搅拌设备设计讲座.docx
《搅拌设备设计讲座.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《搅拌设备设计讲座.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
搅拌设备设计讲座
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.，—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?
w720.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,即卩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
61—
3L
』I,
]l,5
（b）3L厂.,I\']1,5
_J4【,5,
/II言
2r_J2
/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
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|_||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（4X3X2=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12243263232343422544225
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_3063
比试验结果
弧度排出的体积,所以
卩=仃X[R2（R—b）]XWXCOSX/36O.
（1）p=1TXbXWXCOSXX（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=1TXSXCOSXX（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=4Xpo+2（n一2）XPI（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0/,K,和0—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=0.105十0.1=1.05;2=0.11十0.1=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 