机械搅拌槽中心轴的研究方法分析

潘大东　曲松

摘 要 分析机械搅拌槽功率及推动器转速对搅拌槽中心轴强度的影响，分析现有搅拌器中心轴直径及长度，在特定工艺情况下的优化程度分析，探讨通过对中心轴的直径和长度调整，降低整机重量及提高搅拌效率的方法。

关键词 机械搅拌槽 中心轴 扭转强度条件 功率

中图分类号：TH111-4；G642 文献标识码：A

机械搅拌槽是化工、冶金、医药、食品等行业常用的一种设备。常用的机械搅拌槽由五部分组成：

（1）传动部分：动力产生传送部分，含电机、减速机及支座；

（2）过桥：支撑传动部分在搅拌槽体上，主要由型钢焊接而成；

（3）槽体：承载矿浆或药剂的主体，主要形式由钢板拼接焊成，部分形式需进行防腐处理；

（4）槽体附件：排矿管及法兰，扰流板及支座，排污管口及法兰；

（5）搅拌部件。其中搅拌部件直接搅拌矿浆的作用部件，含中心轴及推进器（或称叶轮）。在以往的设计中。为保证中心轴的工作强度，常常选用直径较大长度较长的厚壁管甚至圆钢。无形之中增加了整机的备重，增大了功率的消耗。

1中心轴的作用

传输经有传动部分减速由电机产生的动力，带动安置在其上的推进器旋转产生搅拌力，从而搅拌槽体内的矿浆或溶液。对于低密度，底浓度的矿浆和介质。中心轴的直径的大小对功率的影响往往均被忽视，在常规设计中通常根据经验选择直径加大的厚壁管。根据槽体的高度固定主轴的长度。但对于高浓度的介质，中心轴如果采用经验数值，将无形之中怎大了功率的损耗，同时对推进器的有效直径也造成了相当的影响。极易产生电机过热甚至沉槽。

2扭转强度计算

图1所示为标准机械搅拌槽之双层推进器中心轴。中心轴主要承受扭转和弯曲联合作用，以扭转为主。在图1所示中，中心轴承受的扭转力主要有3处：1处为法兰连接，2处为主轴体，3处为推进器安装部位。法兰安装处，由螺栓连接到传动部分，可采用弹性连接。必要时可将其焊接在传动部位。主要产生扭矩处为2处推进器安装部位，这里做重点分析。

2.1轴的扭转强度条件分析

轴的扭转强度条件为，根据结构设计，轴的扭转强度小于许用扭转切应力即可。其中： --扭转切应力（MPa）；T--扭矩（N·mm）；--轴抗扭截面系数（mm3）；N--转速（r/min）；P--轴传递的功率（KW）；d--计算截面处的直径（mm）；--许用扭转切应力（MPa）。

轴直径的确定由公式计算出，对于空心轴，式中，即空心轴内径与外径比值，通常取值范围为0.5～0.6。因主轴上有键槽，轴径应增大7%左右。

2.2刚度校核计算

为了防止转轴产生过大的扭转变形，以免在运转中产生振动引起轴封泄漏，应将轴的扭转变形限止在一个范围内，既规定一个设计的刚度条件。工程上以单位长度的扭转角 不得超过许用扭转角[ ]作为扭转刚度条件，即： =Mt/GJD.180/ ≤[ ]。式中 --轴扭转变形的扭转角（€？m）；G--剪切弹性模量（Pa）；JD--许用扭转角（€？m）。

2.3轴的临界转速：

搅拌轴的转速在200r/min以下不需要进行临界转速验算。至此推算出轴一般扭转强度及直径的关系。

3主轴对功率的影响：

3.1叶轮直径校核

根据经验公式：推进式叶轮直径 dj=（0.2～0.5）Di， 其中Di-罐体内径。以dj=0.3689Di较为常见。

3.2功率计算

（1）计算搅拌过程的雷诺数由公式计算，其中 n--转速（1/S）；dj--叶轮直径（mm）； --矿浆密度（kg/m3）； --矿浆粘度（kg/m S）

（2）净功率计算需要由推导出的雷诺数查表确定具体计算公。

（3）额定功率由式确定， 为减速机的机械效率。

（4）主轴直径对功率的影响。

由以上公式可以看出，机械搅拌槽的初步设定的功率与主轴直径的大小并无关系，但一旦确定了主轴的直径及推进器的转速将会反作用于功率，故此如果选择的中心轴直径过大。将会无形中增大电机功率的损耗。从而影响搅拌效率。长时间作用将会对生产效率产生较大的影响。

4试验方法

为验证中心轴的直径对功率的影响，一般通过实验验证。

对同样规格的槽体，不同中心轴直径的搅拌槽进行测定。在额定电压相同的条件下使用电流表测定电流输出大小，判定瞬时功率的损耗，从而得出实验结果。

5结论

由以上分析可以看出不同中心轴直径的条件下，测定的瞬间电流值不同，从而瞬时功率不一样。如果持续增大主轴直径，将会造成电机过热的现象。如对主轴直径进行优化将会产生不小的节能效果。对于机械搅拌槽搅拌效果的加强及额定功率的降低，使得对中心轴的直径和长度优化得到了广泛关注。搅拌槽中的搅拌流场是复杂的，各个部分的配件也是非标的设计组合在一起。使得机械搅拌槽的设计趋于多样化，通过对中心轴的优化研究使得机械搅拌槽的设计更将丰富。

参考文献

[1] 成大先，王德夫，等.机械设计手册（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2] 濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2003.