油田专用聚合物搅拌装置的设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ３４　油气田地面工程第２７卷第６期（２００８．６）　油田专用聚合物搅拌装置的设计　黄丽莉（大庆油田工程有限公司）　摘要：在设计搅拌装置的零部件时，桨　叶、轴、轮毂等部件必须进行结构设计和强度　计算，并对桨叶的形状尺寸进行优化设计，以　确保轴的强度和精度，保证轮毂连接的可靠　性；电机、减速箱、机架和联轴器选择成型产　品，在保证可靠性的同时，提高经济性．并对　各个部件进行联接和组装。最终实现对高粘度　介质（聚合物溶液）最佳的搅拌效果。　关键词：聚合物；搅拌装置；设计　搅拌装置在聚合物的搅拌中，其作用就是使聚　合物与水充分混合。搅拌装置的结构一般由电机、　减速箱、传动轴、联轴器和桨叶等组成。　在设计搅拌装置的零部件时，桨叶、轴、轮毂　等部件必须进行结构设计和强度计算，并对桨叶的　形状尺寸进行优化设计，以确保轴的强度和精度，　保证轮毂连接的可靠性；电机、减速箱、机架和联　轴器选择成型产品，在保证可靠性的同时，提高经　济性；并对各个部件进行联接和组装。最终实现对　高粘度介质（聚合物溶液）最佳的搅拌效果。　１　搅拌器桨叶的优化设计　搅拌器的搅拌作用由运动着的桨叶所产生，因　此桨叶的形状、尺寸、数量及转速都会影响搅拌器　的功能，同时搅拌器的功能还与搅拌介质的物性有　关系。　聚合物的溶解过程要经过两个阶段，先是溶剂　（水是聚合物的良溶剂）分子渗入到聚合物内部，　使聚合物体积膨胀，称为溶胀；然后是高分子均匀　扩散在溶剂中，形成完全溶解的分子分散体系。同　体聚合物从投料到完全溶解，大约需要２ｈ的时间。　相同条件下，水解度越大，其溶液粘度越大，当水　解度达到一定程度的时候，其浓度的增加变缓。　由于聚合物溶液是非牛顿型流体，在搅拌过程　中其粘度还会有变化，因而对搅拌器的要求更高，　要求搅拌器能适应粘度的变化完成搅拌操作。在粘　度相当高以后，由于粘滞力的影响，介质就只能出　现层流状态。尤其困难的是，这种层流只能出现在　桨叶的附近，这样在罐内造成死区，这对聚合物与　水的混合是十分不利的。所以首先要解决的问题是　液体的循环与流动的问题。　重要的是使搅拌器推动更大范围的液体，因此　搅拌器直径与罐内径之比都要较大，必要时还要增　加搅拌器的层数以增大搅拌范围。　依据上述情况，最终设计确定桨叶层数为２　层；下层搅拌器直径与罐内径之比约１／２；两层搅　拌桨叶之间间距为１倍的桨叶直径；底部桨叶距罐　底距离为３／４倍的桨叶直径。　在结构设计上采取如下做法：将长条形的搅拌　桨叶的末端削窄，这样做的好处是既不影响桨叶的　强度，又可以减小运转中的阻力；将桨叶末端向上　翻转一定的角度，就可以使液流相对稳定，减小液　流对搅拌器的撞击、震动和反作用力；将桨叶与水　平面建立夹角，在搅拌中就可以形成轴向分流、径　向分流和环向分流，达到充分搅拌的目的；三片桨　叶间相互的夹角为１２０。。桨叶按上述方式进行布　置，旋转后可以推动上下两层聚合物溶液分别向下　流动，继而向上，循环流动，形成湍流。这样整个　搅拌罐中的聚合物溶液就被分成上下两段区域，分　别形成充分混合区，继而实现对聚合物溶液的充分　搅拌功能。　２　轴的计算　轴的计算主要是确定轴的最小截面尺寸，进行　强度和刚度的计算或校核。有两种常见的方法：①　按扭矩计算轴的强度和刚度；②按扭矩和弯矩合成　计算轴的强度，这种计算厅法是综合考虑轴在不同　位置的所有受力和力矩情况，并将弯矩和扭矩进行　合成，进而求出搅拌轴所需要的最小轴径。　３　机架和联轴器的选型　由于聚合物溶液粘度很高，并且搅拌量很大，　属重冲击的条件，双支点机架可承受更高的轴向　力。并且有较高的抗冲击的能力，另外其底座尺寸　较大，安装后比较稳固。　在聚合物搅拌装置中减速机输出轴与机架的连接　轴之间的连接处和机架的连接轴与主传动轴之间的连　接处需使用联轴器。由于弹性联轴器具有明显的缓冲　减震的作用，所以在减速机输出轴与机架的连接轴之　间的连接处采用弹性块式联轴器；而机架的连接轴与　主传动轴之间的连接处采用刚性联轴器。　（栏目主持张秀丽）