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流体作用力的放大系数

2014/10/30

  搅拌轴的临界转速指的是在该转速时作用在轴上的力会引起大的振动。随着轴的转速升高,搅拌轴的横向挠度会经历一系列最大值和最小值,出现最大挠度的这些转速就是临界转速。

  在搅拌的作用下,流体会对搅拌器施加不平衡力,这些不平衡力在动态条件下会被增强,被增强的倍数称为“放大系数”,也叫“传递函数”。放大系数与受到的阻尼有关,也和搅拌转速N/Nk有关。其关系如图所示。由图可知,如果叶轮在临界转速附近旋转时,会使流体作用力放大很多,甚至会导致轴的损坏。

 

 

  以图中阻尼系数为0.1的曲线为例,当N/Nk为0.8时,放大系数为2.57,也就是说流体作用力被放大到了2.57倍,当N/Nk达到0.9时,放大系数达3.88。最坏的情况是阻尼系数很小的时候,空气对搅拌轴只有很小的阻尼,因而,当N/Nk在0.8~1.2之间时,轴的挠度增大至有可能破坏轴的程度。

  当搅拌在液体中操作时,阻尼系数比空气中大得多,放大系数变小,在临界转速下操作并不必然导致挠度增大至损坏轴的程度。但是,由于阻尼系数和相应的放大系数以及最大挠度难以准确计算,搅拌转速仍应尽量避开临界转速上下20%的区间。当转速在一阶临界转速以上工作时,搅拌转速也应尽快通过该区域。

  采用稳定环可以增加流体的阻尼,稳定环的大的表面产生的阻尼力会阻碍轴的横向振动,降低轴的横向挠度,可以使搅拌器在同样横向位移的条件下以更接近临界转速的速度运转。但是这一点是值得怀疑的,因为增加稳定环会降低轴的临界转速,也必定会增大液体湍流引起的流体作用力。

  若加料或放料的时候搅拌器仍然需要转动,当叶轮掠过液体表面时,由于阻尼较低,且流体作用力更加不平衡,轴的挠度增加,这时若稳定环仍浸没在液体中,提供了阻碍横向运动的阻力以减小轴的挠度,这个好处是较为合理的。

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