浇注搅拌机的发展历程

浇注搅拌机是生产加气混凝土的主要设备之一。它的作用是把各种配料在限定的时间内搅拌成均匀的料浆进行浇注。因此它的搅拌效果如何,不仅影响料浆的发气率,还影响坯体强度的均匀性和生产效率。

浇注搅拌机对按一定配比注入罐体的料浆、水泥、生石灰、石膏及铝粉膏悬浮液体进行搅拌，使之均匀混合，充分反应，并及时将混合料浆注压模框内。在罐内，搅拌强度和时间对加气混凝土的质量有很大的影响。它的搅拌效果不仅影响料浆的发气率，还影响坯体强度的均匀性和生产效率。

(一)我国的现状

自从六十年代中期我国从瑞典引进“西波列克斯”专利以来,以后陆续建成的50多个加气厂都是仿制该专利的涡轮式搅拌机。这对于搅拌水泥一矿渣一砂料浆效果较好,搅拌水泥一石灰一粉煤灰料浆效果不够好,搅拌石灰一砂料浆效果更差。为此,大多数工,都采用了增加搅拌机转速的办法,结果导致电动机功率增大,而搅拌效果却未得到明显改善。有的工厂为了提高搅拌均匀度,把搅拌器转速增加到660转/分,电动机换成28千瓦;有的工厂增大筒体容积,如常州硅酸盐厂使用一台8米,的搅拌机,造成大马拉小车(该厂使用的模具为通6000x1500x640毫米),料浆浪费,并影响浇注质量。涡轮式搅拌机叶轮都是带底板配六个弯叶片的,其结构尺寸见图1。

叶轮直径(D)与筒体直径(D。),叶片长度(L)和叶片高度(h)之间的关系一般取下列数值:

D:Do=1:4;

D:L=4:1;·

D:h=5:1。

叶片切角a一般取45度。有的工厂为提高搅拌效果,增一长了叶片长度,加高了叶片高度,搅拌效果虽有所提高,但叶轮阻力增加了,功率消耗也随之增加。

我国又从波兰和罗马尼亚引进两项专利。波兰“乌尼泊尔”专利是定点浇注的螺旋式搅拌机(见图2),配有导流筒,搅拌以粉煤灰和石灰为主要原料的料浆效果不错。

罗马尼亚“海波尔”专利是旋桨式搅拌机。天津厂为定点浇注(见图3);上海厂为移动浇注,下传动,伞形封头(见图4),这种搅拌机适用于搅拌以石灰为主要原料的料浆。

由北京市建材工业设计所和常州市建材设备制造厂试制的一台试验样机拟放在国家建材局常州加气混凝土技术开发中心试验。这台样机设有3种搅拌器:涡轮式、螺旋式和旋桨式,并都配有一导流筒,搅拌器转速是可l周的,试验时只需更换叶轮和导流筒即可。样机的结构示意图见图5。

这台样机由六部分组成:

（1）固定支座(定点浇注)、行走车(移动浇注)

(2)筒体(下封头为碟形封头),

(3)搅拌器(3种型式),

(4)导流筒(3种型式),

(5)浇注槽(横槽、竖槽),

（6）放料阀门(手动和气动蝶阀)。

为避免涡轮式搅拌器的缺陷,对叶轮作了改,采用碟形封头,增强总体流动和搅动速度,提高搅拌效果。叶轮结构形式见图6。

这台样机的主要技术参数见表2。

(二)影晌搅拌效果(料桨均匀度)的因素分析

主要因素是搅拌器型式、转速和搅拌时间。由于被搅拌料浆的性质(容重、粘度、吸水性、浓度等)不同,要求选择不同型式的搅拌器。如果搅拌器转速愈高、搅拌时间愈长,则搅拌效果就会愈好吗?并不尽然。因为搅拌时间过长势必降低生产率,一般搅拌周期都在8~15分钟之间。大多数都确定为10分钟左右。通常要求料浆在限定时间内做连续的总体流动和湍流运动,才能迅速地把料浆搅拌成比较均匀的悬浮液。要实现这一要求,不得不对各种搅拌器所产生的流型做个简要地分析。

1、涡轮式搅拌器对流型的影响

这种搅拌器旋转时使料浆产生的流型如图7所示。由于叶轮带底盘,旋转时产生很大离心力,把料浆甩向筒壁,然后沿挡板上升到液面降落下来。料浆容重、粘度和浓度越大,料浆上升高度越小。同时料浆越深静压力越大,料浆上升的速度和高度也变小。叶轮的轴向负压力还受底盘和料浆深度影响。叶轮底盘下的死区使部分料浆不能参加总体流动。挡板与筒壁间的死角容易粘结料浆,影响湍流运动。平底封头阻力较大,降低料浆运动速度。一旦固体物料结团,就无法搅拌开,对于石灰尤为显著。所有这些问题都影响了搅拌效果。

2、螺旋式和旋桨式搅拌器对流型的影响

这两种搅拌器都有导流筒,叶轮旋转时料的流型与图7所示相近。因为有导流筒,所有料浆都参加总体流动又都做湍流运动,料浆上下环流翻腾运动很强烈。叶轮轴向力在导流筒入口(上口)处把料浆强制地向下拉,在出口(下口)处又强制地向上推,料浆的总体流动和湍流运动都很强烈,因此搅拌效果较好。旋桨式搅拌器叶轮转速很高,所有料浆都做激烈的湍流运动和环形轴流运动,搅拌效果尤为显著。搅拌机的给料方式、速度和工作制度对搅拌效果的影响也是不可忽视的。国内不少工厂使用涡轮式搅拌器效果不理想,除型式不合适外,给料不均匀,给料速度太快,也是搅拌效果不好的原因之一。

(三)搅拌机主要技术参数的确定

1、筒体容积和几何尺寸

筒体容积应根据模具大小和制品容重确定。一般筒体工作容积为几何容积的70%。筒体直径与高度比为l。

2、搅拌器叶轮几何尺寸

(1)涡轮式搅拌器

D:L:h=20:5:4,或D/h=5~8,

D:D。1/8~1/3,一般取D/D。=1/4,

Z=6。

式中D—叶轮直径,

L—叶片长度,

h—叶片高度,

D。一筒体直径;

Z—叶片数目。

（2）旋桨式搅拌器

D:D。=1/4~1/3,

S:D=1;

Z=3~4

式中S—叶片螺距;

D、D。、Z同前。

(3)螺旋式搅拌器叶轮几何尺寸介于前两者之间,叶片头数为3头,螺距s=240~270毫米。

3、搅拌器转速

搅拌速度应依料浆对流型的要求而定。如以总体流动和湍流运动实现搅拌效果的话,搅拌速度应依判断流型的雷诺数来确定低速度。无论哪种搅拌器都应通过试验,测定料浆的容重、粘度和温度等,才能比较接近实际地根据雷诺数估算出搅拌速度。根据国内外有关资料介绍,各种搅拌器都有一个速度范围:涡轮式搅拌器8~12米/秒(大15米/秒),旋桨式搅拌器15~20米/秒(大26米/秒);螺旋式搅拌器12米/秒左右(大14米/秒)。

必须指出,搅拌器功率消耗是与速度的立方成正比的,而搅拌效果却不是与功率消耗成正比地提高的。

4、搅拌器功率

搅拌功率主要取决于搅拌器型式和料浆的流型(运动状态)。搅拌容器的形状、规格,料浆的性质(容重、粘度、稠度、温度和压力等)因素,也都对功率消耗有很大影响。确定料浆在容器内的流型,是根据雷诺数值来判断的。雷诺数用下式计算:

如果测得了料浆的容重和动力粘性系数,在给定叶轮直径的情况下,计算出雷诺数,依流型计算出叶轮的转速之后,按下式估算搅拌器功率:

上式K值随R。值变化而变化。当料浆做湍流运动时,K为一定值,当料浆做层流运动时,K值随R。值增加而减小。

功率计算示例:涡轮式搅拌器叶轮直径D=500毫米,有挡板,水泥一石灰一粉煤灰料浆,测得料浆的动力粘性系数=60~115厘泊,容重丫=1250公斤/米3。料浆流型为湍流运动,即R。>104,这样就可根据公式①估算出叶轮所需的低转速:

为了增强料浆的湍流运动,暂确定叶轮转速为370转/分,再核算R。值,比例系数K≈1.3,将所有已知数代入公式②得:

考虑估算误差,电机功率一般需增加20%。

从公式②中可以看出,搅拌器功率与转速的立方、直径的五次方成正比。因此,提高搅拌器转速时必须充分考虑到功率消耗的急剧增加。

对于不同型式的搅拌器,比例系数K值大致如下:涡轮式搅拌器有挡板时,K=1.3,

有导流筒时,K=1.2~1.3。

旋桨式搅拌器有导流筒时,K=0.15~0.3。

螺旋式搅拌器有导流筒时,K=0.6~0.7。

(四)小结

在涡轮式搅拌机中(西波列克斯专利),料浆虽处于总体流动和湍流运动,但由于叶轮带底盘并有挡板,平底封头,不仅运动阻力大,而且不可避免形成死区和死角,从而减弱了总体流动,有一部分料浆不能参加总体流动;各种阻力明显地降低了湍流运动速度,影响搅拌效果。尤其在搅拌以石灰为主要原料的料浆时,由于石灰粉遇水后迅速结团沉降或粘结在筒壁和封头上,而无法搅拌开,搅拌效果明显不好。搅拌水泥一矿渣一砂料浆效果较好,若要搅拌其他物料有待进一步试验改进。

螺旋式搅拌机中(乌尼泊尔专利)有导流筒,采用椭圆形封头,料浆几乎全部连贯地通过导流筒,总体流动和湍流运动都比较强烈,适于搅拌水泥一石灰一粉煤灰料浆。旋桨式搅拌机(海波尔专利)的转速很低,料浆仅处于层流运动,搅拌混合作用是靠旋转桨叶和固定桨叶倾角相反产生的剪切作用,使料浆上下搅动,料浆颗粒不断被切断而破裂。料浆从筒体上部到下部被分层桨叶反复搅拌、剪切,粉状物料结团或粘结现象基本被消除了。因此,这种搅拌器适于搅拌以石灰为主要原料的料浆。