立式60 m3制漿機結構設計

趙斌

（晉城宏圣建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

立式60 m3制漿機結構設計

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，在國民經濟中起著非常重要的作用。近年來，隨著煤炭的大力開采，礦井事故頻繁發生，經濟損失巨大，人員傷亡慘重，煤礦安全日益成為重中之重，急待加強。主要設計了制漿量為60 m3的制漿機，將黃泥與水混合，利用攪拌將漿液輸送出去。與現有的離心式制漿機相比，相同流量的制漿機所需要的電動機功率減小，結構更加簡單。

60 m3制漿機；攪拌機：攪拌軸；螺旋輸送機

1 研究現狀

1.1 制漿機的研究現狀

如今，能源產業作用于經濟發展的基礎產業，在經濟高速發展過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過復雜的物理、化學、生物反應逐漸形成的固體可燃物，被人類譽為“黑色的金子”“工業的糧食”，是人類使用的主要能源之一。近幾年，隨著煤炭需求的增加，超量開采時有發生，導致頻繁發生一系列安全事故。制漿機的作用在于保障煤礦在開采煤炭過程中的安全。雖然制漿機很早投入使用，但其發展十分緩慢，至今仍然在使用。

煤礦自燃火災是目前煤礦生產過程中的主要災害之一，預防性灌漿是我國使用較為廣泛并且有效的一種預防煤炭自燃的方法，其中，設計均勻、連續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械攪拌2種制漿方式。

1.2 制漿機系統的分類及介紹

從20世紀50年代開始，我國的煤炭行業開始使用灌漿技術來滅火，目前已經成為一種廣泛使用的預防煤炭發生自燃的方法。其原理為：將黏土或沙質黏土以及爐灰之類的灌漿材料按適當的比例混合攪拌制成泥漿，然后輸送至自燃發火的高危險區域，或者利用井上、井下的高度差將泥漿送至自燃發火的高危險區域進行灌漿。在灌漿過程中，裹著煤塊的漿液具有增加濕度、減慢氧化的作用，其沉淀下來的物質沉積在狹縫中，使煤塊隔絕，能夠阻止煤塊氧化。制漿系統的分類如表1所示。

2 總體方案的設計

本文在已有的葉片式攪拌機的基礎上，對自動除雜以及均勻攪拌等方面進行改進。制漿機能否攪拌均勻關鍵在于攪拌葉片的設計。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域的流體中造成高度湍動，另一方面產生一股高速射流推動全部液體沿一定方向在槽內循環流動。針對大的碎塊，自動除雜模塊采用螺旋輸送結構。制漿機輸送出口設置在高1 m左右的位置。為了使被攪拌物料能夠上下軸向流動，形成全釜的均勻混合，在攪拌容器內加入若干塊擋板。本文采用的是4塊寬度約為容器內直徑1/10的擋板。制漿機的傳動裝置采用直齒輪傳動降低速度，圓錐齒輪改變傳動方向。

表1 制漿系統的分類

3 攪拌機的設計

攪拌是一種獨立的流體力學的操作，可以進行固液混合、液液混合、氣液分散等，也可用于溶解、結晶等。固液混合可以清除槽底的固體以及形成固液混合狀態。

3.1 攪拌器的選型

在攪拌過程中，攪拌器為攪拌過程提供能量。本文根據攪拌目的以及固液相關性質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點是價格便宜，適用范圍廣，剪切性能強，加上圓盤有利于小規格攪拌器的加工；缺點是能耗較大，效率較低。六葉圓盤渦輪式攪拌器被廣泛應用于比如發酵、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。其設計主要遵循3個原則，即葉輪和軸能夠穩妥地連接、葉輪的合理制造、葉輪的方便維修等。

3.2 擋板的設計

擋板的主要作用是用來消除湍流情況下的圓柱回轉區。擋板可以調節液流的體積流量，改變液流的阻力。本文中擋板的寬度為0.25 m，長度為0.15 m，其數目為4個，均勻分布于攪拌桶內。

3.3 攪拌功率計算

攪拌功率為攪拌時所需要的動力。攪拌功率包括攪拌器功率和攪拌作業功率，其中，攪拌器功率為攪拌器攪拌時，使流體發生流動以及攪拌器連續運轉所需要的功率；攪拌作業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、攪拌器轉速以及攪拌功率準數有關。其中，葉輪直徑、物料密度以及攪拌器轉速比較容易獲得，因此求攪拌功率的難點在于求攪拌功率準數。

在攪拌過程中，電動機功率必須滿足攪拌器運轉功率以及傳動系統、密封系統功率損失的要求。密封系統摩擦造成的功率損失因密封系統的結構而異，填料密封的功率損失較大，機械密封的功率損失則相對較小。

電動機的選擇主要是看電動機的類型、結構型式、容量、額定電壓以及額定轉速。電動機選擇的基本原則為：根據生產機械調速的要求選擇電動機的種類，工作過程中電動機容量能夠被充分利用，根據工作環境選擇電動機的結構型式。在滿足設計要求的情況下，優先考慮采用結構簡單、價格便宜、維護方便的三相交流異步電動機。

3.4 攪拌軸的計算

攪拌軸的計算主要包括軸的強度和剛度計算，對軸的耐震性即軸的臨界轉速、撓曲變形進行校核，以及確定軸的最小截面尺寸，保證攪拌軸安全、平穩運轉。

3.5 自動排渣裝置的設計

本文選用的是不銹鋼過濾網。不銹鋼過濾網的優點：過濾效果十分穩定，制作過程中選擇了優質的原材料，使其在使用過程中不易變形；強度大，優質的材料具有高耐壓性，能夠承受較大的工作強度；清洗簡單，單層過濾材料具有清洗簡單的特點，適用于反復沖洗；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。本文選用的濾網標準目數為100目，厚度為3 mm。

3.6 螺旋輸送機的設計

根據輸送物料的特征要求和結構的不同，螺旋輸送機分為垂直螺旋輸送機、水平螺旋輸送機、可彎曲螺旋輸送機和螺旋管輸送機。

垂直螺旋輸送機螺旋體的轉速比普通螺旋輸送機要高，加入的物料在離心力的作用下與殼體產生摩擦來阻止物料隨螺旋葉片一起旋轉并克服了物料下降的重力，從而實現物料的垂直輸送。垂直螺旋輸送機輸送量小，輸送高度低，轉速較高，能耗大，特別適合輸送流動性好的粉粒狀物料。

使用水平螺旋輸送機時，當物料被加入到固定的機槽內時，由于物料的重力以及機槽間的摩擦力作用，堆積在機槽下部的物料不隨螺旋體旋轉，而只在旋轉的螺旋葉片推動下向前移動，如同不旋轉的螺母沿著轉動的螺桿做平移運動一樣，達到輸送物料的目的。水平螺旋輸送機適用于多點裝料與卸料，輸送過程中可同時完成混合、攪拌或冷卻功能。

可彎曲螺旋輸送機螺旋體心軸可撓曲，輸送線路可根據需要按空間曲線布置。根據布置線路中水平及垂直段的長度比例不同，其工作原理按普通螺旋輸送機或垂直螺旋輸送機設計。

本文所設計的螺旋輸送機為：左邊為實體右旋，起傳送的作用；右邊為實體左旋，防止出料口堆積。螺旋的長度為1 600 mm。

4 總結

隨著煤炭的大量開采，礦井事故時有發生，制漿機的研究工作勢在必行。本文主要設計了立式制漿機，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、自動排渣裝置及螺旋輸送機的設計。

〔編輯：劉曉芳〕

TU64+2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.038

2095-6835（2017）13-0038-02