一种中型变频涂料搅拌机的设计

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一种中型变频涂料搅拌机的设计

沈晓蕾

（广东机电职业技术学院，广东广州５１０５１５）

摘要：配制乳胶涂料时，需要多次搅拌，要求搅拌混合。根据涂料搅拌的有关原理，通过对较大容积的变频罐式搅拌机构的设计计算，给出一套简单易行的设计方法。按此方法设计制成的搅拌机具有结构简单、搅拌量大、搅拌均匀、经济实用等优点。

关键词：乳胶涂料；搅拌；变频；设计

１概述

涂料是高分子聚合物乳液与颜料、填料及多

代之产生无规则的涡流和漩流。下弯形成上下交替的宽齿。同时轴向齿高应成１：３

斜高，使之有不等速的流层，在速差中形成粘度剪力。齿盘叶轮尺寸、搅拌罐尺寸及其互相位置见图

在正确操作条件下，叶轮的旋转带动料浆形

成滚动的环流，并在叶轮边缘处形成一个湍流区，

种有机助剂配合而成的一种中高档建筑涂料，广泛

应用于各种建筑物的内外墙体装饰。

该区域中的粒子受较强剪切和冲击作用，使其很快

一般地说涂料的生产包括以下几个工艺过

程：

分散到料浆中。此区域之外形成上、下两个流束艘

料浆充分循环和翻动；同时，由于黏度剪切力的作

ｌ’其中ｄ为叶轮直径＇Ｄ为搅拌罐直径ｈ为装料高度，｝ｌ：为齿盘叶轮距罐底距离。根据有关资料弹轴

用使团粒得以分散（女Ⅱ图１）ｏ

３罐式搅拌机结构

ｈ２＿０５～ｌｄ。选用叶轮直径ｄ叶轮＝３００ｍ—黼可

式圆筒形搅拌罐的最佳取值为Ｄ＝２．８～４ｄ，ｈ。＝１～２ｄ，

沿导轨升降。３．３．２搅拌电机的选择。３．３．２．Ｉ根据搅

拌叶轮的型式和装置特性，确定功率准数凡再用

罐式搅拌机的结构比较简单，主要由搅拌装置和搅拌罐两部分组成。如图２所示。

３．１工作原理

１．１树脂或者乳液或者其他成膜材料的生产；

垂直设置的搅拌轴通过搅拌罐中心，搅拌叶

轮沿径向固定在搅拌轴上，变频调速机构沿升降导轨带动搅拌轴根据不同液面高度上下移动，以达到

其功率准数、叶轮直径ｄ、转速及物料密度计算搅拌轴功率同时将传动系统效率、电机储备系数考虑在内确定搅拌装置电机功率。ａ叶轮转速ｎ的确

定。齿盘叶轮既借助于距宽齿约５０ｒａｍ处形成强

１２助剂和颜、填料的混合分散；１．３颜、填料的研磨；

１４涂料的配制；１．５过滤、包装。

烈的湍流区（消耗约７５％的搅拌功率涞使颜料团

粒互相冲击达到分散和混合目的，又要利用叶轮上

最优搅拌效果。工作时，变频电动机经传动系统使

搅拌轴旋转搅拌轴转速使用变频调整，搅拌轴带

动搅拌叶轮旋转，强迫物料按预定的轨迹产生强

制搅拌作用，使混合物在剧烈的相对运动中得到

部层流区的粘度剪切力达到单个颜料团粒自行分

散的目的。齿盘叶轮的转速取决于物料在湍流与

其中把基料、色浆或颜填料、各种助剂等其

他配制成分按配方规定加到一起配制成均匀的涂

层流流动状态的临界点，即Ｒｅ＝２０００，＞ｄＳｌ

Ｐ／¨；

料的过程，常在带有变速的搅拌机调和设备中完

成。

２搅拌的工艺要求与工作原理２．１乳胶涂料的生产工艺与要求

乳胶涂料制造一般是将颜、填料分散剂和湿润剂、增稠剂水溶液、水及其他组成物在调漆罐中

充分均匀搅拌；搅拌好的涂料开启出料阀流出，完

成一次调配工作。

３．２搅拌罐结构

据德国Ｖｏｌｌｒａｔｈ公司对六种几何形状断面

Ｒ——雷诺数；斗—物料粘度，乳胶涂料斗一１０Ｐａ Ｓ；

ｐ—漆料密度，通常乳胶涂料的密度大于ｌｋ虮取

（１２～１．５）Ｘ

１０３ｋｇ／ｍ知—搅拌转速√ｓ瑚拌叶轮

直径Ａ＝０．３ｍ。计算得ｎ≤１９ｒ／ｓ＝ｌ１３４ｄｍｉｎ，因而取

旺方形、９０。扇形、正六边形、三角形、椭圆形、圆

形）的搅拌分散效果对比试验表明，圆筒形最差，三角形和正方形最佳。

但三角形断面的施工困难，正方形的制造也

ｎ。＝１０００ｒ／ｒａｉｎ。ｂ．功率准数Ｐ０的确定；。功率准数Ｐ。与被搅拌物料的雷诺数、搅拌器形式及搅拌容

器相关的几何参数有关，根据有关资料，取４～６。３．３．２２电机功率Ｐ的验算。搅拌功率为Ｆ＝Ｐｏ

Ｐ

进行搅拌混合预分散霜砧；砂磨机或胶体磨中将颜

料二次粒子研磨使之解聚、分散调制成颜料浆，然

后将颜料浆移到搅拌机中，再加入乳液进行混合，调节黏度最后经过滤、罐装即得乳胶涂料。

乳胶漆中颜填料用量较高，常达到４５％以上，乳液用量低至１０％，由于漆中颜填料用量较高，为

比较麻烦，而叶轮旋转产生的大漩涡有利于混合，故采用圆形罐身。底部是侧边呈坡度斜角的圆弧

ｎ３ｄ５—６．８ｋＷ．电机功率Ｐ＝∥＋蹦１＝７．８ｋＷ．其

中，密封系统的摩擦损失Ｐｍ取１０％－传动系统的机

形底拥沙搅拌死角并利于出料。

根据ＧＢ９８４５—１９８８（（钢制机械搅拌容器型式及主要参数》的搅拌罐系列，设计桶身尺寸为直径Ｄ＝ｌＯＯＯｍｍ，桶高Ｈ＝１４００ｍｍ。

粗略计算容积Ｖ一＝ｗ（Ｄ／２ｊ２Ｈ一１．１ｍ３３．３搅拌装置结构

械效率饥取０．９５。搅拌机属于恒转矩负载旭因温

度、黏度变化可能达到正常负载的２～３倍，故在选择电动机容量时考虑承受过载，常按正常容量的２倍来选定。查电机手册，确定搅拌装置电机功率

Ｐ＝１５ｋＷ。３．３．２．３变频器选择。搅拌机基本上是恒转矩负载，要求变频调速范围大，抗过载能力强；搅拌机在投料的瞬间，负载转矩增大，可能超过电机的额定转矩。选择变频器匹配电机时，以电机的铭

防止颜填料沉降，保证乳胶漆不分层，要求贮存粘

度较高。乳胶涂料的制造中，乳液与颜料混合后的稳－定．陛非常重要。

在涂料的配制过程中，需要多次搅拌以｝昆合均匀物料。颜料、填料分散时，宜用高速搅拌，其分

３３．１搅拌器。搅拌叶轮是搅拌的核心部件。

常用于搅拌涂料的叶轮有盘式和浆叶式两种，如图３所示。设计最初是采用桨叶式叶片。桨叶式叶轮（虫Ⅱ图３ａ）的每根叶片与水平面的夹角０使之成为推动式，其搅拌力较大，能够使物料上下翻动，使物

散效果好、配色陕、生产效率高；而乳胶涂料的搅拌

宜用减速传动的低速搅拌。

２．２液体流动和搅拌原理

液体流动分层流和湍流两种形式，前者是低

牌参数为依据报据负载特点、变频器过载倍数、过

载时间与周期等并加上适当余量来考虑。３．３３搅

拌轴。搅拌安置方式大致有两种：一种是底部搅拌

方式，它的优点是搅拌轴短，刚性高，不会引起振动

剪切力引起低剪切速率使液体层彼此滑动而引起料有效混合。但经使用发现这种叶片搅拌效果虽

优于盘式叶片，但其叶片却容易折弯或断裂，耐用

的流动（也称牛顿型流动诟者是剪切速率增大到

一临界点，层流状态被破坏而

破坏。但它有两个较大的觇点，一是底轴承处漏料

现象难克服；二是影响出料口的布置，因此现在已较少采用这种方式。另一种是现设计采用“中心悬臂式”搅拌方式，它解决了上一方式提到的两个缺

性不够后改用盘式叶轮（如图３ｂ）。盘式叶轮又称

齿盘叶轮夕卜形为圆盘萁外缘等分为１８或２４个间

距将每—个间距沿切线方向交替垂直向上弯和向

点便于检修和维护。但它有一大锇点崩浞搅拌轴

悬臂较长，在高速搅拌时容易引起振动，搅拌轴的转速极有可能接近临界转速而使轴受到破坏。

３．３．３．１计算搅拌轴直径ｄ。初步计算轴径ｄ（轴Ｉ材料：

４５号钢）。由于本轴是按转速低于第一临界转速为刚性轴考虑，主要是振动问题，故只作刚度计算不

图１搅拌液流情况及叶轮位

置尺寸示意图图２罐式搅拌机结构

ａ）浆叶式叶轮ｂ）盘式叶轮

图３叶轮的外形示意

作强度计算。工程上以单位长度的扭转角＾ｖ不超过许用扭转角【．ｙ］作为扭转的

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旋流布料沼气池的改进与创新

张安

（滦南县新能源办公室，河北唐山０６３５００）

摘要：结合实际，论述了旋流布料沼气池的改进与创新。关键词：旋流布料沼气池；改进；创新

沼气国债项目实施以来，我县推广了旋流布料自动循环沼气池，并加以改进，改进后结构合理，施工方便，省工省料。首先，沼气发酵料液在发酵池内的滞流时间和路程增加，使料液发酵充分。其次，配合养殖业随时进料，原料负荷率高，进料充足，达到了满负荷发酵。三是沼气微生物附着区域增大，旋流布料墙是微生物生长繁殖的载体，通过沼气微生物的密集增殖，提高产气率。

１原标准旋流布料自动循环沼气池构造及运行原理

１．１结构。如图１，旋流布料自动循环沼气池由发酵间、贮气室、水压酸化间、旋流布料墙、单向

阀、导气管、出料通道等部分组成。１．２运行原理。旋

力上升，靠产气动力（压力）发酵池发酵液面下降，发酵料液经过出料通道出料间流人酸化池。当使用沼气或输出沼气时，贮气室内压力下降，发酵料

液经单向阀、进料间、进料口强制单向流回发酵

间，达到自动循环、自动破壳的目的。１．３存在的不

足。通过建池实践，我们发现该沼气池有如下不足

建在拱顶上部，长２米，宽９２厘米，有效高度７０厘米。３３采用直径３０厘米混凝土预制管作进、出料间，进料问高６８厘米，距酸化间上平面２厘米，在最底点安装单向阀；出料间高６３厘米，距酸化间上平面７厘米。

４改进后的优点

之处：１．３．１占地面积大。该池型ＩＯｍ３沼气池发酵池部分占地直径３２米，酸化池和出料通道占地

改进后，除保持了原旋流布料自动循环沼气池的陛能外，同时有如下优点：

１２米，合计横向占地“米。当前农村宅基地一般

２５分，沼气池占地面积超出了一间房的宽度。１．３．２

４．１占地面移孙，更适合我县农村庭院建池要

求，水压间建在拱顶之上，减小了占地面积，东西

建池技术复杂。主要是出料通道空间较小，密封层施工难度大。１．３．３工程量大，建池成本高。酸化池和出料通道需开挖土方量２．７５ｍ３，混凝土用量

０．４ｍｓ。针对这种情况，我们对沼气池的水压间和进

出料部位加以改进。

占地３２米，不超过一间房占地，群众容易接受。４．２建池技术简单，降低了施工难度。用直径３０厘米

预制管代替出料通道和进出料间，减小了施工难度。４．３进出料管底面分别距池底３５厘米和５５厘

流布料自动循环沼气池利用沼气产生动力和动态

连续发酵技术，实现了自动循

环、自动搅拌等高效运行状态，

当发酵池内产生沼气，贮气室压２改进后的旋流布料沼气池构造及运行原理

２．１结构。如图２，改进后的旋流布

米，在沼气动力的作用下，底层发酵料液通过出料口流入酸化池，实现自动搅拌，并强制单向循环等

高效运行状态。同时防止了沼气出现沉渣。“用

直径３０厘米的预制管代替进出料间，空间较小，沼气池初始启动压力上升较陕，有利于沼气池点火试气。４＿５建池成本低。改进后一口沼气池可少开挖土方２．７５ｍ３，节省混凝土０．４ｍｓ，节省工时２个，每口沼气池可节约资金２００元。

我县自２００３年实施沼气国债项目和文明生

料墙自动循环沼气池取消了出料通道

和斜插放置的进料管，进、出料管和进、

出料间采用混凝土预制管，其它部分与改进前相同。２２运行原理。运行原理

与改进前相同。

３改进方法与创新点

３．１取消出料通道，将进、出料管放在拱顶靠近拱脚一侧，进、出料管夹角４５０，进、出料管采用直径３０厘米水泥预制管，进料管底部距池底５５厘

图１

态村镇建设以来，累计推广沼气池１７０００余口，节省建池资金３４０万余元。

图２

米，出料管距池底３５厘米。３．２酸化池责任编辑：王兴红

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