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搅拌技术
搅拌的运行转速应该避开临界转速多少
点击次数:1527 发布时间:2014-10-20

搅拌的运行转速应该避开临界转速多少的范围,不同的专家有多种看法,比如,《机械设计手册(第五版)》认为当工作转速低于一阶临界转速时,其工作转速应取N/Nk<0.75,当工作转速高于一阶临界转速时,其工作转速应选在1.4Nk1<N<0.7Nk2Edward Paul认为应避开临界转速20%陈乙崇主编的《化工设备设计手册-搅拌设备设计》对不同条件下的情况做了细化,HG20569也做了类似的细化,有兴趣的读者可直接去查HG20569中的表格。

《化工设备设计手册-搅拌设备设计》和HG20569中都提到一般搅拌器应N/Nk<0.7,气液体系应N/Nk<0.6,对柔性轴,1.3<N/Nk<1.6。新版的HG20569中,又标注上“如果设计者有更准确的计算方法或有效的试验手段,可以适当放宽。

从前文叶片数量的影响可知,对桨式搅拌器来说,其叶片数量为2片,故有0.45<N/Nk<0.55,《化工设备设计手册-搅拌设备设计》中关于桨式搅拌器的描述是正确的,HG20569中将桨式搅拌器扩展到叶片式搅拌器的描述则是错误的,其提到的叶片式搅拌器包括桨式、开启涡轮式、三叶后掠式和推进式等,不包括锚式、框式、鼠笼式和螺带式等。(关于叶片数量对临界转速的影响另文叙述)

对于气体-液体的搅拌介质而言,由于气体的冲击,叶轮受到的不平衡力更大,且由于气体的存在,搅拌轴的阻尼系数更小,因此,这两本参考书都针对气液介质取了较低的转速。但是,这里未考虑到气体的量比较小不会产生较大冲击的情况,也未考虑到气体十分均匀的情况。当气体十分均匀、对搅拌器的冲击较为平衡时,气液体系可以和单液相体系做同样的考虑。

关于柔性轴,当缺乏二阶临界转速的计算数据时,只能根据一阶临界转速取个大致的结果,且在不知道二阶临界转速的情况下,转速的上线也尽量取的低些,所以就有了1.3<N/Nk<1.6的说法,但现在的有限元分析方法可以较准确计算出二阶临界转速的情况下,可以使转速各避开两个临界转速一定的值,比如:

1.3 Nk1 < N <0.7 Nk2

式中 Nk1——一阶临界转速,rps

Nk2——二阶临界转速,rps

另外,当气体对搅拌器的冲击较为平衡时,也可使用柔性轴,这在自吸式搅拌机中已有大量成功的工业应用。自吸式搅拌机吸入气体后将气体分散成小气泡排到液相中,因此气体的冲击较平衡,只是气体对搅拌器的阻尼系数较小,转速需避开临界转速更多些。

对固液体系而言,当固含量很高时,或者在固体中启动时,流体的冲击也比较大,搅拌转速也许避开临界转速更多些。文中不同状态下的搅拌器水力学系数也可部分体现流体对搅拌器冲击力的大小。

综上所述,结合作者的经验,作者认为,在一般状态下,搅拌器的转速应避开临界转速20%,即:

N/Nk<0.8

1.2 Nk1 < N <0.8 Nk2

当流体对搅拌器的冲击力较大或阻尼较小时,比如气液过程或高固含量过程,搅拌器的转速应避开临界转速30%,即:

N/Nk<0.7

1.3 Nk1 < N <0.7 Nk2

对设置了底支撑的搅拌轴来说,近似的计算方法得到的结果误差更大些,但是由于搅拌轴的挠度变小,搅拌轴可在更接近临界转速的工作点工作,即使临界转速的误差达到10%也不会带来太大的影响,因此按上述范围避开临界转速也已经足够。

另外,搅拌转速越低,流体的雷诺数越小,流体对搅拌器的阻尼就越大,搅拌轴在临界转速点进行工作时轴的横向挠度也未必很大,因此,对低转速搅拌来说,搅拌转速避开临界转速不需要太多。根据笔者的经验,转速越低,越可以在接近临界转速的工作点进行工作,但缺乏有理论性的数据与判据,因此此处仅将此概念提出。

 
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