立式60 m3制漿機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙斌

（晉城宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

立式60 m3制漿機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

趙斌

（晉城宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

煤炭資源作為一種主要資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。近年來(lái)，隨著煤炭的大力開采，礦井事故頻繁發(fā)生，經(jīng)濟(jì)損失巨大，人員傷亡慘重，煤礦安全日益成為重中之重，急待加強(qiáng)。主要設(shè)計(jì)了制漿量為60 m3的制漿機(jī)，將黃泥與水混合，利用攪拌將漿液輸送出去。與現(xiàn)有的離心式制漿機(jī)相比，相同流量的制漿機(jī)所需要的電動(dòng)機(jī)功率減小，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

60 m3制漿機(jī)；攪拌機(jī)：攪拌軸；螺旋輸送機(jī)

1 研究現(xiàn)狀

1.1 制漿機(jī)的研究現(xiàn)狀

如今，能源產(chǎn)業(yè)作用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展過(guò)程中扮演重要的角色。其中，煤炭起著不可忽視的作用。煤炭是埋藏于地下的植物經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)逐漸形成的固體可燃物，被人類譽(yù)為“黑色的金子”“工業(yè)的糧食”，是人類使用的主要能源之一。近幾年，隨著煤炭需求的增加，超量開采時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致頻繁發(fā)生一系列安全事故。制漿機(jī)的作用在于保障煤礦在開采煤炭過(guò)程中的安全。雖然制漿機(jī)很早投入使用，但其發(fā)展十分緩慢，至今仍然在使用。

煤礦自燃火災(zāi)是目前煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的主要災(zāi)害之一，預(yù)防性灌漿是我國(guó)使用較為廣泛并且有效的一種預(yù)防煤炭自燃的方法，其中，設(shè)計(jì)均勻、連續(xù)的泥漿是決定灌漿效果的重要因素。目前主要采用的是水力沖刷和攪拌池機(jī)械攪拌2種制漿方式。

1.2 制漿機(jī)系統(tǒng)的分類及介紹

從20世紀(jì)50年代開始，我國(guó)的煤炭行業(yè)開始使用灌漿技術(shù)來(lái)滅火，目前已經(jīng)成為一種廣泛使用的預(yù)防煤炭發(fā)生自燃的方法。其原理為：將黏土或沙質(zhì)黏土以及爐灰之類的灌漿材料按適當(dāng)?shù)谋壤旌蠑嚢柚瞥赡酀{，然后輸送至自燃發(fā)火的高危險(xiǎn)區(qū)域，或者利用井上、井下的高度差將泥漿送至自燃發(fā)火的高危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行灌漿。在灌漿過(guò)程中，裹著煤塊的漿液具有增加濕度、減慢氧化的作用，其沉淀下來(lái)的物質(zhì)沉積在狹縫中，使煤塊隔絕，能夠阻止煤塊氧化。制漿系統(tǒng)的分類如表1所示。

2 總體方案的設(shè)計(jì)

本文在已有的葉片式攪拌機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)除雜以及均勻攪拌等方面進(jìn)行改進(jìn)。制漿機(jī)能否攪拌均勻關(guān)鍵在于攪拌葉片的設(shè)計(jì)。本文采用的是平直葉圓盤渦輪式攪拌器，一方面在葉輪附近區(qū)域的流體中造成高度湍動(dòng)，另一方面產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)全部液體沿一定方向在槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。針對(duì)大的碎塊，自動(dòng)除雜模塊采用螺旋輸送結(jié)構(gòu)。制漿機(jī)輸送出口設(shè)置在高1 m左右的位置。為了使被攪拌物料能夠上下軸向流動(dòng)，形成全釜的均勻混合，在攪拌容器內(nèi)加入若干塊擋板。本文采用的是4塊寬度約為容器內(nèi)直徑1/10的擋板。制漿機(jī)的傳動(dòng)裝置采用直齒輪傳動(dòng)降低速度，圓錐齒輪改變傳動(dòng)方向。

表1 制漿系統(tǒng)的分類

3 攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)

攪拌是一種獨(dú)立的流體力學(xué)的操作，可以進(jìn)行固液混合、液液混合、氣液分散等，也可用于溶解、結(jié)晶等。固液混合可以清除槽底的固體以及形成固液混合狀態(tài)。

3.1 攪拌器的選型

在攪拌過(guò)程中，攪拌器為攪拌過(guò)程提供能量。本文根據(jù)攪拌目的以及固液相關(guān)性質(zhì)選擇六葉圓盤渦輪式攪拌器。六葉圓盤渦輪式攪拌器的流型為徑向流，加入擋板使其既有徑向流又有軸向流。

六葉圓盤渦輪式攪拌器比較適合黏度不太高的液體進(jìn)行混合、乳化、固液懸浮、氣泡分散、吸收、溶解等。六葉圓盤渦輪式攪拌器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，適用范圍廣，剪切性能強(qiáng)，加上圓盤有利于小規(guī)格攪拌器的加工；缺點(diǎn)是能耗較大，效率較低。六葉圓盤渦輪式攪拌器被廣泛應(yīng)用于比如發(fā)酵、炭化等的攪拌裝置中。

攪拌器的尺寸主要指槳葉直徑、槳葉寬度和葉輪的安放位置。其設(shè)計(jì)主要遵循3個(gè)原則，即葉輪和軸能夠穩(wěn)妥地連接、葉輪的合理制造、葉輪的方便維修等。

3.2 擋板的設(shè)計(jì)

擋板的主要作用是用來(lái)消除湍流情況下的圓柱回轉(zhuǎn)區(qū)。擋板可以調(diào)節(jié)液流的體積流量，改變液流的阻力。本文中擋板的寬度為0.25 m，長(zhǎng)度為0.15 m，其數(shù)目為4個(gè)，均勻分布于攪拌桶內(nèi)。

3.3 攪拌功率計(jì)算

攪拌功率為攪拌時(shí)所需要的動(dòng)力。攪拌功率包括攪拌器功率和攪拌作業(yè)功率，其中，攪拌器功率為攪拌器攪拌時(shí)，使流體發(fā)生流動(dòng)以及攪拌器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的功率；攪拌作業(yè)功率指攪拌罐中的液體以最佳方式完成攪拌所需要的功率。攪拌功率主要與葉輪直徑、物料密度、攪拌器轉(zhuǎn)速以及攪拌功率準(zhǔn)數(shù)有關(guān)。其中，葉輪直徑、物料密度以及攪拌器轉(zhuǎn)速比較容易獲得，因此求攪拌功率的難點(diǎn)在于求攪拌功率準(zhǔn)數(shù)。

在攪拌過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)功率必須滿足攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)功率以及傳動(dòng)系統(tǒng)、密封系統(tǒng)功率損失的要求。密封系統(tǒng)摩擦造成的功率損失因密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而異，填料密封的功率損失較大，機(jī)械密封的功率損失則相對(duì)較小。

電動(dòng)機(jī)的選擇主要是看電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量、額定電壓以及額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則為：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速的要求選擇電動(dòng)機(jī)的種類，工作過(guò)程中電動(dòng)機(jī)容量能夠被充分利用，根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，優(yōu)先考慮采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。

3.4 攪拌軸的計(jì)算

攪拌軸的計(jì)算主要包括軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算，對(duì)軸的耐震性即軸的臨界轉(zhuǎn)速、撓曲變形進(jìn)行校核，以及確定軸的最小截面尺寸，保證攪拌軸安全、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.5 自動(dòng)排渣裝置的設(shè)計(jì)

本文選用的是不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)。不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾效果十分穩(wěn)定，制作過(guò)程中選擇了優(yōu)質(zhì)的原材料，使其在使用過(guò)程中不易變形；強(qiáng)度大，優(yōu)質(zhì)的材料具有高耐壓性，能夠承受較大的工作強(qiáng)度；清洗簡(jiǎn)單，單層過(guò)濾材料具有清洗簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用于反復(fù)沖洗；具有耐高溫、耐腐蝕性能；易于加工，不論是裁剪、折彎，還是拉伸、焊接等都能很好地完成。本文選用的濾網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)目數(shù)為100目，厚度為3 mm。

3.6 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

根據(jù)輸送物料的特征要求和結(jié)構(gòu)的不同，螺旋輸送機(jī)分為垂直螺旋輸送機(jī)、水平螺旋輸送機(jī)、可彎曲螺旋輸送機(jī)和螺旋管輸送機(jī)。

垂直螺旋輸送機(jī)螺旋體的轉(zhuǎn)速比普通螺旋輸送機(jī)要高，加入的物料在離心力的作用下與殼體產(chǎn)生摩擦來(lái)阻止物料隨螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)并克服了物料下降的重力，從而實(shí)現(xiàn)物料的垂直輸送。垂直螺旋輸送機(jī)輸送量小，輸送高度低，轉(zhuǎn)速較高，能耗大，特別適合輸送流動(dòng)性好的粉粒狀物料。

使用水平螺旋輸送機(jī)時(shí)，當(dāng)物料被加入到固定的機(jī)槽內(nèi)時(shí)，由于物料的重力以及機(jī)槽間的摩擦力作用，堆積在機(jī)槽下部的物料不隨螺旋體旋轉(zhuǎn)，而只在旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片推動(dòng)下向前移動(dòng)，如同不旋轉(zhuǎn)的螺母沿著轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿做平移運(yùn)動(dòng)一樣，達(dá)到輸送物料的目的。水平螺旋輸送機(jī)適用于多點(diǎn)裝料與卸料，輸送過(guò)程中可同時(shí)完成混合、攪拌或冷卻功能。

可彎曲螺旋輸送機(jī)螺旋體心軸可撓曲，輸送線路可根據(jù)需要按空間曲線布置。根據(jù)布置線路中水平及垂直段的長(zhǎng)度比例不同，其工作原理按普通螺旋輸送機(jī)或垂直螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)。

本文所設(shè)計(jì)的螺旋輸送機(jī)為：左邊為實(shí)體右旋，起傳送的作用；右邊為實(shí)體左旋，防止出料口堆積。螺旋的長(zhǎng)度為1 600 mm。

4 總結(jié)

隨著煤炭的大量開采，礦井事故時(shí)有發(fā)生，制漿機(jī)的研究工作勢(shì)在必行。本文主要設(shè)計(jì)了立式制漿機(jī)，防止露天煤炭自燃，制漿原料為黃泥和水，探討了攪拌軸、攪拌葉片、擋板、自動(dòng)排渣裝置及螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)。

〔編輯：劉曉芳〕

TU64+2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.038

2095-6835（2017）13-0038-02