一种大型静态混合器的制作

余琳

摘要：本文针对DN500及以上大型SK型静态混合器的制作进行研究，主要是其核心元件螺旋单元片的制作，采用上下胎具压制成型，可实现一次成型，批量化、大型化生产的目标。

关键词：静态混合器，螺旋单元片，成型

前言

搅拌设备均采用机械传动的动态混流方式，相对于动态机械式的搅拌装置而言，非动态非机械的混流装置则属于静态混合器。其特点是一种没有运动部件的高效混合设备，工作机理是利用固定在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的。

自上世纪70年代以来，静态混合器已开始在化工、食品、环保等领域特别是在化工单元操作中，得到了广泛的应用。目前，虽然国内机械传动的混合器仍是各类搅拌装置的主流产品，但静态混合器由于具有小型化、连续化、高效化、节能化、免维修的优势，已在各个行业得到了进一步推广应用。

静态混合器（主要是SK型）是氧化铝高效深锥沉降槽进料系统的配套设施，性能必须满足设计使用要求，才能保证沉降槽沉降工序的工艺要求。静态混合器在氧化铝物料输送中是一个易损件，设计要求使用寿命1年以上。

一、市场上SK型静态混合器的制作现状

2013年我公司承接了一组国内最大的氧化铝φ24m高效深锥沉降槽设备项目，其中静态混合器管径为DN500。静态混合器的制作核心即其螺旋单元片的制作。在我公司对静态混合器及核心部件混合单元进行了大量理论和广泛市场调研的基础上，发现针对氧化铝厂高效深锥沉降槽进料系统中SK型DN500混合器基本上没有理论研究，国内生产厂家（包括混合器之乡江苏启东的众多生产厂家）采用成型模具进行钢制螺旋叶片压制的混合器直径均在Φ400mm以下。Φ400mm以上没有采用成型模具生产的，要么直接转化生产成平直叶片，影响混合效果及使用寿命；要么则采用手工钣金敲制而成，成型尺寸达不到设计要求，外观难看，存在机械敲击凹坑，同样导致使用寿命缩短。基于此，我公司决定自行研发设计和制造DN500及以上大型静态混合器。

二、针对DN500及以上大型SK型静态混合器的制作方法

静态混合器的核心构件是螺旋单元片，本文主要针对单元片的制作进行讨论。

1、螺旋单元片结构

SK型静态混合器又称单螺旋形静态混合器，它的单元是扭转90°、180°或270°的螺旋板，安装入管壳时相邻的螺旋板分别为左旋和右旋。SK型静态混合器适用于要求不太高的混合过程以及与混合有关的单元操作过程,也能用于强化传热。在各种型号的静态混合器中SK型最不容易堵塞,所以适用于处理较脏的物料，比如氧化铝赤泥料浆。

根据我公司在氧化铝高效沉降槽上使用静态混合器的情况以及用户现场反馈及要求，将该静态混合器螺旋单元片设定为四组，90°交叉安装。

SK型静态混合器通用结构图

2、压制胎具的设计制作

首先，应用AutoCAD、SolidWorks等二维、三维计算机设计软件，进行螺旋叶片的绘制建模，再根据单元片的模型进行压制胎具的设计。由于钢板进行压制以后会产生弹性变形，考虑的重点就在于确定胎具压制成型的螺旋叶片经弹性变形后正好达到设计尺寸要求。借助公司多年对桨式搅拌叶片的制作经验以及对钢材理论回弹量的掌握，很快确定一个较为合理的回弹系数k值。若螺旋叶片的螺距为P，则在压制胎具设计时设定螺距为k·P。另外为了操作的方便性，采取分段压制，故制作胎具为螺旋叶片的约1/10。

确定好胎具对应螺旋叶片的的结构尺寸后，借助AutoCAD、SolidWorks等设计软件，采用建立基准参照面，设定胎具高度，在基准面上连续分布多个立筋板，经拉伸至设定生成胎具高度截面。螺旋叶片将多个连续立筋板分割成上下两部分，测量单个筋板四个尖点高度尺寸，在板宽方向的两个数据取平均值，最终即为单个筋板下料尺寸。

制作胎具时，即按照设计的每一个立筋尺寸下料，注意顺序及上下筋板的固定组合，在基板上确定好焊接位置，立筋按顺序板与板紧靠焊接，分别组成上下模胎具。由于螺旋叶片直径DN500，且叶片只有6mm厚，如立筋间有间距则容易产生明显的压痕，为使其平滑过渡故采用无间隙的连续筋板组成。

3、螺旋单元片的压制

将制作好的上、下胎具安装于压力机和工作台上，启动压力机落下胎具进行找正，保证上下胎具基准线对齐。先将1～3片螺旋混合单元钢板作为试验样品，将螺旋混合单元钢板吊入下胎中就位，压力机加压进行压制。压制过程中控制好限位，注意观察压力机的工作情况。压制完毕后，用弧度样板、专用测量工具测量弦角数值，并逐点做好检查记录。经判定确定不符合图纸技术要求的部位，对相应部位的上下胎具立筋板进行修整，对油压机进行检修调整，对压制方式进行改进，确保压力达到使用要求并保持稳定，螺旋混合单元在压制中保证尽可能受压均匀。直到压制出的螺旋混合单元所有角度符合图纸技术要求，然后进行螺旋混合单元的批量压制。螺旋混合单元表面不得有明显的压痕、锤痕、划痕等。

螺旋叶片进行胎具压制

三、结语

经试验，采用专用工具检测螺旋混合单元片所有角度尺寸，成型角度等都符合图纸要求。可实现一次压制成型，批量化生产。

将螺旋单元片组装制作的静态混合器用于工程项目上，经验证，物料混合效果满足设计、生产需求，单元片呈螺旋交错，表面平滑，摩擦阻力较少，有效延长使用寿命。

DN500SK型静态混合器的制作经验，完全可以适用于更大型的同类静态混合器制作。

压制成型的螺旋单元片

已制作完成的DN500SK型静态混合器

参考文献：

【1】丁飞，李新国，李贵轩。万能螺旋叶片成形胎具的设计方法。煤矿机械,2003(1):12-13

【2】李登峰，李卫，王大方，螺旋叶片的建模与模具设计，《Cad/cam与制造业信息化》,2011(9):40-43