毕业设计--泥浆搅拌器设计.doc

泥浆搅拌器设计 毕业设计（论文）题目泥浆搅拌器设计学生姓名学号教学院系专业年级指导教师单位辅导教师单位完成日期2011年06月10日摘 要本文针对泥浆搅拌器的轴密封问题而导致漏油现象，搅拌器功率过大造成浪费问题及劳动强度大不能保证搅拌器叶轮的扭矩等问题，在收集分析国内外有关动力钳的设计、分析、计算、使用等资料的基础上，结合国内目前在用的泥浆搅拌器存在的一些问题，开展了QJ800-7.5型升降式钻井液搅拌器的设计工作。本设计主要完成了以下工作：1.搜集国内外泥浆搅拌器的相关资料进行分析研究，明白了泥浆搅拌器的特点、原理及发展方向，并结合国产搅拌器的技术现状和生产实际提出具体的设计方案。2.开展了对泥浆搅拌器的结构方案、主要零件设计计算和其强度计算。3.在搅拌器结构方案设计和理论计算以及强度校核的基础上，绘制了具体的装配图及必要的零件图。总之，通过对国内外固控系统技术现状调研，进一步认识了国内外先进搅拌器的优点及现存的缺点；通过开展钻井液搅拌器设计工作，为研制新产品，提高搅拌器的综合性能提供理论依据和方法，最终设计出了结构合理、工作安全的钻井液搅拌器，以达到毕业设计的设计要求。关键词：固控系统；钻井液搅拌器1.绪论1.1设计目的及意义 此次毕业设计的内容是设计钻井液搅拌器，内容涉及到搅拌器关键件的结构设计和理论计算，重点解决搅拌器轴封问题等。专业知识加深理解，也将了解到固相控制技术在国内外最新发展状况和发展趋势。随着我国科学钻井的巨大进步，而钻井液固控技术已成为科学钻井中一项重要的组成部分。钻井液搅拌器是固控设备的重要组成部分，目的是清除泥浆中的固相组织，维持泥浆优良性的保证，而优良的保证能是预防钻井井下事故、防止伤害、保护产层、提高钻速、降低成本的前提。1.2设计背景升降式钻井液泥浆搅拌器是在现有泥浆搅拌器的基础上，通过改进发展起来的一种新型、高效的新产品，其主要用途是实现成泥浆固、液均匀的主要功能。具体办法是采用空心蜗轮轴传递扭矩。在空心蜗轮轴中设有螺杆，转动手轮和螺母使螺杆升降，带动叶轮升降，能使搅拌器的叶轮调整到需要的高度有效的避免了循环灌中沉淀物埋没叶轮；还可以通过调整叶轮的高度使搅拌器充分发挥搅拌作用。因此，研究钻井液泥浆搅拌器必须深入了解国内外搅拌器的使用性能和技术现状。1.2国内外研究现状分析1.2.1国外研究现状分析从80年代中期开始，美国、苏联、英国等一些西方国家建立了成熟的工艺和科研队伍，他们的固控设备性能良好、工作稳定、寿命长，已实现设备类型的标准化、系列化和专用化。国外固控设备水平以美国的BRANDT、SWACO、DERRICK等公司为代表，质量和性能处于世界首位。国外特别重视固控系统设备的优化配置和整个固控系统的效率评价，并为此开发了钻井液固相控制专家系统。1.2.2国内研究现状分析我国的钻井液固控设备及工艺的研究和具体应用工作起步较晚。在80年至80年代中期内，我国开始了钻井工业固控设备的研究与使用。针对搅拌器的研究，经过近几年的努力，从仿真测绘阶段，发展到自己研发新结构，并研制出升降可调，径向与轴向同轴安装；机身可摇摆的多种搅拌器。但国产的固控设备在性能、寿命方面与国外固控设备有一定差距，主要是材料、加工工艺、加精度和配套的通用设备（如电动机）的质量。其中，生产搅拌器的厂家主要有：沧州华沧石油机械厂、华北石油管理局第一机械厂、沧州中油固控设备有限公司、山东省淄博市博山防爆电器厂等。1.3技术路线综合运用现代机械设计理论与方法、钻井工程、水力学等多学科知识，采用理论分析、计算和计算机绘图相结合的方法开展泥浆搅拌器的研究工作。主要思想是将传统设计方法与现代设计方法有机结合，首先从现场调研和资料收集着手，广泛调研国内外泥浆搅拌器的相关文献资料，弄清国内外泥浆搅拌器的技术现状及下一步的发展方向；在此基础上，深入开展产品机理研究，对泥浆搅拌器的工作特性、运动规律和受力状况进行较为全面和系统的认识，为下一步的结构设计提供理论依据；通过对国内外先进泥浆搅拌器结构和性能进行比较和多个设计方案对比论证，根据现场生产需要提出技术可行、结构先进的泥浆搅拌器设计方案和技术参数；采用计算机辅助设计（ CAD）方法，对主要零部件进行结构设计。最终设计出结构合理、性能优良、可靠性好的升降式泥浆搅拌器产品，以满足高速发展的现代钻井工业的需要。资料调研及准备工作传动结构方案设计传动件的设计计算撰写设计说明书及论文搅拌器零件强度校核搅拌器零件设计此次设计的总技术路线是：1.4设计可行性分析升降式泥浆搅拌器在我国石油矿场中，已开始应用，我国科学工作者在实验研究、理论研究方面作了大量的工作（特别是华北石油管理局），在这方面已取得了大量成果。本设计通过收集、查阅资料和现场调研，在现有泥浆搅拌器的研究基础上开展升降式泥浆搅拌器的设计工作是可行的。1.4.1现存的问题 钻井液搅拌器是一种专用搅拌器，一般情况下不能简单地将化工、石油炼制、食品等工业中使用的搅拌器搬过来。根据现场经验，设计搅拌器应注意：生产实践中搅拌器功率不足易于觉察，而搅拌器功率过大造成浪费的问题则易忽略搅拌轴的密封问题，易产生漏油现象。搅拌叶轮的选择问题。1.4.2对应的解决方案 可运用Bates算图或Rushton算图确定搅拌器功率。 采用多组V型盘根，它具有自封性能和自我补偿能力，长期不调整也不会产生漏油现象。 采用开启式蜗轮式叶轮，保证搅拌的强度。1.5设计的主要工作及内容经过两个多月毕业设计时间，在指导老师莫丽的悉心指导下，很有成效的完成了以下设计相关工作：利用网络与书籍搜集钻井液搅拌器相关资料，在认真阅读前辈的相关开创性研究资料的基础上，完成设计的开题；捡取资料中与设计主题相关性极大的外文资料文章翻译成中文，并依照原文做了电子排版；根据相关资料完成了钻井液搅拌器结构方案设计、理论计算以及强度校核工作；在设计计算的基础上完成了搅拌器主要零件的结构设计工作，并用CAD软件绘制了搅拌器的装配图及部分零件图。1.6理论依据本次设计主要运用机械设计理论、理论力学、机械制图、工程力学、机械原理、化工密封技术、CAD设计等相关学科，在现有钻井液搅拌器的研究成果基础上，开展搅拌器关键件的结构设计和理论计算。设计的难点是传动轴的密封问题、搅拌器功率的确定、搅拌器叶轮循环流量的计算等。其中，设计中将参考以下文献作为设计理论依据：龚伟安钻井液固控系统及设备石油工业出版社：1995 ,04华东石油学院矿机教研室编石油钻采机械石油工业出版社：1980胡国桢，石流主编化工密封技术化学工业出版社：2001 机械设计手册陈立德，机械设计基础，高等教育出版社（第三版）2.搅拌器结构方案2.1总体方案本次设计的钻井液搅拌器采用蜗轮传动蜗杆传动结构，蜗轮蜗杆的传动结构简单，传动比大，可靠性高，在钻井液搅拌器中最常使用。在确定好传动结构方案设计后，进行搅拌器主要零部件的设计计算，如蜗杆传动、搅拌轴、空心蜗轮、叶轮等。最后对设计好的零件进行强度校核。钻井液搅拌器蜗轮蜗杆的传动结构图如下所示：图2-1 蜗轮蜗杆皮带传动2.2参数确定本次设计的理论参数是根据现场搅拌器使用要求制定的。产品应达到如下性能参数：输入功率：7.5KW ； 输出转速：72 rmin，； 叶片直径：820 mm； 额定电压：380V；传动比：1：20； 叶轮排量：28mlmin；升距离：550 mm； 叶片数：4个；倾角：60； 另外，试验用钻井液性能为：密度1.28gcm ，塑性粘度7MPas，宏观粘度675MP as，动切力60.5Pa，静切力70Pa。2.3原动机型号的选择 选择原动机时，应综合考虑动力来源、价格、投资和维护管理费用等。根据工作条件选用YB系列隔爆型异步电动机。YB系列隔爆型电动机是Y(IP44)系列电动机的派生产品，具有高效、节能、噪声小、运行安全可靠、安装尺寸和功率等级符合国际标准等特点。此外它采用封闭自扇冷式，增强外壳的机械强度，并保证组成外壳的各零部件之间的各接合面上具有一定的间隙参数。 考虑到钻井液搅拌器的设计参数的要求，其输入功率是7.5KW，输出转速较低，n=72r/min，V带传动的传动比范围为i1=2-4，蜗轮蜗杆传动比i2为20，所以电动机的转速可选范围为N=ni1i2=72（2-4）20=2880-5760r/min，同时综合考虑传动设计要求和价格等方面的因素，选用YB2160M1-2型隔爆电机作为钻井液搅拌器的动力源。其各项技术参数如下表2-3：表2-3 YB2160M1-2型隔爆电机型号YB2160M1-2功率因数0.88功率11KW噪音dB86电流21.6A转动惯量0.205Kgm转速2930r/min额定转矩2.2效率88%额定电流7.5A2.4轴封类型搅拌器可靠的密封是一个重要的问题。由于搅拌器密封一起的漏油，不但大量浪费油料，而且污染了钻井液。由于搅拌轴是旋转运动的，所以其密封属于动密封。对动密封的基本要求：密封要可靠；密封的结构要简单，装卸要方便；密封使用寿命要长。在实际生产中使用最普遍的动密封有两种，即填料密封和机械密封。钻井液搅拌器的轴属于低转速，低压力，较适用的仍然是填料密封，因为填料密封具有结构简单，易于维修，可靠性高等优点。密封填料的材料选择的主要依据是搅拌的搅拌轴转速、操作温度、操作压力及无聊的化学性质。机械的作用，如轴的偏转或轴向跳动对填料材料的选择也有一定的影响。总的来说，用于制造密封填料的材料必须满足以下要求：应用足够的塑性，在填料压缩下能适应轴和调料函的形状而变形。所选材料能够耐设备内介质及润滑剂的浸泡和腐蚀，且不含被戒指和润滑剂所溶胀及削弱的其他物质。应具有足够的弹性，以吸收在设计上不能避免的轴的环动。不会咬住或腐蚀轴。通常用来制造密封填料的材料有纤维，金属润滑剂等，可根据具体情况来选择。搅拌器V型密封结构如下：图2-4 V型密封结构3搅拌器主要零件设计计算3.1蜗杆传动设计计算3.1.1选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用阿基米德柱蜗杆传动。3.1.2选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大，速度只是中等，故蜗杆传动采用40Cr；因希望效率高些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为55HRC。蜗轮采用QT300，金属模铸造，为可节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT400制造。3.1.3确定主要参数跟据蜗杆蜗轮推荐值表有，传动比i2=20, 取蜗杆的头数Z1=2，则蜗轮齿数Z2=i2Z1 =220=40 ，取Z2=40。表3-1 蜗杆头数蜗轮齿数推荐值传动比7131427284040蜗杆头数422、11蜗轮头数285228542880403.1.4按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则先按齿面解除疲劳强度进行设计及理论计算。传动中心距 （3-1）计算蜗轮轴上的传动中心距T2蜗杆转速n 2 = 72r/min按Z1= 2 ，取= 0.82 ，则 （3-2）= 9.55= 9.55= 196Nmm确定载荷系数因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数= 1;选取使用系数 = 1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数 = 1.1；则K = = 1.15 = 1.265确定影响系数ZE因使用的QT300蜗轮与40Cr蜗杆相配，故ZE = 160确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比为/ = 0.35 ，可查得=2.9确定需用接触力应力循环系数：N = 60 = 60 = 5.18式中 ：n 2 蜗轮转速，单位为r/min 工作寿命，单位为h ; = 5年300（天/年）8（小时/天） 蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数。寿命系数： = = 0.8328;查表得基本需用应接触力1 = 268计算许用接触力： = 1 = 268= 223.19计算中心距= 174.98 mm取中心距= 180 mm ，因 =20 ，故选取m = 7.1 ， 直径系数q = 10可查表得接触系数 , 因此以上计算结果可用。3.1.5蜗杆蜗轮的主要参数及几何尺寸蜗杆分度圆直径；齿顶圆直径mm齿根圆直径轴向齿径螺旋线导程s = 法向齿厚螺旋部分长度取。验算有：式中：轴传递的扭矩，单位为；法向载荷在节点处沿圆周方向的分力，单位为；计算知载荷合格。蜗轮蜗轮齿数d2= mZ2 = 7.1齿顶圆直径d齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径外径mm齿宽B顶隙C = 0.2m = 0.2齿宽包角3.2蜗轮轴设计3.2.1条件参数计算已知，蜗杆m = 7.1mm ，q = 10，Z1 = 2，Z2 = 40，n2 = 60r/min,284mm蜗轮受力：3.2.2材料的选择及热处理轴的材料主要是碳钢合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳度，故采用碳钢制造轴尤其广泛，其中最常用的是45钢。根据设计要求选用45钢，调制处理，硬度170-217HBS，=590MPa，。3.2.3初选最小轴径计算公式： (3-3) 式中：轴的转速，单位为r/min；轴传递的功率，单位为kW；由轴的许用应力所确定的系数。查表得A126-103当轴截面开有键槽时，应增大轴径以考虑对轴的强度的削弱，对于直径小于100的轴，轴颈应增大5%-7%，然后将轴颈圆整为标准直径，作为承受扭转作用的轴段的最小直径。即，这里取=3.2.4设计轴的结构并绘制草图确定轴上零件的位置和固定方式。要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定蜗轮从动轴的右端装入，蜗轮的左端用轴肩定位，右端用套筒定位。这样蜗轮在轴上的轴向位置被完全确定。蜗轮周围固定采用平键连接。轴承对称安装于蜗轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向用过盈配合固定。确定各轴段的直径。外伸轴的最小直径=60mm；考虑到要对安装在轴段上的联轴器进行定位，轴段上应有轴肩，同时能很顺利地在轴段上安装轴承，轴段必须满足蜗轮的连接，取。确定各轴段的长度。为了使搅拌器的零件结构更紧凑、传动可靠，取为500mm，为1200mm，为160mm轴上零件的周向定位联轴器和轴的周向定位采用平建联接，键槽用键槽铣刀加工。确定轴上圆角和倒角尺寸,参考文献相关表有，轴段倒角为,圆角半径为5mm。3.2.5计算轴上载荷画出轴的空间受力图及水平面内的弯矩图：图3-2 搅拌器转动轴设计水平面受力分析：圆周力=支点反力=水平面弯矩=垂直平面受力分析径向力=轴向力支点反力=垂直平面弯矩：=合成弯矩：=扭矩分析： (3-4)式中，；式中为考虑弯曲应力与扭转剪应力循环特性的不同引入的修正系数。通常弯曲应力为对称循环变化应力，扭转应力随工作情况变化而变化。对于不变转矩取，对于脉动循环转矩取；对于对称循环转矩取。确定危险截面及校核强度查表得的条件，故设计的轴有足够强度。3.3搅拌器叶轮的设计3.3.1搅拌器叶轮的选择搅拌器的搅拌作用由运动着的浆叶所产生，因此，浆叶的形状、尺寸、数量以及转速就影响着搅拌器的功能。用于化工和食品工业的搅拌叶轮类型繁多，由于叶轮使用范围具有较广的范围，因此真正用于石油钻井固控系统搅拌器的叶轮类型也不过三四种。常见的搅拌叶轮可粗略的分为四种类型，即浆式、开启蜗轮式、圆盘蜗轮式和推进式。经过长期生产经验的积累和试验研究，各种类型叶轮尺寸的相对关系都已有一个大致的范围，超过这些范围设计出来的叶轮无论外观或性能都不会理想。同样，它们相应的运转条件、介质粘度大致的流动状态都已有定的推荐范围。经过长期生产经验的积累和实验研究，各种类型叶轮尺寸的相对关系都有一个大致范围，超过这些范围设计出来的叶轮，无论外观和性能都不会理想。同样，它们相应的运行条件，介质粘度大致的流动状态都有一定的推荐范围，如下表3-3所示：目前国内外石油固控系统中，最常用的搅拌器有两种，一种是开启式蜗轮，一种是圆盘式蜗轮。很少再选浆式和推进式，而开启式蜗轮最常用的是平直叶片。在圆盘叶片中，最常用的是平直片、折叶片和后弯叶片。由于开启蜗轮式即使没有挡板也具有强烈的上下对流作用。因此，在较先进的钻井液搅拌器中得到了广泛应用。表3-3 搅拌器型式和适用条件搅拌器型式流动状态搅拌目的搅拌器容积转速范围r/min对流循环湍流扩散剪切流低粘度混合分解溶解气体吸收蜗轮式*110010300浆式*120010300推进式*1100010500折叶开启式蜗轮*11000103003.3.2搅拌叶轮形状与流态的关系固液相搅拌过程问题复杂，因为既有固液两相物性的不同，又存在着较大的密度差异。固液相搅拌有一个基本要求，就是使固体颗粒悬浮起来。如果固相颗粒密度很小，浓度不大密度与液体十分接近，则此时可将固相看作是液相的一部分。如果固相颗粒密度较大，同相颗粒在液相中的沉降速度较大，只有进行充分搅拌才能保持固相的悬浮状态。从理论上讲，只要搅拌液的上升速度大于固相沉降速度，就可使固体颗粒悬浮起来。实验证明，固相悬浮存在一个临界搅拌转速，其值与固液相密度差、液相密度、固相密度、液相粘度、粒径等物性有关，也与大罐形状和搅拌叶轮几何形状有关。钻井液使用高粘度的高分子聚合物越来越多，有些钻井液体系本身的粘度就很大，由于粘度大以及粘力的影响，在搅拌时很难形成串流而处于层流状态。这种层流状态也只出现在搅拌叶轮附近，稍远处液体几乎是静止的。要解决液体的对流问题，不能单靠提高搅拌器转速和循环流量。因为在高粘度下搅拌叶轮排出流量甚少。转速过高还会在高粘度液中形成沟流，稍远处仍为死区。此时可以通过加大叶轮自径，采用双层叶轮来增大搅拌区域。为了保证钻井液中固相颗粒在罐内的均匀悬浮，必须提供一个适中的湍流流态、叶轮形状、数量及转速。其基本影响因素是叶轮的形状与运转参数。各种搅拌器的形状按搅拌器的运动方向浆叶表面的角度分为三类：即平叶、折叶和螺旋面叶。这里只介绍在钻井液搅拌器中常用的浆式。蜗轮式(属于平叶和折叶)、和推进式(居于螺旋面叶)叶轮。平叶的运动方向与浆面法线方向一致；折叶的浆而与运动方向成一个倾斜角 一般为45或60；螺旋面叶是折叶的一种特殊情况，它的根部的。为4070，旧浆而端部仪为l 7左右。平叶的运动方向与浆面垂直，当低速运转时，流体主要是水平环向流。增大转数时，液体的径向流动逐渐增大。仅靠平浆叶本身所形成的轴流是很弱的。由于折叶的浆面与运动入向成角，因此，除水平环流外还有轴向分流。转速逐渐增大，还会逐渐增大径向流。螺旋叶面有水平环流、径向流和轴向流，其中轴向流最大。出以上分析得知，钻井液搅拌诺的叶轮按排液方向可分为径向流和轴流型两种：螺旋由浆叶属于轴向流型，而折叶式浆叶则处于二者之间，但更接近轴向流型。这里要持别指出的是，不管何种叶型，当液体粘度较低时，都将随着转速的变大，其流态逐渐内层流到过滤流到湍流。在湍流状态下平叶浆式搅拌轴附近将形成一个旋涡，中心液面向下，成漏斗状，液体表面成回转抛物面。旋涡中心的液体几乎与搅拌轴同步，形成一个圆柱状回转区，在低粘度情况下其直径大约为浆径的70。这个区域内液体没有相对运动所以混合、悬浮很不好。搅拌时不希望在循环内出现过大的旋涡，旋涡过大说明转数过高这给我们判断转速是否合适提供了根据。3.3.3搅拌叶轮循环流量的计算为了研究搅拌器的功能，要研究浆叶与宏观液流、微观液流飞关系，它们反应出浆叶的排出性能与剪切性能。各种浆叶因其形状、运转形状的不同而各具有不同的排出流量。径向型浆叶在一定转速下旋转，自浆叶面处排出高速液流，使周围静止或低速流卷入其中，在罐内形成循环流。轴流型排出轴向流，对周围液体也有吸引挟带作用。这种循环流如图所示。图中浆叶排出量为吸引挟带量力，总的循环流量为Qc。罐内液体形成的循环流动遍及全罐。通过浆叶排出液体，将浆叶的能量传递到全罐各处，同时也使各处液体顺次流到只有强烈搅拌作用的浆叶附近。因此，叶轮的排出性能对搅拌过程是非常重要的。计算公式如下： (3-5) (3-6) (3-7) (3-8)(3-9) (3-10)式中： 排出流量， 循环流量， 分别为排出流量数及循环流量数 n 搅拌器转速 搅拌浆叶直径 b 液浆宽度 D 大罐宽度 K浆型系数 H液体深度 Z叶片数 雷诺数 (3-11)式中： 表3-3 浆叶系数：浆型系数平浆、平直叶开式蜗轮平直叶圆盘蜗轮后弯叶开启蜗轮K1.31.10.82以上公式的严格应用条件是：集合尺寸的相对关系是： 式中，C为浆叶离罐底的距离。罐内为湍流流态。对于长方体钻井液循环罐及其介质流态，可以近似的认为满足上述条件。 图3-2 搅拌时罐内的液体流向3.3.4搅拌叶轮几何尺寸及层数计算 从搅拌器的功能可以知道，浆叶的大小不是任意决定的，它可以影响浆叶的排出流量，它可以影响动力系统，也就是可以影响向液体中输入衡量的大小，说明浆叶的大小直径可以影响搅拌过程的进行。选择合理的叶轮尺寸，就能够提供给搅拌过程所需要的动力，还能提供良好的流动状态，完成预期的操作目的。液浆的大小一般为浆径的大小（所谓浆径是指浆叶回转时前端轨迹的直径）和浆叶的宽度来衡量。 搅拌器叶轮尺寸将影响排出流量和功耗，选择合理的叶轮尺小供给搅拌过程所需动力并产生良好的流态。浆叶直径的大小与搅拌据种类有关，也与循环罐的大小有关。1. 钻井液循环罐中出现“圆柱回转区”时，说明这一部分混合很差，搅拌不好。在低粘度时，能量易传递，搅拌器直径可取小些，一般浆叶式可取djD035 -0.8。蜗轮式取dD0.250.5。2.以固液相悬浮力目的时为搅起罐底固相颗粒，一般D0.4505。3.为取得液液乳化效果，提高剪切力，可增加转速，减少浆径，一般D为116110。 4.推进式浆叶轴向流量大，体积循环能力强，一般浆径取得较小，D0205，其中多取D13。5.浆叶数量大多取决于浆的形式。浆式常用两叶；各种蜗轮式的浆叶以6叶、8叶居多；推进式有2叶、3叶和4叶，以3叶居多。6浆叶宽度取决于粘度大小和动力消耗之多少。在蜗轮式液液搅拌中，当D1/3时，Z4，浆宽b(00501)D。7.浆叶轮的层数取决于液层的高度。在低粘度时，当液面高HD(罐宽)只要一层即可。在高粘度时，上下搅动的范围仅处浆径的12，所以必须增加搅拌层数，层间距一般取为。有时为了提向搅动的循环强度，也有上层使用轴向流叶轮的，下层浆径向型叶轮的。8.下层浆叶离罐底面的距离C一般为浆径的1 15倍。为了防止固相沉淀，常将C取为D10。上层浆叶离液面距离至少为15，推进式则要取H3，以防止产生旋涡，浆面外露。平直叶圆盘蜗轮结构如图3-3所示： 根据以上条件，本次设计尺寸参数如下：取叶片数为Z= 4片，设计尺寸，L=120mm ，b = 100mm/D = 0.250.5 得，罐宽D=720mm360mm桨叶直径，折叶角度以24，后弯角度常用介质粘度范围, 折叶、后弯叶流动状态：平直叶为径向流动。最高搅拌速度可达600rPm3.3.5搅拌器叶轮型式的选择由于同一型式的搅拌器可达到几种目的，因此多数情况下是根据经验和习惯来选样。较为合理的方法是由搅拌器目的和形成的流态为依据来进行选择的。适合固液悬浮的浆型有蜗轮式和推进式以及浆式两种。由于蜗轮式的对流循环能力、湍流分散和剪切力比较强，得到了最广泛的应用。使固体悬浮的作业以开启蜗轮式最好。出于没有中间圆盘部分，不致阻碍浆叶上下液相混合。弯叶开启式蜗轮的排出性能好，对固液相悬浮也很适合。采用折叶浆、折叶开启蜗轮、推进式都有轴向流，所以可以不用挡板。因此，目前国内外石油固控设备中，最常用的搅拌器叶轮只有两种，种是开启式蜗轮，一种是圆盘蜗轮。很少再选用浆式和推进式。而开启蜗轮式户用得最多的是平直叶片。在圆盘蜗轮式中，平直片，折叶片和后弯叶片都有采用。由于开启蜗轮式即使没有挡板也具有强烈的上下对流作用，因此，在较先进的钻井液搅拌器得到了广泛的应用。3.3.6搅拌叶轮强度设计及校核浆叶强度的计算主要决定浆叶的厚度。它必须在决定了浆叶的直径=宽度=数量，并相应决定了搅拌器的功率后，对浆叶进行结构设计时来进行。计算功率的确定计算功率通常采用下式来计算： (3-12)式中：， K电机启动时的过载系数 平直开启蜗轮的强度计算以最常见的矩形截面为例，由于叶片对称性，故可将功率均匀分配到各叶片上。液体产生的最大阻力弯矩在叶片根部，其值为：式中：Z叶片数断面的抗压模数：W (3-13)式中：b浆叶宽,cm ，cm 于是，计算应力为： (3-14)式中，为许用应力。b在计算时是已知数，由公式：(3-15)=3.4搅拌轴的密封搅拌器可靠的密封是一个重要的问题。由于搅拌轴密封引起的漏油，不但浪费油料，而且污染了钻井液。旋转抽密封分为机械密封和坛料密封，钻井液的轴属于低转速、低压力，较适用的仍然是填料密封，它具有结构简单，易于维修，可靠性高等优点。 自封式密封 根据长期现场使用的经验来看，将水龙头冲管v形盘根结构移植过来是非常可靠的。密封盘根由耐油胶利夹胶尼龙市线组成，一般34组已足够。密封盘根形状尺寸国家已有标淮，这里不再赘述。 填料密封填料密封是一种早期转轴密封结构，由于结构简单在搅拌器中时有采用。填料密封的原理与自封式盘根不同，它是靠压盖压力作用下，压紧填料密封盒中的填料，对搅拌抽表面产生径向压力。由于填料中台有润滑刑，因此在搅拌轴上产生一层液膜，它既润滑了搅拌轴，又能阻止设备中的润滑油漏出来。3.4.1搅拌器功率的确定所谓搅拌器功率包含两个不同的概念、即搅拌功率和搅拌作业功率。为使搅拌器连续运转所需的功率就是搅拌器功率，为使搅拌过程以最佳方式完成的功率为搅拌作业功率，前者是物理量的函数，后者是工艺特性所决定的。很遗憾的是，搅拌器功率和搅拌作业功率都没有准确的方法予以确定，生产实践中搅拌器功率不足的问题易于觉察。而搅拌器功率过大造成浪费的问题则易被忽视。计算搅拌器功率的目的有两个：是解决不同形式的搅拌样能向被搅拌的介质提供多少功率，以满足搅拌过程的要求；二是为搅拌器弧度计算批供依据。Rushton算图根据多种搅拌器在液体年度为140000cP以内，Rce查表15.13得X = 0.56 ，Y = 1.15P=表4-2-2 载荷系数载荷性质举例无冲击或轻微冲击电机、汽轮机、通风机、水泵1.01.2中等冲击机床、车辆、内燃机、减速器、起重机器1.21.8强大冲击轧钢机、破碎机、钻探机、剪床1.83.04.2.2计算所需的径向额定动载荷值由公式： (4-8)得=4.2.3选择轴承型号查有关轴承的手册，根据d= 27mm，选得轴承2300轴承合适。 4.3键的强度校核常见的轴毂连接有键连接、花键连接等。轴毂连接主要是用来实现轴的轮毂（如齿轮、带轮等）之间的轴向固定，并用来传递运动和转矩，有些还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动（导向）。固定方式的选择主要是根据零件所传递转矩的大小和性质、轮毂与轴的对中精度要求、加工的难易程度等因素来进行的。键可分为平键、半圆键、切向键等类型，其中以平键最为常见。键已标准化。设计时首先根据工作条件和各类键的应用特点来选择键的类型，再根据轴的轴径长度确定键的尺寸，必要时还应对键连接进行强度校核。4.3.1键的主要尺寸确定平键是标准件，其剖面尺寸（键宽b键高h）按轴径d从有关标准中选择，键长L应小于轮 长度并符合标准系列。键的主要尺寸通过查表4-3，有：轴径d22-30mm，键宽b=8mm ，键高h = 7mm，键长L=18-90mm；轴径d75-85mm, 键宽b=22mm，键高h = 14mm，键长L=63-250mm表4-3 键的主要尺寸轴径d223030384450586575808595键宽b81014182225键高h789111414键长L189022110361605020063250702804.3.2键的强度校核假设