CN103721800A - 一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，设有一个传动轴，在传动轴的圆周面上设有呈螺旋状盘绕的螺旋托板，所述的螺旋托板上设有与其盘绕形状相一致的螺旋衬板，所述的螺旋衬板的宽度大于螺旋托板，并将螺旋托板半包裹在其中，所述的螺旋衬板以其螺旋中径为界，在螺旋中径内侧，法向断面上边界与水平面的夹角为2～3°，在螺旋中径外侧，法向断面上边界与水平面的夹角为8～12°，中径位置处的螺旋升角为25～35°，螺旋高径比为1.0～1.1；本发明采用螺旋托板及螺旋衬板的特定结构，使得被研磨物料和研磨介质处于充分分散接触，并做充分的湍流运动，料浆流流体微元具有稳定的拉格朗日流线型运动轨迹，搅拌磨机的粉磨效率高。

Description

一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器

技术领域

    本发明涉及一种螺旋搅拌器，具体地说是一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器。

背景技术

    螺旋搅拌器是一种把电机的电能转变成物料所受的机械能的装置，因此广泛用作立式螺旋搅拌磨、搅拌池和螺旋输送机等工业设备的动力系统中。其中，立式螺旋搅拌磨借助螺旋搅拌器的搅拌作用，使得搅拌磨内部装填的研磨介质与连续流入流出的被研磨物料在搅拌磨下机体内部做复杂的研磨作用和循环运动，从而实现物料的高效研磨，产品细度可达微米级。立式螺旋搅拌磨作为一种高效节能的超细粉研磨设备，已经被广泛应用于国民经济的各行各业，因此，非常有必要研究何种类型的螺旋搅拌器才能使立式螺旋搅拌磨产生最有效的研磨效果。

纵观国内外螺旋搅拌器的主要结构参数，首先，螺旋工作面此处指螺旋衬板和螺旋托板需要有一个合适的螺旋升角和螺旋高径比，这两个参数对立式螺旋搅拌磨粉磨效率影响很大，且随来料的组成和粒度、产品的粒度分布和料浆流速度的变化而变化，必须通过试验研究、理论计算和流体场数值模拟的综合评定后才能确定，而目前的立式螺旋搅拌磨的螺旋角度和螺旋高径比都是不可调的，限制了其调节功能并因此影响了搅拌磨的达标达产和节能降耗；其次，目前螺旋衬板的水平扫掠式结构，使得研磨介质与螺旋衬板受力不合理，搅拌磨的粉磨效率一直偏低，不利于设备的节能降耗；而且该结构使得过流截面前后不一致，造成螺旋搅拌器局部阻力和搅拌磨本体阻力都较大，导致系统设备渣浆泵的选型不合理等，还容易在螺旋衬板的下表面产生局部尾涡，造成搅拌磨的震动增加；第三，目前螺旋衬板均采用同结构分块铸造形式，但由于下机体内部研磨介质的分布状态差别巨大和物料硬度及磨蚀性等工况条件的千差万别，造成最下面的一块螺旋衬板频繁更换，越往上衬板寿命越长，而最上部的螺旋衬板几乎无限寿命，更换周期不同，降低了搅拌磨的运转率，影响了搅拌磨的长时间稳定运行；第四，目前立式螺旋搅拌磨的单头螺旋头数，使得螺旋的能量输送不稳定，螺旋体的整体受力不平衡，因此影响了搅拌磨的效率和稳定运行。

发明内容

针对现有技术中螺旋搅拌器存在的上述问题，本发明提供一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，设有一个传动轴，在传动轴的圆周面上设有呈螺旋状盘绕的螺旋托板，所述的螺旋托板上设有与其盘绕形状相一致的螺旋衬板，所述的螺旋衬板的宽度大于螺旋托板，并将螺旋托板半包裹在其中，所述的螺旋衬板以其螺旋中径为界，在螺旋中径内侧，法向断面上边界与水平面的夹角为2～3°，在螺旋中径外侧，法向断面上边界与水平面的夹角为8～12°，中径位置处的螺旋升角为25～35°，螺旋高径比为1.0～1.1；

所述的传动轴为实心轴，其上端带有轴头，该轴头通过一个端面键和十个螺栓连接件与传动机构的主轴连接，所述的传动轴为高镍铬钼合金钢锻件；

所述的螺旋托板和螺旋衬板均由两条螺旋盘绕在传动轴圆周面上的螺旋板构成，且两条螺旋板对称分布，螺旋衬板与螺旋托板之间由螺栓紧固件固定连接；

所述的螺旋托板由大小和形状完全一致的四个螺旋托板铸造单元对接构成，所述的螺旋托板为高锰合金钢铸件；

所述的螺旋托板沿其宽度方向上，在外侧2/3区域内，螺旋托板是等厚的，在内侧1/3区域内，该螺旋托板由外至内线性变厚直至厚度为外侧板厚的1.5倍；

所述的螺旋衬板沿其宽度方向上，在螺旋中径外侧的部分厚度相同，螺旋中径内侧的部分的厚度自外向内线性变薄，直至厚度变为外侧厚度的0.4倍；

所述的螺旋衬板由自下而上的第一螺旋衬板铸造单元、第二螺旋衬板铸造单元、第三螺旋衬板铸造单元、第四螺旋衬板铸造单元和第五螺旋衬板铸造单元对接组成，其中第二螺旋衬板铸造单元、第三螺旋衬板铸造单元、第四螺旋衬板铸造单元和第五螺旋衬板铸造单元结构尺寸完全相同，第一螺旋衬板铸造单元从与第二螺旋衬板铸造单元的连接处起，至其总长度的1/3区域内的法向断面与第二螺旋衬板铸造单元完全一致，且厚度及螺旋升角与第二螺旋衬板铸造单元相同，其余部分的上表面与第二螺旋衬板铸造单元具有同样的螺旋升角，而下表面具有平底结构；

所述的螺旋衬板为镍硬铸铁件；

所述传动轴的外表面、螺旋托板的下表面及外缘上设有防护层，该防护层为橡胶防护层，材质为S类耐磨橡胶；

所述的螺旋衬板的下表面设有与螺旋托板厚度相等的止口，使螺旋托板嵌入螺旋衬板后，其下表面与螺旋衬板的一部分相平。

所述螺旋中径，即为在螺旋表面的径向方向上，距离螺旋外径和距离螺旋内经距离相等的假想圆柱体直径；

所述法向断面，即为过螺旋表面上的螺旋中径点，且与螺旋表面和螺旋中径假想圆柱体交线相垂直的平面；

螺旋衬板的上下表面都是按照扫掠的方法进行设计制作的，其轨道平面是一个三维曲面，该曲面的法向断面呈“哑铃型”结构，以螺旋中径为界，在螺旋中径内侧，法向断面上边界同水平面夹角为2～3°；在螺旋中径外侧，法向断面上边界同水平面夹角为8～12°；处径向方向上自内而外逐渐变厚位置高度逐渐下降的；

螺旋衬板的第二螺旋衬板铸造单元、第三螺旋衬板铸造单元、第四螺旋衬板铸造单元和第五螺旋衬板铸造单元结构尺寸完全相同，第一螺旋衬板铸造单元处于磨损最严重的研磨区域，所以在结构尺寸上与其他铸造单元差别很大，这就是差异化结构设计；第一螺旋衬板铸造单元与第二螺旋衬板铸造单元连接处起1/3区域内的法向断面与第二螺旋衬板铸造单元完全一致，等厚且具有相同的螺旋升角，其余部分的上表面与第二螺旋衬板铸造单元具有同样的螺旋升角，而下表面具有平底结构；

在第二螺旋衬板铸造单元的整个区域及第一螺旋衬板铸造单元与第二螺旋衬板铸造单元连接处起1/3区域内，在下表面螺旋中径附近位置处有一个螺旋衬板厚度的突变，在螺旋中径以外，螺旋衬板等厚度，在螺旋中径以内，自外而内螺旋衬板厚度线性变薄；

本发明的有益效果：

本发明采用螺旋托板及螺旋衬板的特定结构，使得研磨区域处被研磨物料和研磨介质处于充分分散接触，并做充分的湍流运动，料浆流流体微元具有稳定的拉格朗日流线型运动轨迹，所以搅拌磨机的粉磨效率高；

本发明的螺旋衬板差异化结构设计，并分块铸造，不但提高了铸造成品率，而且使衬板更换周期趋于一致，设备运转率得到明显提高；用户可根据使用情况局部更换螺旋衬板，降低了用户的使用成本；

本发明的螺旋衬板中径处螺旋升角、螺旋高径比的合理选择，以及螺旋搅拌器转速等工艺参数的合理匹配使得产品细度易于调整，可实现搅拌磨溢流产品细度在10～80微米之间切换；

较高的料浆流流量以及较高的固液比，使得本发明具有单位时间处理量大、螺旋搅拌器局部阻力小等优点；

本发明具有结构紧凑、外形尺寸小、制造安装方便、运转平稳、螺旋衬板磨损小、性价比高并易于实现大型化等优点。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2 本发明的螺旋托板结构示意图；

图3本发明的螺旋托板铸造单元的结构示意图；

图4 本发明的螺旋衬板结构示意图；

图5 本发明的第一螺旋衬板铸造单元的结构立体图；

图6本发明的第一螺旋衬板铸造单元的结构俯视图；

图7 本发明的第二～五螺旋衬板铸造单元结构立体图；

图8 本发明的第二～五螺旋衬板铸造单元结构俯视图；

附图标记：1、传动轴，2、螺旋托板，3、螺旋衬板，4、防护层，5、螺栓紧固件，2-1、螺旋托板铸造单元，3-1、第一螺旋衬板铸造单元，3-2、第二螺旋衬板铸造单元，3-3、第三螺旋衬板铸造单元，3-4、第四螺旋衬板铸造单元，3-5、第五螺旋衬板铸造单元。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

如图所示：一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，设有一个传动轴1，在传动轴1的圆周面上设有呈螺旋状盘绕的螺旋托板2，所述的螺旋托板2上设有与其盘绕形状相一致的螺旋衬板3，所述的螺旋衬板3的宽度大于螺旋托板2，并将螺旋托板2半包裹在其中，所述的螺旋衬板3以其螺旋中径为界，在螺旋中径内侧，法向断面上边界与水平面的夹角为2～3°，在螺旋中径外侧，法向断面上边界与水平面的夹角为8～12°，中径位置处的螺旋升角为25～35°，螺旋高径比为1.0～1.1；

传动轴1材质为高镍铬钼合金钢锻件，传动轴1为实心轴结构，其上端带有轴头，该轴头通过一个端面键和十个螺栓连接件与传动机构的主轴连接；

螺旋托板2材质为高锰合金钢铸件，经过试验研究、数值模拟和理论计算后综合确定的螺旋托板，具有特定的螺旋升角和螺旋高径比，螺旋托板2和螺旋衬板3均由两条螺旋盘绕在传动轴1圆周面上的螺旋板构成，且两条螺旋板对称分布，螺旋衬板3与螺旋托板2之间由螺栓紧固件5固定连接，螺旋托板2由大小和形状完全一致的四个螺旋托板铸造单元2-1对接构成，螺旋托板2为高锰合金钢铸件，螺旋托板2沿其宽度方向上，在外侧2/3区域内，螺旋托板2是等厚的，在内侧1/3区域内，该螺旋托板2由外至内线性变厚直至厚度为外侧板厚的1.5倍；

所述的螺旋衬板3沿其宽度方向上，在螺旋中径外侧的部分厚度相同，螺旋中径内侧的部分的厚度自外向内线性变薄，直至厚度变为外侧厚度的0.4倍；所述的螺旋衬板3为镍硬铸铁件；

所述的螺旋衬板3由自下而上的第一螺旋衬板铸造单元3-1、第二螺旋衬板铸造单元3-2、第三螺旋衬板铸造单元3-3、第四螺旋衬板铸造单元3-4和第五螺旋衬板铸造单元3-5对接组成，其中第二螺旋衬板铸造单元3-2、第三螺旋衬板铸造单元3-3、第四螺旋衬板铸造单元3-4和第五螺旋衬板铸造单元3-5结构尺寸完全相同，第一螺旋衬板铸造单元3-1从与第二螺旋衬板铸造单元3-2的连接处起，至其总长度的1/3区域内的法向断面与第二螺旋衬板铸造单元3-2完全一致，且厚度及螺旋升角与第二螺旋衬板铸造单元3-2相同，其余部分的上表面与第二螺旋衬板铸造单元3-2具有同样的螺旋升角，而下表面具有平底结构；

所述的螺旋衬板3的下表面设有与螺旋托板2厚度相等的止口，使螺旋托板2嵌入螺旋衬板3后，其下表面与螺旋衬板3的一部分相平；

所述传动轴1的外表面、螺旋托板2的下表面及外缘上设有防护层4，防护层4材质为S类高耐磨橡胶，橡胶衬板直接硫化固定在传动轴1的外表面和螺旋托板2的下表面和外缘上，起到保护传动轴1和螺旋托板2不受研磨介质和浆液的磨损、腐蚀及冲击作用，并有利于减少螺旋搅拌器工作时的噪音污染；

螺栓紧固件5为标准件，用于把螺旋衬板3直接连接在螺旋托板2之上。

立式螺旋搅拌磨下机体中心安装有本发明的螺旋搅拌器，并充填有合理级配的研磨介质，来自水力旋流器的物料以料浆流的形式经上机体上的进料斜槽进入磨内，电机通过减速机驱动螺旋搅拌器转动，在转动过程中，研磨介质与物料受到自身重力、螺旋搅拌器的离心力和提升力、以及料浆流浮力的综合作用而做复杂、有序的循环运动和上升运动。宏观上看，在螺旋衬板的工作表面处为小于提升速度的螺旋式上升，并且同时向螺旋衬板外边缘做离心运动，在螺旋衬板外边缘与下机体螺旋衬板内壁之间的环形区间内为螺旋式下降；微观上看，由于受力的不均匀性，形成研磨介质与料浆流自身及相互之间的动态运动速度差，造成物料被强力挤压、磨剥、折断和劈裂等综合作用而实现物料的高效研磨，产品细度可达微米级。在工艺系统渣浆泵的作用下，下机体内的料浆流整体上以恒定的流率向上运动，细小的颗粒由于具有较小的颗粒终端速度比粗颗粒更容易达到磨机出口而随料浆一起溢出磨外进行分级，较粗的物料连同新喂入磨内的物料一起下落，重新回到搅拌器区域进行研磨作业和循环运动直到细度满足溢流要求，因此搅拌磨很容易实现粉碎过程的内部分级。

Claims (10)

1.一种立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，设有一个传动轴（1），在传动轴（1）的圆周面上设有呈螺旋状盘绕的螺旋托板（2），其特征在于：所述的螺旋托板（2）上设有与其盘绕形状相一致的螺旋衬板（3），所述的螺旋衬板（3）的宽度大于螺旋托板（2），并将螺旋托板（2）半包裹在其中，所述的螺旋衬板（3）以其螺旋中径为界，在螺旋中径内侧，法向断面上边界与水平面的夹角为2～3°，在螺旋中径外侧，法向断面上边界与水平面的夹角为8～12°，中径位置处的螺旋升角为25～35°，螺旋高径比为1.0～1.1。

2.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的传动轴（1）为实心轴，其上端带有轴头，该轴头通过一个端面键和十个螺栓连接件与传动机构的主轴连接，所述的传动轴（1）为高镍铬钼合金钢锻件。

3.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋托板（2）和螺旋衬板（3）均由两条螺旋盘绕在传动轴（1）圆周面上的螺旋板构成，且两条螺旋板对称分布，螺旋衬板（3）与螺旋托板（2）之间由螺栓紧固件（5）固定连接。

4.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋托板（2）由大小和形状完全一致的四个螺旋托板铸造单元（2-1）对接构成，所述的螺旋托板（2）为高锰合金钢铸件。

5.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋托板（2）沿其宽度方向上，在外侧2/3区域内，螺旋托板（2）是等厚的，在内侧1/3区域内，该螺旋托板（2）由外至内线性变厚直至厚度为外侧板厚的1.5倍。

6.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋衬板（3）沿其宽度方向上，在螺旋中径外侧的部分厚度相同，螺旋中径内侧的部分的厚度自外向内线性变薄，直至厚度变为外侧厚度的0.4倍。

7.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋衬板（3）由自下而上的第一螺旋衬板铸造单元（3-1）、第二螺旋衬板铸造单元（3-2）、第三螺旋衬板铸造单元（3-3）、第四螺旋衬板铸造单元（3-4）和第五螺旋衬板铸造单元（3-5）对接组成，其中第二螺旋衬板铸造单元（3-2）、第三螺旋衬板铸造单元（3-3）、第四螺旋衬板铸造单元（3-4）和第五螺旋衬板铸造单元（3-5）结构尺寸完全相同，第一螺旋衬板铸造单元（3-1）从与第二螺旋衬板铸造单元（3-2）的连接处起，至其总长度的1/3区域内的法向断面与第二螺旋衬板铸造单元（3-2）完全一致，且厚度及螺旋升角与第二螺旋衬板铸造单元（3-2）相同，其余部分的上表面与第二螺旋衬板铸造单元（3-2）具有同样的螺旋升角，而下表面具有平底结构。

8.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋衬板（3）为镍硬铸铁件。

9.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述传动轴（1）的外表面、螺旋托板（2）的下表面及外缘上设有防护层（4），该防护层（4）为橡胶防护层，材质为S类耐磨橡胶。

10.如权利要求1所述的立式螺旋搅拌磨的螺旋搅拌器，其特征在于：所述的螺旋衬板（3）的下表面设有与螺旋托板（2）厚度相等的止口，使螺旋托板（2）嵌入螺旋衬板（3）后，其下表面与螺旋衬板（3）的一部分相平。

Images