鹽水精制中道爾澄清桶軸的安全設(shè)計(jì)

宋春元

（鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005）

0 引 言

在化工生產(chǎn)中，非均相物系的分離占有很重要的地位，分離設(shè)備也就自然成為分離生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，在化工分離操作中具有舉足輕重的作用。改良道爾澄清桶是一種新型分離設(shè)備，在氯堿行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

鹽水精制是氯堿生產(chǎn)的第一道工序，一次精鹽水的質(zhì)量直接影響到隔膜電解槽的隔膜使用壽命和離子膜電解二次過(guò)濾的正常運(yùn)行。精鹽水中的固體懸浮物（SS）含量是鹽水精制工序的主要工藝指標(biāo)之一，道爾澄清桶的澄清效果直接影響到精鹽水中的SS含量。澄清桶是氯堿廠鹽水精制的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備之一，其性能決定了精制鹽水工序除鈣、鎂及其他固體懸浮物的效果，直接關(guān)系到氯堿廠隔膜電解槽的運(yùn)行狀態(tài)以及離子膜電解二次精制鹽水的初始質(zhì)量，影響電流效率、隔膜更換周期、二次精制鹽水生產(chǎn)成本等一系列至關(guān)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

為保證道爾澄清桶的正常安全運(yùn)行，軸的安全設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

1 道爾澄清桶的基本原理與結(jié)構(gòu)［1］

道爾澄清桶是利用重力沉降法的原理設(shè)計(jì)的一種分離設(shè)備。一般為鋼制或混凝土制結(jié)構(gòu)，桶底約8°～9°的傾斜角，桶的中央有一個(gè)中心筒，筒中有一根長(zhǎng)軸，軸的兩端連接泥耙。長(zhǎng)軸上端與傳動(dòng)裝置相連，泥耙每隔6～8min轉(zhuǎn)一圈。桶上部有一個(gè)環(huán)形溢流槽。粗鹽水由中心筒上部進(jìn)入，中心筒實(shí)際上是一個(gè)旋流式凝聚反應(yīng)室，粗鹽水入口呈S形，使進(jìn)入的鹽水作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。進(jìn)口管埋在液面以下0.5～0.7m處，中心筒下部可裝設(shè)整流板，以減輕水的旋流作用，以免影響鹽水中雜質(zhì)的沉淀。整流板呈井形方格，高0.8m，每格大小為0.5×0.5m。中心筒下部出口處有擴(kuò)大口，以減慢鹽水流速，避免破壞泥層。粗鹽水出中心筒擴(kuò)大口后，經(jīng)過(guò)泥漿沉淀層，懸浮顆粒被截留并漸漸沉到桶底，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)的泥巴集中在排泥口，泥漿定時(shí)排出。清液則不斷上升，經(jīng)過(guò)泥漿層、混濁層、清液層從上部經(jīng)溢槽匯集后流出。道爾澄清桶結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 軸的設(shè)計(jì)

采用空心軸，材料為Q235A，電機(jī)功率P＝4kW，機(jī)械效率η＝80%，經(jīng)擺線針輪減速機(jī)減速后軸的轉(zhuǎn)速為n＝1／8r／min。

轉(zhuǎn)速之所以要慢，是因?yàn)槿糨S的攪拌速度過(guò)快，則會(huì)改變鹽水的總體流向，致使鹽水產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)，以至于清液夾帶部分固體顆粒上升，不利于沉降。過(guò)慢也不好，會(huì)使固體顆粒粘在道爾澄清桶的底部，以致鹽泥上泛，降低鹽水透明度。所以，轉(zhuǎn)速宜選用1／8r／min。設(shè)φ＝152mm×25mm。

圖1 道爾澄清桶結(jié)構(gòu)示意

有效功率Pe＝Pη

水流最大阻力偶矩 M＝9 550Pe／n＝9 550 ×［（4×80%）／（1／8）］＝244 480（N·m）

則截面上最大扭矩 Mnmax＝244 480N·m

抗扭截面模量

最大剪應(yīng)力 τmax＝Mnmax／Wn＝44.55MPa

材料的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力［2］［τ］＝110MPa

則τmax＜ ［τ］

所以，攪拌軸的強(qiáng)度足夠，選用符合要求。

3 軸上聯(lián)軸節(jié)螺栓的安全設(shè)計(jì)［3］

采用凸緣聯(lián)軸器（GB5843－86）。

螺栓的規(guī)格 選用YL17.YLD17型螺栓，直徑M24，6個(gè)螺栓軸孔直徑為120mm。此時(shí)，公稱(chēng)扭矩T0＝14 000N·m；而M＝244 480N·m，遠(yuǎn)大于公稱(chēng)扭矩T0。所以，當(dāng)扭矩達(dá)到14 000N·m左右，剪斷螺栓時(shí)，從另外一個(gè)角度能保證軸的安全，也能保證生產(chǎn)的安全運(yùn)行。

4 結(jié)果與討論

軸的設(shè)計(jì)選用空心軸，材料為Q235A，φ＝152mm×25mm。

螺栓的設(shè)計(jì)：采用凸緣聯(lián)軸器（GB5843－86），選用YL17.YLD17型螺栓，直徑M24，6個(gè)螺栓軸孔直徑為120mm。

實(shí)際中有廠家采用實(shí)心軸的設(shè)計(jì)。扭轉(zhuǎn)變形中一般采用空心軸的設(shè)計(jì)，在可以保證強(qiáng)度的同時(shí)又減少鋼材的用量，并且在安裝上調(diào)校垂直度比較方便。

傳動(dòng)采用擺線針輪減速機(jī)，可以使傳動(dòng)比很大，減小設(shè)計(jì)難度；在聯(lián)軸器上有意識(shí)地采用薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，當(dāng)出現(xiàn)異常操作時(shí)可保護(hù)軸的安全。

［1］氯堿生產(chǎn)技術(shù)編審組.氯堿生產(chǎn)技術(shù) ［M］.北京：化工部化工司，1985.

［2］王紹良主編.化工設(shè)備基礎(chǔ) （第2版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［3］機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.