论文导读：年以来通过对中铝河南分公司九组种分槽现场运行情况的分析和对IMIG桨叶结构的不断分析。通过该方法分别对内桨叶和外桨叶进行优化设计。图1为IMIG桨叶的受力简图。种分槽，氧化铝行业IMIG桨叶的优化设计。
关键词：种分槽，IMIG桨叶，优化设计
1前言
拜耳法生产氧化铝的关键工序之一就是晶种分解，在种分槽内将铝酸钠溶液降温并加入氢氧化铝作为晶种进行搅拌，使其析出氢氧化铝[1]。晶种分解过程对产品的产量、质量以及全厂的技术指标有着重大的影响。毕业论文，种分槽。
2桨叶简介
晶种分解溶液为固液悬浮溶液，需借助搅拌器的作用，使固体颗粒均匀悬浮在液体中，要求悬浮物完全离开罐底并均匀悬浮起来，由于不能破坏晶种，所以搅拌转速不能太大。目前分解槽的搅拌一般采用IMIG型多层搅拌的结构。IMIG桨叶内外浆在搅拌转动时所形成内扬、外压的作用，能让晶种均匀悬浮在液体中且长时间不会沉淀[2]。毕业论文，种分槽。目前国内大部分氧化铝分解槽搅拌都采用IMIG型搅拌。
3 优化改造
桨叶主要由轮毂、内浆和外浆三部分组成。以前采用的轮毂为铸件，由于结构的不对称性经常有铸造缺陷。2006年以来通过对中铝河南分公司九组种分槽现场运行情况的分析和对IMIG桨叶结构的不断分析，得出一套适合该桨叶强度计算的方法。通过该方法分别对内桨叶和外桨叶进行优化设计，节省了材料，并对轮毂的结构进行的全面的改进，不仅缩短了制造工期，也大大节约了生产成本。
4桨叶强度的计算
为了保证搅拌过程能正常地运行，搅拌器必须有足够的强度。搅拌器强度的计算主要是用来确定搅拌器桨叶的厚度。为了简化计算首先对运行情况进行假设
a 外桨叶承担该整层桨叶弯矩
b 设计过程中不考虑加强筋的作用，其造成的截面数据也不予以考虑
c 双桨叶搅拌具有两个完全一样的对称桨叶，其桨叶计算功率可看作均匀分配于两个桨叶上，而作用在桨叶上的液体阻力使桨叶产生弯矩，其最大弯矩出现在内桨叶和轮毂的连接处。
4.1外桨叶筋板厚度的确定[3]
图1为IMIG桨叶的受力简图。
图1：IMIG桨叶的受力图
公式中
在计算该断面弯矩时需要找到桨叶上液体阻力的合力作用点。液体阻力合力的作用点x0大小可由下式计算。毕业论文，种分槽。
公式中
M1即是作用于x01处合力对桨叶根部的弯矩。外桨叶端部处断面的弯矩计算应当是由下式求得。
 θ是外浆叶和水平面的夹角
外桨叶的抗弯截面系数
外桨叶断面处的弯曲应力，计算应力值应小于许用应力值。
4.2内桨叶管子壁厚的确定
内桨叶管轴抗弯截面模量
内桨叶所受的最大弯矩
内桨叶断面处的弯曲应力，计算应力值应小于许用应力值。
4.3桨叶强度计算中的安全系数
在上述桨叶的强度计算中，没有涉及到的因素还有不少，如液体的阻力的不均衡性、液体对桨叶的冲击，桨叶后表面所受到的气蚀作用等，这些因素都要影响桨叶的强度，所以单从弯曲应力来计算桨叶厚度可能还不够安全。另外制造过程中出现的缺陷也应加以考虑。为了保证桨叶在操作中的安全，采用安全系数的办法来处理这些问题。毕业论文，种分槽。根据桨叶的材料不同，制造工艺不同，桨叶强度计算的安全系数也不同，碳素钢一般取n=3。毕业论文，种分槽。对于底层桨叶，考虑到底层桨叶对整个搅拌的重要性，以及生产过程一旦出现沉槽现象，因此设计底层桨叶时的弯矩应按照电机功率的50%作为液体阻力合力产生的弯矩。
在一般的产能大于40万吨氧化铝的设备中，种分槽直径为14m。电机功率75KW，搅拌转速4.8r/min.桨叶的直径为8400mm。代入公式求得外桨叶的壁厚为16mm时完全满足强度要求，内桨叶管轴壁厚为20也满足强度要求。这样从原来外桨叶24mm的壁厚，内桨叶管壁厚28mm变为现在的壁厚，一台种分槽节省材料约3000Kg。
5连接桨叶用螺栓的计算
机械搅拌中桨叶和轴的联接大部分都是通过螺栓连接的方式来满足结构、制造、运输、检修维护、安装等方面的要求。通过对IMIG在搅拌过程中流体作用的观察得出桨叶的受力情况，以此来计算螺栓的强度。
将桨叶和轴的连接简化为下面结构，如图2所示：
 图2：载荷与螺栓的布置
5.1受力分析
5.2初定螺栓直径
由上述公式计算出来的螺栓直径大于16就满足要求。考虑刚度及疲劳强度选用M24的螺栓连接。而原来桨叶和轴的连接采用的是M36的双头螺柱，一台种分槽用在桨叶连接上的螺栓数量约为60个，所以仅此一项的优化就节约标准件上千元的费用。毕业论文，种分槽。
6.结束语
改造后的IMIG桨叶较改造前重量减轻，节约了设备的成本；结构更加合理、简单化，使加工更容易，减轻了工人的劳动强度，同时缩短了加工时间，提高了生产效率，为公司创造了更大的效益。
参考文献
[1]杨重愚.氧化铝生产工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1982.
[2]陈聪.氧化铝生产设备[M].北京：冶金工业出版社，2006.
[3]陈志平,章序文,林兴华等.搅拌与混合设备设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2004.
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