24種不同攪拌器的功率曲線(xiàn)

1、陳志希尋24種攪拌器的功率曲線(xiàn)3924種攪拌器的功率曲線(xiàn)陳志希，謝明輝S周?chē)?guó)忠S虞培清S王撫華，(1.全國(guó)化工化學(xué)工程設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，陜西西安710054； 2.浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司，浙江溫州325028)摘要:文章對(duì)有擋板條件下常用的槳式、渦輪式、折槳式、推進(jìn)式攪拌器采用漿槽徑比為0.4-0.6,大于傳統(tǒng)的1 : 3 的結(jié)構(gòu)參數(shù).還右雙層槳的形式，進(jìn)行攪拌功率曲線(xiàn)的測(cè)繪。另外對(duì)槳葉上開(kāi)孔、管形槳、弧而槳、半管形槳的正、 反兩面進(jìn)行攪拌器的功率曲線(xiàn)測(cè)繪，共24條曲線(xiàn)。詳細(xì)介紹了功率曲線(xiàn)測(cè)繪設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和各種參數(shù)比，以供 設(shè)計(jì)攪拌器時(shí)便用;說(shuō)明了較大的槳槽徑比及雙層槳葉在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的重要

2、意義，對(duì)不同結(jié)構(gòu)攪拌器的功率 準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行了對(duì)比,并說(shuō)明了應(yīng)用2-Re曲線(xiàn)的注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:攪拌器;功率計(jì)算;功率曲線(xiàn);測(cè)繪中圖分類(lèi)號(hào):TQ027.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-9954(2010)03-0038-06Power curves of 24 types of mixersCHEN Zhi-xi1, XIE Ming-hui2, ZHOU Guo-zhong2, YU Pei-qing2, WANG Fu-hua(1. National Technology Center of Chemical Engineering Design, Xian 710054, Shaanxi

3、Province, China；2. Zhejiang Great Wall Reducer Co. $ Ltd. , Wenzhou 325028, Zhejiang Province, China)Abstract:The mixing power curves of different types of mixers with baffles were plotted t including impeller type, turbine type, folding impeller typet impulse type with a wheel/tank diameter ratio o

4、f0406 which is higher than that with 1 ： 3 of conventional ones, and dual-layer impeller types. The power curves of mixers with different impellers, including impeller with holes on bladet tubular impeller, arc impeller, and front-back surface half-pipe impeller, were plotted The total is 24 curves

5、The construction type and various parameter ratios of plotting equipment were introduced for reference in mixer design The significance of higher wheel/tank diameter ratio and dual-layer impeller in practice was explained. The power numbers of mixers with different construction were compared. Some i

6、nformation and advices were presented for the application of NRe curveKey words：mixer； power calculation； power curve； plotting攪拌器在化工、輕工、石油等行業(yè)有著廣泛的應(yīng) 用。利用功率曲線(xiàn)計(jì)算攪拌器的功率是一種常用的 方法。如果有足夠多的功率曲線(xiàn)，在一定的放大比范 圍內(nèi)，且嚴(yán)格按規(guī)定的方法進(jìn)行計(jì)算,其精確度基本 上能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要。但目前的情況是功率曲 線(xiàn)的品種不夠，各種結(jié)構(gòu)參數(shù)比的修正系數(shù)少，也不 夠精確，而且有的書(shū)和論文講到用功率曲線(xiàn)計(jì)算攪拌 器功率時(shí),講得比較

7、簡(jiǎn)單，沒(méi)有給出測(cè)功率曲線(xiàn)設(shè)備 的結(jié)構(gòu)參數(shù)比，或給得不全，沒(méi)有涉及結(jié)構(gòu)參數(shù)比修 正系數(shù)問(wèn)題，因此算出來(lái)的誤差當(dāng)然很大。以致使某 些人對(duì)這種計(jì)算方法產(chǎn)生懷疑。另外，目前常用攪拌 器如平槳式、圓盤(pán)渦輪式、開(kāi)啟渦輪式等攪拌器的功 率曲線(xiàn)其槳徑與攪拌槽的直徑比基本上都是1 ： 3,如 果要加大槳葉直徑就要進(jìn)行修正，不但增加工作量， 而且也加大了誤差。有的人還誤認(rèn)為1 ：3的比值是 標(biāo)準(zhǔn)值，但實(shí)際上對(duì)有些攪拌器1 ：3的比值小了些, 加大其比值可以節(jié)省時(shí)間,提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，降 低成本。如用攪拌器粉碎聚四氟乙烯懸浮樹(shù)脂時(shí)，在 耗電毘基本相同的情況下,槳徑與槽體宜徑比為0.55 的比0.33的節(jié)約時(shí)間25

8、%。又如醋酸乙烯乙烯 共聚乳液產(chǎn)品貯槽攪拌用的是傾斜角為45。的折槳, 原設(shè)備槳槽直徑比為0. 38,后改造成0. 6,經(jīng)加大了 槳葉直徑等措施,明顯地改善了貯槽的攪拌效果。 在實(shí)際生產(chǎn)裝置和實(shí)驗(yàn)裝置中,槳葉直徑與槽體直徑 之比，不少都已大大超過(guò)1：3。所以做大槳槽徑比的 攪拌功率曲線(xiàn)是很必要的。對(duì)于雙層槳和單層槳的比較，不少人也做了許多 工作。如用攪拌器對(duì)聚四氟乙烯樹(shù)脂進(jìn)行粉碎，在其他條件相同情況下，達(dá)到同樣粉碎效果，當(dāng)物料黏度為 0.（4 Pas時(shí)，雙層槳所用的時(shí)間是單層槳的63%。 而能耗只増加0. 6%,基本不變。當(dāng)物料黏度為 0.2 Pas時(shí)，雙層槳所需時(shí)間是單層槳的50% ,能耗比

9、 單層槳提高12%，還有在文獻(xiàn)3中也提到了 2層組 合槳的混合時(shí)間最少，混合效率數(shù)最小,這說(shuō)明2層槳 在很多過(guò)程中是有艱多優(yōu)點(diǎn)的槳葉，但能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使 用的2層槳攪拌器的功率曲線(xiàn)很少見(jiàn)到，因此測(cè)繪二 層槳的功率曲線(xiàn)也是很有必要的。在槳葉上開(kāi)孔和采用管形槳、半管形槳、弧面槳, 與平板槳相比在雷諾數(shù)較大時(shí)有攪拌功率低等特點(diǎn), 某些場(chǎng)合用這種槳葉是比較合適的，但這些槳葉的功 率曲線(xiàn)尚未見(jiàn)到，因此進(jìn)行測(cè)繪也是很有必要的。1測(cè)繪功率曲線(xiàn)的設(shè)備與物料11物料糖漿、甘油、水，分別用于不同雷諾數(shù)的區(qū)域。12攪拌槽體用（/580 mm的平底有機(jī)玻璃槽體。13擋板4塊平擋板，每塊寬度58 mm,擋板與槽體之間 的間

10、隙8 mm。1.4扭矩傳感器規(guī)格2,5,10,20 Nmo15攪拌器名稱(chēng)及結(jié)構(gòu)參數(shù)比攪拌器名稱(chēng)、結(jié)構(gòu)參數(shù)比及功率曲線(xiàn)的位置見(jiàn) 表1。*1攪拌器名稱(chēng)及結(jié)構(gòu)參數(shù)比f(wàn)able I Name and structure parameters ratio of mixers編號(hào)名稱(chēng)D/Tb/I)C/Th/TL/DH/TXS/D 0aa./Ra2/Re功率曲線(xiàn)位就備注1二葉平槳0.40.1640.3512圖22二葉平槳0.60.1090.3512圖33二葉有孔平獎(jiǎng)0.40.1640.35120.470.817.5%圖24二葉有孔平槳0.60.1090.35120.360.87& 7%圖45二葉折槳0.40

11、.1640.351245圖4轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄聣?物料,6為斜向尺寸6二葉折槳0.60.1090.351245圖3轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄聣?物料,6為斜向尺寸7二葉管形槳0.40.1640.3512圖28二葉管形槳0.60.1090.3512圖39四葉有孔平槳0.40.1380.35140.50.86.1%圖310四葉有孔平槳0.60.0920.35140 410.86&1%圖3II四葉折槳0.40.1380.351445圖2轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄聢R 物料,6為斜向尺寸12四葉折槳0.60.0920.351445。圖3轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄聣?物料,6為斜向尺寸13六4葉圓盤(pán)渦輪0.40.1080.350.2516圖214六直葉

12、圓盤(pán)渦輪0.60.0720.350.2516圖415六葉半管圓盤(pán)渦輪（I）0.40.1080.350.25I6圖4半管凸面迎著流體16六葉半管圓盤(pán)渦輪（H）0.40.1080.350.2516圖4半管凹面迎肴流體17六葉半管圓盤(pán)渦輪（I）0.60.0720.350.2516圖2半管凸面迎著流體18六葉半管圓盤(pán)渦輪（D）0.60.0720.350.2516圖2半管凹面迎著流體19推進(jìn)式0.50.35131圖320二層有孔平槳0.40.1030.30.61.22900.40.83&5%圖421二層有孔平槳0.60.0690.30.61.22900.370.899.4%圖322二層四葉折槳0.50.

13、0830.30.61.2445圖4轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄聣?物料#為斜向尺寸23二葉弧面槳0.40.1160.3512圖224二葉飯面槳0.60.0780.3512圖440化學(xué)工程2010年第38卷第3期(g)二葉釵面槳表1中丁為槽體直徑,mm；D為槳葉直徑,mm；6 為葉片寬度,irm；C為下槳葉中心距槽底距離,mmM 為2層攪拌槳軸向中心距離,mm仏為圓盤(pán)渦輪槳的槳 葉長(zhǎng)ffi.mm；/為攪拌流體高度(液深為1層 槳葉的葉片數(shù)量，個(gè);S為推進(jìn)式槳葉螺距,mm；&為折 槳槳葉與水平而的個(gè)I斜角,(。)；為雙層槳2層槳葉相 錯(cuò)角度,()；如為有孔槳最靠近軸中心孔邊緣至軸中 心的距離,nun;fl2為有孔

14、槳最靠近槳葉宜徑孔邊緣至 軸中心的距離,mm；R為槳葉半徑,nun；為開(kāi)孔率/ = F/(b R叫), ；F為1層槳開(kāi)孔面積,mn?。 1.6槳葉形狀平槳的葉片是用扁鋼制成的，如圖1(a)為二葉 平槳。有孔平槳的葉片是在扁鋼制成的葉片上開(kāi)若 干個(gè)孔，同一攪拌槳中每個(gè)葉片的開(kāi)孔位置與大小 均一致，如圖1(b)為二葉有孔平槳。折槳是將平槳 的葉片傾斜一個(gè)角度，如圖1(c)為四葉折槳。管形 槳是用端頭封閉的圓管做攪拌槳的葉片，管子的外 徑等于槳葉的寬度b,又因管子的直徑比扁鋼的厚 度大得多，因此管子半徑引起的槳葉直徑的偏差不 能忽略，所以管形槳的半徑等于以管子半徑和管子 端頭至轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離為宜角三角

15、形2個(gè)直角邊的三 角形的斜邊長(zhǎng)，槳葉直徑按圖1(d)取值。圓盤(pán) 渦輪槳的葉片只設(shè)置在靠槳葉外徑的一段距離內(nèi)， 一般用扁鋼制成，靠中心的部位用1個(gè)圓盤(pán)將葉片 連接起來(lái)，圖1(e)為/、直葉圓盤(pán)渦輪槳，其叫片是 用扁鋼制成。半管渦輪的葉片是用沿直徑部位劈開(kāi) 的敞開(kāi)式的半管制成。編號(hào)15,17是用半管的凸面 迎著流體形成流線(xiàn)型。編號(hào)16,18是用半管的凹 面迎看流體。葉片的寬度b等于半管的直徑。推進(jìn) 式槳葉葉片見(jiàn)圖KOo 2層槳是指在同一根攪拌軸 上安裝2個(gè)槳葉,2個(gè)槳葉沿著攪拌軸拉開(kāi)距離，槳 葉形式、尺寸可以相同，也可不同。本文2層槳葉的 形式、尺寸完全一樣,但在平面位置上編號(hào)20,21的 上、下

16、層槳葉分別相錯(cuò)90?；∶鏄娜~片是用1/4 圓管和角鋼組成，端頭用鋼板封住。葉片的橫截面 是一個(gè)空心的1/4圓，圓弧面迎著流體轉(zhuǎn)動(dòng),并使流(a)二葉平槳式(b)二葉有孔平槳(c)四葉折槳(d)二葉管形槳(e)六“葉時(shí)盤(pán)渦輪 (f)描進(jìn)武圖I槳葉形狀Fig. 1 Impeller shape2功率曲線(xiàn)測(cè)試結(jié)果攪拌器編號(hào)為1,3,7,11,13,17,18,23的功率 曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。攪拌器編號(hào)為2,6,8,9,10,12,19,21 的功率曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。攪拌器編號(hào)為4,5,14,15,16, 20,22,24的功率曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。圖27中橫坐標(biāo)Re 為雷諾數(shù),縱坐標(biāo)Np為功率準(zhǔn)數(shù)。92功率準(zhǔn)數(shù)曲線(xiàn)圖(攪幷

17、器編號(hào)為1.3.7,11.13.17,18.23)Fig. 2 Power number curves( Mixer No 1.3.713.17,18,23)陳志希等24種攪拌器的功率曲線(xiàn) 41 圖3功率準(zhǔn)數(shù)曲線(xiàn)圖(攪捋器編號(hào)為2.6.8.9.10.12J9.21)Fig. 3 Power number curves( Mixer No. 2.6t819.10J2.19,21)00 4 功率準(zhǔn)數(shù)曲線(xiàn)00(攪拌器編號(hào)為4,5t14J5J6.2O.22t24)Fig.4 Power number curves( Mixer No. 4,5114.15116.20.22.24)(1) 本文測(cè)繪24種

18、攪拌器的功率曲線(xiàn)，并詳細(xì) 說(shuō)明了測(cè)繪功率曲線(xiàn)用的設(shè)備結(jié)構(gòu)、形狀，各尺寸參 數(shù)比，可供攪拌器設(shè)計(jì)時(shí)合理地選擇結(jié)構(gòu)提供依據(jù) 和功率計(jì)算時(shí)應(yīng)用。(2) 從24條功率曲線(xiàn)中可以看到以下悄況的 對(duì)比，對(duì)比的代表性參數(shù)見(jiàn)表2。陳志希等24種攪拌器的功率曲線(xiàn)43農(nóng)2不同結(jié)構(gòu)攪拌器屁=2與Ke=3xl05時(shí)弘值的對(duì)比Table 2 Comparison of N& of different mixers at Re = 2 and Re 二 3 x 105攪拌器名稱(chēng)對(duì)比內(nèi)容2Re = 2= 3 x 105N,相差/%& =2 Re =3x101324二葉平槳二葉有孔平槳二葉平槳二葉有孔平槳有孔與無(wú)孔有孔與無(wú)孔

19、17.1817.1712.7113.131.69L261.00.770.0583.2二葉平槳二葉折槳平面與斜面17.1814.371.690.63202617二葉平槳 二葉折槳 二葉平紊 二葉背形槳平面與斜面平面與凸弧面12.7110.9517.1820.541.00.411.690.416202二葉平槳8二葉管形槳B六宜葉圓盤(pán)渦応田去打八&右15六葉半管圓盤(pán)渦輪(I)平面與凸弧面 17六葉半管圓盤(pán)渦輪(I)平面與凸弧面12.7115.6527.282& 3123.5824.261.00.282.441.811.491.01233.813六玄葉圓盤(pán)渦輪平面與閱面16六葉半管圓盤(pán)渦輪(H)27.

20、282& 22.442.033.410111214六直葉圓盤(pán)渦輪nn_平曲與凹面 J8六葉半管圓盤(pán)渦輪(U)32042123.5823.191.491.441.71314523624343016814476722632173.4二葉有孔平槳 二層有孔平槳 匚葉有孔平槳 二層有孔平槳層數(shù)、液深、寬度層數(shù)、液深、寬度17.1726.6913.1323.041.261330.770.81755.2二葉折槳二葉弧面槳二葉折槳二葉弧面槳斜面與凸弧面斜面與凸弧面14.3717.1210.9512.770.630.550.410.311324表2中不同結(jié)構(gòu)攪拌器NP值的對(duì)比說(shuō)明如 下：(1) 攪拌器編號(hào)】與

21、3和2與4的結(jié)構(gòu)對(duì)比是 攪拌器編號(hào)1,2無(wú)孔,3,4有孔，其余參數(shù)都一樣, 從表中數(shù)據(jù)可知，在低雷諾數(shù)Re =2時(shí)功率準(zhǔn)數(shù)Np 相接近，無(wú)孔比有孔大0.058%或無(wú)孔比有孔小 3.2% ；而在高雷諾數(shù)& = 3 X 10時(shí),Np值無(wú)孔比 有孔大34%和30% 0(2) 攪拌器編號(hào)1與5和2與6的結(jié)構(gòu)對(duì)比是攪 拌器編號(hào)1,2是平槳，而5,6是折槳，無(wú)論在低雷諾 數(shù)區(qū)還是高霍諾數(shù)區(qū)，平槳的功率準(zhǔn)數(shù)都比折槳的 大。當(dāng)Re =2時(shí)平槳的比折槳的大20%和16% o當(dāng)Re =3 x 10時(shí)，平槳的比折槳的大168%和144%。(3) 攪拌器編號(hào)1與7和2與8的比較是平槳與 管形槳的比較，從表2可以看出在

22、低Ke區(qū)管形槳的 比平槳的心大，當(dāng)?shù)?2時(shí),管形槳的比平槳的大 20%和23%o在高雷諾數(shù)區(qū)管形槳的比平槳的 小，當(dāng)/?e=3 X105時(shí),管形槳的比平槳的小76%和 72% o(4) 攪拌器編號(hào)13與15,16的對(duì)比，以及攪拌 器編號(hào)14與17,18的對(duì)比是平面，凸面與凹面的對(duì) 比，當(dāng)在低雷諾數(shù)區(qū)滄=2時(shí),3種形狀的槳葉在其 他參數(shù)相同的情況下，各對(duì)比組中,值相接近，大 多數(shù)情況下平面的最小，凸面比平面大3. 8%和 2.9%,凹面比平面大3. 4%或者凹面比平面小 1.7%0在高雷諾數(shù)區(qū)，當(dāng)/?e=3xlO5時(shí)，凸弧面的 比平面的Np值小26%和32%，凹弧面的比平面的 心值小17%和3.

23、4%。(5) 攪拌器編號(hào)3和4是一層有孔平槳,液深H 均等于槽徑分別為0.164和0.109。攪拌器編 號(hào)20,21是二層有孔平槳，液深均為1.2倍槽徑,6/0 分別為0.103和0.069,比攪拌器編號(hào)3,4小，但2層 加起來(lái)的槳葉寬庚分別比攪拌器編號(hào)3,4大。攪拌 器編號(hào)3與20以及攪拌器編號(hào)4與21的主要差別 是層數(shù)、液深，槳葉寬度不同。從表2可以看出，在低 雷諾數(shù)區(qū)當(dāng)Re =2時(shí),2層槳比1層槳的Np值大，分 別大55%和75%。而在高雷諾數(shù)區(qū)當(dāng)Ke=3xlO5時(shí) 的層數(shù)多,液深大，總寬度大的Np值還是大,但大的 幅度比& = 2時(shí)的小，分別大5.6%和5.2%。(6) 攪拌器編號(hào)5,

24、6,23,24都屬于軸向流攪拌 器,根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)比計(jì)算,4個(gè)槳葉垂直于槳葉運(yùn)動(dòng) 方向的葉片投影寬度是相同的，攪拌器編號(hào)5和23 直徑相同,6與24直徑相同，它們的主要區(qū)別是攪 拌器編號(hào)5,6是斜面,23,24是非對(duì)稱(chēng)凸弧面，從表 2中可知在低雷諾數(shù)區(qū)當(dāng)Re =2時(shí)，凸弧面比斜面 的弘值大,分別大19%和17%。但是在高雷諾數(shù) 區(qū)當(dāng)Re =3 x 105時(shí)，凸弧面的反而比斜面的Np值 小,分別小13%和24%。(7) 二葉管形槳，在有擋板情況下，在湍流區(qū)Re 大到一定數(shù)值后,NpRe曲線(xiàn)不再維持水平線(xiàn)狀態(tài)。 Np值呈大幅度下降，曲線(xiàn)明顯往下傾斜。3相關(guān)說(shuō)明(1) 功率準(zhǔn)數(shù)低，不等于性能好,功率準(zhǔn)

25、數(shù)要與 攪拌時(shí)間、攪拌效果等因素綜合考慮后才能進(jìn)行攪 拌器好與壞的比較。(2) 在計(jì)算攪拌功率時(shí)只有當(dāng)所設(shè)計(jì)的攪拌器 與本文測(cè)功率曲線(xiàn)的攪拌器形狀相同，與表1所列 的各結(jié)構(gòu)參數(shù)比(包括液深與槽徑的比例)也相同 時(shí)(即完全成幾何相似時(shí))，才能從圖2-4中直接 查得Np值用于計(jì)算功率,如果結(jié)構(gòu)參數(shù)比不同，則值應(yīng)乘以相關(guān)的修正系數(shù)。這些修正系數(shù)可從 有關(guān)攪拌器功率計(jì)算的書(shū)籍及資料中杳找：O(3) 用Np值算出的攪拌功率，只是代表攪拌流 體所消耗的功率，它不等于電機(jī)功率，計(jì)算電動(dòng)機(jī)功 率時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)械傳動(dòng)效率。4結(jié)論(1)本文測(cè)繪了 24條攪拌器的功率曲線(xiàn)，并給 出了測(cè)功率曲線(xiàn)設(shè)備各尺寸參數(shù)比，可供攪拌器設(shè) 計(jì)時(shí)合理地選擇結(jié)構(gòu)提供依據(jù)和計(jì)算攪拌功率時(shí)使 用。(2) 有孔攪拌器和無(wú)孔攪拌器的Np值在層