湿法磷酸大型搅拌设备的传动装置.pdf

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1、第54卷第2期2017年4月化工设置与誓遵PROCESSEQUIPMENT&PIPING、，01．54No．2Apr．2017·机械与密封·湿法磷酸大型搅拌设备的传动装置王宋宝，王正助，胡兰，饶一平(中国五环工程有限公司，湖北武汉430223)摘要：由于工艺和工况的特殊性，湿法磷酸的大型搅拌设备悬臂长且载荷重，存在轴挠度大、临界转速低等问题。依据支承模型，提供了载荷(弯矩和扭矩)的计算方法，再根据轴挠度和临界转速的经验公式，分析了传动装置输出端的设计对搅拌器的影响。从技术合理性和长期运行可靠性考虑，大型搅拌

2、设备的传动装置需要进行增大输出轴轴径及支承点间跨距的特殊设计。结合具体工程实例，介绍了特殊设计在专用减速机、标准减速机改造及标准减速机+专用机架等型式中的应用，并指出特殊设计的减速机才能从根本上适用于湿法磷酸装置大型搅拌设备。关键词：湿法磷酸；大型搅拌设备；传动装置；齿轮减速机；输出端中图分类号：TQ051．7；TH123文献标识码：A文章编号：1009．3281(2017)02—0045-006磷酸是一种重要的化工产品，用于制造肥料级、饲料级、食品级或电子级磷酸等产品。通常所称的“湿法磷酸”是指硫酸法湿法

3、磷酸，其处于磷酸生产的主导地位。工艺过程是用硫酸分解磷矿粉，生成硫酸钙盐(石膏)和磷酸溶液，将磷酸溶液从钙盐结晶中分离出来，经净化制得磷酸产品。按照反应过程中石膏的不同结晶形式，分为无水物法、半水法、二水法及半水一二水法等工艺。不同工艺流程中用到的搅拌器型式、规格和数量各不相同，大型搅拌设备指的是反应类和大贮槽类搅拌设备，这些大部分是关键搅拌设备。如国内典型300kt／a一--水法磷酸装置，采用方形九格槽真空冷却二水工艺，共有约50台搅拌设备，其中电机功率≥45kW的大型搅拌设备有15台。湿法磷酸的介质是液

4、固相的料浆，设备中含固量较高，如反应类槽中含固量(质量分数)高达33％～35％。针对此工艺特点，搅拌器设计时除正常工况外，还需考虑一些特殊情况，如埋桨工况[1-21。埋桨工况是指桨叶沉埋在固相沉淀层内。这是由于非正常停车或未按规定进行操作的情况下，由于石膏结晶及固体沉积，埋住搅拌器底层桨叶。这时候若继续运行，可能会导致桨轴的扭断、传动装置(甚至减速机)的损坏等后果。针对含固量高的槽子，除从工艺角度采取特殊措施外，还在搅拌器的设计过程中，充分考虑桨轴的机械强度，并对传动装置进行特殊设计，保证搅拌器安全可靠地运

5、行。1模型及计算磷酸装置一般为立式中心搅拌，搅拌器顶入式安装，且不允许使用中间轴承和底轴承，这是因为料浆中固体颗粒容易磨蚀轴承，搅拌设备难以长期稳定运行。磷酸装置搅拌器都为悬臂结构，转速较低，搅拌轴按刚性设计。搅拌轴与传动装置输出轴采用刚性直连，轴向荷载都由传动装置承担。减速机和／或机架要求坚固可靠，能承受所有的重载荷。磷酸装置年开车300d以上，关键设备要求每天24h连续运转。对大型搅拌设备，传动装置必须满足长时间连续运转，具备较高的服务系数及良好的润滑和热容性能。考虑特殊的埋桨工况及悬臂长等结构特点，大

6、型搅拌设备的载荷大，存在轴挠度大、临界转速低等问题。且随着装置大型化，搅拌轴更长且功率更大，载荷条件更苛刻。传动装置的设计对整个搅拌装置影响很大，而从搅拌角度考虑，关键环节是传动装置的输出端。收稿日期：2015—10—26作者简介：王宋宝(1985一)，男，湖南衡阳人，工程师。主要从事化工设备设计工作。46亿工设置与置叠第54卷第2期1．1支承模型根据磷酸装置搅拌设备的结构特点，传动装置输出轴及搅拌桨轴可简化为两点简支下端悬臂模型㈣，如图1所示。搅拌器有数层桨叶，磷酸装置一般为轴流型桨，各层桨型及桨径可以不

7、相同，但通常底层桨直径最大；悬臂搅拌轴与传动装置输出轴具有不同的轴径。搅拌轴大多设计较粗大，常为圆形空心轴，与相同质量的实心轴相比，空心轴的抗弯截面模数比实心轴大，强度相同时空心轴用材更节省【4]。传动装置输出轴一般为阶梯实心轴，模型中按支承点跨间段截而尺寸简化为等直径轴～图1传动装置输出轴及搅拌桨轴支承模型Fig．1Supportmodelforoutputshaftoftransmissionandagitatorshaft＆impellers1．2载荷计算磷酸装置中的大型搅拌器，弯矩和扭矩占主要作用。

8、含固量高的设备在考虑埋桨工况时，按经验公式简化计算径向力，并以最大力臂长度计算弯矩。搅拌轴上传递的扭矩r和弯矩M载荷为陋’51：T：9．55上(1)咒M讯=28．65瓮(2)径向力F：F=瓦T=28．65去(3)式(1)～(3)中搅拌传递功率P等于电机额定功率与传动装置机械传递效率的乘积。当量扭矩￡和当量弯矩尥为：Z=／膨+r(4)坛=告(M+以研)(5)则圆形空心轴的最大组合剪切应力L和最大组合弯曲应力巩：己=