鼓风干燥箱的改造

恒温鼓风干燥箱是实验室常用的、应用**广泛的设备之一。尤其是在材料专业实验室,可以说
 
80% 以上的实验都需要鼓风干燥箱的烘干、热处理
 
[1-2]
和加温处理 。恒温鼓风干燥箱也可以进行适当的改造以达到各行业的实际应用,比如加装自动称
[3];
重系统以实时动态监测物料质量的变化 改装温
[4];
度控制系统提高温度控制精度 利用工业控制计
 
算机、多功能接口板、铂电阻温度变送器、固体继电器及执行部件( 干燥箱) 构成的简单工业控制系统,
[5];
实现对电热干燥箱温度的控制 还可将鼓风干燥
[6],
 
箱用于骨标本制作过程中 这些大大提高了恒温干燥箱的应用**域。笔者所在的无机非金属材料实验室不仅在干燥物料方面大量使用鼓风干燥箱,而
 
且还用于材料制备、合成方面作为加温设备来进行化学反应合成实验。例如进行水热合成反应时将有机内衬与钢外衬组合的小型反应釜置于恒温鼓风干
 
燥箱来进行加热和保温,以使物料在一定温度下进行反应。水热合成反应是材料行业中常用的合成方法之一,作为无机非金属材料专业来说,水热合成反应可以应用于制备有机-无机杂化材料、沸合、纳米
[7] (
 
材料等材料 。因此不管是本科教学 包括生产实习、毕业实习) 还是科学研究,都需要进行大量的水热合成实验,因此鼓风干燥箱的使用非常频繁。水
 
热合成可以根据物料在反应过程中是否处于运动状态可以分为静态水热合成和动态水热合成实验,动态水热合成实验一般在加有搅拌桨的动态反应釜中进行。由于经费等多方面原因的限制,实验室不可能购买大批量动态反应釜来进行实验,普通恒温鼓风干燥箱用于水热合成反应时只能用于静态下反应,这一弊病大大限制了恒温鼓风干燥箱在此方面的应用。基于此原因,实验室对恒温鼓风干燥箱进行了改造,使小型反应釜在实验时可以连续转动,反

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雒锋 等

 
应釜内的物料随着反应釜的转运而转动,达到物料动态反应的目的。大量实验表明改造后的设备完全可以应用于动态水热合成实验,这种改造方法增加了恒温鼓风干燥箱的应用范围和功能,为干燥箱的
 
应用提供了新的思路。
 
1 改造思路及配件
 
**先在恒温鼓风干燥箱腔体内加装一可以转动的主轴,将小型反应釜装在主轴上,将主轴与电动机相连,这样在实验过程中电动机带动主轴及小型反应釜转动,物料随小型反应釜的转动实现动态反应合成实验。具体改造时的装配件及规格如下所述。
 
1. 1 电动机
 
电动机分为单相电动机和三相电动机,由于三相电动机运行状态相对平稳,并且输出力矩大、效率高,而且实验室可以提供三相电,因此决定采用三相电动机来为主轴提供转动能量。改装时安装温岭市铭速机电厂生产的 Y 型三相异步电动机( 见图 1) 。额定功率 750W,额定转速为 2825 r / min。该电动机
 
效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。
 
1. 2 蜗轮减速机
 
从上述电动机的参数可以看出,电动机额定转速达到 2825 r / min,这个速度远远超出了设备安全运行及实际实验的需要,因此为了降低实际运转时主轴的转速,在电动机上需要连接一个减速器。减
 
速器一般有齿轮减速器和蜗杆减速器。本设备的改造采用蜗轮蜗杆减速器,生产厂商为杭州萧达减速机有限公司,型号为 D 型蜗轮蜗杆减速机( 见图 1) 。设备参数为: 速比为 60 ∶ 1,模数为 2,功率为 0. 6KW,中心距 73mm。蜗轮蜗杆减速机的安装降低了主轴在运行时的转速,保证了主轴安装小型反应釜后实验设备的安全运行。
 
1. 3 变频器
 
通过增加蜗轮减速机大大降低了主轴的运转速
 
度,但单纯通过蜗轮蜗杆减速机并不能达到实际实验件的要求,考虑到实验设备的安全运行,以及不同实验需要采用不同转速条件考察物料间的反应差异。设备在改造时安装了变频器来调整电动机的频率,达到控制整个系统运行转速的目的。变频器频率范围在 0 ~ 50Hz 之间调整。
 
1. 4 主轴
 
主轴采用不锈钢制作而成,直径为 50mm 的实心管。主轴上焊接 10 个带螺纹的接头,接头长为
 
3cm,为了达到主轴扭矩平衡,10 个接头采用对称焊接( 具体构造见图 1) 。为了不影响聚四氟乙烯反应釜间的相互干扰碰撞,每对接头相邻呈 90 度旋转焊接。实际实验进行时通过调整变频器频率,主轴实际转速可在 1 ~ 20 r / min 内调整。
 
1. 5 链条
 
本设备改造选用链条传动,一共有两条链条,兼具有减速功能。一条连接蜗轮蜗杆减速机与电动机,另一条连接蜗轮蜗杆减速机与主轴。
 
1. 6 支架
 
将上述各件采用螺丝固定在支架上,支架采用
 
2mm 厚的角钢焊接而成。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
( 1 电动机,2 蜗轮减速机,3 变频器,4 主轴,5 链条,6 支
 
架,7 小型反应釜)
 
图 1 改造后的鼓风干燥箱结构
 
普通恒温鼓风干燥箱在安装电动机、蜗轮减速机、变频器及主轴后,与配套的小型反应釜结合,实现了在水热合成过程中反应釜内部物料的动态反应,可以在很多实验中替代动态水热反应釜用于动态水热合成实验。经过本科生及研究生的多次使用后,发现改装后的鼓风干燥箱与聚四氟乙烯内衬和不锈钢外衬组合反应釜相配套使用,完全可以用于动态水热合成实验。相比较带搅拌桨的动态反应釜而言,该设备在同一时间可以进行不同原料配合比下的实验,这样节省了大量的实验时间,使用时简单方便,受到广大师生的一致好评。由于实验量较大,实验室进行了第二个烘箱的改装,改装后的烘箱及结构如图 2 所示,基本改装方法与**个相同。但
 
第二个烘箱改装时将蜗轮蜗杆减速机与三相异步电动机直连,通过一条链传动带动主轴运转。相比**个烘箱的改装,第二个烘箱改装后结构更合理,系统运行更稳定,而且从外观上看整个设备更整齐。 
2 结语
 
本设备对普通鼓风干燥箱进行改造,增加了主轴和电机等配件后,与小型反应釜组合使用,可以替代动态水热反应釜用于动态水热合成实验。相比较单一动态水热反应釜,改装后的鼓风干燥箱可以在同一条件下进行多批次系列实验,节省了大量的实
验时间。经本科教学和科学研究大量实验后证明,改造后的设备安全可靠,节约实验时间,简单实用,对本科生产实习和毕业实习的完成起到了重要的
 
作用。