减速机出现故障, 就会影响到整个设备的正常运转, 最终影响到企业的经济效益和社会效益。我们以新疆美克化工动设备中三柱塞泵和立式搅拌釜减速机的检修和维护为例, 来探讨相关方法和解决措施。

1 减速机检修的一般原则

新疆美克化工股份有限公司 (简称美克化工) 是美克投资集团有限公司下属美克化工之一, 于2004年7月26日正式注册成立, 并取得了危险化学品经营许可证。美克化工生产连续性强, 自动化水平高, 且具有高温、高压、易燃、易爆、易中毒的特点, 化工设备一旦发生问题, 往往会导致装置停产、火灾爆炸、环境污染、人身伤亡。因而, 加强化工设备的检修与维护显得异常重要。关于三柱塞泵和立式搅拌釜减速机的检修和维护, 我们除了制定并严格执行减速机的检修规程外, 还遵循以下原则。

(1) 定期检查修理。成立了由公司机动部、分厂领导、技术人员、维修和操作人员组成的设备故障状态检测小组, 定期对设备运行和设备故障状态进行分析并制定处理方案。

(2) 确保润滑油的各种性能符合指标, 每次检查时都要化验、过滤、分析、评定润滑油的性能。

(3) 更换配件前严格检查, 确认合格后再按原装配要求进行装配。

(4) 检修装配时, 按原有的标记装配和安装, 并保证零部件间、原来的相互位置关系和要求的精确度, 如齿轮的接触面、减速机纵横和水平度、联轴器的同轴度等。

(5) 进行跑和试运转, 检查合格再投入生产。

2 三柱塞泵和立式搅拌釜减速机的常见故障及解体检修与维护

美克化工一期动设备中, 装备三柱塞泵和大型立式搅拌釜减速机21部 (台) 。在多年的检修与维护实践中, 我们认为, 三柱塞泵和立式搅拌釜的减速机常见故障主要有零件损坏、噪音、振动、发热、漏油, 检修中要具体问题具体对待, 并及时采取有针对性的措施进行修复维护, 无法修复维护的要及时更换。

2.1 齿轮的检修与维护

齿轮的损坏形式主要有:由于操作不当引起撞击、产生沉重荷载而造成的断齿;两齿轮啮合中心距或两轴平行度超差, 以及齿轮制造误差大导致的齿面接触不良;轮齿硬度不符合要求, 负荷过大及润滑油不符合要求造成齿面磨损;齿面粗糙、润滑油不清等引起的齿面点蚀;齿面淬火硬度不均匀使软体面部位发生永久变形, 形成凹凸不平的齿面或造成齿形歪斜。

关于齿轮损坏的处理, 美克化工的检维修人员始终把握两个原则。一是大多数齿轮在损坏后, 一般不采用修理的办法来修复, 而是设立一定的判断标准, 超过标准即更换新齿轮。二是对于未超过报废标准的齿轮, 可以用刮刀或油石清除齿面的毛刺, 重新换用新润滑油等以达到减缓操作的目的。

关于齿轮更换的标准, 按减速机的用途技术标准确定。具体来说, 对损坏的小齿轮一般是直接进行更换, 对于大模板齿轮、大型齿轮则是修换结合。大模板齿轮的局部断齿, 可用气焊进行堆焊, 然后经回火再加工准确的齿形。大型齿轮磨损后, 采用变位法修理效果很好, 既在修复时采取高变位, 将大齿轮外圆车去一层, 再重新加工新的齿形。

2.2 滚动轴承的检修与维护

滚动轴承工作状态的好坏, 直接影响到减速机的性能、寿命以及动力的消耗。轴承内不清洁、润滑油脂不合规定、间隙不适当、缺油、超载等均会导致不同程度的滚动轴承故障。

滚动轴承的检查, 首要是弄清故障原因、损坏程度以及对使用的影响, 以此确定处理措施。当轴承升温过高、杂音大时, 应及时停机检查处理;发现轴承破坏、严重烧伤变色、内外圈有裂纹等情况时, 必须更换。对于小型设备, 轴承有伤损但不影响运行的情况下可断续使用;对于大、中型减速机, 检修拆装一次很不容易, 一旦检查到明显损伤, 应以更换为好。

滚动轴承调整间隙的方法, 常见的有垫片调整法、螺钉调整法、内外套调整法。以垫片调整法为例, 先在不加垫片的情况下, 拧紧轴承端盖与轴承座间的距离, 此距离值与间隙值相加即为所需垫片的厚度, 也就是装配加入此组厚度的垫片, 轴承便得到所需的轴向间隙。

2.3 减速机轴的检修与维护

轴的主要损坏形式是轴径磨损, 当轴径的磨损量小于0.2毫米时, 可用镀铬修复, 镀铬后经磨削加工至需要尺寸, 也可以用喷涂法修复。若轴径磨损严重可在磨损表面堆焊一层金属, 再按图纸要求进行加工。轴上若发现裂纹应及时更换。

2.4 漏油故障的检修与维护

减速机漏油是一个常见的故障, 它不仅影响设备的正常润滑, 而且污染环境, 造成浪费。通过均压、畅流和消漏等方法可以解决减速机漏油的问题。

均压、畅流是在设计有缺陷时采用的改进措施。减速机内在运行中发热升温, 箱内压力增高, 箱内外形成压力差, 使飞溅的油液更容易从密封不严处漏掉, 解决的办法是在减速机盖的顶端设一通气孔, 以保证箱内外压力一致。畅流是指飞溅在箱壳内壁上的油液要顺畅、尽快流回油池, 不要在密封处存留, 解决办法是加工回油槽。

消漏的检修关键是要细心, 注意箱体接合面漏油处理。在对轴端面漏油进行处理时, 需重新更换密封件。壳体若发现裂纹, 应补焊或更换。

3 减速机检修后的验收

经检查认定装配符合减速机实际安装要求之后, 应进行运转试验。一般空负荷试验, 进行额定转速空运转, 正反两个方向转动均不得少于10分钟, 在试验中, 除应达到所要求的接触面积时, 还应达到开动电机时, 响声均匀, 无跳动、撞击现象, 无剧烈或断续的噪音, 无漏油现象, 紧固连接处无松动, 润滑油升温不超过规定值。经试验合格后, 开机放油, 对全部零件重新清洗检查, 无超标缺陷。如此, 既为合格, 另加新油, 方可交付使用。

参考文献

[1]汪必忠.化工生产设备管理[M].北京:化学工业出版社, 1993

[2]魏新利.过程装备维修管理工程[M].北京:化学工业出版社, 2005

立式捏合机混合釜内流场遍历性研究 篇2

随着现代科学技术的发展, 高分子化合物、陶瓷材料和复合材料等得到了广泛的应用。这些材料的生产需将大量的固体粉末 (或颗粒) 、玻璃纤维和碳纤维等均匀地分散在高粘度或超高粘度流体中, 经充分混合后达到要求的性能。物料混合工艺常受到高固体含量、剪切敏感及其它因素的限制, 不能采用高的剪切速率。在较低剪切速率的条件下, 混合流体表观粘度较高, 不能产生湍流, 流体呈层流运动状态, 很难达到较优的混合性能[1]。双轴异速立式捏合机较多地应用于高粘度或高固体含量物料的混合工艺过程, 但是由于捏合机混合釜内流体混合域具有复杂的几何特征, 混合系统的尺寸参数和运动参数对混合性能有重要影响[2,3]。流场遍历是流场混合的必要条件[4,5], 研究立式捏合机混合釜内流场遍历性, 分析不同尺寸参数和运动参数对混合系统遍历性的影响, 有助于获得良好混合性能的流体动力学系统。

1 混合釜内流体混合域描述

立式捏合机两螺旋桨轴线均偏离混合釜中心线一定距离, 即具有一定的偏心距。实心桨的偏心距es小于空心桨的偏心距ek, 两螺旋桨中心距为CL, 实心桨和空心桨直径均为d, 混合釜内壁半径为R, 螺旋桨叶刃尖与混合釜内壁之间的最小间隙为c1, 两螺旋桨叶之间的最小间隙为c2, 如图1所示。在物料混合工艺过程中, 两螺旋桨同时做自转和公转运动, 实心桨和空心桨的自转角速度分别为ωs和ωk, 公转角速度均为ωH。

由于混合釜内两螺旋桨既有自转运动, 又有公转运动, 而且旋转方向顺时针和逆时针交替进行, 因此混合釜内流体混合域具有复杂的依时性几何特征。现考虑单相连续介质流体系统的遍历性, 根据相对运动原理建立笛卡儿直角坐标系XOY, X1OkY1和X2OsY2, 如图2所示。

空心桨桨叶刃尖I任意时刻t在XOY中的坐标分别为

式中 r—螺旋桨桨叶半径 (mm) , 取r=d/2。

同理, 可得空心桨桨叶刃尖J与实心桨桨叶刃尖S和W任意时刻t在XOY中的坐标。

2 流场遍历性理论基础

从理论上讲, 任何一个扰动都会使系统的轨线成为原系统轨线的伪轨; 从实际应用上讲, 数值计算时的误差 (如圆整和截断误差、时间积分误差、离散化误差和参数误差等) 使计算所得到的轨线均为原系统轨线的伪轨。跟踪理论的基本思想是:既然无法长时间跟踪原系统某物质点的实际轨线, 可以跟踪满足一定性能 (如伪轨跟踪性和平均跟踪性等) 原轨线伪轨的行为[6,7]。

根据跟踪理论, 当无法长时间跟踪流体动力学系统某物质点的实际轨线时, 可以跟踪满足一定性能 (如伪轨跟踪性和平均跟踪性等) 原轨线的伪轨, 研究该伪轨行为, 以得到原动力学系统的混合性能表征和评价。

对于高粘度和高固体含量物料流体动力学系统, 混合时物料表观粘度值较高, 流体呈现层流运动状态, 具有靠近固体壁面 (混合釜内壁和底部) 和混合域内固体物体 (螺旋桨) 表面相对速度为零的边界条件[8]。此边界条件表明:在混合过程中, 螺旋桨的运动会带动其周围的流体运动, 短时间内靠近螺旋桨的流体物质点相对于螺旋桨壁面的运动满足伪轨跟踪性和平均跟踪性等条件。对于螺旋桨某一刃尖而言, 刃尖的运动轨迹短时间内可以看作是某物质点的伪轨, 长时间内可以看作若干物质点的伪轨在不同时间段的相加。因此, 研究螺旋桨桨叶具有代表性的点 (即刃尖) 的运动, 就可以得到整个流体动力学系统遍历性。

设空心桨自转公转转速比为C, 即C=ωk/ωH, ωk和ωH均逆时针方向旋转, 则空心桨桨叶刃尖I的运动方程为

由于被研究对象相对于混合釜轴心线 (即两螺旋桨公转中心线) 对称, 可以做如下定义。

2.1 穿越

在如图2所示笛卡儿直角坐标系里, 随着时间t的增加, 若刃尖运动轨迹在点 (X, Y) 从下向上穿过X轴正向 (包括原点) , 则称刃尖运动轨迹对X轴正向一次正穿越; 若刃尖运动轨迹在点 (X, Y) 从上向下穿过X轴正向, 称刃尖运动轨迹对X轴正向一次负穿越。正穿越和负穿越统称穿越, 刃尖运动轨迹与X轴正向的交点 (或切点) 称为穿越点。

2.2 遍历率

将刃尖运动轨迹对X轴正向穿越点可能取值范围[X0, XN) 平均分成N个子集, 记为[Xi-1, Xi) (i=1, 2, L, N) , 刃尖运动轨迹至少对子集[Xi-1, Xi) 穿越1次, 则称[Xi-1, Xi) 为已穿越子集。若在有限的时间t内, [X0, XN) 中已穿越子集总数记为n, 则定义遍历率η为

undefined (3)

2.3 遍历时间

遍历率η=95%所需要的时间定义为遍历时间, 记为T95e。

遍历理论描述确定性动力学系统的长期统计行为, 其结果只有符合“几乎总是”、“几乎处处”或“以概率为1”的条件时才合理。遍历系统的一个明显特征是域中几乎所有的轨线稠密。理论上, 在有限的时间内不可能完全遍历全域。因此, 可以用有限时间内的遍历率或达到规定遍历率的时间来评价和分析立式捏合机混合釜内流场遍历性。

3 流场遍历性分析

3.1空心桨自转公转转速比对遍历率和遍历时间的影响

以某小型双轴异速立式捏合机空心桨自转公转转速比的实际取值范围 (C=13.00～13.20) 为例, 计算分析C对遍历率和遍历时间的影响。计算条件为:ek=45.8mm, r=46.0mm, ωH=6r/min, 时间增量△t=0.01s, 将X轴正向穿越点取值范围[0, 91.8) 平均分成918个子集, 即N=918, 子集间距为0.1mm。考虑空心桨刃尖I对遍历率的影响, 计算环境为Microsoft Visual C++ 6.0。

遍历率η随C值的变化曲线如图3所示, 部分计算结果如表1所示。从理论上讲, 当C值为无理数时, 只要时间t趋于无穷, 就能保证刃尖运动轨迹遍历全域。但是对于工程实际应用而言, 希望C的取值能在最短的时间内达到遍历标准, 如遍历时间T95e 。在上述计算条件下, 当C取值分别为13.03, 13.06, 13.13和13.17时, 遍历时间T95e分别为2 598.01, 2 659.61, 2 908.00和2 562.47s。其中, 最小遍历时间T95e (2 562.47s) 的C值为13.17。当C=13.17和t=100s时, 空心桨刃尖I的运动轨迹如图4所示, 计算环境为Matlab 6.5。

从图3可以看出, 空心桨自转公转转速比C值对遍历率的影响并无规律可言, 但可以根据定义2和定义3分析不同C值对遍历率和遍历时间影响的显著程度, 从而优化C值。空心桨自转公转转速比C值小的变动、实际运动过程中C值的波动以及数值计算中的误差对遍历情况均有影响。对空心桨单刃尖遍历情况的分析方法适于双刃尖遍历情况。

由于被研究对象的轴对称性, 螺旋桨刃尖运动轨迹对轴正向穿越适于对其它通过图2坐标系中原点的直线穿越。

3.2 双螺旋桨运动

当C=13.17时, 空心桨桨叶刃尖I遍历率η随时间的变化表示了遍历率的渐进过程, 如图5所示。

不同时刻刃尖I对X轴正向穿越点数以及已穿越子集数的计算结果如表2所示, 计算条件同上。

由图5的变化曲线和表2的数据可以看出:随着时间的延长, 遍历率的增长速度放缓, 穿越点数对已穿越子集数增加的贡献越来越小。事实上, 由图4可以看出, 空心桨桨叶刃尖运动轨迹对X轴正向穿越点主要集中在靠近混合釜中心处, 其次集中在靠近混合釜壁处, 在集合[0, 91.8) 中间区域穿越点的分布比较稀疏。因此, 若有另一螺旋桨桨叶的刃尖运动轨迹对X轴正向穿越点能集中在集合[0, 91.8) 围的中间区域, 则能够提高系统遍历率, 缩短遍历时间, 这就是双螺旋桨运动的遍历问题。

现分析双螺旋桨刃尖遍历率随时间的变化情况。计算条件为: ωH=6r/min, C=13.17, 实心桨自转公转转速比C1=ωs/ωH=-6.585, ωk和ωH逆时针方向旋转, ωs顺时针方向旋转, ek=45.8mm, es=-19.4mm, r=46.0mm, △t=0.01s, 实心桨刃尖的初始相位角为θ=90°。

双螺旋桨刃尖遍历率随时间的变化曲线如图6所示, 计算结果如表3所示。遍历时间T95e =2 441.08s。

t=100s时, 空心桨和实心桨双螺旋桨刃尖的运动轨迹 (单刃尖) 如图7所示。

图7中, 中间的圆环表示了实心桨桨叶刃尖运动轨迹。通过合理选择实心桨偏心es距, 能使桨叶刃尖运动轨迹对X轴正向穿越点位置集中在集合[0, 91.8) 的中间区域。比较图5和图6中遍历率随时间的变化曲线可知, 采用双螺旋桨能明显提高系统的遍历率, 缩短遍历时间。

4 结论

1) 流场遍历是流场混合的必要非充分条件。当无法长时间跟踪流体动力学系统某物质点的实际轨线时, 可以跟踪满足一定性能 (如伪轨跟踪性和平均跟踪性等) 原轨线的伪轨, 研究该伪轨行为以得到原动力学系统混合性能表征和评价。

2) 由于双轴异速立式混合机混合釜内流场的运动特征相对于混合釜轴心线对称, 从而可以定义螺旋桨刃尖运动轨迹对X轴正向的穿越, 并以此为基础研究流场的遍历特征。

3) 螺旋桨的自转公转转速比对流场的遍历率和遍历时间具有很大影响, 并可以通过比较不同转速比所对应的遍历率大小得到较优的螺旋桨的自转公转转速比。

4) 由于螺旋桨桨叶刃尖运动轨迹对X轴正向穿越点主要集中在靠近混合釜中心处, 其次集中在靠近混合釜壁处, 在中间区域穿越点的分布比较稀疏, 因此随着时间的延长, 遍历率的增长速度放缓, 穿越点数对已穿越子集数增加的贡献越来越小。采用双螺旋桨能够明显提高系统遍历率, 缩短遍历时间。

参考文献

[1]Arratia P E.The effects of rheology on the mixing mecha.nisms in laminar flows in stirred tanks[D].New Jersey:The State University of New Jersey, 2003.

[2]李锡文, 杨明金, 谢守勇, 等.大型立式混合装备设计研究[J].西南大学学报 (自然科学版) , 2007, 29 (9) :158.162.

[3]易朋兴.立式捏合机设计研究与性能分析[D].武汉:华中科技大学, 2007.

[4]Mazer A A.Design and analysis of mixing machine[D].USA:The University of Arizona, 1990.

[5]钱敏平, 龚光鲁.随机过程论 (2版) [M].北京:北京大学出版社, 1997.

[6]Fountain G O.Computational and experimental studies of a3D chaotic model flow:the fundamental mixing tank[D].USA:Northwestern University, 2001.

[7]邱炜.动力系统中两类跟踪性的研究[D].桂林:广西师范大学, 2007.

立式搅拌釜 篇3

1 105 m3 PVC聚合釜搅拌性能研究

1.1 数值模拟方法

计算模型采用聚合釜内流动域为计算域, 采用四面体网格和六面体网格相结合的网格划分方法。模型包括50万网格节点和150万网格单元, 同时要对桨叶区的网格进行局部加密处理的方法。本文中的计算流动条件都是处于湍流状态。湍流模型擦用的是RANS的标准。

在计算桨叶区的动静耦合时, 以桨叶速度旋转作为参考系, 而其他区域则使用静止参考系, 这种方法属于近似稳态的多重参考系法。它的流动状态为定长流动, 固壁应用无滑移固壁条件, 设置自由对称面的液面, 对于近壁区域流动的函数处理采用标准壁面函数。在对控制方程进行离散时, 采用有限体积法, 应用分离式求解器进行求解。

1.2 试验方法与装置

在众多的试验方法中, 本次试验采用的是冷态模拟法对105 m3 PVC聚合釜的搅拌特性进行测量, 实验釜在选择有机玻璃釜时, 采用的是直径为500的有机玻璃釜来进行相关实验, 该有机玻璃釜的结构与105m3 PVC工业聚合釜在几何上保持相似。挡板和桨叶都采取可拆的结构。这样在实验过程中可以随时更换挡板和桨叶, 十分方便。

在搅拌器运转时的功率、扭矩、转速的测量上采用扭矩转速传感器来测量。而对于流动状况的观察则采用示踪粒子目测法, 采用浮动粒子法来测定循环特性。

2 105 m3 PVC聚合釜搅拌性能研究方法

2.1 105 m3 PVC聚合釜研究过程中的挡板结构

105 m3 PVC聚合釜的釜壁与挡板之间平滑连接, 采用的是两块三角形内冷挡板, 因为挡板系数较小的原因, 釜内的流动形式主要是以轴向流动为主的环向流, 在液面近轴处, 有漏斗状漩涡形成。加设挡板, 一方面是为了使被搅拌液体的湍动程度增大, 一方面是为了改变切向流动。站在混合的角度来看, 当挡板系数KB=0.06~0.12是混合效果达到最佳的状态。从搅拌对粘釜的影响来看, 当KB=0.1~0.2时, 粘釜量达到最低水平。因此选择形成四块均布挡板即在釜内增加两块对称的挡板。

对于混合腔内的流动性能的观察研究可以通过对宏观流动场的模拟直观的预测出来, 105 m3 PVC聚合釜选用单层的四叶平浆, 底伸式的安装形式对于桨叶周围液体的切向流动和径向流动起到了很大的促进作用。通过对挡板结构的改进, 可以起到打破液面强切向循环, 消除流动过程中的漩涡的作用。

2.2 105 m3 PVC聚合釜研究过程中的桨叶结构

悬浮法PVC的生产装置中, 对以前使用两叶直浆式和三叶后掠式搅拌器, 在使得挡板结构改进的基础上, 改进了桨叶的结构, 采用了上翘四叶斜浆叶和四叶平桨桨叶, 由于桨叶倾角上提, 桨叶上方流场漩涡心上升, 流场分布在主平面上轴的循环得到加强, 轴向流动梯度增加, 剪切速率在挡板和桨叶附近比较大, 有利于颗粒悬浮。

由实验分析可知, 上翘四叶斜浆的功率比四叶平浆的功率略低, 单位体积里相差不大, 而循环次数与排出量都比四叶平浆高, 因此要想在同等单位功耗下获得大的循环流量, 可以考虑采用上翘四叶斜浆来改善釜内流动状况。但是上翘式四叶斜浆的釜内流动混合和叶端线速度相对来说较为平缓, 对于105 m3 PVC聚合釜双层三叶后掠式桨叶搅拌的设计还需要多对其他PVC聚合釜的设计经验进行研究学习, 以便操作进一步的改进优化。

3 实验结论

通过增加两块挡板的方法可以改善釜内流动, 使功率得到加强, 漩涡得到消除, 上翘四叶斜浆的功率比四叶平浆的功率略低, 双层三叶后掠式浆的消耗功率相对来说是比较小的, 但还需要进行进一步的实验验证和优化。通过对冷模实验的功率测试、混合时间和循环特性的测定验证、实验流动状况的观察, 对数值模拟结果的正确性做出了验证。

4 总结语

物料的分散混合是由搅拌来完成的, 这在聚合反应中是起着重要作用的, 决定PVC树脂性能的主要因素是釜内结构和搅拌器所形成的搅拌流场, 因此要想达到降低生产成本、提高产品质量、减少助剂用量的目的, 可以采取提高搅拌性能参数, 改善聚合釜的搅拌结构的措施予以实现。通过验证流体学的方法研究能量分布、场内速度等微观量, 不仅能获得其他试验方法所得不到的实验数据还能节约大量的成本和时间。并且可以看到流动混合的具体过程, 计算流体学的数模值对于搅拌设备的优化设计有很重要的参考作用。在采用计算流体学软件对105 m3 PVC聚合釜内的流动特性进行了数值模拟, 通过对不同桨叶结构及挡板附件对流动参数影响的比较分析, 得到釜内流动的主要特性, 通过冷漠试验方法对模拟结果的验证, 提供了聚合釜内搅拌过程优化改型的参考方案。

参考文献

[1]高旭东.我国烧碱工业状况与发展趋势[J].氯碱工业, 2012 (10)

[2]郑德兴.酸性盐水在金属阳极电解槽的应用[J].氯碱工业, 2010 (11)