鹽水精制中道爾澄清桶軸的安全設(shè)計

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濾的正常運行。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)濟指標(biāo)。

為保證道爾澄清桶的正常安全運行，軸的安全設(shè)計顯得尤為重要。

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，桶的中央有一個中心筒，筒中有一根長軸，軸的兩端連接泥耙。長軸上端與傳動裝置相連，泥耙每隔6～8min轉(zhuǎn)一圈。桶上部有一個環(huán)形溢流槽。粗鹽水由中心筒上部進入，中心筒實際上是一個旋流式凝聚反應(yīng)室，粗鹽水入口呈S形，使進入的鹽水作旋轉(zhuǎn)流動。進口管埋在液面以下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大口，以減慢鹽水流速，避免破壞泥層。粗鹽水出中心筒擴大口后，經(jīng)過泥漿沉淀層，懸浮顆粒被截留并漸漸沉到桶底，緩緩轉(zhuǎn)動的泥巴集中在排泥口，泥漿定時排出。清液則不斷上升，經(jīng)過泥漿層、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

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

轉(zhuǎn)速之所以要慢，是因為若軸的攪拌速度過快，則會改變鹽水的總體流向，致使鹽水產(chǎn)生一定程度的擾動，以至于清液夾帶部分固體顆粒上升，不利于沉降。過慢也不好，會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［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個螺栓軸孔直徑為120mm。此時，公稱扭矩T0＝14 000N·m；而M＝244 480N·m，遠大于公稱扭矩T0。所以，當(dāng)扭矩達到14 000N·m左右，剪斷螺栓時，從另外一個角度能保證軸的安全，也能保證生產(chǎn)的安全運行。

4 結(jié)果與討論

軸的設(shè)計選用空心軸，材料為Q235A，φ＝152mm×25mm。

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

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

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

［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］機械設(shè)計師手冊編寫組.機械設(shè)計師手冊 ［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.