恒溫
鼓風干燥箱是實驗室常用的、應用**廣泛的設備之一。尤其是在材料專業實驗室,可以說
80% 以上的實驗都需要
鼓風干燥箱的烘干、熱處理
[1-2]
和加溫處理 。恒溫
鼓風干燥箱也可以進行適當的改造以達到各行業的實際應用,比如加裝自動稱
[3];
重系統以實時動態監測物料質量的變化 改裝溫
[4];
度控制系統提高溫度控制精度 利用工業控制計
算機、多功能接口板、鉑電阻溫度變送器、固體繼電器及執行部件(
干燥箱) 構成的簡單工業控制系統,
[5];
實現對電熱
干燥箱溫度的控制 還可將鼓風干燥
[6],
箱用于骨標本制作過程中 這些大大提高了恒溫
干燥箱的應用*域。筆者所在的無機非金屬材料實驗室不僅在干燥物料方面大量使用鼓風干燥箱,而
且還用于材料制備、合成方面作為加溫設備來進行化學反應合成實驗。例如進行水熱合成反應時將有機內襯與鋼外襯組合的小型反應釜置于恒溫鼓風干
燥箱來進行加熱和保溫,以使物料在一定溫度下進行反應。水熱合成反應是材料行業中常用的合成方法之一,作為無機非金屬材料專業來說,水熱合成反應可以應用于制備有機-無機雜化材料、沸合、納米
[7] (
材料等材料 。因此不管是本科教學 包括生產實習、畢業實習) 還是科學研究,都需要進行大量的水熱合成實驗,因此鼓風干燥箱的使用非常頻繁。水
熱合成可以根據物料在反應過程中是否處于運動狀態可以分為靜態水熱合成和動態水熱合成實驗,動態水熱合成實驗一般在加有攪拌槳的動態反應釜中進行。由于經費等多方面原因的限制,實驗室不可能購買大批量動態反應釜來進行實驗,普通恒溫鼓風干燥箱用于水熱合成反應時只能用于靜態下反應,這一弊病大大限制了恒溫鼓風干燥箱在此方面的應用。基于此原因,實驗室對恒溫鼓風干燥箱進行了改造,使小型反應釜在實驗時可以連續轉動,反
應釜內的物料隨著反應釜的轉運而轉動,達到物料動態反應的目的。大量實驗表明改造后的設備完全可以應用于動態水熱合成實驗,這種改造方法增加了恒溫鼓風干燥箱的應用范圍和功能,為干燥箱的
應用提供了新的思路。
1 改造思路及配件
shou先在恒溫鼓風干燥箱腔體內加裝一可以轉動的主軸,將小型反應釜裝在主軸上,將主軸與電動機相連,這樣在實驗過程中電動機帶動主軸及小型反應釜轉動,物料隨小型反應釜的轉動實現動態反應合成實驗。具體改造時的裝配件及規格如下所述。
1. 1 電動機
電動機分為單相電動機和三相電動機,由于三相電動機運行狀態相對平穩,并且輸出力矩大、效率高,而且實驗室可以提供三相電,因此決定采用三相電動機來為主軸提供轉動能量。改裝時安裝溫嶺市銘速機電廠生產的 Y 型三相異步電動機( 見圖 1) 。額定功率 750W,額定轉速為 2825 r / min。該電動機
效率高、節能、堵轉轉矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。
1. 2 蝸輪減速機
從上述電動機的參數可以看出,電動機額定轉速達到 2825 r / min,這個速度遠遠超出了設備安全運行及實際實驗的需要,因此為了降低實際運轉時主軸的轉速,在電動機上需要連接一個減速器。減
速器一般有齒輪減速器和蝸桿減速器。本設備的改造采用蝸輪蝸桿減速器,生產廠商為杭州蕭達減速機有限公司,型號為 D 型蝸輪蝸桿減速機( 見圖 1) 。設備參數為: 速比為 60 ∶ 1,模數為 2,功率為 0. 6KW,中心距 73mm。蝸輪蝸桿減速機的安裝降低了主軸在運行時的轉速,保證了主軸安裝小型反應釜后實驗設備的安全運行。
1. 3 變頻器
通過增加蝸輪減速機大大降低了主軸的運轉速
度,但單純通過蝸輪蝸桿減速機并不能達到實際實驗件的要求,考慮到實驗設備的安全運行,以及不同實驗需要采用不同轉速條件考察物料間的反應差異。設備在改造時安裝了變頻器來調整電動機的頻率,達到控制整個系統運行轉速的目的。變頻器頻率范圍在 0 ~ 50Hz 之間調整。
1. 4 主軸
主軸采用不銹鋼制作而成,直徑為 50mm 的實心管。主軸上焊接 10 個帶螺紋的接頭,接頭長為
3cm,為了達到主軸扭矩平衡,10 個接頭采用對稱焊接( 具體構造見圖 1) 。為了不影響聚四氟乙烯反應釜間的相互干擾碰撞,每對接頭相鄰呈 90 度旋轉焊接。實際實驗進行時通過調整變頻器頻率,主軸實際轉速可在 1 ~ 20 r / min 內調整。
1. 5 鏈條
本設備改造選用鏈條傳動,一共有兩條鏈條,兼具有減速功能。一條連接蝸輪蝸桿減速機與電動機,另一條連接蝸輪蝸桿減速機與主軸。
1. 6 支架
將上述各件采用螺絲固定在支架上,支架采用
2mm 厚的角鋼焊接而成。
( 1 電動機,2 蝸輪減速機,3 變頻器,4 主軸,5 鏈條,6 支
架,7 小型反應釜)
圖 1 改造后的鼓風干燥箱結構
普通恒溫鼓風干燥箱在安裝電動機、蝸輪減速機、變頻器及主軸后,與配套的小型反應釜結合,實現了在水熱合成過程中反應釜內部物料的動態反應,可以在很多實驗中替代動態水熱反應釜用于動態水熱合成實驗。經過本科生及研究生的多次使用后,發現改裝后的鼓風干燥箱與聚四氟乙烯內襯和不銹鋼外襯組合反應釜相配套使用,完全可以用于動態水熱合成實驗。相比較帶攪拌槳的動態反應釜而言,該設備在同一時間可以進行不同原料配合比下的實驗,這樣節省了大量的實驗時間,使用時簡單方便,受到廣大師生的一致好評。由于實驗量較大,實驗室進行了第二個烘箱的改裝,改裝后的烘箱及結構如圖 2 所示,基本改裝方法與**個相同。但
第二個烘箱改裝時將蝸輪蝸桿減速機與三相異步電動機直連,通過一條鏈傳動帶動主軸運轉。相比**個烘箱的改裝,第二個烘箱改裝后結構更合理,系統運行更穩定,而且從外觀上看整個設備更整齊。
2 結語
本設備對普通鼓風干燥箱進行改造,增加了主軸和電機等配件后,與小型反應釜組合使用,可以替代動態水熱反應釜用于動態水熱合成實驗。相比較單一動態水熱反應釜,改裝后的鼓風干燥箱可以在同一條件下進行多批次系列實驗,節省了大量的實
驗時間。經本科教學和科學研究大量實驗后證明,改造后的設備安全可靠,節約實驗時間,簡單實用,對本科生產實習和畢業實習的完成起到了重要的
作用。