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从大量搅拌设备存在的问题及FA-203的制造、修复可以看出，搅拌轴系的运转失稳除存在设计因素外，主要是制造问题，本文从设计、制造、检验等方面探讨其制作要点及改进措施。
搅拌轴设计、制造
搅拌轴的校核 从设计角度讲，搅拌轴应具有足够的强度、刚度，合适的搅拌转速，其运转才会安全平稳。作为制造单位，拿到设计图纸后，应以强度、刚度及临界转速校核搅拌轴轴径是否合适，以消除设计不足的因素。
① 强度校核 就搅拌轴而言，承受扭转和弯曲的联合作用，但其中以扭转作用为主，在工程应用中，常按扭矩作用计算轴的强度，并用增加安全系数以降低材料的许用应力来弥补由于忽略受弯曲作用所引起的误差。
轴扭转的强度条件：式中，τmax为截面上最大剪应力，kg/cm2；TQ为轴传递的扭矩，kg.cm；Wp为抗扭截面模数，cm3；［τ］k为降低后的轴材扭转许用剪应力，kg/cm2。
搅拌轴上传递的扭矩为： 式中，N为搅拌轴传递的功率，kW；n为搅拌轴的转速，r/min。
轴的抗扭截面模数为： 式中，dJ为要校核的危险截面轴径，mm。
将式(2)、(3)代入式(1)整理得： 所以： 当设计轴径大于等于按上式计算的轴径时，则搅拌轴设计满足强度要求。
② 刚度校核 为防止搅拌轴产生过大的扭转变形，以免在运动中引起振动造成轴封加剧磨损而失效，因而搅拌轴应有足够的扭转刚度。
搅拌轴的扭转刚度条件为： 式中，φ0为轴扭转变形的扭转角，(°)／m；G0为轴材的剪切弹性模数，kg/cm2；Jp为截面的极惯性矩，cm4。
将式中，G0=8.1×105代入式(5)整理得： 当设计轴径大于等于按上式计算轴径时，则搅拌轴满足刚度要求。
④ 临界转数 发生共振时轴的转速称为临界转速nCI。如果轴的转速停滞在nCI附近，轴的变形将迅速增大以致于破坏。因此轴的转速应避开nCI。
搅拌设备的搅拌轴往往是上下两个支承，一个固支，一个简支。以此为例，其简图(见图1)及nCI计算公式如下。 图1 式中，Wi为支承间第i个搅拌器质量，kg；W0为搅拌轴的质量，kg；d为搅拌轴的直径，mm；l为搅拌轴的全长，mm；ai、bi为支承间第i个搅拌器至左及右支承的距离，mm。
但搅拌轴多数是阶梯轴，阶梯轴的nCI精确计算比较复杂，常做近似计算：将阶梯轴视为当量直径为dV的光轴，然后利用上述光轴的nCI计算公式［式(7)］进行计算。
当量直径dV按下式计算： 式中，di为第i段轴径，mm；Δli为第i段轴长，mm；ξ为经验修正系数。
搅拌设备的轴为转速较低的刚性轴，其设计转速应低于临界转速nCI，设备运转才安全可靠。
4.1.2 搅拌轴校核实例 以FA-203搅拌轴校核为例：轴功率N=56kW，转速n=115r/min，最危险截面轴径d=110mm，轴材质为2Cr13；W0=768kg，l=7765mm，a1=4685mm，b1=3080mm，W1=154.9kg，ai=7190mm，bi=575mm，Wi=103kg；［τ］K=400～500kg/cm2(取［τ］K=400kg/cm2)；根据设计规定，有底轴承时，取［φ］0=0.7。
① 按强度校核轴径 ② 按刚度校核轴径 ③ 按临界转速校核：
a当量轴径dV 经计算最粗轴长与轴总长之比为10%，小于15%；按次粗轴长与轴总长之比计算为80%，大于50%，所以取ξ=1。 b临界转速nCI： 由以上计算可知：最危险截面的设计轴径d=110＞dJ，所以其搅拌轴设计满足强度、刚度要求，轴转速115r/min在临界转速nCI以下，因此，FA-203搅拌轴设计安全可靠。
4.1.3 搅拌轴的加工制造 搅拌轴是搅拌设备的主要内件，承担着传递扭矩，带动一层或多层搅拌器在罐内甚至罐底对物料进行搅拌的作用，所以搅拌轴的直线度、搅拌轴与轴封、轴承等相配合轴颈的尺寸公差、形位公差等加工精度，直接影响着整台搅拌设备的运转精度。
搅拌轴加工要点：
针对搅拌轴特点及要求，其加工工艺方法相当重要，以下简述其加工要点：
a 毛坯应校直 细长的搅拌轴一般采用热轧圆钢下料，校直可使车削余量均匀，减轻车削时的振动；
b 根据材质进行相应的热处理 如搅拌轴材料采用40、45号钢和40Cr时，一般进行调质处理，对奥氏体不锈钢轴应进行固溶化处理等，以改善切削性能，削除热轧应力和校直应力；
c 半精车、精车时要以轴线(两端中心孔)为基准进行装夹、加工；
d 要使用合理的装夹方法、合理的装夹工具和辅助工具，如中心架、跟刀架、鸡心夹、弹性活顶尖等；
e 根据粗车、半精车、精车，合理安装刀具，粗车、半精车时刀尖应高于工件轴线0.2～0.4mm；精车时刀尖应低于工件轴线0.1～0.3mm。并应采用先进的切削方法，如采用反向走刀切削法；
f 根据轴的材料选择合理的刀具材料及刀具几何形状；
g 选用合理的切削用量及冷却润滑液；
h 对填料密封处的轴颈应进行硬化处理，如涂镀、氮化等。
4.1.4 搅拌轴的存放保管 由于搅拌轴细长，极易弯曲变形，如FA-203凝聚釜搅拌轴，加工之后检测弯曲度符合图纸要求，但长途运输至新疆组装时发现其直线度严重超标，弯曲达11mm之多。因此，搅拌轴加工完毕，在待装配期间，应垂直吊放。若需卧置运输，则应制作专用支座包装，采用多个支承，且一定要找水平和找正各支承中心线的同轴度，并考虑防震、防弯曲变形、防锈及表面保护措施。 |
搅拌器的制造检验
为了使搅拌器在搅拌作业时平衡可靠，搅拌桨叶的布置必须具有对称性、均匀性。因此组成搅拌器的搅拌桨叶应具有相同的形状和相同的质量；组对、组焊时要采用专用工装及严格的焊接方法来控制搅拌器的焊接变形；加工时同样要利用工装，以中心为定位基准，保证各部位加工余量对称均匀；搅拌器制成后一般要做静平衡试验，达到随遇平衡为合格。
搅拌器的质量均布，除设计时保障外，主要还得靠制造时加以控制。
本文主要以弯叶开启涡轮式搅拌器为例阐述其控制要点。
4.2.1 优化设计 设计时应使六片桨叶均匀对称，但设计图上往往是以复合桨叶的结合面及单桨叶的内曲面进行六等分的，不是绝对均匀，所以在制造时，应改进为均以桨叶厚度中心层面等分，这样桨叶质量分布更加均匀对称，与轮毂组焊时，各桨叶厚度中心层面均能通过搅拌器中心轴线，桨叶中心线里端头与轮毂接触点正好是切点，桨叶里端与轮毂吻合最佳，两侧坡口大小均匀对称，各桨叶外端加工余量均匀。
4.2.2 搅拌器制造要点
① 轮毂、桨叶、筋板的加工 轮毂应先粗加工；桨叶应用胎具压制或按曲率半径大小卷制成圆筒进行切割，保证相同桨叶的曲率半径一致；桨叶、筋板周边均应进行机械加工，以保证桨叶宽度公差及筋板外形尺寸，不可只靠剪板、气割而成。各件留适当余量，轮毂的结合面、桨叶的坡口及筋板外形按图纸加工成，轮毂内孔、端面、桨叶外圆面待搅拌器组焊后精加工。
② 搅拌器组对、施焊、加工要点
a 胎具设计 搅拌器组对、加工必须使用专用胎具。
胎具中心孔尺寸与轮毂外径应配车，配合间隙应小于0.1mm，六组桨叶及筋板位置按搅拌器图纸设计，由定位管(销)定位，压板螺栓固定。
b 组对施焊 将搅拌器轮毂装入胎具孔内，将各桨叶和筋板在胎具上按图纸位置摆好，间隙留匀，保证桨叶的中心层面里端与轮毂接合面对准，压板螺栓固定，然后点焊-校正-对称施焊。为避免焊接变形，一定要先点焊，且校正，再对称施焊，必要时应进行退火处理和校形。
c 精加工 再次利用胎具精加工轮毂端面、内孔及搅拌器桨叶外圆，保证外圆与内孔同心，质量对称均匀。
4.2.3 静平衡试验 搅拌设备的转速一般都较低，涡轮式搅拌桨的适用转速大约在50～300r/min范围内，据《带搅拌设备设计规定》附录G可知，只需做静平衡试验，一般要求达到随遇平衡为合格。
试验操作要点：
a 利用可调静平衡试验台(支架)；
b 试验支架的两导轨一定要用框式水平仪找水平；
c 要使用专用芯轴，芯轴与搅拌器相配合轴颈的要求与搅拌轴该部位轴颈要求相同；
d 试验时应将搅拌器所有联接件(如螺钉、键)装配齐全；
e 找平衡，在轻的一侧适当位置用油泥配重调平衡，称泥重，在该部位补焊同等质量的金属，或在重的一侧适当位置去掉多余金属，达到随遇平衡为止。
封头凸缘的组焊加工
封头凸缘用于连接罐体与轴系，它与罐体中心的垂直度、同轴度直接影响搅拌轴的平稳运转。因此封头凸缘组焊加工应注意以下两个步骤及要点：
a 封头有人孔、物料入口、接管等较大孔时，应先开孔、组焊，或先组焊一段短节，校形后找正封头下端面及中心，并划出下端面加工基准线及凸缘位置线，再组对、组焊粗加工过的凸缘。决不可在凸缘与封头组焊或加工后，再开孔组焊，FA-203就是一个教训。
b 凸缘粗加工后与封头组焊时，应保证相应的同轴度、垂直度要求，并应在消除热应力之后进行加工。加工时以封头下端面基准线及中心找正，撑封头口径一次装夹精加工成封头下端面、坡口及凸缘与机架、轴封相配合的平面、凸台外圆、止口等各基准面，或先加工成封头下端面及坡口，再调头以下端面定位装夹车成凸缘各基准面，保证封头下端面及凸缘各配合基准面与封头中心线的垂直度及同轴度。 |
凸缘封头组件与筒体的组对焊接
利用工装胎具找正凸缘封头、筒体的中心，准确组对，间隙留均匀，对称点焊，检查、找正，再对称施焊，采用小规范及较小的线能量进行多遍焊接，尽量减少焊接变形，以保证凸缘封头与筒体中心线的垂直度、同轴度。
凸缘封头组件与筒体组焊后凸缘平面与罐体中心轴线的垂直度应小于其外径的1/1000。
底轴承的结构改进
底轴承只起辅助支承作用，要求其结构能够在安装后不破坏轴原有的垂直度和同轴度。为避免底轴承的不足，应将底轴承改为自动调心球面轴承，此结构轴承能将轴系安装时产生的对中误差自动消除，减小振动，使设备运行平稳可靠。
机架、联轴节加工
机架、联轴节加工控制要点：机架与减速机、轴承盒、罐体凸缘相连接、相配合的上、中、下三层安装定位基准平面及孔在加工时应统一装夹、加工基准，保持上、中、下三平面的平行度及孔、止口中心的同轴度以及平面与孔、止口的垂直度。两半联轴节内孔应进行配车，以保证其同轴度。 搅拌设备的组装要点及试运转要求 搅拌设备的运转精度，除保证罐体凸缘及轴系各零部件的制作精度外，还要保证设备的组装精度。组装后应进行试运转，以检查各项指标。
组装要点
(1)改进组装试车工装，设计制作组装试车用工装底座、平台。
(2)将搅拌设备罐体竖立固定于工装平台上，将搅拌器先放入罐内。凸缘平面用水平仪找水平，以凸缘基准面为准，利用专用工装，采用吊线坠的方法，检查凸缘基准面与罐体的垂直度、同轴度至符合要求。
(3)按轴上各件顺序安装轴承、联轴节等，要点是调整好轴承间隙，符合标准要求。
(4)以凸缘平面、凸台外圆为定位基准，安装减速机架。注意位置放正、间隙调匀。
(5)将搅拌轴组件吊入罐内，注意调匀轴承盒与机架、轴与轴封、轴封与凸缘止口的间隙。正确安装搅拌器。
(6)安装电机、减速机，要点是放正减速机座，调匀与机架的间隙；组对联轴节，使减速机轴与搅拌轴的同轴度控制在0.05mm/m内。
(7)盘车检测轴封处径向跳动及轴下端偏摆量符合图纸或第二节第3条的要求。
(8)盘车找正底轴承位置，点焊-盘车-校正-对称施焊，最后盘车，达到运转灵活。
试运转要求
搅拌设备在组装后必须试运转，以考查组装的准确性和预先发现问题。试运转一般以水代料进行，空载试运转应不少于2h，然后罐内充水达到工作液面高度，并使罐内达到工作压力状态，进行负载运转。负载试运应不少于4h，并注意在负荷改变后各部件运转情况的变化，检查以下指标符合图纸或第二节第3条的要求：
(1)电机的电流、电压；
(2)电机、减速机、外露轴承的温升及发热情况；
(3)搅拌轴的偏摆情况，特别是轴封部位的径向跳动及泄漏量；
(4)检查(听)电机、减速机有无异常声响，罐体内搅拌是否平稳、有无噪声；
(5)用振动仪测量电机、减速机及罐体的振动情况。
总之，达到设备电流稳定，无不正常的噪音及震动、无泄漏、运动部件无严重磨损发热，设备运转安全、平稳。 |
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IP卡
狗仔卡
发表于 2007-8-24 09:47:20
提升卡
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沉默卡
喧嚣卡
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显身卡
发表于 2007-8-24 14:38:16
