盐水精制中道尔澄清桶轴的安全设计

宋春元

（盐城纺织职业技术学院，江苏盐城 224005）

0 引 言

在化工生产中，非均相物系的分离占有很重要的地位，分离设备也就自然成为分离生产中的关键设备，在化工分离操作中具有举足轻重的作用。改良道尔澄清桶是一种新型分离设备，在氯碱行业中广泛应用。

盐水精制是氯碱生产的第一道工序，一次精盐水的质量直接影响到隔膜电解槽的隔膜使用寿命和离子膜电解二次过滤的正常运行。精盐水中的固体悬浮物（SS）含量是盐水精制工序的主要工艺指标之一，道尔澄清桶的澄清效果直接影响到精盐水中的SS含量。澄清桶是氯碱厂盐水精制的关键生产设备之一，其性能决定了精制盐水工序除钙、镁及其他固体悬浮物的效果，直接关系到氯碱厂隔膜电解槽的运行状态以及离子膜电解二次精制盐水的初始质量，影响电流效率、隔膜更换周期、二次精制盐水生产成本等一系列至关重要的技术经济指标。

为保证道尔澄清桶的正常安全运行，轴的安全设计显得尤为重要。

1 道尔澄清桶的基本原理与结构［1］

道尔澄清桶是利用重力沉降法的原理设计的一种分离设备。一般为钢制或混凝土制结构，桶底约8°～9°的倾斜角，桶的中央有一个中心筒，筒中有一根长轴，轴的两端连接泥耙。长轴上端与传动装置相连，泥耙每隔6～8min转一圈。桶上部有一个环形溢流槽。粗盐水由中心筒上部进入，中心筒实际上是一个旋流式凝聚反应室，粗盐水入口呈S形，使进入的盐水作旋转流动。进口管埋在液面以下0.5～0.7m处，中心筒下部可装设整流板，以减轻水的旋流作用，以免影响盐水中杂质的沉淀。整流板呈井形方格，高0.8m，每格大小为0.5×0.5m。中心筒下部出口处有扩大口，以减慢盐水流速，避免破坏泥层。粗盐水出中心筒扩大口后，经过泥浆沉淀层，悬浮颗粒被截留并渐渐沉到桶底，缓缓转动的泥巴集中在排泥口，泥浆定时排出。清液则不断上升，经过泥浆层、混浊层、清液层从上部经溢槽汇集后流出。道尔澄清桶结构如图1所示。

2 轴的设计

采用空心轴，材料为Q235A，电机功率P＝4kW，机械效率η＝80%，经摆线针轮减速机减速后轴的转速为n＝1／8r／min。

转速之所以要慢，是因为若轴的搅拌速度过快，则会改变盐水的总体流向，致使盐水产生一定程度的扰动，以至于清液夹带部分固体颗粒上升，不利于沉降。过慢也不好，会使固体颗粒粘在道尔澄清桶的底部，以致盐泥上泛，降低盐水透明度。所以，转速宜选用1／8r／min。设φ＝152mm×25mm。

图1 道尔澄清桶结构示意

有效功率Pe＝Pη

水流最大阻力偶矩 M＝9 550Pe／n＝9 550 ×［（4×80%）／（1／8）］＝244 480（N·m）

则截面上最大扭矩 Mnmax＝244 480N·m

抗扭截面模量

最大剪应力 τmax＝Mnmax／Wn＝44.55MPa

材料的扭转许用剪应力［2］［τ］＝110MPa

则τmax＜ ［τ］

所以，搅拌轴的强度足够，选用符合要求。

3 轴上联轴节螺栓的安全设计［3］

采用凸缘联轴器（GB5843－86）。

螺栓的规格 选用YL17.YLD17型螺栓，直径M24，6个螺栓轴孔直径为120mm。此时，公称扭矩T0＝14 000N·m；而M＝244 480N·m，远大于公称扭矩T0。所以，当扭矩达到14 000N·m左右，剪断螺栓时，从另外一个角度能保证轴的安全，也能保证生产的安全运行。

4 结果与讨论

轴的设计选用空心轴，材料为Q235A，φ＝152mm×25mm。

螺栓的设计：采用凸缘联轴器（GB5843－86），选用YL17.YLD17型螺栓，直径M24，6个螺栓轴孔直径为120mm。

实际中有厂家采用实心轴的设计。扭转变形中一般采用空心轴的设计，在可以保证强度的同时又减少钢材的用量，并且在安装上调校垂直度比较方便。

传动采用摆线针轮减速机，可以使传动比很大，减小设计难度；在联轴器上有意识地采用薄弱环节设计，当出现异常操作时可保护轴的安全。

［1］氯碱生产技术编审组.氯碱生产技术 ［M］.北京：化工部化工司，1985.

［2］王绍良主编.化工设备基础 （第2版）［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［3］机械设计师手册编写组.机械设计师手册 ［M］.北京：机械工业出版社，1998.