攪拌的運(yùn)行轉(zhuǎn)速應(yīng)該避開臨界轉(zhuǎn)速多少

攪拌的運(yùn)行轉(zhuǎn)速應(yīng)該避開臨界轉(zhuǎn)速多少的范圍，不同的專家有多種看法，比如，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）》認(rèn)為當(dāng)工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其工作轉(zhuǎn)速應(yīng)取N/N_k<0.75，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其工作轉(zhuǎn)速應(yīng)選在1.4N_k1<N<0.7N_k2。Edward Paul認(rèn)為應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速20%。陳乙崇主編的《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)-攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》對(duì)不同條件下的情況做了細(xì)化，HG20569也做了類似的細(xì)化，有興趣的讀者可直接去查HG20569中的表格。

《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)-攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》和HG20569中都提到一般攪拌器應(yīng)N/N_k<0.7，氣液體系應(yīng)N/N_k<0.6，對(duì)柔性軸，1.3<N/N_k<1.6。新版的HG20569中，又標(biāo)注上“如果設(shè)計(jì)者有更準(zhǔn)確的計(jì)算方法或有效的試驗(yàn)手段，可以適當(dāng)放寬。

從前文葉片數(shù)量的影響可知，對(duì)槳式攪拌器來(lái)說(shuō)，其葉片數(shù)量為2片，故有0.45<N/N_k<0.55，《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)-攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》中關(guān)于槳式攪拌器的描述是正確的，HG20569中將槳式攪拌器擴(kuò)展到葉片式攪拌器的描述則是錯(cuò)誤的，其提到的葉片式攪拌器包括槳式、開啟渦輪式、三葉后掠式和推進(jìn)式等，不包括錨式、框式、鼠籠式和螺帶式等。（關(guān)于葉片數(shù)量對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響另文敘述）

對(duì)于氣體-液體的攪拌介質(zhì)而言，由于氣體的沖擊，葉輪受到的不平衡力更大，且由于氣體的存在，攪拌軸的阻尼系數(shù)更小，因此，這兩本參考書都針對(duì)氣液介質(zhì)取了較低的轉(zhuǎn)速。但是，這里未考慮到氣體的量比較小不會(huì)產(chǎn)生較大沖擊的情況，也未考慮到氣體十分均勻的情況。當(dāng)氣體十分均勻、對(duì)攪拌器的沖擊較為平衡時(shí)，氣液體系可以和單液相體系做同樣的考慮。

關(guān)于柔性軸，當(dāng)缺乏二階臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算數(shù)據(jù)時(shí)，只能根據(jù)一階臨界轉(zhuǎn)速取個(gè)大致的結(jié)果，且在不知道二階臨界轉(zhuǎn)速的情況下，轉(zhuǎn)速的上線也盡量取的低些，所以就有了1.3<N/N_k<1.6的說(shuō)法，但現(xiàn)在的有限元分析方法可以較準(zhǔn)確計(jì)算出二階臨界轉(zhuǎn)速的情況下，可以使轉(zhuǎn)速各避開兩個(gè)臨界轉(zhuǎn)速一定的值，比如：

1.3 N_k1 < N <0.7 N_k2

式中 N_k1——一階臨界轉(zhuǎn)速，rps；

N_k2——二階臨界轉(zhuǎn)速，rps。

另外，當(dāng)氣體對(duì)攪拌器的沖擊較為平衡時(shí)，也可使用柔性軸，這在自吸式攪拌機(jī)中已有大量成功的工業(yè)應(yīng)用。自吸式攪拌機(jī)吸入氣體后將氣體分散成小氣泡排到液相中，因此氣體的沖擊較平衡，只是氣體對(duì)攪拌器的阻尼系數(shù)較小，轉(zhuǎn)速需避開臨界轉(zhuǎn)速更多些。

對(duì)固液體系而言，當(dāng)固含量很高時(shí)，或者在固體中啟動(dòng)時(shí)，流體的沖擊也比較大，攪拌轉(zhuǎn)速也許避開臨界轉(zhuǎn)速更多些。文中不同狀態(tài)下的攪拌器水力學(xué)系數(shù)也可部分體現(xiàn)流體對(duì)攪拌器沖擊力的大小。

綜上所述，結(jié)合作者的經(jīng)驗(yàn)，作者認(rèn)為，在一般狀態(tài)下，攪拌器的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速20%，即：

N/N_k<0.8

1.2 N_k1 < N <0.8 N_k2

當(dāng)流體對(duì)攪拌器的沖擊力較大或阻尼較小時(shí)，比如氣液過(guò)程或高固含量過(guò)程，攪拌器的轉(zhuǎn)速應(yīng)避開臨界轉(zhuǎn)速30%，即：

N/N_k<0.7

1.3 N_k1 < N <0.7 N_k2

對(duì)設(shè)置了底支撐的攪拌軸來(lái)說(shuō)，近似的計(jì)算方法得到的結(jié)果誤差更大些，但是由于攪拌軸的撓度變小，攪拌軸可在更接近臨界轉(zhuǎn)速的工作點(diǎn)工作，即使臨界轉(zhuǎn)速的誤差達(dá)到10%也不會(huì)帶來(lái)太大的影響，因此按上述范圍避開臨界轉(zhuǎn)速也已經(jīng)足夠。

另外，攪拌轉(zhuǎn)速越低，流體的雷諾數(shù)越小，流體對(duì)攪拌器的阻尼就越大，攪拌軸在臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行工作時(shí)軸的橫向撓度也未必很大，因此，對(duì)低轉(zhuǎn)速攪拌來(lái)說(shuō)，攪拌轉(zhuǎn)速避開臨界轉(zhuǎn)速不需要太多。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)速越低，越可以在接近臨界轉(zhuǎn)速的工作點(diǎn)進(jìn)行工作，但缺乏有理論性的數(shù)據(jù)與判據(jù)，因此此處僅將此概念提出。