小型攪拌器三維造型設(shè)計及關(guān)鍵零部件工藝設(shè)計【說明書+PROE】
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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(文獻(xiàn)綜述) 第 10 頁
單位代碼 0 2
學(xué) 號 080105650
分 類 號 TH6
密 級
畢業(yè)設(shè)計
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
杜炳
指導(dǎo)教師
楊漢嵩
2012年 03 月 10 日
前言
攪拌設(shè)備使用歷史悠久，應(yīng)用范圍廣。在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、建筑行業(yè)等等傳統(tǒng)工業(yè)中均有廣泛的使用。攪拌操作看來似乎簡單，但實際上，它所涉及的因素卻極為復(fù)雜。
攪拌可以使兩種或多種不同的物質(zhì)在彼此之中互相分散，從而達(dá)到均勻混合；也可以加速傳熱和傳質(zhì)過程。攪拌操作的例子在化驗室里制備某種鹽類的水溶液時，為了加速溶解，常常用玻璃棒將燒杯中的液體進(jìn)行攪拌。攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍很廣，尤其在化學(xué)工業(yè)中，很多化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作。攪拌設(shè)備在許多場合是作為反應(yīng)器。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器，約占反應(yīng)器總數(shù)的90%。其他如染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆等行業(yè)，攪拌設(shè)備的使用亦很廣泛。有色冶金部門對全國有色冶金行業(yè)中的攪拌設(shè)備作樂調(diào)查及功率測試，結(jié)果是許多濕法車間的動力消耗50%以上是用在攪拌作業(yè)上。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這么廣泛，還因攪拌設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控制范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合，使原料液或產(chǎn)品均勻化。化工生產(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺染料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種形式的攪拌設(shè)備。攪拌設(shè)備在化學(xué)纖維生產(chǎn)中，如聚酯、尼龍等生產(chǎn)中就有很多種類。功率從0.09~37KW，轉(zhuǎn)速從6.5~1500rpm，種類繁多，槳葉的型式也多種多樣。在建筑工業(yè)上，石灰、水泥的攪拌也得到了非常廣泛的應(yīng)用，但是在少量水泥、沙子和水一起攪拌的時候大多數(shù)還停留在手工攪拌的工序上，造成了大量的原材料的損失和環(huán)境的污染。
一 攪拌器的發(fā)展
20 世紀(jì) 90 年代末 , 四川西昌鋅業(yè)公司在中浸工段使用了一臺美國萊寧公司的攪拌機(jī) , 浸出槽容積 50 m , 配備電機(jī)功率 715kW, 取代了原國產(chǎn) 1815 kW 攪拌機(jī)。經(jīng)過試用 , 該機(jī)性能優(yōu)越。此后, 美國萊寧攪拌機(jī)在國內(nèi)許多工廠得到應(yīng)用, 均獲得一致好評。進(jìn)口高效節(jié)能攪拌機(jī)得到了充分的肯定 , 其優(yōu)越的運(yùn)行性能及節(jié)能性能為有目共睹。然而 , 其市場普及應(yīng)用速度遠(yuǎn)不如想像的快 , 國內(nèi)低效能攪拌機(jī)仍然占據(jù)主要地位。究其原因 , 其實很簡單: 進(jìn)口高效攪拌機(jī)價格不菲, 大量使用令生產(chǎn)廠家不堪承受。同時 , 國內(nèi)許多廠家并不期望長的使用效果 , 更主關(guān)心盡可能小的投資及短期的經(jīng)濟(jì)效益。另外 , 過高的價格大大削弱了高效攪拌機(jī)的節(jié)能性能。國內(nèi)廠家迫切需要一種新型的攪拌機(jī) ,它具有與進(jìn)口高效攪拌機(jī)相同或接近的運(yùn)行性能及節(jié)能性能 , 同時具有與常規(guī)攪拌機(jī)競爭的市場價格。
浙江恒豐泰減速機(jī)制造有限公司是一家頗具實力的國內(nèi)減速機(jī)及攪拌機(jī)制造公司在向市場推銷其產(chǎn)品時 , 他們看到了國外先進(jìn)的攪拌機(jī) , 也意識到了與別人的差距 , 立志開發(fā)高效節(jié)能型攪拌機(jī) , 與國外企業(yè)競爭。昆明有色冶金設(shè)計研究院長期從事有色冶金工廠的設(shè)計工作 , 對冶煉工藝及攪拌機(jī)有著豐富的技術(shù)資源及實踐經(jīng)驗 , 可與恒豐泰一起進(jìn)行高效節(jié)能攪拌機(jī)的開發(fā)。羅平鋅電股份有限公司長期進(jìn)行電鋅生產(chǎn) , 有著豐富的經(jīng)驗 , 他們在 2002 年使用了 5 臺美國萊寧公司的高效節(jié)能攪拌機(jī) , 對高效節(jié)能攪拌機(jī)體會頗深 , 希望看到國產(chǎn)高效節(jié)能且價格便宜的攪拌機(jī)投入使用。上述3 家單位決定共同開發(fā)新型高效節(jié)能攪拌機(jī) , 由恒豐泰公司進(jìn)行投資試制 , 昆明院提供技術(shù)支持 , 羅平鋅電提供試驗槽及樣機(jī)測試并提供運(yùn)行報告 , 對樣機(jī)提出修改意見等。
2002年初 , 恒豐泰生產(chǎn)的第一臺高效節(jié)能攪拌機(jī)抵達(dá)羅平 , 安裝在 50 m 攪拌槽上 , 取代原1815 kW攪拌機(jī)。經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行 , 其運(yùn)行性能良好 , 攪拌性能基本達(dá)到設(shè)計要求。然而 , 這臺機(jī)器離大家的期望值尚遠(yuǎn)。主要缺點(diǎn)是: 機(jī)體大而高 , 外形與原用的擺線針輪式攪拌機(jī)相差不大 , 與相鄰的萊寧攪拌機(jī)更是不堪一比; 攪拌效果不如原來使用的好 , 與萊寧機(jī)也有一定的差距。雖然電機(jī)功率達(dá)到國外先進(jìn)水平 , 但此機(jī)尚不能稱為成功。在第一臺樣機(jī)的基礎(chǔ)上 , 三方提出了各自的看法及改進(jìn)意見 , 經(jīng)過充分討論及技術(shù)分析 , 產(chǎn)生了一個綜合的改進(jìn)方案: 減速機(jī)部分重新設(shè)計 , 采用體積小、性能優(yōu)越的LFY型減速機(jī) , 使攪拌機(jī)外觀小巧 , 提高轉(zhuǎn)速增加攪拌強(qiáng)度; 攪拌漿葉進(jìn)行改進(jìn) , 提高攪拌性能。2002年 9 月 , 恒豐泰公司制造的第一臺LFY型硬齒面減速機(jī)式攪拌機(jī)配備該公司研制的高效 GBT 螺旋攪拌器抵達(dá)羅平安裝在另一臺50 m 浸了槽上 , 配備電機(jī)功率為715 kW, 取代原 1815 kW 攪拌機(jī)。經(jīng)過試運(yùn)行 , 該機(jī)的各項性能均達(dá)到設(shè)計要求。經(jīng)過幾個月的生產(chǎn)使用 , 羅平鋅電公司對該機(jī)作出運(yùn)行使用報告 , 確認(rèn)其具有運(yùn)行(平穩(wěn)、噪聲小 其附近操作人員無明顯噪聲)感覺 、攪拌性能優(yōu)越的特點(diǎn)。該機(jī)的整體性能已基本達(dá)到進(jìn)口機(jī)的水平。羅平鋅電公司隨后向恒豐泰公司訂購了一批 LFY型攪拌機(jī)。在取得成功后 , 恒豐泰公司再接再厲 ,進(jìn)一步對樣機(jī)進(jìn)行了局部的改進(jìn) , 使該機(jī)更為小巧美觀。在產(chǎn)品推向市場的過程中 , 該機(jī)受到使用廠家的重視 , 許多廠家紛紛訂購 , 表示出今后購買的意向。目前 , 該機(jī)已在國內(nèi)十幾個廠家使用。
20 世紀(jì) 90 年代以后 , 世界先進(jìn)的攪拌機(jī)制造公司陸續(xù)亮相中國 , 美國、德國、法國、芬蘭等國際知名的攪拌機(jī)制造公司 , 逐漸被國人所了解。它們的產(chǎn)品美觀精致、噪聲小、經(jīng)久耐用 , 更為令人驚嘆的是, 這些機(jī)器異乎尋常地節(jié)能。以50 m 攪拌槽為例 , 國內(nèi)普遍生產(chǎn)使用的攪拌機(jī)配備的電動機(jī)功率為1815～22 kW, 而美國萊寧公司配備的電機(jī)只需715～11 kW。再如 100 m 凈化槽 , 國內(nèi)產(chǎn)品配備37～45 kW的電動機(jī) , 美國萊寧公司只配備22 kW的電機(jī)。
以德國 IKA公司及瑞士 KIEMATICA AG公司為代表的歐洲各國 , 在攪拌、分散、混合的技術(shù)領(lǐng)域 , 創(chuàng)新與發(fā)展走在了世界的前列。從流體力學(xué)的角度分析流動混合特性 , 可將歐洲攪拌機(jī)分為二類。一類是以改善宏觀循環(huán)狀態(tài)為目的 , 在攪拌機(jī)上裝有抽氣罩殼。另一類是以流體內(nèi)部的局部區(qū)域產(chǎn)生剪切流為目的的高剪切攪拌機(jī)。
有罩殼的攪拌機(jī)：
這類攪拌機(jī)的特點(diǎn)是: 攪拌器裝在罩殼內(nèi) , 隨著攪拌軸的高速動轉(zhuǎn) , 液體從罩殼上方卷入 , 下方吐出 , 液體流動模型為向下流動的軸流型 。物料和槽底碰撞 , 致使液體破碎 , 促進(jìn)了混合效果。
攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)特征:
1、攪拌機(jī)的罩殼上下開放 , 罩殼壁上開有橫溝槽或者是一條條窄縫 , 亦或是罩殼不開縫。
2、攪拌葉的型式常見的有: 傾斜式三葉槳片及兩葉的螺旋槳式。應(yīng)根據(jù)具體的攪拌要求來選用。
3、罩殼的上部、下部以及周(圍都可設(shè)置不同形狀的擋板 ), 目的是抑制液面上產(chǎn)生旋渦 ,避免空氣的卷入。
4、當(dāng)加粉體物料時 , 可將粉體加料管直接插入罩殼 , 由于罩殼內(nèi)強(qiáng)烈的液體紊流 , 使得加入的粉罩殼擋板體不聚團(tuán) , 能迅速分散于液體中。因此結(jié)構(gòu)最適于固體的分散、溶解 , 效果十分理想。
高剪切型攪拌機(jī)
這類攪拌機(jī)的主要特點(diǎn)及機(jī)理是: 將攪拌機(jī)的罩殼做成類似于梳狀的許多窄縫 , 并稱之為定子 , 而位于罩殼內(nèi)的攪拌葉作為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子與定子的間隙很小 , 一般為011 mm～015 mm。轉(zhuǎn)子以15 m/ s～21 m/ s的轉(zhuǎn)速高速運(yùn)轉(zhuǎn) , 從而產(chǎn)生極大的抽吸力 , 將液體從窄縫狀罩殼的上方、下方吸入殼內(nèi) , 再從其側(cè)面吐出。當(dāng)液體通過定子與轉(zhuǎn)子之間的狹窄縫隙時 , 受到高剪切力的作用而破碎 , 達(dá)到分散混合及乳化的效果。值得一提的是 , 關(guān)于破碎機(jī)理 , 還有一種解釋為: 流入罩殼的液體在流出時 , 和窄縫狀的罩殼劇烈碰撞 , 產(chǎn)生高頻率的聲波 , 致使液體分裂破碎。但目前未見這方面定量分析的研究報道。如果能將作用于液體的聲波頻率。強(qiáng)度與攪拌轉(zhuǎn)速及罩殼窄縫形狀的關(guān)系定量化 , 則這類攪拌機(jī)的用途將會進(jìn)一步擴(kuò)大。
1、定子、轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特征
作為轉(zhuǎn)子的攪拌翼 , 其形式有渦輪式、帶銳邊的三爪式或圓柱面的梳齒狀 , 目的是提高剪切效果。柱面梳狀攪拌翼可以做成一層 , 二層或多層 , 應(yīng)根據(jù)不同的分散、乳化細(xì)度要求來選用不同的形式。定子的形式為柱面細(xì)小窄縫梳狀 , 并可根據(jù)物料的黏度來調(diào)整縫的寬窄 , 一般細(xì)縫適合于低黏度液體 , 寬縫適合于高黏度液體。此外 , 定子也可以做成多層 , 與多層的轉(zhuǎn)子嚙合 , 共同完成剪切乳化作用。
德國翰德樂推出帶有自動清理篩孔的雙軸篩式攪拌機(jī)在重粘土工業(yè)原料處理中占有重要的地位 ,這是由于其具有除雜質(zhì)、攪拌、均化、揉搓及蒸汽處理等多重作用 ,當(dāng)然 ,其最重要的作用還是除去原料中的雜質(zhì)。原料經(jīng)過雙軸篩式攪拌機(jī)時 ,在封閉的雙缸內(nèi)原料被三螺旋頭的絞刀推出篩板 ,原料中的雜質(zhì)如石塊、木屑、樹根、雜草、塑料等就會被篩板擋住 ,并聚集的雜質(zhì)箱內(nèi)。篩孔中的雜質(zhì)再由工人用手清理掉 ,工作量很大且浪費(fèi)很多時間。針對以往雙軸篩式攪拌機(jī)存在的弊端 ,德國翰德樂公司推出了帶有自動清理篩孔的雙軸篩式攪拌機(jī)。
新型雙軸篩式攪拌機(jī)裝有活動的可以清理篩子的由導(dǎo)軌控制的耙子 ,攪拌機(jī)工作時 ,耙子不工作。當(dāng)已被堵塞篩孔的篩板被干凈的篩板替換下來時 ,耙子就自動清理篩板 ,將雜質(zhì)聚集在雜質(zhì)箱內(nèi)。
新型雙軸篩式攪拌機(jī)的推出 ,再次證明了“設(shè)計中小小的改進(jìn)往往會產(chǎn)生巨大的效果”。
二 攪拌器的工作加工原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
攪拌操作分為機(jī)械攪拌與氣流攪拌。氣流攪拌是利用氣體鼓泡通過液體層，對液體產(chǎn)生攪拌作用，或使氣泡群一密集狀態(tài)上升借所謂上升作用促進(jìn)液體產(chǎn)生對流循環(huán)。與機(jī)械攪拌相比，僅氣泡的作用對液體進(jìn)行的攪拌時比較弱的，對于幾千毫帕·秒以上的高粘度液體是難于使用的。但氣流攪拌無運(yùn)動部件，所以在處理腐蝕性液體，高溫高壓條件下的反應(yīng)液體的攪拌時比較便利的。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)的攪拌操作均系機(jī)械攪拌，以中、低壓立式鋼制容器的攪拌設(shè)備為主。攪拌設(shè)備主要由攪拌裝置、軸封和攪拌罐三大部分組成。
攪拌設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，尤其是化學(xué)工業(yè)中，很多的化工生產(chǎn)都或多或少地應(yīng)用著攪拌操作。攪拌設(shè)備在許多場合時作為反應(yīng)器來應(yīng)用的。例如在三大合成材料的生產(chǎn)中，攪拌設(shè)備作為反應(yīng)器約占反應(yīng)器總數(shù)的99%。。攪拌設(shè)備的應(yīng)用范圍之所以這樣廣泛，還因攪拌設(shè)備操作條件（如濃度、溫度、停留時間等）的可控范圍較廣，又能適應(yīng)多樣化的生產(chǎn)。
攪拌設(shè)備的作用如下：①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好的分散；③使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸?。虎苁共幌嗳艿牧硪灰合嗑鶆驊腋』虺浞秩榛?；⑤強(qiáng)化相間的傳質(zhì)（如吸收等）；⑥強(qiáng)化傳熱。
攪拌設(shè)備在石油化工生產(chǎn)中被用于物料混合、溶解、傳熱、植被懸浮液、聚合反應(yīng)、制備催化劑等。例如石油工業(yè)中，異種原油的混合調(diào)整和精制，汽油中添加四乙基鉛等添加物而進(jìn)行混合使原料液或產(chǎn)品均勻化?；どa(chǎn)中，制造苯乙烯、乙烯、高壓聚乙烯、聚丙烯、合成橡膠、苯胺燃料和油漆顏料等工藝過程，都裝備著各種型式的攪拌設(shè)備。
三 攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)
攪拌機(jī)主要結(jié)構(gòu)為馬達(dá)、減速機(jī)、機(jī)架；攪拌器包含聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸、輪葉等，本頁面針對其大部結(jié)構(gòu)簡單說明如下∶
1、馬達(dá)∶馬達(dá)之選用除其最基本之輸入電源條件外，首當(dāng)要注意其安裝環(huán)境，包刮室內(nèi)、室外及攪拌物之物性閃火條件，分別指明屋內(nèi)型、屋外型、防爆等級條件(安全增防爆或耐壓防爆)；甚至為氣動馬達(dá)等。本公司將針對不同環(huán)境提供最專業(yè)與安全之選配。
2、減速機(jī)∶由於減速機(jī)種類繁多，結(jié)構(gòu)與效率值異同，價格相對差異也大，安裝方式與現(xiàn)場空間可亦可能有所受限，本公司提供數(shù)十種不同機(jī)型，分別將負(fù)載之輕重機(jī)型搭配不同之減速機(jī)，一則節(jié)省成本，再則可提供高負(fù)載機(jī)型之需求。
3、機(jī)架∶由於液體混合中產(chǎn)生激烈之動負(fù)載，攪拌機(jī)之運(yùn)動穩(wěn)定性及壽命取決於支撐機(jī)架之結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速、黏度、容量等條件將是考慮因素。我們針對輕負(fù)荷、中負(fù)荷及重負(fù)荷均提供專用之型號，所有機(jī)架均采用精密加工以增加其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，全密閉設(shè)計并可完全保護(hù)配件受環(huán)境之腐蝕之顧慮，并延長其壽命。由於結(jié)構(gòu)成本差異極大，幫客戶慎選合適機(jī)型可以達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又實用之目的。
4、安裝貼版∶直接與桶槽接觸之法蘭面，容易受液體噴濺、氣體之腐蝕，因此材質(zhì)之選擇極為重要。本公司可以為客戶打造最合適之安裝選擇。
5、軸封∶壓力容器、反應(yīng)槽及有毒、惡臭等容器都必須做隔離與氣密，一般可為機(jī)械軸封、格蘭軸封、油封或特殊復(fù)合式隔離設(shè)備。并完整考量其適用材質(zhì)、維修及運(yùn)轉(zhuǎn)過程之冷卻條件等。
6、聯(lián)軸器∶連結(jié)傳動軸與攪拌器之穩(wěn)定運(yùn)動，我們提供結(jié)構(gòu)堅固之CF型凸緣式聯(lián)軸器，讓攪拌器能與攪拌機(jī)扎實又直線結(jié)合在一起，輕型攪拌設(shè)備并提供CO型套管式以供選擇。特殊運(yùn)用時并可設(shè)計為專用之快速拆解設(shè)計。
7、攪拌軸∶可采實心軸或管材，經(jīng)校直處里。於高轉(zhuǎn)速環(huán)境下可作精車或研磨加工，協(xié)助客戶選擇最適當(dāng)之材質(zhì)，設(shè)計最佳之軸徑搭配，并配合做拋光或包襯處理。
8、攪拌葉∶攪拌器葉片之選擇決定其攪拌效果之優(yōu)劣，本公司備有數(shù)十種不同形式之葉片可供客戶選擇，并可針對特殊用途設(shè)計專用之葉片。舉凡材質(zhì)選用、加工包覆處理皆可做最佳之服務(wù)。
9、水中軸受∶當(dāng)攪拌器需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)、阻力極大之高黏度混合，或置放於較深之桶槽運(yùn)動時，必須考慮於中段或底部支撐。除考慮其與液體接觸之防腐蝕材質(zhì)及耐磨耗條件外，拆裝更換耗材簡易是本公司著重之設(shè)計重點(diǎn)。部份容器本身因涂裝及材質(zhì)受限無法加裝支撐軸受條件時，本公司并可提供不同之設(shè)計。
總 結(jié)
在攪拌混合技術(shù)領(lǐng)域 , 特別是在強(qiáng)化攪拌改良實用裝置方面 , 工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美各國以及日本處于世界領(lǐng)先地位。對于攪拌技術(shù)的研究已不僅僅局限于傳統(tǒng)單一的攪拌操作 , 也不僅僅滿足于提高攪拌效率 , 而是向著多功能多目的的攪拌方向發(fā)展 , 即在同一攪拌作用下 , 完成反/應(yīng)、分散、破碎、均一及乳化等多種過程 , 目的是以更短的操作時間 , 更少的動力消耗以及更低的設(shè)備投資來取得更高的攪拌效率 , 這就是當(dāng)今世界攪拌混合技術(shù)的發(fā)展趨勢。
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