行星轮式搅拌器搅拌特性分析.pdf

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1、第43卷第6期化工机械791行星轮式搅拌器搅拌特性分析王超明41郑茂盛1，2田忠L2赵渊k2黄欢(1．西北大学化工学院；2．陕西省能源化工研究院)摘要介绍行星轮式搅拌器的结构与工作方式。采用计算流体力学对比分析了行星轮式和普通式搅拌器的流场速度，结果表明：行星轮式搅拌器比普通式搅拌器的搅动范围更广，形成的循环可涉及到整个搅拌釜，且搅动更均匀无死角。使用Adams软件分别对三行星轮、二行星轮的三叶片式和二叶片式搅拌器进行模拟分析。剖析了叶片的运动轨迹，结果表明：三行星轮三叶片式的叶片偏置角为40。时，覆盖度为95．7％；三行星轮二叶片式的叶片偏置角为600时，覆盖度为85．O％；

2、二行星轮三叶片式的叶片偏置角为600时，覆盖度为60．O％；二行星轮二叶片式的叶片偏置角为90。时，覆盖度为53．0％；四者中，三行星轮三叶片式搅拌器的搅拌效果更优。关键词行星轮式搅拌器流场速度偏置角覆盖度运动轨迹中图分类号yQ051．7+2文献标识码A文章编号0254-6094(2016)06-0791-07搅拌器是工农业生产中应用非常广泛的一类通用设备，它涉及石油、化工、印刷品、橡胶及涂料等多个领域。搅拌是过程工业中的重要单元操作，包括热量传递、质量传递、动量传递及化学反应等过程¨。1。随着搅拌器理论研究的不断深入，搅拌效果得到大幅改善，使之在不同的复杂场合下可以良好地工作

3、旧’4jo。然而，随着对搅拌器要求的不断提高，对传统产品进行改进或设计新型搅拌器已成为一种必然趋势。前者是对现存各类型搅拌器进行组合，如在聚合反应釜的聚烯烃添加剂合成过程中使用四叶斜桨叶轮与框式叶轮组合而成的搅拌器¨1、在顺丁橡胶聚合首釜中使用的搅拌器等"1。后者如LIGHTNIN公司开发的A3lO叶轮、EKATO公司开发的轴向流叶轮及Robin公司开发的HPM叶轮等K1，这些搅拌器不仅在结构上有所创新，而且在使用范围、搅拌效率和降低能耗方面也有很大突破¨”1。另外，搅拌器微型化的研究也取得了很大进展，如LuLH等研究了一种微型磁力搅拌器¨⋯。搅拌器的改进和开发往往从搅拌槽的流

4、场人手⋯1。近年来，随着计算流体动力学(CFD)和仿真模拟(Adams)的快速发展，对搅拌反应釜内流场的模拟和轨迹曲线的研究Et趋深入¨“”1。方键等利用流体力学软件Fluent对4台侧进式搅拌器搅拌流体的流场特性进行了数值模拟研究，发现搅拌槽内的流体流速仅在槽下部4个桨叶区附近较大，槽体中部与上部流体流速均较小，流速值小于0．4m／s的区域体积约占槽体总体积的80％117J。朱小晶等通过对比试验与联合仿真结果，确认了联合仿真研究方法能够较准确地模拟挖掘机的真实工作环境和作业过程；并在此基础上，利用Adams对斗容15m3矿用挖掘机工作装置与液压系统进行了联合仿真研究，计算出了

5、铲斗齿尖挖掘轨迹，设计了机械结构，并对它进行了优化‘18I。行星轮式搅拌器与普通式搅拌器相比，其搅拌效果更为均匀。然而，在回转面内对行星轮式搅拌器的流场速度进行对比分析、对不同转轴下叶片轨迹的研究报道却很少。在此，笔者利用Fluent软件对普通式搅拌器和行星轮式搅拌器在回转面内的速度流场进行了比较，并借助Adams软件分别模拟了三行星轮、二行星轮的三叶片式和二叶片式在不同偏置角度下的运动轨迹，通过优化并对搅拌器进行改进，为设计具有优异性能}王超明，男，1992年2月生，硕士研究生。陕西省西安市，710069。792化工机械2016筵的搅拌器提供技术支持。1行星轮式搅拌器的结构和

6、工作方式1．1结构行星轮式搅拌器的结构示意图如图1所示，它由两套齿轮传动系统组成，即太阳轮Z：和行星轮z．以及行星轮z。和齿圈H组成的传动系统。行星轮和太阳轮均安装有搅拌叶片，这样不仅可以使行星轮上的搅拌叶片公转，还可以使之绕自身轴白转。太图1行星轮式搅拌器的结构示意图1．2工作方式通过太阳轮和行星轮输出的两种转速，将一个太阳轴上的单轴转动转换为3个行星轮和太阳轮上的多轴转动，再由3个行星轮和太阳轮带动叶片做轨迹复杂的运动。搅拌器将机械能传递给流体，在叶片的作用下，流体沿径向排出，并吸引和夹带周围低速流和静止流混入其中，在叶片外边缘形成了一股高速剪切流，在搅拌器附近形成了高湍动

7、的充分混合区，使流体具有较高的压头。而在搅拌器中部会形成真空区，介质沿轴向从搅拌器的顶部和底部流入搅拌器内，完成一个循环。这克服了传统搅拌器流场不均匀的缺点，使介质产生高速的径向流和轴向流，减小了切向流，同时加大了介质流量。而且行星轮上点轨迹的不重合使之达到了更加均匀的搅拌目的。搅拌器给予流体特定的流场和适合搅拌过程的流型，以加速搅拌过程达到充分搅拌的目的，而流型由搅拌方式决定。其主要的作用原理有：a．离心力原理。搅拌叶片被旋转轴带动，使流体受离心力作用，由搅拌轴中心抛向外围。当流体到达叶片