减速机的选择

减速机的选择

如何选择反应釜搅拌器
答：众所周知，搅拌器的分类方法有很多，主要由以下几种：
    1）按桨叶搅拌结构 分为平叶、斜（折）叶、弯叶、螺旋面叶式搅拌器。浆式、涡轮式搅拌器都有平叶和斜叶结构；推进式、螺杆式和螺带式的桨叶为螺旋面叶结构。根据安装要求又可分为整体式和剖分式，便于把搅拌器直接固定在搅拌轴上而不用拆除联轴器等其他部件。
    2）按搅拌器的用途 分为低黏流体用搅拌器、高黏流体用搅拌器。用于低黏流体的搅拌器有：推进式、浆式、开启涡轮式、圆盘涡轮式、布鲁马金式、板框浆式、三叶后完式等。用于高黏流体的搅拌器有：锚式、框式、锯齿圆盘式、螺旋浆式、螺带式等。
    3）按流体流动形态 分为轴向流搅拌器和径向流搅拌器。有些搅拌器在运转时，流体即产生轴向流又产生径向流的称为混合流型搅拌器。推进式搅拌器是轴流型的代表，平直叶圆盘涡轮搅拌器是径流型的代表，而斜叶涡轮搅拌器是混合流型的代表。
    反应釜搅拌器一个好的选型方法最好具备两个条件，一是选择结果合理，一是选择方法简便，而这两点却往往难以同时具备。
    由于液体的粘度对搅拌状态有很大的影响，所以根据搅拌介质粘度大小来选型是一种基本的方法。几种典型的搅拌器都随粘度的高低而有不同的使用范围。随粘度增高的各种搅拌器使用顺序为推进式、涡轮式、浆式、锚式和螺带式等，这里对推进式的分得较细，提出了大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。这个选型图不是绝对地规定了使用浆型的限制，实际上各种浆型的使用范围是有重叠的，例如浆式由于其结构简单，用挡板可以改善流型，所以在低粘度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切力都较强，几乎是应用最广的一种浆型。
    根据搅拌过程的目的与搅拌器造成的流动状态判断该过程所适用的浆型，这是一种比较合用的方法。由于苏联的浆型选择有其本国的x i惯，所以与我国常用浆型并不尽相同。
    推荐浆型是把浆型分成快速型与慢速型两类，前者在湍流状态操作，后者在层流状态操作。选用时根据搅拌目的及流动状态来决定浆型及挡板条件，流动状态的决定要受搅拌介质的粘度高低的影响。
    其使用条件比较具体，不仅有浆型与搅拌目的，还有推荐的介质粘度范围、搅拌转速范围和槽的容量范围。
    提出的选型表也是根据搅拌的目的及搅拌时的流动状态来选型，它的优点还在于根据不同搅拌过程的特点划分了浆型的使用范围，使得选型更加具体。比较上述表可以看到，选型的根据和结果还是比较一致的。下面对其中几个主要的过程再作些说明。
    低粘度均相液体混合，是难度最小的一种搅拌过程，只有当容积很大且要求混合时间很短时才比较困难。由于推进式的循环能力强且消耗动力少，所以是最合用的。而涡轮式因其动力消耗大，虽有高的剪切能力，但对于这种混合的过程并无太大必要，所以若用在大容量液体混合时，其循环能力就不足了。
    对分散操作过程，涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以最为合用，特别是平直叶涡轮的剪力作用比折叶和弯叶的剪力作用大，就更为合适。推进式、浆式由于其剪切力比平直叶涡轮式的小，所以只能在液体分散量较小的情况下可用，而其中浆式很少用于分散操作。分散操作都有挡板来加强剪切效果。
    固体悬浮操作以涡轮式的使用范围最大，其中以开启涡轮式为最好。它没有中间的圆盘部分，不致阻碍桨叶上下的液相混合，而且弯叶开启涡轮的优点更突出，它的排出性好、桨叶不易磨损，所以用于固体悬浮操作更我合适。推进式的使用范围较窄，固液比重差大或固液比在50％以上时不适用。使用挡板时，要注意防止固体颗粒在挡板角落上的堆积。一般固液比较低时，才用挡板，而折叶开启涡轮、推进式都有轴向流，所以也可以不用挡板。
    气体吸收过程以圆盘式涡轮最合适，它的剪切力强，而且圆盘的下面可以存住一些气体，使气体的分撒更平稳，而开启涡轮就没有这个优点。浆式及推进式对气体吸收过程基本上不合用，只有在少量以吸收的气体要求分散度不高时还能应用。
带搅拌的结晶过程是很困难的，特别是要求严格控制结晶大小的时候。一般是小直径的快速搅拌，如涡轮式，适用于微粒结晶，而大直径的慢速搅拌，如浆式，可用于大晶体的结晶。

搅拌设备尺寸的确定
答：罐体的长径比应考虑的主要因素有3个
a、        罐体的长径比对搅拌功率的影响
  同样容积，长径比小一般搅拌功率大。
b、        罐体的长径比对传热的影响
容积一定，长径比越大则换热面越大，长径比越大，则传热表面距离罐中心越小，有利于提高传热效果‘’
c、        物料特性对罐体长径比的要求
某些物料的搅拌反应过程对罐体长径比有者特殊要求。例如：气体吸收就希望长径比大一些，以便有充分的气体与物料的接触时间。
             表33-1几种搅拌设备高径比
种类        设备内部物料类型        高（筒体高度）径（设备直径）比
一般搅拌罐        液-固相或液液相        1～1.3
        气液相物料        1～2
聚合釜        悬浮液、乳化液        2.08～3.85
发酵罐类        发酵液        1.7～2.5
装料系数：
通常取：0.6～0.85；
如物料在反应过程中衬泡沫或沸腾状态取0.6～0.7；
如反应比较平稳，取0.8～0.85（物料粘度大亦可取大值）

搅拌功率影响因素计算对比
答：搅拌所需功率功率与转速的3次方成正比，与搅拌直径的5次方成正比。所以这两个数据不可以随便调整。
容器直径：1800mm，锚式搅拌器：搅拌直径：d=0.9D=1.62m，物料粘度：μ=80Pa.s,物料密度：ρ=1300kg/m³  搅拌锚高：900mm；锚叶的宽度：0,1D=0.18m搅拌转速：0.25r/s. a）、计算功率；b）、若搅拌转速：0.5r/s.计算功率比较；c)、若搅拌直径改为：d=0.95D=1.71m计算功率比较；
a）、解：
已知ρ=1300kg/m³，μ=80 Pa•s，d=1.62m，N=0.25r/s
⑴        计算雷诺数Re
Re=d2×N×ρ/μ=1.62×1.62×0.25×1300/80=10.66
A=14+0.5×［670×（0.9-0.6）2+185］=136.6
B=10(1.3-0-1.14×0.9)=1.897
P=1.1+4×0.5-2.5×(0.9-0.5)2-7×0.54=2.26
Np=14.66
P=14.66×1300×0.253×1.625=3323W
b）、解：
已知ρ=1300kg/m³，μ=80 Pa•s，d=1.62m，N=0.5r/s
⑴        计算雷诺数Re
Re=d2×N×ρ/μ=1.62×1.62×0.5×1300/80=21.32
A=14+0.5×［670×（0.9-0.6）2+185］=136.6
B=10(1.3-0-1.14×0.9)=1.897
P=1.1+4×0.5-2.5×(0.9-0.5)2-7×0.54=2.26
Np=9.8
P=9.8×1300×0.53×1.625=17768W
17768W/3323W=5.3
其他条件没有改变，只是搅拌转速：由0.25r/s变更为0.5r/s，搅拌计算功率是原先的5.3倍。
c）、解：
已知ρ=1300kg/m³，μ=80 Pa•s，d=1.71m，N=0.25r/s
⑴        计算雷诺数Re
Re=d2×N×ρ/μ=1.71×1.71×0.25×1300/80=11.88
A=14+0.5×［670×（0.9-0.6）2+185］=147.5
B=10(1.3-0-1.14×0.9)=1.65
P=1.1+4×0.5-2.5×(0.9-0.5)2-7×0.54=2.17
Np=14.01
P=14.01×1300×0.253×1.715=5692W
5692W/3323W=1.7
其他条件没有改变，只是搅拌桨由1620变更为1710，搅拌计算功率是原先的1.7倍。
搅拌样式同样影响搅拌功率，见问题29.圆盘涡轮改用推进式的计算比较。

诺数的意义
答：雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，以Re表示，Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。
流体力学中，雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲数。雷诺数小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。
雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流（也称湍流）流动状态，一般管道雷诺数Re<2300为层流状态，Re>4000为紊流状态，Re=2300～4000为过渡状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律．流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。

什么是粘度？
答：粘度表示由于介质内部作用力而引起的介质质量相互位移产生阻力的介质特性。
粘度是流体剪切能力的量度。
粘度是温度、压力、分子形状的函数。它有三种表示方法：
⑴        绝对粘度（又称物理粘度或者动力粘度）：是流体某一点的剪切应力除以该点的速度梯度得到的商，单位是帕（斯卡）秒（Pa.S）,非法定计量单位为泊（P）;1P=10-1 Pa.S.
⑵        运动粘度
⑶        条件粘度

什么是刚性轴、什么是挠性轴？
答：刚性轴，指转子的固有频率即临界转数大于其工作转数的轴。
挠性轴是指工作转速高于第一临界转速且低于第二临界转速的轴。也有高于第二临界转速的轴。从减小振动考虑，要求工作转速较高时应采用此类轴。设计吋需考虑安全裕量，一般控制工作转速>1.3倍第一临界转速，并<70%第二临界转速。挠性轴在升速时，要达到和通过第一临界转速，由于周围介质、支承轴承、材料内部摩擦等各种阻尼的存在，如果转速提高很快，轴的挠度还来不及达到最大，便迅速超过第一临界转速，运转趋于平衡。

动平衡和静平衡  
答：1）、静平衡在转子一个校正面上进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在静态时是在许用不平衡量的规定范围内，为静平衡又称单面平衡。
2）、动平衡在转子两个或者两个以上校正面上同时进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在动态时是在许用不平衡量的规定范围内，为动平衡又称双面或者多面平衡。

搅拌轴功率裕量系数
答：传动装置中电动机的铭牌额定功率值不应小于轴功率P(包括轴封处摩擦损耗的功率及减速机、轴承等机械损耗功率)与功率裕量系数的乘积。
               表30-1搅拌轴功率裕量系数
搅拌轴功率P/kW        功率裕量系数K        搅拌轴功率P/kW        功率裕量系数K
≤15        1.25        50＜P≤75        1.12
15＜P≤50        1.15        ＞75        1.10

扭矩、转速和功率的关系
答：对常用的电机而言，扭矩、转速和功率这三个指标是相关的。
它们之间具体的换算关系如下：
功率=扭矩×转速/9553
（功率P：kW，扭矩T：Nm，转速n：r/min）
P=T×n/（9553×η）
T=（9553/n）Pη

搅拌中间轴承与底轴承的设置
   答：容器内不宜设置中间及底轴承。
对于细长型搅拌容器、大型搅拌容器，其悬臂搅拌轴很长时，按刚性轴设计，往往搅拌轴要很粗大，并且在运行中搅拌轴有可能出现较大晃动，这对密封装置非常不利，容易使密封处发生泄漏。为了将搅拌轴的直径减小和搅拌轴晃动较小，则除了设置常规轴承之外，设计时还应考虑在容器内增设中间轴承或底轴承，以稳定轴运转。
中间轴承和底轴承宜采用可更换的滑动轴承，在更换滑动轴承的易损件时，应无需拆除搅拌轴和搅拌器。
中间轴承大约安装在搅拌容器的中间高度位置，它同时也起到导向轴承的作用。中间轴承只能靠与容器连接的横梁或拉杆支撑，因此结构不紧凑。底轴承安装在容器底部，有支撑作用。
由于中间轴承与底轴承都处于容器物料的包围之中，所以轴承的润滑只能靠摩擦副材料的自润滑性能或者借助于液体物料完成，润滑条件差，所以大多数中间轴承与底轴承中都采用轴上装有轴套的滑动轴承形式，以便保护搅拌轴本体不受磨损。
中间轴承与底轴承的材料选择除了考虑耐磨、提高轴承的寿命外，还要考虑能耐容器中介质的腐蚀。为了适应轴上各轴承段中心线的同心度偏差和全轴的安装偏差，中间轴承与底轴承与轴之间的间隙一般应稍留大一些，搅拌轴上，中间轴承与底轴承实际只起到辅助支撑的作用。
当介质中存在磨损颗粒时，还应在轴上采取防止颗粒侵入轴承的措施。
在搅拌设计中，一般应尽量避免设置中间轴承与底轴承。尤其在搪玻璃搅拌容器中。
在有色金属和黑金属中采用中间轴承与底轴承可以有效的解决直径减小和搅拌轴晃动问题。

搅拌容器挡板的选择
  答：在大部分流体混合操作中，为避免形成固体回转流，并使用周向流成为有利于固体悬浮液的轴向流，一般在容器壁上设置挡板，大多数采用周向以90°间隔的4块挡板。
若用于物料黏度在500cP以下时，挡板可直接焊在容器壁上；若用于高度黏或任何固体物料可能产生堆积时，或当挡板与器壁连接后会产生有害效应时，则应将挡板与器壁割开。一般间隔的距离为挡板宽度的25%，挡板宽度取容器直径D的1/12～1/10.当物料黏度大于10000cP且小于等于20000cP时，挡板离器壁距离至少要大于40mm,当介质黏度大于20000cP时，一般不设挡板。
根据介质粘度μ，确定挡板宽度B,挡板与器壁距离T.见表38-1
表38-1挡板宽度，挡板与器壁间距
粘度μ/cP        挡板宽度B/mm        挡板与器壁距离T/mm        粘度μ/cP        挡板宽度B/mm        挡板与器壁距离T/mm
类似水        0.083D        0.021D        10000        0.042D        0.011D
5000        0.056D        0.014D        20000        0.021D        0.005D
挡板厚度计算：
挡板上受到转矩：T=9553P/N    (单位： N.m)
式中（功率P：kW，扭矩T：N.m，转速N：r/min）
挡板上受力F:  F=T×103/［n（R-0.5B-T）］  （单位：N）
式中（R：容器半径，mm，B：挡板宽度，mm，T：挡板与器壁距离mm，n;挡板数量）。
挡板所需厚度：h=3FL/（2B［σ］t）+C   (单位： mm)
式中（L：挡板的支撑距离，mm，B：挡板宽度，mm，C：挡板的腐蚀裕量mm，; ［σ］t设计温度下挡板材料的许用应力，F：挡板上受力，N）。

导流筒的设计
答：导流筒主要是用于推进式、螺杆式搅拌器的导流，涡轮搅拌器有时也用导流筒。导流筒是一个圆筒形，紧包围者桨叶，可以使桨叶排出的液体在导流筒内与外部（导流筒与操的环隙内）形成上下循环的流动。应用导流筒可以使流型的控制严格，还可以得到高速涡流和高倍循环。导流筒可以为液体限定一个流动路线，防止短路；也可以迫使液体高速流过加热面（冷却面）以利于传热。对于混合和分散规程，导流筒也可以起到强化作用。
根据推进式、螺杆式的旋向（叶片倾斜角度）和转向（顺时针还是逆时针），可使液体有不同的循环方向。较多的流向是导流筒内液体向下，外面循环液体向上。在涡轮所用的导流筒内侧，设有桨叶同等数目或更多的折叶片，折叶角度随操作目的而异。例如：气-液相操作中，折叶是气-液在导流筒内向下流动，在固-液相操作中，折叶使固-液相在导流筒内向上流动。
改变导流筒的尺寸，例如使导流筒内外的截面积不同，造成内外不同的循环流速，可以满足某些特定搅拌操作目的。安装导流筒后可降低所受流体作用力的不均衡性，减少搅拌轴上流体的径向作用力。不过设置导流筒会增加系统的流体阻力。

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