什么是攪拌與混合？

攪拌設備的基本結構與選型

3.內構件

包括擋板、盤(pán)管、導流筒、氣體分布器等。

為消除攪拌容器內液體的打旋現象，使被攪拌的液體上下翻騰而達到均勻的混合，通常需要再攪拌容器內加擋板。通常擋板的寬度約為容器內直徑的1/12～1/10，其中設備內的附件如溫度計、傳熱蛇管或各種支撐體也可以起到一定的擋板作用的，但往往達不到“全擋板條件”。通常增加擋板數計其寬度，功率消耗也會(huì )增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不會(huì )再增加，此時(shí)的工況就稱(chēng)為“全擋板條件”。

在攪拌容器內，流體可沿各個(gè)方向流向攪拌器，流體的行程長(cháng)短不一，在需要控制回流的速度和方向，用于確定某一流況時(shí)可使用導流筒。導流筒是上下開(kāi)口的圓筒，安裝在容器內，在攪拌混合中起導流作用，既可提高容器內流體的攪拌程度，加強攪拌器對流體的直接剪切作用，又造成一定的循環(huán)流，使容器內流體均可通過(guò)導流筒內強烈混合區，提高混合效率。安裝導流筒后，限定了循環(huán)路徑，減少了流體短路的機會(huì )。導流筒主要用于推進(jìn)式、螺桿式以及渦輪式攪拌器的導流。

4.軸封

軸封是攪拌設備的重要組成部分。軸封屬于動(dòng)密封，其作用是保證攪拌設備內處于一定的正壓或真空狀態(tài)，防止被攪拌的物料逸出和雜質(zhì)的滲入，因而不是所有的轉軸密封型式都能用于攪拌設備。在攪拌設備中，常用的軸封有液封、填料密封和機械密封等。

4.1 液封

當攪拌設備內工作壓力為常壓，軸封的作用僅是為了防止灰塵與雜質(zhì)進(jìn)人內部工作介質(zhì)，或者隔離工作介質(zhì)與攪拌設備周?chē)沫h(huán)境介質(zhì)相互接觸時(shí)，可選用液封。液封結構簡(jiǎn)單，沒(méi)有與傳動(dòng)軸直接接觸引起摩擦的零件。但為保證圓柱形殼體或靜止元件與旋轉元件之間的間隙符合設計要求，其密封部位零件的加工、安裝要求較高。

同時(shí)，受結構特點(diǎn)的影響，液封的使用范圍較窄。一般適用于工作介質(zhì)為非易燃易爆或毒性程度輕度危害，設備內工作壓力等于大氣壓力，且溫度范圍在20-80℃的場(chǎng)合。

值得注意的是，液體工作介質(zhì)不可充滿(mǎn)攪拌設備；而且封液應盡可能采用攪拌設備內工作介質(zhì)，或與工作介質(zhì)不發(fā)生物理化學(xué)作用的中性液體，同時(shí)必須極少揮發(fā)且不污染大氣。

4.2填料密封

是攪拌設備較早采用的一種轉軸密封結構，具有結構簡(jiǎn)單、制造要求低、維護保養方便等優(yōu)點(diǎn)。但其填料易磨損，密封可靠性較差，一般只適用于常壓或低壓低轉速、非腐蝕性和弱腐蝕性介質(zhì)，并允許定期維護的攪拌設備。

4.3 機械密封

機械密封是把轉軸的密封面從軸向改為徑向，通過(guò)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面的相互貼合，并作相對運動(dòng)達到密封的裝置，又稱(chēng)端面密封。機械密封的泄漏率低，密封性能可靠，功耗小，使用壽命長(cháng)，無(wú)需經(jīng)常維修，且能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和高溫、低溫、高壓、高真空、高速以及各種易燃、易爆、腐蝕性、磨蝕性介質(zhì)和含固體顆粒介質(zhì)的密封要求。

與填料密封相比，機械密封具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、密封可靠，在長(cháng)期運轉中密封狀態(tài)穩定，泄漏量很小，其泄漏量?jì)H為填料密封的1%左右；

2、使用壽命長(cháng)，在油、水介質(zhì)中一般可達1-2年或更長(cháng)，在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上；

3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率僅為填料密封的10-50%；

4、軸或軸套基本上不磨損；

5、維修周期長(cháng)，端面磨損后可自動(dòng)補償，一般情況下不需經(jīng)常性維修；

6、抗振性好，對旋轉軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；

7、適用范圍廣，能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同旋轉頻率，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。

正是由于機械密封的上述優(yōu)點(diǎn)，其在攪拌設備上已被廣泛使用。

機械密封有單端面機械密封和雙端面機械密封兩種，單端面機械密封價(jià)格較低，當單端面機械密封不能達到要求時(shí)，需用雙端面機械密封。

單機械密封	雙機械密封

當攪拌介質(zhì)為劇毒、易燃、易爆，或較為昂貴的高純度物料，或者需要在高真空狀態(tài)下操作，對密封要求很高，且填料密封和機械密封均無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可選用全封閉的磁力傳動(dòng)裝置。

5.傳動(dòng)裝置

攪拌設備的傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機、變速器、聯(lián)軸器、軸承及機架等。其中攪拌驅動(dòng)機構通常采用電動(dòng)機和變速器的組合或選用帶變頻器的電機，使攪拌達到需要的轉速。

傳動(dòng)裝置的作用是使攪拌軸以所需的轉速轉動(dòng)，并保證攪拌軸獲得所需的扭矩。在距大多數攪拌設備中，攪拌軸只有一根，且攪拌器以恒定的速度向一個(gè)方向旋轉。然而也有一些特殊的攪拌設備，為獲得更佳的混合效果，可以在一個(gè)攪拌設備內使用兩根攪拌軸，并讓攪拌器進(jìn)行的復雜的運動(dòng)，如往復動(dòng)式、往復式、行星式等。

5.1 電動(dòng)機

攪拌設備的攪拌軸通常由電動(dòng)機驅動(dòng)。由于攪拌設備的轉速一般都比較低，因而電動(dòng)機絕大多數情況下都是與變速器組合在一起使用的，有時(shí)也采用變頻器直接調速。為此，選用電動(dòng)機時(shí)，應特別考慮與變速器匹配問(wèn)題。

通常應根據攪拌軸功率和攪拌設備周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境等因素選擇電動(dòng)機的型號，并遵循以下基本原則：

①根據攪拌設備的負載性質(zhì)和工藝條件對電動(dòng)機的啟動(dòng)、制動(dòng)、運轉、調速等要求，選擇電動(dòng)機類(lèi)型。

②根據負載轉矩、轉速變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機的溫升限制、過(guò)載能力和啟動(dòng)轉矩，合理選擇電動(dòng)機容量，并確定冷卻通風(fēng)方式。同時(shí)選定的電動(dòng)機型號和額定功率應滿(mǎn)足攪拌設備開(kāi)車(chē)時(shí)啟動(dòng)功率增大的要求。

③根據使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯和腐蝕及易燃易爆氣體等，考慮必要的防護方式和電動(dòng)機的結構型式，確定電動(dòng)機的防爆等級和防護等級。對于氣體或蒸汽爆炸危險環(huán)境，應根據爆炸危險環(huán)境的分區等級和爆炸危險區域內氣體或蒸汽的級別、組別和電動(dòng)機的使用條件，選擇防爆電動(dòng)機的結構型式和相應的級別、組別；對于粉塵爆炸危險環(huán)境，則根據爆炸危險環(huán)境的分區等級和電動(dòng)機的使用條件，選擇防爆、防護電動(dòng)機的結構型式和相應的防爆、防護等級；對于火災危險環(huán)境，則根據火災危險環(huán)境的分區等級和電動(dòng)機的使用條件，選擇防護電動(dòng)機的結構型式和相應的防護等級?；瘜W(xué)腐蝕環(huán)境時(shí)，應根據腐蝕環(huán)境的分類(lèi)選擇相適應的電動(dòng)機。

④根據企業(yè)電網(wǎng)電壓標準和對功率因數的要求，確定電動(dòng)機的電壓等級。

⑤根據攪拌設備的最高轉速和對電力傳動(dòng)調速系統的過(guò)渡過(guò)程的性能要求，以及機械減速的復雜程度，選擇電動(dòng)機的額定轉速。
除此之外，選擇電動(dòng)機還必須符合節能要求，并綜合考慮運行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價(jià)格、運行和維修費用等因素。

5.2 變速器

變速器是用于原動(dòng)機和工作機之間獨立的閉式傳動(dòng)裝置，其主要功能是降低轉速，并相應增大扭矩。由于攪拌軸運轉速度大多在30-600rpm范圍內，小于電動(dòng)機額定轉速，故在電動(dòng)機出口端大多需設置變速器。按變速能力，變速器可分為減速機和無(wú)級變速器兩大類(lèi)。

按傳動(dòng)和結構特點(diǎn)來(lái)劃分，減速機可分為擺線(xiàn)針輪減速機、齒輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、皮帶減速機四種。應根據工藝要求和操作環(huán)境，選配合適的變速器。所選用的變速器除應滿(mǎn)足功率和輸出轉速的要求外，還應運轉可靠，維修方便，并具有較高的機械效率和較低的噪聲。

5.2.1擺線(xiàn)針輪減速機

擺線(xiàn)針輪減速機應用行星傳動(dòng)原理，采用擺線(xiàn)針齒嚙合，是一種設計先進(jìn)、結構新穎的減速機構，允許正、反向運轉。它廣泛應用于石油化工、輕工食品、制藥、紡織印染、冶金礦山、污水處理及工程機械等各種傳動(dòng)機械的減速裝置。
行星齒輪減速機的最大特點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比范圍廣，傳動(dòng)功率可從10W到50000kW，體積和重量比普通齒輪減速機、蝸桿減速機小得多。但其結構較復雜，制造精度要求較高。

5.2.2 齒輪減速機

齒輪減速機包括圓柱齒輪減速機和圓錐齒輪減速機兩種，其中圓柱齒輪減速機在所有減速機中應用最廣，它傳遞功率的范圍可從很小至4000kW，圓周速度也可從很低60-70m/s；而圓錐齒輪減速機的輸人軸和輸出軸位置成90o配置，因而適用于輸入、輸出軸相互垂直的場(chǎng)合。
齒輪減速機的主要特點(diǎn)是效率高，工作耐久，維護簡(jiǎn)便口按其減速齒輪的級數可分為單級、兩級、三級甚至多級；按其軸在空間的相互配置可分為立式和臥式；按其運動(dòng)簡(jiǎn)圖的特點(diǎn)可分為展開(kāi)式、同軸式和分流式等。
為了避免減速機外廓尺寸過(guò)大，一般當傳動(dòng)比在8以下時(shí)，可采用單級齒輪減速機，大于8時(shí)，最好選用兩級或兩級以上齒輪減速機。

5.2.3蝸輪蝸桿減速機

蝸輪蝸桿減速機采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，主要用于傳動(dòng)比較大的場(chǎng)合，具有傳動(dòng)結構緊湊，輪廓尺寸小，工作平穩等優(yōu)點(diǎn)，但效率較低，因而單級蝸桿減速機應用較多，兩級蝸桿減速機則較少應用。單級蝸桿減速機傳動(dòng)比的范圍一般為10-70。

5.2.4 皮帶減速機

皮帶減速機具有效率高、壽命長(cháng)、結構緊湊、傳動(dòng)平穩、拆卸方便等特點(diǎn)，允許正反方向運轉，在大型發(fā)酵裝置中應用較多。

5.2.5 機械無(wú)級變速器

在相當多的攪拌操作中，由于工藝條件要求攪拌軸變速運轉或攪拌工藝處于試驗研究階段使攪拌軸轉速未定，往往需要選用無(wú)級變速器。

機械無(wú)級變速器大多利用主功構件與從動(dòng)構件接觸處的摩擦(牽引)力傳動(dòng)來(lái)傳遞運動(dòng)和扭矩，并通過(guò)改變主、從動(dòng)件的相對位置以改變接觸處的土作半徑來(lái)實(shí)現無(wú)級變速。

無(wú)級變速器的主要功能是根據生產(chǎn)實(shí)際需要隨時(shí)調整工作轉速，從而獲得最合適的轉速，即其傳動(dòng)比可在設計預定的范圍內無(wú)級地進(jìn)行改變，以簡(jiǎn)化變速傳動(dòng)結構、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、合理利用動(dòng)能，同時(shí)可實(shí)現遙控及自動(dòng)控制功能，減輕操作人員的勞動(dòng)強度。
無(wú)級變速器具有以下特點(diǎn)：
①結構簡(jiǎn)單。大多數行星摩擦式無(wú)級變速器由6-8個(gè)關(guān)鍵傳動(dòng)元件組成，傳動(dòng)元件數目較少，結構緊湊。外形尺寸小，整機制造相對較容易。
②變速范圍較大?？珊?jiǎn)化傳動(dòng)結構，傳動(dòng)平穩、噪聲極低。
③驅動(dòng)功率較大，承載能力較強。
④輸出機械特性?xún)?yōu)越。一般情況下，無(wú)級變速器低轉速時(shí)恒扭矩輸出特性較強，高轉速時(shí)可達到恒功率輸出。
⑤傳動(dòng)效率高，機構壽命長(cháng)。正常使用壽命可達10年以上。
由于上述特點(diǎn)，再加上其屬于降速型傳動(dòng)，因而在攪拌設備上應用較多。
值得注意的是：機械無(wú)級變速器與齒輪傳動(dòng)相比，超負載能力較差，而且工作過(guò)程中有滑動(dòng)、丟轉等現象。因此，在啟動(dòng)扭矩大、啟動(dòng)次數多、負荷變動(dòng)大、有沖擊負荷和急剎車(chē)等使用條件下，會(huì )降低變速器的使用壽命?？紤]到這些因素，可在額定功率或扭矩的基礎上再乘以一個(gè)系數，即采用比原規格稍大的、有一定裕量的無(wú)級變速器，或者設置保護裝置，并在結構上盡量避免變速器受到苛刻的負荷條件。

5.3 軸承

在一般情況下，攪拌軸應盡可能設計成懸臂式的，以便于安裝維護，減少介質(zhì)腐蝕造成的影響。但攪拌軸懸臂過(guò)長(cháng)且又較細時(shí)，常常會(huì )將軸扭彎，同時(shí)離心力的作用也隨著(zhù)遞增，嚴重時(shí)可損壞攪拌軸。有些攪拌反應器的攪拌軸很長(cháng)，需要安裝中間軸承或底軸承以防攪拌軸下部擺動(dòng)過(guò)大。

裝設中間軸承和底軸承雖然可以改變攪件軸的支承條件，減少攪拌軸的撓度。但同時(shí)增加了結構的夏雜性，給安裝和檢修帶來(lái)困唯；而且多支點(diǎn)支承對中困難，安裝不好會(huì )產(chǎn)生偏心，加劇軸承的磨損并產(chǎn)生振動(dòng)；設備內軸承的潤滑是利用容器內液體進(jìn)行的，因此，當存在磨損性顆粒時(shí)，會(huì )進(jìn)入軸承造成磨損、堵住咬死。所以，應當盡量避免采用中間軸承和底軸承。

5.3.1 中間軸承

中間軸承通常裝在軸封的下方，或攪拌軸的中部，其位置主要取決于軸的穩定性以及安裝、檢修的方便等。但如果中間軸承浸沒(méi)在介質(zhì)中，軸承與器壁固定的拉桿起著(zhù)橫擋板的作用，既增加了攪拌功率的消耗，又使得液體分子之間的剪切作用加大，同時(shí)還必須考慮介質(zhì)的腐蝕和磨損，因而要盡可能不用。

常用的間軸承結構型式有三拉桿式、三槽鋼三軸瓦式、井字槽鋼式以及三拉桿吊掛式等。

5.3.2 底軸承

底軸承裝在攪拌軸的底部，常用的底軸承結構型式有三足式、底部法蘭式和迷宮三足式等幾種。

5.4 聯(lián)軸器

聯(lián)軸器的作用是將兩個(gè)獨立設備的軸牢固地聯(lián)在一起，以進(jìn)行運動(dòng)和功率的傳遞。根據聯(lián)接結構的不同，上聯(lián)軸器可以分為剛性聯(lián)軸器、彈性聯(lián)軸器和液力耦合器。剛性聯(lián)軸器聯(lián)接兩軸時(shí)，軸線(xiàn)對中性好，允許在任何方向轉動(dòng)，結構簡(jiǎn)單，制造方便。彈性聯(lián)軸器由于具有能夠產(chǎn)生較大彈性變形和阻尼作用的彈性元件，具有較好的補償相對位移、緩沖和吸震作用。液力耦合器具有電機過(guò)載保護及提高電機啟動(dòng)性能的能力，并且可以隔離振動(dòng)，緩和沖擊。

根據安裝位置的不同，聯(lián)軸器可分為下聯(lián)軸器和上聯(lián)軸器。

5.4.1 下聯(lián)軸器

下聯(lián)軸器主要是對攪拌槽內的攪拌軸進(jìn)行聯(lián)接，必須采用剛性聯(lián)軸器；安裝方式有焊接式和可拆式兩種。

5.4 聯(lián)軸器

5.4.2 上聯(lián)軸器

上聯(lián)軸器指攪拌軸與變速器或電動(dòng)機出軸間的聯(lián)軸器，其選取一般應按以下原則進(jìn)行：
①采用無(wú)支點(diǎn)機架，并且除電動(dòng)機或變速器支點(diǎn)外無(wú)其他支點(diǎn)時(shí)，必須采用剛性聯(lián)軸器；
②在傳遞較小功率和較小軸承載荷的情況下，可采用剛性聯(lián)軸器用于無(wú)中間軸承、底軸承和軸封上也不設軸承的單支點(diǎn)機架上；
③具備下列條件之一時(shí)，應選用彈性聯(lián)軸器：a、采用雙支點(diǎn)機架者；b、采用單支點(diǎn)機架，但設置了底軸承或設有中間導向軸承或軸封本體設置了可以作為支承的軸承者。
另外，必須要注意的是：
當攪拌軸系為懸臂結構時(shí)，減速機輸出軸支承和架支承組成攪拌軸系的兩個(gè)支承點(diǎn)，減速機輸出軸與攪拌軸連接必須采用剛性聯(lián)軸器。
當攪拌軸系為單跨結構時(shí)，機架支承和釜內底軸承組成攪拌軸系的兩個(gè)支承點(diǎn)，減速機輸出軸與攪拌軸連接必須采用彈性聯(lián)軸器。
當攪拌軸系配置的軸封帶有輔助支承或釜內設有中間軸承時(shí)，由于這兩種支承屬于提高軸封處旋轉精度和軸系抗震扶正能力的輔助支承，攪拌軸系仍應按配置這兩種輔助支承前的結構形式處理。對懸臂結構，減速機輸出軸與攪拌軸連接必須采用剛性聯(lián)軸器。對單跨結構，減速機輸出軸與攪拌軸連接必須采用彈性聯(lián)軸器。

5.5 機架

攪拌設備的機架應該使攪拌軸有足夠的支承間距，以保證操作時(shí)攪拌軸下端的偏擺量不大。機架應保證變速器的輸出軸與攪拌軸對中，同時(shí)還應與軸封裝置對中。機架軸承除承受徑向載荷外，還應承受攪拌器所產(chǎn)生的軸向力。大多數情況下，機架中間還要安裝中間軸承裝置，以改善攪拌軸的支承條件。機架的型式可分為無(wú)支點(diǎn)機架、單支點(diǎn)機架和雙支點(diǎn)機架三種。

5.5.1 無(wú)支點(diǎn)機架

機架本身無(wú)支撐點(diǎn)，攪拌軸系以減速機輸出軸的兩個(gè)軸承支點(diǎn)作為支撐。適用于軸向力較小或僅受徑向力，攪拌負載均勻的場(chǎng)合。
在一些小功率和較小的軸向載荷等場(chǎng)合，可選用無(wú)支點(diǎn)機架，但同時(shí)必須滿(mǎn)足下列條件之一：
①電動(dòng)機與變速器具備兩個(gè)支點(diǎn)，并經(jīng)核算確認軸承能夠承受由攪拌軸傳遞而來(lái)的徑向和軸向載荷者；
②同時(shí)具備選用單支點(diǎn)機架條件中的①和②一④項中之一者，上、下可以組成一對軸支承。

5.5.2 單支點(diǎn)機架

機架設有能承受雙向載荷的支撐，軸向載荷全部卸到機架支撐上，能保證減速機的傳動(dòng)質(zhì)量，延長(cháng)使用壽命，適用于均勻負載、中等沖擊條件下的所有攪拌作業(yè)場(chǎng)合。當具備下列條件之一時(shí)，可選用單支點(diǎn)機架：
①電動(dòng)機或變速器有一個(gè)支點(diǎn)，經(jīng)核算可承受攪拌軸的載荷；
②設置底軸承作為一個(gè)支點(diǎn)；
③軸封本體設有可以作為支點(diǎn)的軸承；
④在攪拌設備內，攪拌軸中部設有導向軸承，可以作為一個(gè)支點(diǎn)。

5.5.3 雙支點(diǎn)機架

機架中間設有兩個(gè)獨立支承，適用于重沖擊負載或對攪拌密封裝置有高要求的特殊場(chǎng)合。減速機輸出軸與攪拌軸連接必須采用彈性聯(lián)軸器。

當不具備選用單支點(diǎn)或無(wú)支點(diǎn)機架的條件時(shí)，應選用雙支點(diǎn)機架。