【正文】 排出流量， s/m3 cQ —— 循環(huán)流量， sm/3 cd NN ,—— 分別為排出流量數(shù)及循環(huán)流量數(shù) n —— 攪拌器轉(zhuǎn)速 fd —— 攪拌 漿 葉 直徑 80??? e e R RNN ???????????????????????????fffQ dHDddbzN ???????????????????????????fffQ dHDddbzN泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 21 b —— 液 漿 寬度 D —— 大罐寬度 K—— 漿 型系數(shù) H—— 液體深度 Z—— 葉片數(shù) eR —— 雷諾數(shù) udn fe ??? ?R (311) 式中： —表面粘度—? —密度—? 表 33 漿 葉系數(shù)： 漿型系數(shù) 平漿、平直葉開式 蝸 輪 平直葉圓盤 蝸 輪 后彎 葉開啟 蝸 輪 K 以上公式的嚴(yán)格應(yīng)用條件是： ① 集合尺寸的相對(duì)關(guān)系是： ?Df ?? fdb ?DC 式中， C為 漿 葉離罐底的距離。通過(guò) 漿 葉排出液體，將 漿 葉的能量傳遞到全罐各處，同時(shí)也使各處液體順次流到只有強(qiáng)烈 攪拌作用的 漿 葉附近。圖中 漿 葉排出量 為 dQ ． 吸引挾帶量力 tQ ， 總的循 環(huán)流量為 Qc。軸流型排出軸向流，對(duì)周圍液體也有吸引挾帶作用。各種 漿 葉因其形狀、運(yùn)轉(zhuǎn)形狀的不同而各具有不同的排出流量 。攪拌時(shí)不希望在循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)過(guò)大的旋 渦 ，旋 渦 過(guò)大說(shuō)明轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)高．這 給我們判斷轉(zhuǎn)速是否合適提供了根據(jù)。旋渦 中心的液體幾乎與攪拌軸同步，形成一個(gè)圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)，在低粘度情況下．其直徑大約為 漿 徑的 70％。 這里要持別指出的是，不管何種葉型，當(dāng)液體粘度較低時(shí)，都將隨著轉(zhuǎn)速的變大，其流態(tài)逐漸內(nèi)層流到過(guò)濾流到湍流。螺旋葉面有水平環(huán)流、徑向流和軸向流，其中軸向流最大。由于折葉的 漿 面與運(yùn)動(dòng)入向成 ? 角，因此，除水平環(huán)流外．還有軸向分流。增大轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，液體的徑向流動(dòng)逐漸增大。為 40~70? ，舊 漿 而端部?jī)x為 l 7? 左右。 蝸 輪式 (屬于 平葉和折葉 )、和推進(jìn)式 (居于螺旋面葉 )葉輪。 各種攪拌器的形狀按攪拌器的運(yùn)動(dòng)方向 漿 葉表面的角度分為三類：即平葉、折葉和螺旋面葉。 為了 保證鉆井液中固相顆粒在罐內(nèi)的均勻懸浮，必須提供一個(gè)適中的湍流流態(tài) 、葉輪形狀、數(shù)量及轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過(guò)高還會(huì)在高粘度液中 形成溝流，稍遠(yuǎn)處仍為死區(qū)。要解決液體的對(duì)流問(wèn)題，不能單靠提高攪拌器轉(zhuǎn)速和循環(huán)流量。鉆井液使用高粘度的高分子聚合物越來(lái)越多，有些鉆井液體系本身的粘度就很大，由于粘度大以及粘力的影響，在攪拌時(shí)很難形成串流而處于層流狀態(tài)。從理論上講，只要攪拌液的上升速度大于固相沉降速度，就可使固體顆粒懸浮起來(lái)。如果固相顆粒密度很小，濃度不大．密度與液體十分接近，則此 時(shí)可將固相看作是液相的一部分。 表 33 攪拌器型式和適用條件 攪拌器型式 流動(dòng)狀態(tài) 攪拌目的 攪拌器容積 轉(zhuǎn)速范圍r/min 對(duì)流循環(huán) 湍流擴(kuò)散 剪切流 低粘度混合 分解 溶解 氣體吸收 蝸輪式 * * * * * * * 1~100 10~300 漿式 * * * * * 1~200 10~300 推進(jìn)式 * * * * 1~1000 10~500 折葉開啟式蝸輪 * * * * 1~1000 10~300 泥漿攪拌器設(shè)計(jì) 19 攪拌葉輪形狀與流態(tài)的關(guān)系 固液 相攪拌過(guò)程問(wèn)題復(fù)雜，因?yàn)榧扔泄桃簝上辔镄缘牟煌?，又存在著較大的密度差異。由于開啟 蝸 輪式即使沒(méi)有擋板也具有強(qiáng)烈的上下對(duì)流作用。很少再選 漿 式和推進(jìn)式，而開啟式 蝸 輪最常用 的是平直葉片。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和實(shí)驗(yàn)研究，各種 類型葉輪尺寸的相對(duì)關(guān)系都有一個(gè)大致范圍，超過(guò)這些范圍設(shè)計(jì)出來(lái)的 葉輪，無(wú)論外觀和性能都不會(huì)理想。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累和試驗(yàn)研究，各種類 型葉輪尺寸的相對(duì)關(guān)系都已有一個(gè)大致的范圍，超過(guò)這些范圍設(shè)計(jì)出來(lái)的葉輪．無(wú)論外觀或性能都不會(huì)理想。 用于化工和食品工業(yè)的攪拌葉輪類型繁多，由于葉輪使用范圍具有較廣的范圍，因此真正用于石油鉆井固控系統(tǒng)攪拌器的葉輪類型也不過(guò)三四種。 ? ? ? ? mmNM e ???????? 72527 ⑦ 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 MP aMP adWM 327ee ????? 查表得 ? ? ? ?b1e1 ,60 ??? ??? 滿足M P ab 的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠強(qiáng)度 。通常彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變化應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力隨工作情況變化而變化。 ⑤ 確定軸上圓角和倒角尺寸 ,參考 文獻(xiàn)相關(guān)表有， 軸段倒角為 ?451? ,圓角半徑為5mm。 ③ 確定各軸段的長(zhǎng)度。 ② 確定各軸段的直徑。 蝸 輪周圍固定采用平鍵連接。確定 蝸 輪從 動(dòng) 軸 的 右端裝入， 蝸 輪的左端用軸肩定位，右端用套筒定位。 即 mmmmd .551~ in ? ，這里取 1d = mmd 60min ? 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制草圖 ① 確定軸上零件的位置和固定方式。 初選最小軸徑 KWPP ????? ? 計(jì)算公式 ： 3 1min 0 1pdAn? (33) 式中 ： 1n —— 軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； 1P — — 軸Ⅰ傳遞的功率，單位為 kW； 0A — — 由軸的許用應(yīng)力所確定的系數(shù)。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞度，故采用碳鋼制造軸尤其廣泛，其中最常用的是 45鋼 。 驗(yàn)算有 ： NTF 551 2t 101962d2 ?????? 式中： 2T —— Ⅱ軸傳遞的扭矩，單位為 ?mmN ； tF —— 法向載荷在節(jié)點(diǎn)處沿圓周方向的分力，單位為 N ； 35tt ??????? FK AH? 計(jì)算知載荷合格。?= mm 取中心距 ? = 180 mm ，因 i =20 ， 故選取 m = ， 直徑系數(shù) q = 10 , 11 ?????? ?dmmmqd 可查 表 得接觸系數(shù) ??Z ?Z , 因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 壽命系數(shù) ： HNK = 8 ? = 。 vK = .111?? = ③ 確定影響系數(shù) ZE 因使用的 QT300 蝸 輪與 40Cr蝸桿相配 ，故 ZE = 160 V2paM ④ 確定接觸系數(shù) ?Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動(dòng)中心距的比為 1d /? = ，可查得 ?Z = ⑤ 確定需用接觸力 ? ?H? 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) ： N = 60 hjLn2 = 60 1202272 ??? = 710? 式中 ： n 2—— 蝸 輪轉(zhuǎn)速，單位為 r/min hL —— 工作壽命，單位為 h 。 選取使用系數(shù) AK = ； 由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù) vK = ； 則 K = AK 傳動(dòng)中心距 ? ?3 22a ????????? ? PEZZKT （ 31） ① 計(jì)算 蝸 輪軸上的傳動(dòng)中心距 T2 蝸桿轉(zhuǎn)速 n 2 = 72r/min 按 Z1= 2 ， 取 ? = ， 則 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2261 PT ?? （ 32） 2T = ?i1T = i106?221n?P = 610? 72 ?? 20? = 196 510? N 確定主要參數(shù) 跟據(jù)蝸桿 蝸 輪推薦值表有， 傳動(dòng)比 i2=20, 取 蝸桿的頭數(shù) Z1=2，則 蝸 輪齒數(shù)Z2=i2?Z1 =2?20=40 ，取 Z2=40。 選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)的功率不大，速度只是中等，故蝸桿傳動(dòng)采用 40Cr；因希望效率高些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 55HRC。通常用來(lái)制造密封填料的材料有纖維，金屬潤(rùn)滑劑等，可根據(jù)具體情況來(lái)選擇。 ③ 應(yīng)具有足夠的彈性，以吸收在設(shè)計(jì)上不能避免的軸的環(huán)動(dòng)?？偟膩?lái)說(shuō)，用于制造密封填料的材料必須滿足以下要求： ① 應(yīng)用足夠的塑性，在填料壓縮下能適應(yīng)軸和調(diào)料函的形狀而變形。 密封填料的材料選擇的主要依據(jù)是攪拌的攪拌軸轉(zhuǎn)速、操作溫度、操作壓力及無(wú)聊的化學(xué)性質(zhì) 。 西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 在實(shí)際生產(chǎn)中使用最普遍的動(dòng)密封有兩種，即填料密封 和機(jī)械密封。由于攪拌軸是旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)的，所以其密封屬于動(dòng)密封。 160M12 功率因數(shù) 功率 11KW 噪音 dB 86 電流 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 轉(zhuǎn)速 2930r/min 額定轉(zhuǎn)矩 效率 88% 額定電流 軸封類型 攪拌器可靠的密封是一個(gè)重要的問(wèn)題。其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下表 23： 表 23 YB2 20=28805760r/min，同時(shí) 綜合 考慮傳動(dòng)設(shè) 計(jì)要求和價(jià)格等方面的因素，選用 YB2 i2=72 考慮到鉆井液攪拌器的設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，其輸入功率是 ，輸出轉(zhuǎn)速較低 ，n=72r/min， V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為 i1=24， 蝸 輪蝸桿傳動(dòng)比 i2為 20，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可選范圍為 N=n YB 系列隔爆型電動(dòng)機(jī)是 Y(IP44)系列電動(dòng)機(jī)的派生產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、噪聲小、運(yùn)行安全可靠、安裝尺寸和功率等級(jí)符合國(guó)