搅拌器典型问题分析与机械设计改进
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2002 年第 3 期 (总第 151 期)
搅拌器典型问题分析与机械设计改进
通用信号 (中国) 有限公司 莱宁搅拌设备 (201100) 于宏伟
摘要 本文就以往搅拌器应用中一些常见问题分析其原因 ,根据其影响因素来设计搅拌器结构 ,并以美国莱宁搅拌设备公司 的 10 系列搅拌器设计为例加以阐明.
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
《精密制造与自动化》
随 L 的减小 Nc 增大 。S 轴支撑间距减小对 Nc 有微 量提高 。
实际应用中 ,由于搅拌介质的限制 ,轴的材料是 确定的 ,E 轴材料的弹性模量也就相应确定 ,同时为 了达到要求的搅拌效果 ,叶轮大上和型式是确定的 , 轴长和直径是粗定的 ,W 值也粗定下来 。选定齿轮 箱后 S 轴支撑间距也相应确定 。
Nc = K1 ( D/ L ) 2
E ( ( L + S) / L ) ( W + K2 We/ L )
图1
其中 :Nc 轴的临界转速 D 轴径 L 轴长 S 轴支撑间距 E 轴材料的弹性模量 We 叶轮重量 W 轴单位长度的重量 K1 与直径有关的系数 K2 与叶轮有关的系数 由公式可分析得出 : 轴径 D 增大 ,可以提高 Nc ,但由于 W 轴单位长
在此结构中 ,轴的支撑间距 S 由一对特殊设计 的联轴器形成 ,有效控制 S 大小 ,提高了临界转速 Nc 从而减小振动偏摆和噪声 。机械密封被装在轴 承上部 ,与传统机封安装位置 SM 相比距联轴器更 近 ,高度刚性的结构设计使此处轴偏摆量要比传统 结构小很多 ,解决了由于轴在机械密封处偏摆量大 , 致使机械密封使用寿命短和泄漏的问题 ,还可配更 长的悬挂轴 。为了轴承的支撑 ,齿轮箱中间设计了 油坝 (图中虚线所示) ,既提供轴承支撑 ,又解决齿轮 箱泄漏 。
在保证强度 ,控制成本前提下 ,通常有以下几种 措施提高临界转速 :
减轻叶轮重量 阶梯轴减轻轴的自重 缩短轴长 改实心轴为管轴 配加底轴承等 请注意 ,以上方法利用了公式中 We ,L ,D , E ,W 变量 ,S 轴支撑间距未利用到 。 这些措施虽然使振动减弱 ,但实际运行中 ,在机 械密封处的偏摆量还是较大 ,影响机械密封寿命 ,由 虚线弯曲图可见离支撑点越近的地方 ,偏摆量越小 。 那么 ,可以假设 S 缩短 ,使 Nc 提高 ,同时机封靠近 S 的支撑点 ,承受偏摆量较小 ,以延长机械密封使用寿 命 ,减小因偏摆量造成机械密封泄漏的可能性 。 三 、改进方案 根据以上推导 ,莱宁推出了 10 系列中小型搅拌 器传动系统 ,下面就是莱宁搅拌设备 10 系列顶进式 搅拌器结构简图 :
参考文献
[1 ] 殷尔禧. 材料力学. 科学技术出版社 ,1994 年 [2 ] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学. 高等教育出版社 , 1994 年 [3 ] 徐灏. 机械设计手册. 机械工业出版社 ,1992 年 [4 ] 莱宁搅拌公司. 莱宁 10 系列搅拌器. 2001 年
图2
度重量限制 ,Nc 对 D 有极限值 。We 叶轮质量的减 小可以提高 Nc ,但考虑到叶轮本身强度需要 ,We 也 有极限值 。轴的材料因搅拌介质而定 , E 为定值 。L 轴长在保证搅拌效果的情况下 ,可以有一定的调整 ,
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值得一提的是 ,在油坝上设计了一个悬挂轴支 撑系统 ,由于它在维修检测时的独立支撑作用 ,我们 可以打开联轴器 ,更换机械密封而不必拆下轴或为 轴的支撑费脑筋 。当今尚无其它搅拌器能如此快捷 (30 分钟) 和方便的更换机械密封 。见下图 。
图3
四 、结论 不难看出 ,这是一例较好的设计 ,设计者从理论 出发 ,结合实际中的问题 ,全盘加以考虑 ,最终得出 满意的结果 ,值得借鉴与参考 。
关键词 机械密封 偏摆量 临界转速 共振 支撑间距
一 、引言 现在搅拌器被广泛应用于石化 ,化工 ,矿业 ,制
药 ,发酵 ,造纸 ,食品 ,水处理 ,环保 ,以及精细化工等 行业 ,同时因其发展时间较短 ,故在搅拌器的应用过 程中 ,存在一些问题 ,常见问题有 :
11 齿轮箱泄漏 21 由于轴在机械密封处偏摆量大 ,致使机械密 封使用寿命短 ,泄漏 31 系统振动较大 ,噪音强烈 41 维护维修成本较高等 通常齿轮箱漏油可以换密封圈解决 ;机械密封 可以更换易损件使其得以继续沿用 ;系统振动可以 靠加固减弱之 ,但这些无疑是治标之策 ,也是成本的 消耗 。在这里我们需要综合这四个问题加以讨论 , 并从根本上解决它们或降低其有害程度 。 二 、分析 就搅拌系统来说 ,最关键的部件就是它的传动 中枢 :轴 。对于传动轴 ,在设计时要计算各种应力 , 临界转速和偏摆量 ,保证其运行可靠性 。 临界转速是讨论的重点 。它是指激起轴系发生 共振的转速 。当轴在临界转速或其附近运转时 ,将 激起剧烈的振动 、噪音强烈 、偏摆量增大 ,严重时会 造成轴 、轴承 、以及轴上零件的损坏 。 轴旋转时实际上是轴产生弯曲变形后的旋转运 动 ,求轴临界转速问题就是求轴弯曲振动的固有频 率问题 。 图 1 是传统搅拌器输出轴的结构简图 。 由图 1 ,可知系统为无阶梯实心轴一阶临界转 速公式为 :
搅拌器典型问题分析与机械设计改进
通用信号 (中国) 有限公司 莱宁搅拌设备 (201100) 于宏伟
摘要 本文就以往搅拌器应用中一些常见问题分析其原因 ,根据其影响因素来设计搅拌器结构 ,并以美国莱宁搅拌设备公司 的 10 系列搅拌器设计为例加以阐明.
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《精密制造与自动化》
随 L 的减小 Nc 增大 。S 轴支撑间距减小对 Nc 有微 量提高 。
实际应用中 ,由于搅拌介质的限制 ,轴的材料是 确定的 ,E 轴材料的弹性模量也就相应确定 ,同时为 了达到要求的搅拌效果 ,叶轮大上和型式是确定的 , 轴长和直径是粗定的 ,W 值也粗定下来 。选定齿轮 箱后 S 轴支撑间距也相应确定 。
Nc = K1 ( D/ L ) 2
E ( ( L + S) / L ) ( W + K2 We/ L )
图1
其中 :Nc 轴的临界转速 D 轴径 L 轴长 S 轴支撑间距 E 轴材料的弹性模量 We 叶轮重量 W 轴单位长度的重量 K1 与直径有关的系数 K2 与叶轮有关的系数 由公式可分析得出 : 轴径 D 增大 ,可以提高 Nc ,但由于 W 轴单位长
在此结构中 ,轴的支撑间距 S 由一对特殊设计 的联轴器形成 ,有效控制 S 大小 ,提高了临界转速 Nc 从而减小振动偏摆和噪声 。机械密封被装在轴 承上部 ,与传统机封安装位置 SM 相比距联轴器更 近 ,高度刚性的结构设计使此处轴偏摆量要比传统 结构小很多 ,解决了由于轴在机械密封处偏摆量大 , 致使机械密封使用寿命短和泄漏的问题 ,还可配更 长的悬挂轴 。为了轴承的支撑 ,齿轮箱中间设计了 油坝 (图中虚线所示) ,既提供轴承支撑 ,又解决齿轮 箱泄漏 。
在保证强度 ,控制成本前提下 ,通常有以下几种 措施提高临界转速 :
减轻叶轮重量 阶梯轴减轻轴的自重 缩短轴长 改实心轴为管轴 配加底轴承等 请注意 ,以上方法利用了公式中 We ,L ,D , E ,W 变量 ,S 轴支撑间距未利用到 。 这些措施虽然使振动减弱 ,但实际运行中 ,在机 械密封处的偏摆量还是较大 ,影响机械密封寿命 ,由 虚线弯曲图可见离支撑点越近的地方 ,偏摆量越小 。 那么 ,可以假设 S 缩短 ,使 Nc 提高 ,同时机封靠近 S 的支撑点 ,承受偏摆量较小 ,以延长机械密封使用寿 命 ,减小因偏摆量造成机械密封泄漏的可能性 。 三 、改进方案 根据以上推导 ,莱宁推出了 10 系列中小型搅拌 器传动系统 ,下面就是莱宁搅拌设备 10 系列顶进式 搅拌器结构简图 :
参考文献
[1 ] 殷尔禧. 材料力学. 科学技术出版社 ,1994 年 [2 ] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学. 高等教育出版社 , 1994 年 [3 ] 徐灏. 机械设计手册. 机械工业出版社 ,1992 年 [4 ] 莱宁搅拌公司. 莱宁 10 系列搅拌器. 2001 年
图2
度重量限制 ,Nc 对 D 有极限值 。We 叶轮质量的减 小可以提高 Nc ,但考虑到叶轮本身强度需要 ,We 也 有极限值 。轴的材料因搅拌介质而定 , E 为定值 。L 轴长在保证搅拌效果的情况下 ,可以有一定的调整 ,
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值得一提的是 ,在油坝上设计了一个悬挂轴支 撑系统 ,由于它在维修检测时的独立支撑作用 ,我们 可以打开联轴器 ,更换机械密封而不必拆下轴或为 轴的支撑费脑筋 。当今尚无其它搅拌器能如此快捷 (30 分钟) 和方便的更换机械密封 。见下图 。
图3
四 、结论 不难看出 ,这是一例较好的设计 ,设计者从理论 出发 ,结合实际中的问题 ,全盘加以考虑 ,最终得出 满意的结果 ,值得借鉴与参考 。
关键词 机械密封 偏摆量 临界转速 共振 支撑间距
一 、引言 现在搅拌器被广泛应用于石化 ,化工 ,矿业 ,制
药 ,发酵 ,造纸 ,食品 ,水处理 ,环保 ,以及精细化工等 行业 ,同时因其发展时间较短 ,故在搅拌器的应用过 程中 ,存在一些问题 ,常见问题有 :
11 齿轮箱泄漏 21 由于轴在机械密封处偏摆量大 ,致使机械密 封使用寿命短 ,泄漏 31 系统振动较大 ,噪音强烈 41 维护维修成本较高等 通常齿轮箱漏油可以换密封圈解决 ;机械密封 可以更换易损件使其得以继续沿用 ;系统振动可以 靠加固减弱之 ,但这些无疑是治标之策 ,也是成本的 消耗 。在这里我们需要综合这四个问题加以讨论 , 并从根本上解决它们或降低其有害程度 。 二 、分析 就搅拌系统来说 ,最关键的部件就是它的传动 中枢 :轴 。对于传动轴 ,在设计时要计算各种应力 , 临界转速和偏摆量 ,保证其运行可靠性 。 临界转速是讨论的重点 。它是指激起轴系发生 共振的转速 。当轴在临界转速或其附近运转时 ,将 激起剧烈的振动 、噪音强烈 、偏摆量增大 ,严重时会 造成轴 、轴承 、以及轴上零件的损坏 。 轴旋转时实际上是轴产生弯曲变形后的旋转运 动 ,求轴临界转速问题就是求轴弯曲振动的固有频 率问题 。 图 1 是传统搅拌器输出轴的结构简图 。 由图 1 ,可知系统为无阶梯实心轴一阶临界转 速公式为 :