搅拌设备设计讲座

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1、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II工榴瓣_11111渤&澹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

2、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

3、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 36O.n?W72O.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=9

4、0.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

5、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

6、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613L, I,l,5(b)3L厂.,I1,5_J4【,5,/II言2r_J2/U4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

7、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|1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.

8、 所以,根据试验内容，共有24组试验(4X3X2=24).其 中,112组为窄长形拌筒,1324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.

9、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122432632323434225I44225

10、19243213 6519574182 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%AG,%厂/MPa,MI)aCv,l【W10.422.3924.162-20.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 70.610.95

11、25.781.7800.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-2225.1l1.4900.0594.40 170.02027.17

12、0.0820.0304.80 180.702.8226.440.3660.0l35-30191.365.7723.662.5460.1084.00200.791.2224.841.4490.0584.65210.2l0.7126.280.4030.0155.90221-351.4525.792.7900.1084_30230.700.9026.830.6750.0254.90240.690.4826.4l0.5800.0226_3063一比试验结果弧度排出的体积,所以p=lTX R2(Rb) XWXCOS X/36O.(l) p=1TXbXWX COS XX (2Rb)/360.(2) 式中:

13、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=lTXSXCOSXX(2Rb)/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=4X po+2(n 一 2)X PI(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XY面的投影图P，主叶片(参见参考文献【121)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

14、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

15、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=0.105F0.1=1.05;2=0.11F0.1=l.l;3=0. 1060.1=1.06.初步确定，在出料容积V=0.1ITI的搅拌机中，0=1.051.1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665