24种不同搅拌器的功率曲线

1、陈志希寻24种搅拌器的功率曲线3924种搅拌器的功率曲线陈志希，谢明辉S周国忠S虞培清S王抚华，(1.全国化工化学工程设计技术中心站，陕西西安710054； 2.浙江长城减速机有限公司，浙江温州325028)摘要:文章对有挡板条件下常用的桨式、涡轮式、折桨式、推进式搅拌器采用浆槽径比为0.4-0.6,大于传统的1 : 3 的结构参数.还右双层桨的形式，进行搅拌功率曲线的测绘。另外对桨叶上开孔、管形桨、弧而桨、半管形桨的正、 反两面进行搅拌器的功率曲线测绘，共24条曲线。详细介绍了功率曲线测绘设备的结构形式和各种参数比，以供 设计搅拌器时便用;说明了较大的桨槽径比及双层桨叶在实际生产应用中的重要

2、意义，对不同结构搅拌器的功率 准数进行了对比,并说明了应用2-Re曲线的注意事项。关键词:搅拌器;功率计算;功率曲线;测绘中图分类号:TQ027.2文献标识码：A文章编号：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搅拌器在化工、轻工、石油等行业有着广泛的应 用。利用功率曲线计算搅拌器的功率是一种常用的 方法。如果有足够多的功率曲线，在一定的放大比范 围内，且严格按规定的方法进行计算,其精确度基本 上能满足工业生产的需要。但目前的情况是功率曲 线的品种不够，各种结构参数比的修正系数少，也不 够精确，而且有的书和论文讲到用功率曲线计算搅拌 器功率时,讲得比较

7、简单，没有给出测功率曲线设备 的结构参数比，或给得不全，没有涉及结构参数比修 正系数问题，因此算出来的误差当然很大。以致使某 些人对这种计算方法产生怀疑。另外，目前常用搅拌 器如平桨式、圆盘涡轮式、开启涡轮式等搅拌器的功 率曲线其桨径与搅拌槽的直径比基本上都是1 ： 3,如 果要加大桨叶直径就要进行修正，不但增加工作量， 而且也加大了误差。有的人还误认为1 ：3的比值是 标准值，但实际上对有些搅拌器1 ：3的比值小了些, 加大其比值可以节省时间,提高设备的生产能力，降 低成本。如用搅拌器粉碎聚四氟乙烯悬浮树脂时，在 耗电毘基本相同的情况下,桨径与槽体宜径比为0.55 的比0.33的节约时间25

8、%。又如醋酸乙烯乙烯 共聚乳液产品贮槽搅拌用的是倾斜角为45。的折桨, 原设备桨槽直径比为0. 38,后改造成0. 6,经加大了 桨叶直径等措施,明显地改善了贮槽的搅拌效果。 在实际生产装置和实验装置中,桨叶直径与槽体直径 之比，不少都已大大超过1：3。所以做大桨槽径比的 搅拌功率曲线是很必要的。对于双层桨和单层桨的比较，不少人也做了许多 工作。如用搅拌器对聚四氟乙烯树脂进行粉碎，在其他条件相同情况下，达到同样粉碎效果，当物料黏度为 0.（4 Pas时，双层桨所用的时间是单层桨的63%。 而能耗只増加0. 6%,基本不变。当物料黏度为 0.2 Pas时，双层桨所需时间是单层桨的50% ,能耗比

9、 单层桨提高12%，还有在文献3中也提到了 2层组 合桨的混合时间最少，混合效率数最小,这说明2层桨 在很多过程中是有艰多优点的桨叶，但能满足设计使 用的2层桨搅拌器的功率曲线很少见到，因此测绘二 层桨的功率曲线也是很有必要的。在桨叶上开孔和采用管形桨、半管形桨、弧面桨, 与平板桨相比在雷诺数较大时有搅拌功率低等特点, 某些场合用这种桨叶是比较合适的，但这些桨叶的功 率曲线尚未见到，因此进行测绘也是很有必要的。1测绘功率曲线的设备与物料11物料糖浆、甘油、水，分别用于不同雷诺数的区域。12搅拌槽体用（/580 mm的平底有机玻璃槽体。13挡板4块平挡板，每块宽度58 mm,挡板与槽体之间 的间

10、隙8 mm。1.4扭矩传感器规格2,5,10,20 Nmo15搅拌器名称及结构参数比搅拌器名称、结构参数比及功率曲线的位置见 表1。*1搅拌器名称及结构参数比fable I Name and structure parameters ratio of mixers编号名称D/Tb/I)C/Th/TL/DH/TXS/D 0aa./Ra2/Re功率曲线位就备注1二叶平桨0.40.1640.3512图22二叶平桨0.60.1090.3512图33二叶有孔平奖0.40.1640.35120.470.817.5%图24二叶有孔平桨0.60.1090.35120.360.87& 7%图45二叶折桨0.40

11、.1640.351245图4转动方向为下压 物料,6为斜向尺寸6二叶折桨0.60.1090.351245图3转动方向为下压 物料,6为斜向尺寸7二叶管形桨0.40.1640.3512图28二叶管形桨0.60.1090.3512图39四叶有孔平桨0.40.1380.35140.50.86.1%图310四叶有孔平桨0.60.0920.35140 410.86&1%图3II四叶折桨0.40.1380.351445图2转动方向为下圧 物料,6为斜向尺寸12四叶折桨0.60.0920.351445。图3转动方向为下压 物料,6为斜向尺寸13六4叶圆盘涡轮0.40.1080.350.2516图214六直叶

12、圆盘涡轮0.60.0720.350.2516图415六叶半管圆盘涡轮（I）0.40.1080.350.25I6图4半管凸面迎着流体16六叶半管圆盘涡轮（H）0.40.1080.350.2516图4半管凹面迎肴流体17六叶半管圆盘涡轮（I）0.60.0720.350.2516图2半管凸面迎着流体18六叶半管圆盘涡轮（D）0.60.0720.350.2516图2半管凹面迎着流体19推进式0.50.35131图320二层有孔平桨0.40.1030.30.61.22900.40.83&5%图421二层有孔平桨0.60.0690.30.61.22900.370.899.4%图322二层四叶折桨0.50.

13、0830.30.61.2445图4转动方向为下压 物料#为斜向尺寸23二叶弧面桨0.40.1160.3512图224二叶飯面桨0.60.0780.3512图440化学工程2010年第38卷第3期(g)二叶钗面桨表1中丁为槽体直径,mm；D为桨叶直径,mm；6 为叶片宽度,irm；C为下桨叶中心距槽底距离,mmM 为2层搅拌桨轴向中心距离,mm仏为圆盘涡轮桨的桨 叶长ffi.mm；/为搅拌流体高度(液深为1层 桨叶的叶片数量，个;S为推进式桨叶螺距,mm；&为折 桨桨叶与水平而的個I斜角,(。)；为双层桨2层桨叶相 错角度,()；如为有孔桨最靠近轴中心孔边缘至轴中 心的距离,nun;fl2为有孔

14、桨最靠近桨叶宜径孔边缘至 轴中心的距离,mm；R为桨叶半径,nun；为开孔率/ = F/(b R叫), ；F为1层桨开孔面积,mn?。 1.6桨叶形状平桨的叶片是用扁钢制成的，如图1(a)为二叶 平桨。有孔平桨的叶片是在扁钢制成的叶片上开若 干个孔，同一搅拌桨中每个叶片的开孔位置与大小 均一致，如图1(b)为二叶有孔平桨。折桨是将平桨 的叶片倾斜一个角度，如图1(c)为四叶折桨。管形 桨是用端头封闭的圆管做搅拌桨的叶片，管子的外 径等于桨叶的宽度b,又因管子的直径比扁钢的厚 度大得多，因此管子半径引起的桨叶直径的偏差不 能忽略，所以管形桨的半径等于以管子半径和管子 端头至转动中心距离为宜角三角

15、形2个直角边的三 角形的斜边长，桨叶直径按图1(d)取值。圆盘 涡轮桨的叶片只设置在靠桨叶外径的一段距离内， 一般用扁钢制成，靠中心的部位用1个圆盘将叶片 连接起来，图1(e)为/、直叶圆盘涡轮桨，其叫片是 用扁钢制成。半管涡轮的叶片是用沿直径部位劈开 的敞开式的半管制成。编号15,17是用半管的凸面 迎着流体形成流线型。编号16,18是用半管的凹 面迎看流体。叶片的宽度b等于半管的直径。推进 式桨叶叶片见图KOo 2层桨是指在同一根搅拌轴 上安装2个桨叶,2个桨叶沿着搅拌轴拉开距离，桨 叶形式、尺寸可以相同，也可不同。本文2层桨叶的 形式、尺寸完全一样,但在平面位置上编号20,21的 上、下

16、层桨叶分别相错90。弧面桨的叶片是用1/4 圆管和角钢组成，端头用钢板封住。叶片的横截面 是一个空心的1/4圆，圆弧面迎着流体转动,并使流(a)二叶平桨式(b)二叶有孔平桨(c)四叶折桨(d)二叶管形桨(e)六“叶时盘涡轮 (f)描进武图I桨叶形状Fig. 1 Impeller shape2功率曲线测试结果搅拌器编号为1,3,7,11,13,17,18,23的功率 曲线见图2。搅拌器编号为2,6,8,9,10,12,19,21 的功率曲线见图3。搅拌器编号为4,5,14,15,16, 20,22,24的功率曲线见图4。图27中横坐标Re 为雷诺数,纵坐标Np为功率准数。92功率准数曲线图(搅幷

17、器编号为1.3.7,11.13.17,18.23)Fig. 2 Power number curves( Mixer No 1.3.713.17,18,23)陈志希等24种搅拌器的功率曲线 41 图3功率准数曲线图(搅捋器编号为2.6.8.9.10.12J9.21)Fig. 3 Power number curves( Mixer No. 2.6t819.10J2.19,21)00 4 功率准数曲线00(搅拌器编号为4,5t14J5J6.2O.22t24)Fig.4 Power number curves( Mixer No. 4,5114.15116.20.22.24)(1) 本文测绘24种

18、搅拌器的功率曲线，并详细 说明了测绘功率曲线用的设备结构、形状，各尺寸参 数比，可供搅拌器设计时合理地选择结构提供依据 和功率计算时应用。(2) 从24条功率曲线中可以看到以下悄况的 对比，对比的代表性参数见表2。陈志希等24种搅拌器的功率曲线43農2不同结构搅拌器屁=2与Ke=3xl05时弘值的对比Table 2 Comparison of N& of different mixers at Re = 2 and Re 二 3 x 105搅拌器名称对比内容2Re = 2= 3 x 105N,相差/%& =2 Re =3x101324二叶平桨二叶有孔平桨二叶平桨二叶有孔平桨有孔与无孔有孔与无孔

19、17.1817.1712.7113.131.69L261.00.770.0583.2二叶平桨二叶折桨平面与斜面17.1814.371.690.63202617二叶平桨 二叶折桨 二叶平紊 二叶背形桨平面与斜面平面与凸弧面12.7110.9517.1820.541.00.411.690.416202二叶平桨8二叶管形桨B六宜叶圆盘涡応田去打八&右15六叶半管圆盘涡轮(I)平面与凸弧面 17六叶半管圆盘涡轮(I)平面与凸弧面12.7115.6527.282& 3123.5824.261.00.282.441.811.491.01233.813六玄叶圆盘涡轮平面与閱面16六叶半管圆盘涡轮(H)27.

20、282& 22.442.033.410111214六直叶圆盘涡轮nn_平曲与凹面 J8六叶半管圆盘涡轮(U)32042123.5823.191.491.441.71314523624343016814476722632173.4二叶有孔平桨 二层有孔平桨 匚叶有孔平桨 二层有孔平桨层数、液深、宽度层数、液深、宽度17.1726.6913.1323.041.261330.770.81755.2二叶折桨二叶弧面桨二叶折桨二叶弧面桨斜面与凸弧面斜面与凸弧面14.3717.1210.9512.770.630.550.410.311324表2中不同结构搅拌器NP值的对比说明如 下：(1) 搅拌器编号】与

21、3和2与4的结构对比是 搅拌器编号1,2无孔,3,4有孔，其余参数都一样, 从表中数据可知，在低雷诺数Re =2时功率准数Np 相接近，无孔比有孔大0.058%或无孔比有孔小 3.2% ；而在高雷诺数& = 3 X 10时,Np值无孔比 有孔大34%和30% 0(2) 搅拌器编号1与5和2与6的结构对比是搅 拌器编号1,2是平桨，而5,6是折桨，无论在低雷诺 数区还是高霍诺数区，平桨的功率准数都比折桨的 大。当Re =2时平桨的比折桨的大20%和16% o当Re =3 x 10时，平桨的比折桨的大168%和144%。(3) 搅拌器编号1与7和2与8的比较是平桨与 管形桨的比较，从表2可以看出在

22、低Ke区管形桨的 比平桨的心大，当底=2时,管形桨的比平桨的大 20%和23%o在高雷诺数区管形桨的比平桨的 小，当/?e=3 X105时,管形桨的比平桨的小76%和 72% o(4) 搅拌器编号13与15,16的对比，以及搅拌 器编号14与17,18的对比是平面，凸面与凹面的对 比，当在低雷诺数区沧=2时,3种形状的桨叶在其 他参数相同的情况下，各对比组中,值相接近，大 多数情况下平面的最小，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在高雷诺数区，当/?e=3xlO5时，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) 搅拌器编号3和4是一层有孔平桨,液深H 均等于槽径分别为0.164和0.109。搅拌器编 号20,21是二层有孔平桨，液深均为1.2倍槽径,6/0 分别为0.103和0.069,比搅拌器编号3,4小，但2层 加起来的桨叶宽庚分别比搅拌器编号3,4大。搅拌 器编号3与20以及搅拌器编号4与21的主要差别 是层数、液深，桨叶宽度不同。从表2可以看出，在低 雷诺数区当Re =2时,2层桨比1层桨的Np值大，分 别大55%和75%。而在高雷诺数区当Ke=3xlO5时 的层数多,液深大，总宽度大的Np值还是大,但大的 幅度比& = 2时的小，分别大5.6%和5.2%。(6) 搅拌器编号5,

24、6,23,24都属于轴向流搅拌 器,根据结构参数比计算,4个桨叶垂直于桨叶运动 方向的叶片投影宽度是相同的，搅拌器编号5和23 直径相同,6与24直径相同，它们的主要区别是搅 拌器编号5,6是斜面,23,24是非对称凸弧面，从表 2中可知在低雷诺数区当Re =2时，凸弧面比斜面 的弘值大,分别大19%和17%。但是在高雷诺数 区当Re =3 x 105时，凸弧面的反而比斜面的Np值 小,分别小13%和24%。(7) 二叶管形桨，在有挡板情况下，在湍流区Re 大到一定数值后,NpRe曲线不再维持水平线状态。 Np值呈大幅度下降，曲线明显往下倾斜。3相关说明(1) 功率准数低，不等于性能好,功率准

25、数要与 搅拌时间、搅拌效果等因素综合考虑后才能进行搅 拌器好与坏的比较。(2) 在计算搅拌功率时只有当所设计的搅拌器 与本文测功率曲线的搅拌器形状相同，与表1所列 的各结构参数比(包括液深与槽径的比例)也相同 时(即完全成几何相似时)，才能从图2-4中直接 查得Np值用于计算功率,如果结构参数比不同，则值应乘以相关的修正系数。这些修正系数可从 有关搅拌器功率计算的书籍及资料中杳找：O(3) 用Np值算出的搅拌功率，只是代表搅拌流 体所消耗的功率，它不等于电机功率，计算电动机功 率时还应考虑机械传动效率。4结论(1)本文测绘了 24条搅拌器的功率曲线，并给 出了测功率曲线设备各尺寸参数比，可供搅拌器设 计时合理地选择结构提供依据和计算搅拌功率时使 用。(2) 有孔搅拌器和无孔搅拌器的Np值在层