半椭圆管盘式涡轮桨搅拌槽通气量对轴弯矩的影响.pdf

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1、第52卷第4期化　工　设　备　与　管　道Vol.52No.42015年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug.2015·机械与密封·半椭圆管盘式涡轮桨搅拌槽通气量对轴弯矩的影响122李涛，梁洋洋，高正明（1.中国石化北京燕山分公司合成橡胶二厂，北京102503；2.北京化工大学化学工程学院，北京100029）摘要：采用高精度力矩传感器，实验测量了气液两相半椭圆管盘式涡轮桨搅拌槽内通气量对轴弯矩的影响规律，发现扭矩符合对称性双峰分布，弯矩仍符合Weibull分布。相对弯矩随通气量的增加呈现先降后增加的趋势，是流场

2、不稳定性、桨叶背后气穴以及气体对桨叶的直接冲击三者共同作用的结果。研究结果可为气液搅拌反应器的设计提供参考。关键词：弯矩；气液搅拌槽；通气量；搅拌轴中图分类号：TQ051.7；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2015）04-0039-005搅拌与混合是化学工业中最常见的操作单元，相情况下搅拌轴弯矩的特性，发现弯矩符合Weibull适用于各种物性和各种操作条件的反应过程，通常搅分布，扭矩符合正态分布，并且气体对弯矩特性有拌设备占工艺设备总数的5%~25%。搅拌器利用搅拌着重要影响。与传统Rushton涡轮桨相

3、比，管叶涡轮桨叶的旋转向搅拌釜内流体输入机械能，从而使流体桨通气后功率降低程度较低，传质、传热、气体分[5]获得适宜的流场，达到期望效果（如气体分散、颗粒散能力较高，达到相同的分散效果所需转速较低，[1]悬浮、热量传递、质量传递等）。搅拌及混合设备然其弯矩性能未曾研究。本文以半椭圆管盘式涡轮的设计在装置设计中占有重要地位。桨（HEDT桨）为例，采用高精度三分量力矩传感器，搅拌器运行体现流体与搅拌结构的相互作用，测量不同转速与通气量下悬臂搅拌轴所受的扭矩和是流固耦合的典型代表，流固耦合起始于搅拌桨的弯矩，为搅拌结构的设计提供参考。

4、旋转运动，搅拌桨从电机获得能量并将能量传递给1模型和方法流体，使得流体在槽内流动，同时流体对搅拌桨轴、挡板等结构施加反作用力，使其发生变形，进一步扰实验搅拌桨为HEDT桨，其实物如图1，基本动周围流体，形成大范围流体与结构的耦合现象。尺寸如图2，旋转方向为逆时针（俯视），凹面迎向流固耦合使得搅拌轴承受弯矩载荷和扭矩载荷。流体。实验基本模型如图3，基本参数见表1，实验其中扭矩载荷已能通过功率求得精确理论值；弯矩载转速为228，240，252，264r/min。气体由搅拌槽底荷则主要来源于两部分：流体部分和结构部分。流体部的环形气体

5、分布器植入，管路上加有稳压器以稳定部分主要为搅拌桨所受的不稳定的流体作用力，可气压。转子流量计计量空气流量Q为0，1，1.6，2.2，…，3分为流体惯性力、流体湍流力、流体横向力和流体阻10m/h，由20℃，101.3kPa标定；压力表计量气体尼力；结构部分主要是搅拌结构加工公差形成的离压力。真实气量QG由实验温度及气体压力对显示气心力。弯矩是一个不稳定的载荷，对于气液反应器，量进行修正获得。整个实验装置如图4。气体的引入更加剧了不稳定性，强烈的非线性特性使实验采用高精度三分量力矩传感器测量悬臂搅得弯矩难以获得理论解。而弯矩对于

6、搅拌轴的强度、刚度、寿命有着重要影响，过高估计这一载荷导致搅收稿日期：2015-04-01拌结构尺寸变大，过低估计则导致搅拌结构的失效。基金项目：国家自然科学基金（21376016），中美国际合作项目（S2011-03）。[2-4]Shi利用高精度力矩传感器实验研究了六直叶作者简介：李涛（1966—），男，山东淄博人，工程师。主要从事Rushton涡轮桨和四斜叶桨搅拌槽在纯液相和气液两化工机械设备管理工作。·40·化　工　设　备　与　管　道第52卷第4期拌轴悬臂端所受力矩，包括X、Y方向弯矩和Z方向的悬臂位置，组成包括转子和定子

7、，通过无线遥感传扭矩。传感器为德国HBM公司定制，固定在搅拌轴递数据。传感器具体参数见文献[6]。表1实验基本参数Table11Keyparametersofexperiment搅拌轴搅拌桨搅拌槽气体分布器介质悬臂轴HEDT桨四块全挡板平底槽环形分布器气液两相L=1000D=190T=580Ds=155尺寸/mmH=800d=20C=194Wb=58S=145材料SS304SS304有机玻璃SS304空气、水图1HEDT桨实物图Fig.1SchemeofHEDT图2HEDT桨基本尺寸图4实验装置Fig.2Keydimension

8、sofHEDTFig.4Setupofexperiment2结果与讨论2.1扭矩扭矩是搅拌结构横向力的一种反应，为了研究扭矩，有必要知道其分布特性。各工况下扭矩幅值3分布特性类似，以264r/min，5.42m/h为例，如图5，明显看出扭矩分布符合双峰分布，关于