CN108067150B - 用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器 - Google Patents
用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器 Download PDFInfo
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Abstract
提供一种用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，包括驱动装置、搅拌轴系结构、搅拌釜和永磁悬浮组件；搅拌釜包括搅拌釜体及固定于搅拌釜体上端口的搅拌釜上盖板和固定于搅拌釜体下端口的搅拌釜下盖板，搅拌轴系结构包括轴承座和搅拌轴，轴承座固定于搅拌釜上盖板上部，搅拌轴上端和下端分别通过滚动轴承Ⅰ和滚动轴承Ⅱ转动支撑在轴承座内部和搅拌釜下盖板中心孔中，搅拌轴上端固定有与驱动装置固定连接的下连接法兰，永磁悬浮组件设于下连接法兰与轴承座外部台阶板之间。本发明搅拌轴系结构在轴向上通过永磁悬浮组件的互斥磁力实现无接触悬浮定位，在径向上采用滚动轴承定位，解决了现有设备轴肩端面磨损快、阻力扭矩大、须配大功率电机等问题。
Description
技术领域
本发明属搅拌器技术领域，具体涉及一种用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器。
背景技术
核电、石化及制药等行业许多加工工艺需要搅拌器在高温、重载、轴承干摩擦工况下运行。因运行工况严苛，这种用于高温、重载工况的搅拌器目前国内企业尚不能制造，只能依赖进口，而进口的搅拌器也存在使用寿命短、故障率高、价格昂贵、售后服务费用高等诸多不足。进口的用于高温、重载工况的搅拌器的主要技术特点是：1、搅拌轴径向定位采用滑动轴承方式，在搅拌釜上下盖板处两点进行；2、搅拌轴轴向定位采用滑动推力轴承方式进行；3、滑动轴承采用耐高温材料，表面喷涂耐磨涂层。尽管这种进口搅拌器可以在一定期限内良好运行，但其结构上的缺陷也是显而易见的：一是滑动轴承结构增加了搅拌器的阻力扭矩，必须选用大功率电机；二是在搅拌器重载运行工况下，由推力滑动轴承承载的巨大的搅拌轴向力使轴承两个接触面之间产生巨大的滑动摩擦力。这个巨大的滑动摩擦力一方面增加了搅拌阻力扭矩，另一方面加速了滑动推力轴承的接触面磨损，引发搅拌器故障，缩短搅拌器寿命；三是搅拌釜上下盖板与搅拌釜体之间只用等长双头螺柱和螺母进行紧固，因盖板孔内径与等长双头螺柱外径之间存在间隙，在搅拌釜高温运行时，极易出现上下盖板中心孔错位，引起搅拌轴系倾斜，导致其滑动轴承接触面接触不均匀，进而出现接触面磨损和搅拌器故障；四是耐磨涂层本身适应高温、重载工况的能力有限，运行一定时间后，会逐步变薄，甚至脱落，从而导致滑动轴承失效，频繁引发设备故障，缩短设备使用寿命。此外，进口设备高昂的价格和苛刻的售后服务条件也极大地提高了工艺成本。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，本发明搅拌轴系结构在轴向上通过永磁悬浮组件中动磁体和定磁体间的互斥磁力实现无接触悬浮定位，在径向上采用滚动轴承定位，具有无磨损摩擦面、阻力扭矩小的特点，解决了现有设备轴肩端面磨损快、阻力扭矩大、须配大功率电机等问题。
本发明采用的技术方案：用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，包括驱动装置、搅拌轴系结构、搅拌釜和永磁悬浮组件；所述搅拌釜包括搅拌釜体及固定于搅拌釜体上端口的搅拌釜上盖板和固定于搅拌釜体下端口的搅拌釜下盖板，所述搅拌轴系结构包括轴承座和搅拌轴，所述轴承座固定于搅拌釜上盖板上部，所述搅拌轴上端和下端分别通过滚动轴承Ⅰ和滚动轴承Ⅱ转动支撑在轴承座内部和搅拌釜下盖板中心孔中，所述搅拌轴伸入搅拌釜体内的下部上固定有搅拌叶片，所述搅拌轴上端固定有与驱动装置固定连接的下连接法兰，所述永磁悬浮组件设于下连接法兰与轴承座外部台阶板之间。
其中，所述永磁悬浮组件包括动磁体和定磁体，所述动磁体和定磁体均为内包永磁体的圆环状结构，所述定磁体与轴承座的外部台阶板固定连接，所述动磁体通过下连接法兰与搅拌轴上端固定连接并随其转动，所述动磁体和定磁体相邻面磁极性相同。
进一步地，所述动磁体和定磁体均采用钐钴2:17永磁材料制成。
其中，所述搅拌轴上端通过轴肩和下连接法兰与滚动轴承Ⅰ内圈过盈配合连接，所述滚动轴承Ⅰ外圈与轴承座上部对应孔过渡配合连接；所述搅拌轴下端通过轴肩和螺母Ⅱ与滚动轴承Ⅱ的内圈过盈配合连接，所述滚动轴承Ⅱ外圈与搅拌釜下盖板中心孔过渡配合连接。
进一步地，所述滚动轴承Ⅰ和滚动轴承Ⅱ的内圈、外圈和和滚动体均采用钨镍钛合金材料制成。
其中，所述驱动装置包括电机及减速机，所述电机及减速机输出端连接有上连接法兰，所述上连接法兰通过紧固件Ⅰ与下连接法兰固定连接。
所述下连接法兰通过键Ⅰ与搅拌轴上端固定连接并通过螺母Ⅰ锁紧；所述搅拌叶片通过轴肩和键Ⅱ与搅拌轴固定连接；所述轴承座通过其下端对应凸台与搅拌釜上盖板中心孔过渡配合定位，所述轴承座又通过紧固件Ⅱ与搅拌釜上盖板固定连接。
其中，所述搅拌釜体为立式桶装结构，所述搅拌釜上盖板通过限位紧固组件Ⅰ与搅拌釜体上端面固定连接，所述搅拌釜下盖板通过限位紧固组件Ⅱ与搅拌釜体下端面固定连接，所述搅拌釜下盖板中心孔外端通过堵盖盖合，所述堵盖通过紧固件Ⅲ与搅拌釜下盖板固定连接。
进一步的，所述限位紧固组件Ⅰ包括将搅拌釜上盖板在搅拌釜体上端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅰ和将搅拌釜上盖板与搅拌釜体进行固定的等长双头螺柱；所述限位紧固组件Ⅱ包括将搅拌釜下盖板在搅拌釜体下端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅱ和将搅拌釜下盖板与搅拌釜体进行固定的六角头螺栓。
进一步地，所述搅拌釜体、搅拌釜上盖板、搅拌釜下盖板、搅拌轴、轴承座、搅拌叶片均采用inconel625合金材料制成。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本方案中的搅拌轴系结构在轴向上通过永磁悬浮组件中动磁体和定磁体间的互斥磁力实现无接触悬浮定位，与现有设备采用的轴肩加推力滑动轴承的轴向定位方式相比，具有无磨损摩擦面、阻力扭矩小的特点，解决了现有设备轴肩端面磨损快、阻力扭矩大、须配大功率电机等问题；
2、本方案中的搅拌轴系结构在径向上采用滚动轴承定位，与现有设备采用的滑动轴承径向定位方式相比，具有接触面磨损小和阻力扭矩小的特点，进一步地解决了现有设备滑动轴承接触面磨损快、阻力扭矩大、须配大功率电机等问题；
3、本方案的搅拌釜体与搅拌釜上盖板和搅拌釜下盖板除用等长双头螺柱、六角头螺栓等紧固外，还用内螺纹圆柱销进行定位，防止搅拌釜高温运行时，上下盖板受热不均导致中心孔错位，引起搅拌轴系倾斜，进而导致定位轴承磨损和设备故障等问题；
4、本方案中的滚动轴承的所有零件均采用钨镍钛合金材料制成，具有耐高温、自润滑特性，在500℃高温条件下，这种滚动轴承仍可以正常工作并保持自润滑特性，提高零件寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征及达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图1对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下述实施例中所用的部件，如无特殊说明，均为市售。在本发明中，在未作详细说明的情况下，内容中所描述的“上、下、左、右、前、后、竖直、水平、内、外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能作为对本发明的限制。
在本发明中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或本领域常规通用标准连接件，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，如图1所示，包括驱动装置27、搅拌轴系结构28、搅拌釜29和永磁悬浮组件30。
所述搅拌釜29包括搅拌釜体9及固定于搅拌釜体9上端口的搅拌釜上盖板6和固定于搅拌釜体9下端口的搅拌釜下盖板12；所述搅拌釜体9为立式桶装结构，所述搅拌釜上盖板6通过限位紧固组件Ⅰ8与搅拌釜体9上端面固定连接，所述限位紧固组件Ⅰ8包括将搅拌釜上盖板6在搅拌釜体9上端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅰ19和将搅拌釜上盖板6与搅拌釜体9进行固定的等长双头螺柱7；所述搅拌釜下盖板12通过限位紧固组件Ⅱ31与搅拌釜体9下端面固定连接，所述限位紧固组件Ⅱ31包括将搅拌釜下盖板12在搅拌釜体9下端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅱ17和将搅拌釜下盖板12与搅拌釜体9进行固定的六角头螺栓11；所述搅拌釜下盖板12中心孔外端通过堵盖13盖合，所述堵盖13通过紧固件Ⅲ14与搅拌釜下盖板12固定连接。
所述搅拌轴系结构28包括轴承座4和搅拌轴21，所述轴承座4固定于搅拌釜上盖板6上部，所述轴承座4通过其下端对应凸台与搅拌釜上盖板6中心孔过渡配合定位，所述轴承座4又通过紧固件Ⅱ20与搅拌釜上盖板6固定连接，所述紧固件Ⅱ20可采用六角头螺栓。所述搅拌轴21上端和下端分别通过滚动轴承Ⅰ22和滚动轴承Ⅱ16转动支撑在轴承座4内部和搅拌釜下盖板12中心孔中，所述搅拌轴21上端通过轴肩和下连接法兰2与滚动轴承Ⅰ22内圈过盈配合连接，所述滚动轴承Ⅰ22外圈与轴承座4上部对应孔过渡配合连接，确保滚动轴承Ⅰ22内圈旋转时，外圈与轴承座4一同固定，内圈随搅拌轴系结构28轴向移动时，外圈可随内圈与轴承座4发生轴向相对移动；所述搅拌轴21下端通过轴肩和螺母Ⅱ15与滚动轴承Ⅱ16的内圈过盈配合连接，所述螺母Ⅱ15可采用圆螺母，所述滚动轴承Ⅱ16外圈与搅拌釜下盖板12中心孔过渡配合连接，确保滚动轴承Ⅱ16内圈旋转时，外圈与搅拌釜下盖板12一同固定，内圈随搅拌轴系结构28移动时，外圈可随内圈与搅拌釜下盖板12发生轴向相对移动。所述搅拌轴21伸入搅拌釜体9内的下部上固定有搅拌叶片10，所述搅拌叶片10通过轴肩和键Ⅱ18与搅拌轴21固定连接；所述搅拌轴21上端固定有与驱动装置27固定连接的下连接法兰2，所述下连接法兰2通过键Ⅰ23与搅拌轴21上端固定连接并通过螺母Ⅰ25锁紧，所述螺母Ⅰ25可采用六角螺母；所述永磁悬浮组件30设于下连接法兰2与轴承座4外部台阶板之间，具体的，所述永磁悬浮组件30包括动磁体3和定磁体5，所述动磁体3和定磁体5均为内包永磁体的圆环状结构，所述定磁体5与轴承座4的外部台阶板固定连接，所述动磁体3通过下连接法兰2与搅拌轴21上端固定连接并随其转动，所述动磁体3和定磁体5通过其内部永磁体的排布使其相邻面磁极性相同，这样动磁体3和定磁体5形成相斥磁力副，磁力大小根据搅拌器的额定负载计算，优选的，所述动磁体3和定磁体5均采用钐钴2:17永磁材料制成，可耐350℃高温，并具有良好的磁学特性。
所述驱动装置27包括电机及减速机1，所述电机及减速机1输出端连接有上连接法兰26，所述电机及减速机1输出端外花键与上连接法兰26的内花键构成可动花键连接，所述上连接法兰26通过紧固件Ⅰ24与下连接法兰2及动磁体3固定连接，三者可采用六角头螺栓固定连接在一起。
所述滚动轴承Ⅰ22和滚动轴承Ⅱ16的内圈、外圈和和滚动体均采用钨镍钛合金材料制成，具有耐高温、自润滑特性，在500℃高温条件下，这种滚动轴承仍可以正常工作并保持自润滑特性，提高零件寿命。
所述搅拌釜体9、搅拌釜上盖板6、搅拌釜下盖板12、搅拌轴21、轴承座4、搅拌叶片10采用inconel625合金材料制成，及相关的紧固件也选用均有耐高温特性的材料制作。
本发明的动力传递路线为：电机及减速机1通过其输出轴与上连接法兰26之间的可动花键配合驱动上连接法兰26旋转，上连接法兰26通过驱动下连接法兰2旋转，下连接法兰2通过键Ⅰ23连接驱动搅拌轴21旋转，搅拌轴21通过键Ⅱ18连接驱动搅拌叶片10旋转，搅拌叶片10的旋转搅动介质，进行搅拌工作。
本发明的搅拌轴系结构28轴向定位方式为：在进行正常的重载搅拌作业时，因动磁体3通过六角头螺栓固定连接到搅拌轴21上，定磁体5与动磁体3之间方向向上的互斥磁力与搅拌过程中搅拌介质对搅拌轴系结构28的方向向下的反作用力实现平衡，保证搅拌轴系结构28在设计平衡位置工作。
当搅拌介质对搅拌轴系结构28的方向向下的反作用力瞬时增加时，在增加的搅拌反作用力的作用下，搅拌叶片10带动搅拌轴系结构28轴向下移，搅拌轴系结构28通过六角螺母的固定连接带动下连接法兰2轴向下移，下连接法兰2通过六角头螺栓连接带动动磁体3轴向下移，动磁体3轴向下移减小了它与定磁体5之间的间隙，间隙减小使定磁体5与动磁体3之间的互斥磁力快速增加，并与搅拌反作用力快速实现轴向力的平衡，制止了搅拌轴系结构28的进一步轴向下移。
当搅拌反作用力瞬时降低时，定磁体5与动磁体3之间的互斥磁力驱动动磁体3和搅拌轴系结构28轴向上移，动磁体3轴向上移增加了其与定磁体5之间的间隙，使其间的互斥磁力快速降低，并重新与搅拌反作用力快速实现轴向上力的平衡，制止了动磁体进一步轴向上移。
通过这种定磁体5与动磁体3间隙随搅拌轴系结构28受力变化自动调整的方式，实现了搅拌轴系结构28的无接触轴向定位。
本发明搅拌轴系结构28在轴向上通过永磁悬浮组件30中动磁体3和定磁体5间的互斥磁力实现无接触悬浮定位，在径向上采用滚动轴承定位，具有无磨损摩擦面、阻力扭矩小的特点，解决了现有设备轴肩端面磨损快、阻力扭矩大、须配大功率电机等问题。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (8)
1.用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：包括驱动装置(27)、搅拌轴系结构(28)、搅拌釜(29)和永磁悬浮组件(30)；所述搅拌釜(29)包括搅拌釜体(9)及固定于搅拌釜体(9)上端口的搅拌釜上盖板(6)和固定于搅拌釜体(9)下端口的搅拌釜下盖板(12)，所述搅拌轴系结构(28)包括轴承座(4)和搅拌轴(21)，所述轴承座(4)固定于搅拌釜上盖板(6)上部，所述搅拌轴(21)上端和下端分别通过滚动轴承Ⅰ(22)和滚动轴承Ⅱ(16)转动支撑在轴承座(4)内部和搅拌釜下盖板(12)中心孔中，所述搅拌轴(21)伸入搅拌釜体(9)内的下部上固定有搅拌叶片(10)，所述搅拌轴(21)上端固定有与驱动装置(27)固定连接的下连接法兰(2)，所述永磁悬浮组件(30)设于下连接法兰(2)与轴承座(4)外部台阶板之间；
所述永磁悬浮组件(30)包括动磁体(3)和定磁体(5)，所述动磁体(3)和定磁体(5)均为内包永磁体的圆环状结构，所述定磁体(5)与轴承座(4)的外部台阶板固定连接，所述动磁体(3)通过下连接法兰(2)与搅拌轴(21)上端固定连接并随其转动，所述动磁体(3)和定磁体(5)相邻面磁极性相同；
所述滚动轴承Ⅰ(22)和滚动轴承Ⅱ(16)的内圈、外圈和滚动体均采用钨镍钛合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述动磁体(3)和定磁体(5)均采用钐钴2:17永磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述搅拌轴(21)上端通过轴肩和下连接法兰(2)与滚动轴承Ⅰ(22)内圈过盈配合连接，所述滚动轴承Ⅰ(22)外圈与轴承座(4)上部对应孔过渡配合连接；所述搅拌轴(21)下端通过轴肩和螺母Ⅱ(15)与滚动轴承Ⅱ(16)的内圈过盈配合连接，所述滚动轴承Ⅱ(16)外圈与搅拌釜下盖板(12)中心孔过渡配合连接。
4.根据权利要求1所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述驱动装置(27)包括电机及减速机(1)，所述电机及减速机(1)输出端连接有上连接法兰(26)，所述上连接法兰(26)通过紧固件Ⅰ(24)与下连接法兰(2)固定连接。
5.根据权利要求1所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述下连接法兰(2)通过键Ⅰ(23)与搅拌轴(21)上端固定连接并通过螺母Ⅰ(25)锁紧；所述搅拌叶片(10)通过轴肩和键Ⅱ(18)与搅拌轴(21)固定连接；所述轴承座(4)通过其下端对应凸台与搅拌釜上盖板(6)中心孔过渡配合定位，所述轴承座(4)又通过紧固件Ⅱ(20)与搅拌釜上盖板(6)固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述搅拌釜体(9)为立式桶装结构，所述搅拌釜上盖板(6)通过限位紧固组件Ⅰ(8)与搅拌釜体(9)上端面固定连接，所述搅拌釜下盖板(12)通过限位紧固组件Ⅱ(31)与搅拌釜体(9)下端面固定连接，所述搅拌釜下盖板(12)中心孔外端通过堵盖(13)盖合，所述堵盖(13)通过紧固件Ⅲ(14)与搅拌釜下盖板(12)固定连接。
7.根据权利要求6所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述限位紧固组件Ⅰ(8)包括将搅拌釜上盖板(6)在搅拌釜体(9)上端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅰ(19)和将搅拌釜上盖板(6)与搅拌釜体(9)进行固定的等长双头螺柱(7)；所述限位紧固组件Ⅱ(31)包括将搅拌釜下盖板(12)在搅拌釜体(9)下端面进行限位的内螺纹圆柱销Ⅱ(17)和将搅拌釜下盖板(12)与搅拌釜体(9)进行固定的六角头螺栓(11)。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的用于高温重载工况的永磁悬浮搅拌器，其特征在于：所述搅拌釜体(9)、搅拌釜上盖板(6)、搅拌釜下盖板(12)、搅拌轴(21)、轴承座(4)、搅拌叶片(10)均采用inconel625合金材料制成。
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