双行星动力混合机分散器结构改进及温度场分析.pdf

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1、第43卷第1期化工机械89双行星动力混合机分散器结构改进及温度场分析于志强4柴永生陈会金刘光(烟台大学机电汽车工程学院)摘要通过对同载荷下实心与空心分散器轴扭转强度和最大剪切应力的计算分析，表明在分散器实心轴中心加工孔径为其直径1／2的空心分散器时，最大剪切应力增加量约为2．5％。利用有限元方法对双行星动力混合机温度场进行数值仿真分析，分别计算了搅拌桶侧壁冷却、分散器轴内部冷却等因素对搅拌桶内部温度场的影响。分析表明，通过附加分散器轴内部冷却，使温度变化范围由65'E减小为15℃，有效改善了混合环境，为双行星动力混合机

2、的研究提供理论依据。关键词双行星动力混合机分散器温度场Workbench中图分类号TQ051．7文献标识码A文章编号0254-6094(2016)01-0089-05在化工生产中，物料往往要经过混合、分散以及反应等过程，混合是在外力的作用下将两种以上不同物料掺杂在一起的物理过程¨。1。这种掺杂往往要采用先进混合设备才能得到较好的效果，由于物料特性不同，尤其对一些高粘度、非均相流体物料的混合，采用通常的液相混合装置不易达到理想的效果，需要更成熟的设备来满足工业生产的需求。双行星动力混合机作为一种重要的混合设备被广泛应用”

3、]，它是一种新型高效混合分散设备，具有独特的混合形式，由搅拌桨、分散器和搅拌桶主要部件组成。搅拌桨和分散器在绕搅拌桶轴线公转的同时，又以不同的转速绕自身轴线自转，使物料在搅拌桶内作搅拌、剪切和分散运动，物料受到强烈的剪切和搓合。搅拌桶采用特有密封结构设计，可实现抽真空混合，具有良好的排除气泡效果，并可根据需要借助搅拌桶侧壁的螺旋槽进行加热或冷却操作”。。对于搅拌桶温度场的研究，以往的混合设备多着重于实际经验，往往很难把握住混合设备温度场的实际分布情况。笔者研究了搅拌桶的热传递过程，从实质上深入理解温度传递的原理，以便更

4、好地指导实际的操作p1。1搅拌桶温度传递方式及分析高粘度物料混合的难点在于高粘度物料传热能力不足，易产生粘着现象，因此高粘度、高滞留量和低速回转搅拌一般采用热交换器(加热器、冷却器)，使物料的温度均匀、反应浓度均一∞1。搅拌桶是用来实现物料的混合、分散、剪切、反应及溶解等工艺并暂时存储混合物料的一种装置，其结构如图1所示。通过周围的螺旋槽构成热交换器，通过在螺旋槽内通人流动的、具有一定温度的流体，通过热传导作用，实现搅拌桶壁附近+于志强，男，1988年12月生，硕士研究生。山东省烟台市，264005。图1搅拌桶三维模型

5、化工机械2016矩物料温度控制，再经过搅拌和分散作用，完成温度向搅拌桶内部的传递过程。图2为300L双行星动力混合机搅拌桶内部混合物流场走向图，在设备启动后，搅拌桨首先通过下层桨叶的上翻作用使物料产生沿搅拌桨轴向上的爬升运动，再伴随公转的进行，使物料在搅拌桶内形成轴向对流。在物料轴向运动的同时，会受到上层桨叶的下压作用，迫使混合物料产生径向移动，流向分散器，同时，分散器上部的蝴蝶搅拌桨会下压物料，防止高粘性物料沿轴线方向的爬升。图2搅拌桶混合物流场走向分散器会对混合中的物料进行强力的剪切和搓合，并将分散后的物料沿径向抛

6、出，最终由刮边器将物料收回。搅拌桨和分散器的运动使物料产生轴向和径向的复合运动，将温度传递到物料的大部分区域，实现混合物料温度的传递。2分散器结构改进及强度分析在混合增稠(膨胀)型流体时，由于流体的粘度随剪切速率的增加而增加。普通的混合机会出现混合驱动器和搅拌桨的损坏，因为当混合器中固体含量高于正常值而产生粘稠现象时，就会产生出乎意料的高扭矩，并产生局部高温现象¨岗1。在混合固体推进剂时存在同样的问题，固体推进剂是各种氧化剂与丁羟胶的混合物，丁羟胶是粘度很高的胶体，使得固体推进剂成为流动性较差的非牛顿流体，各种氧化剂在

7、丁羟胶的粘带力下形成大量团状颗粒，并且不断交换相互粘带，使得推进剂粘度越来越大，所需的搅拌桨叶剪切力也不断加大，桨叶所受扭矩也急剧增加，因此会造成桨叶的应力变形∽J，对这类物料，最好再施加剪切和揉捏。在300L双行星动力混合机中，为满足剪切和揉捏，需加装一对高速分散器，主要完成对物料的剪切和分散，提高混合均匀度。高速分散器主要由分散器上压盖、下压盖、分散盘、分散轴及蝴蝶搅拌桨等部件组成，结构如图3所示。F压盖图3高速分散器示意图安装分散器后的混合机，尽管可以实现对物料产生强烈的剪切作用，减轻分散器轴的高扭矩，但由于其转

8、速较高，使分散器轴的外圆周面温度升高较快，较难控制在适宜温度。为此，对现有的300L的双行星动力混合机分散器进行结构改进，通过在高速分散器轴内部加工冷却通道并通人流动的冷却流体，配合测温系统，实现分散器温度控制，改进后结构如图4所示。图4改进后的分散器轴剖面为保证加工冷却通道后的分散器在高转速下仍有足够的扭转强度，对加工孔径的大小