搅拌设备设计讲座第十二讲搅拌臂数目与搅拌叶片面积.docx
《搅拌设备设计讲座第十二讲搅拌臂数目与搅拌叶片面积.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《搅拌设备设计讲座第十二讲搅拌臂数目与搅拌叶片面积.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
搅拌设备设计讲座第十二讲搅拌臂数目与搅拌叶片面积
搅拌设备设计讲座（第十二讲）——搅拌臂数目与搅拌叶片面积
第穆拿月||工榴瓣_||||l渤&詹矿
◇搅拌设备设计讲座（第十二讲）◇
搅拌臂数目与搅拌叶片面积
长安大学冯忠绪李彰王卫中赵利军
1搅拌臂数目
搅拌臂数量的多少对搅拌机的工作效率及混合
料的搅拌质量有一定的影响,不仅单根轴上相邻搅
拌臂问的相位角与搅拌臂的数量密切相关,而且双
轴上搅拌臂排列组合形式及其合理逆流的最小相位
差也与搅拌臂的数量有关.
1.1确定拌臂数目的相关因素分析
搅拌臂数量多,必然使搅拌轴长度增加使其结
构强度,刚性下降,使搅拌机拌筒的长度增加使其长
宽比不合适.而且搅拌机拌筒的长度增加,卸料门的
长度也要增加,这对总体布置不利.另外,搅拌臂越
多,使石料被叶片挤碎的可能性增大,这将影响到骨
料的级配精度.搅拌臂数量少,必然减少物料的循环
次数,减少物料与搅拌的叶片直接接触而发生强制
作用的机会,影响搅拌质量.所以,确定搅拌机合理
的搅拌臂数目也具有重要的意义.
通过分析认为,确定搅拌臂数目要考虑的相关
因素有:
（1）单根搅拌轴每转一圈,物料沿轴向行程不
小于相邻搅拌臂沿搅拌筒轴向空间长度.若以n表
示单根轴上搅拌臂数目,0表示相邻搅拌臂之问的
相位角,则n?
360.,一般360.n?
720..
（2）两根搅拌轴转动时,两轴上转向相反的搅
拌臂叶片最小空间距离决定了搅拌机所能适应的骨
料最大粒径.否则,不是骨料被挤碎,就是搅拌臂及
叶片受损.当然,上述"最小空问距离"与搅拌臂数
量,叶片几何尺寸,叶片安装角度及搅拌臂问相互布
置等有关.
（3）单根轴上相邻叶片的轴向投影应有一定重
叠,以保证料流的连续性,同时卸料时可最大限度地
减少拌筒内的混合料残留,给拌筒清洗带来方便.
搅拌臂数目与相位角除了必须符合关系式
360.n?
≤720.外,还与双轴搅拌臂的布置形式
有关.尤其是在搅拌臂正正平行排列时,若搅拌臂数
目与单轴搅拌臂相位角的大小匹配不合理,就难以
找到完全符合搅拌臂布置基本原则的排列方案.搅
拌臂正正平行排列条件下,搅拌臂数目与其相位角
大小的匹配关系是:
1）360.n?
720.:
2）0=90.时,n不可以取5,7,即n不宜为奇数;
3）=60~时,n不可以取6,8,10,且口n不勘偶数;
4）=45.时,n不可以取9,11,13,15,即n不
宜取奇数.
下面仅以0=90.,n=5时的情况为例进行说
明.图1所示为可能的4种排列组合,其中序号1,5
同时代表搅拌臂及其上安装的返回叶片（详见参考
文献[2]）.
在搅拌轴旋转一周的过程中,组合（a）将出现搅
拌臂每转过90.,同时达到搅拌区的叶片数总数及
其中的返回叶片数不能保证是5个和2个.而且,叶
片1,5分别同时到达搅拌区,发生干涉;组合（b）也
出现同时达到搅拌区的叶片数不一致的情况;组合
（c）的2,4叶片分别发生干涉;组合（d）与（b）类似.
可见都不符合搅拌臂的排列原则（详见参考文献
[2】）.所以,这种匹配关系在实际设计中要尽量避免.
1.2合理拌臂数目的试验
根据确定合理拌臂数目时的主要相关因素,结
合试验装置结构条件,选取与单轴上相邻拌臂不同
相位角相匹配的4种拌臂数目5,6,7,8,在不同的
双轴拌臂排列组合形式下,分别采用宽短型和窄长
型拌筒搅拌混凝土,测试搅拌质量指标值和搅拌功
率消耗值.试验结果列于表1.
从表中的数据来看,不同数目的搅拌臂对混凝
土拌和物的宏观匀质性影响较大,但对混凝土的7
天抗压强度和搅拌功率的消耗来说,影响都比较小,
没有明显的规律性.从试验测试指标的最优值分布
情况来看,在单轴相邻拌臂相位角为60.,双轴拌
臂排列形式为正正组合时,对于宽短型拌筒,搅拌臂
的合理数目是5个;而对于窄长形拌筒,搅拌臂的合
一
61—
3L
』
I,
]l,5
（b）
3L
厂.,
I\'
]1,5
_J4
【,5,
.....一
,
/II言
2r
_J2
3,....一
/U
4厂
图1搅拌臂排列方案筛选
确定搅拌臂最佳数目试验的各指标试验结果
理数目为7个.
2搅拌叶片的面积
搅拌叶片的面积对物料的循环运动和物料之间
的相互作用有着重要的影响,叶片面积过小,减弱了
物料的循环作用和两轴之间的对流作用,使物料达
到宏观均匀搅拌时间增长;若叶片面积s过大,不但
增大了搅拌功率,还需要减小叶片个数/1,,否则叶片
在搅拌筒内运动时会相互干涉,因此5有一个下限
一
62一
和一个上限5一.应根据拌筒尺寸和工作装置各
参数,主要是搅拌叶片的个数,设计出合理的叶片搅
拌面积.
由于与叶片面积相关的因素较多,主要通过试
验来分析各种因素的影响,试验内容包括:
1）相同的长宽比,相同叶片面积情况下,不同叶
片个数对搅拌效果的影响;
2）相同的长宽比,相同叶片个数情况下,不同叶
片面积对搅拌效果的影响;
孝鼬管|工移斑辫|_|I母岛锄
31相同叶片面积,叶片个数时,不同的拌筒长宽比下
搅拌效果的比较.
2.1试验方案
试验方案见表2.
在这次普通搅拌机参数优化试验中,有4种叶片面
积,每一种面积下有3种选择,拌筒长宽比选择了两种.
所以,根据试验内容,共有24组试验（4×3×2=24）.其
中,1～12组为窄长形拌筒,13～24组为宽短形拌筒.
2.2试验结果
试验结果见表3.从试验结果可以看出:
（1）在本试验条件下,第12组,第9组,第17组结
果较好,表明合理的叶片面积和叶片个数的匹配对搅拌
质量的影响较大,这几组结果可作为设计人员选择参数
时的参考.
（2）叶片面积增大对搅拌功
率的影响很大,但混凝土强度并
不一定会提高;当叶片面积过大,
叶片个数过少时,混凝土的均匀
性很差;同时,增大叶片面积,减少
叶片个数,会增大混凝土的含气
量.
（3）从对混凝土的搅拌质量
的影响而言,叶片个数的变化要
比叶片面积的变化影响大.当叶
片个数过多或叶片面积过大时,
都会使相邻叶片之间的空间距离
减小,反而使物料流动不畅,搅拌
质量下降.对比试验结果见表
4.
（4）当拌筒长宽比和容积利
用系数不同时,即使相邻叶片之
间的空间距离相同,叶片面积相
同,搅拌效果也不相同.这表明搅
拌室容积利用系数和长宽比也要
影响叶片面积和叶片个数的选
择.
当然,混合料的最大粒径也
是影响搅拌叶片个数和叶片面积
选择的重要因素.我们在试验中
的混合料最大粒径为40mm.
2.3综合评判指标
由上所述可见,搅拌叶片个
表2叶片面积试验方案
叶片面窄长型宽短型
积/em组数叶片个数组数叶片个数
12243
26323234
34225
I
44225
19243213
65195
74182
13085173
96164
105152
93.6116143
127134
表3试验结果
拌和物匀质性28d硬化混凝土试块抗压强度搅拌功率
试验号
}%△G,%厂/MPa,MI）aCv,l【W
10.422.3924.162-20.O913_20
20_270.9727.671.7010.0613.50
30.741.0326.980.6O10.0224.40
41.441.4826.701.3600.0513.26
50.550.9427-381.0780.0393.80
60.580.4929.040.6800.0234-30
70.610.9525.781.7800.O693_20
80.490.7227.570.5300.0193_35
90.410.4729.230.5900.0203.60
100.681.1927.441.3600.0493.10
110.590.9528-300.6400.0223.50
120.170.6930.010.0510.0173.70
132.007.6923.971.5250.O643.90
140.592-3326.461.oo00.0384.10
150.990.7225.111.2370.0494.20
160.69l-2225.1l1.4900.0594.40
170.02027.170.0820.0304.80
180.702.8226.440.3660.0l35-30
191.365.7723.662.5460.1084.00
200.791.2224.841.4490.0584.65
210.2l0.7126.280.4030.0155.90
221-351.4525.792.7900.1084_30
230.700.9026.830.6750.0254.90
240.690.4826.4l0.5800.0226_30
—
63一
-
比试验结果
弧度排出的体积,所以
p=1T×[R2（R—b）]×W×COS×/360.
（1）
p=1T×b×W×COS××（2R—b）/360.
（2）
式中:
p——叶片旋转一周排出的物料体积,m,;
R——搅拌轴总成的旋转半径,m;
0r叶片的轴向安装角度,（.）;
叶片的宽度,m;
6——叶片的高度,m;
叶片从人料到出料旋转过的角度,（.）.
将S=wxb代人
（2）式得
p=1T×S×COS××（2R—b）/360.（3）
搅拌轴搅拌一周,双卧轴搅拌机所有叶片推动
的物料量总和G:
G=4×po+2（n一2）×PI（4）
式中:
p返回叶片排出的物料量,m;
--———
64-?
-——
图2叶片安装图
图3叶片在X—Y面的投影图
p,——主叶片（参见参考文献【1—21））排出的物
料量,m;
G——搅拌轴旋转一周,搅拌机所有叶片推动
物料量总和,m;
n——单轴上的叶片个数.
由于搅拌机的工作条件不变,搅拌过程是一个
周期性稳态运动过程,所以角度总是在一个平均
值附近上下起伏,式中的就取这个平均值.容积利
囊孝,口凹幸2|工
用系数决定着0的大小,一定时,由式（3）可以
看出,在O/,K,和0一定的情况下,P都有唯一的对
应值.设
0=G,o/（5）
式中:
——搅拌机的出料容积,ITI;
——
搅拌轴搅拌一周,叶片推动物料总量占
出料容积的比值.
设计搅拌机时,若叶片面积5,叶片个数/7,和容
积利用系数三者之间匹配合理,就有一个较优
值与之对应,将这些值与S,/7,,K作成对应曲线,
可以指导搅拌机的设计.
在本次试验中,对于两种长宽比,除了叶片面积
和叶片个数的不同,其余的因素都相同.所以,对于
式（3）和式（4）中的变量,除了5和/7,两个变量,其他
变量取值都相同.窄长型试验值与宽短型试验值横
向比较,只不过再加上了变量0.容积利用系数0.18
的窄长型的0取值大约是95.;容积利用系数0.25
时,宽短型的0大约是125..窄长型试验中,第12
组和第9组的试验值较好,宽短型则是第17组较
好,根据公式（4）和（5）,代人相关数据计算:
窄长型S=93.6cm;n=7,Gl=0.105m;S=I30cm;
n=6,G2=0.11m
宽短型S=I30cm;n=4;G3=0.106m;
01=0.105÷0.1=1.05;2=0.11÷0.1=1.1;3=0.
106÷0.1=1.06.
初步确定,在出料容积V=0.1ITI的搅拌机中,
0=1.05～1.1时较合理.再考虑到功率消耗,确定窄
长型中第9组最好,即面积130cm,叶片个数为6
—
65—
升级会员 