武小杰

中國天辰工程有限公司上海分公司（上海 200233）

化工裝置中攪拌機(jī)擺動(dòng)現(xiàn)象的討論

武小杰

中國天辰工程有限公司上海分公司（上海 200233）

討論了化工設(shè)備混合罐的機(jī)械攪拌設(shè)備在設(shè)計(jì)選型、施工安裝及調(diào)試生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生擺動(dòng)的原因以及克服這些擺動(dòng)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。以工程中某公司液、固工況下懸臂軸攪拌機(jī)出現(xiàn)明顯擺動(dòng)的現(xiàn)象為例，闡述了從問題提出到問題解決的全過程。

攪拌機(jī)擺動(dòng)懸臂軸

0 前言

攪拌機(jī)是使液體、氣體介質(zhì)強(qiáng)迫對(duì)流并均勻混合的器件。機(jī)械攪拌機(jī)是化工生產(chǎn)裝置中最為普通和關(guān)鍵的設(shè)備之一。為了滿足不同的生產(chǎn)工藝要求，攪拌機(jī)的型式分為很多種。不同型式的攪拌機(jī)其設(shè)計(jì)參數(shù)、制作參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)都不盡相同。本文主要討論懸臂軸攪拌機(jī)，其余型式的攪拌機(jī)僅供參考。

每臺(tái)攪拌機(jī)從初始設(shè)計(jì)到最終實(shí)現(xiàn)功能，一般經(jīng)過以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)選型、制作加工、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)等。每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)攪拌機(jī)的最終使用效果都會(huì)產(chǎn)生重要影響，本文將詳細(xì)討論在以上各個(gè)環(huán)節(jié)中，可能導(dǎo)致攪拌機(jī)擺動(dòng)的因素以及預(yù)防與糾正措施。

攪拌機(jī)的擺動(dòng)與振動(dòng)有本質(zhì)區(qū)別，機(jī)械振動(dòng)是物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的強(qiáng)弱用振動(dòng)量來衡量，振動(dòng)量可以是振動(dòng)體的位移、速度或加速度。機(jī)械振動(dòng)在動(dòng)設(shè)備運(yùn)行過程中普遍存在。攪拌機(jī)的擺動(dòng)是由攪拌軸本身及其附件（如攪拌葉等）質(zhì)量的不均勻性產(chǎn)生的離心力以及被攪拌流體形成的水平推力所造成的，擺動(dòng)會(huì)影響攪拌軸的強(qiáng)度以及軸承的壽命。

1 機(jī)械攪拌設(shè)備擺動(dòng)的分析和討論

1.1 攪拌設(shè)備在設(shè)計(jì)選型時(shí)的注意事項(xiàng)

在各種設(shè)計(jì)手冊(cè)或參考書中均有攪拌機(jī)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)原則和依據(jù)，但是要進(jìn)行設(shè)備的總體設(shè)計(jì)，首先必須分清設(shè)計(jì)參數(shù)確定的先后順序,以免引起前后矛盾，導(dǎo)致重新設(shè)計(jì)。

攪拌器的設(shè)計(jì)選型要與攪拌作業(yè)目的緊密結(jié)合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌器運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)選型時(shí)首先要根據(jù)攪拌作業(yè)的目的和要求，確定攪拌器型式、電動(dòng)機(jī)功率、攪拌速度，然后選擇減速機(jī)、機(jī)架、攪拌軸、軸封填料函等各部件。其具體步驟如下：

（1）按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式。選型時(shí)應(yīng)充分掌握攪拌器的動(dòng)力特性和攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動(dòng)狀態(tài)與各種攪拌目的之間的因果關(guān)系。

（2）按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動(dòng)狀態(tài)，工藝對(duì)攪拌混合時(shí)間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實(shí)驗(yàn)手段或計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)，確定電動(dòng)機(jī)功率、攪拌速度、攪拌器直徑等參數(shù)。

（3）按照電動(dòng)機(jī)功率、攪拌轉(zhuǎn)速及工藝條件，確定減速機(jī)機(jī)型。如果按照實(shí)際工作扭矩來選擇減速機(jī)，則實(shí)際工作扭矩應(yīng)小于減速機(jī)許用扭矩。

（4）按照減速機(jī)的輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號(hào)規(guī)格的機(jī)架、聯(lián)軸器。

（5）按照機(jī)架攪拌軸頭d0尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度、工藝要求選擇密封形式。

（6）按照安裝形式和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)選擇攪拌軸結(jié)構(gòu)型式，并校核其強(qiáng)度、鋼度。如按剛性軸設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度條件下n/nk≤0.7；如按柔性軸設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度條件下n/nk≥1.3。

（7）按照機(jī)架的公稱尺寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級(jí)、選擇安裝底蓋、凸緣法蘭。

（8）按照支承和抗振條件，確定是否配置輔助支承。

設(shè)計(jì)選擇步驟中前兩步屬于攪拌工藝設(shè)計(jì)范疇，后六步屬于攪拌器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范疇。

鳶尾屬均可進(jìn)行分株繁殖，通常每2-3年進(jìn)行一次，可以在每年的4-5月或者10-11月進(jìn)行，分割根莖時(shí)，每株應(yīng)有2-3個(gè)芽，并將老殘根莖剪去，以利于新根發(fā)根萌發(fā)，然后按株行距20×20cm，深度20cm栽植。先將基肥施入坑中，略蓋細(xì)土，然后栽植，栽后覆土4-5cm，壓實(shí)，澆透水。分株后生長旺盛，多年不進(jìn)行分株的生長勢(shì)減弱，開花數(shù)量少，花徑小。分株法具有生長快、方法簡便等優(yōu)點(diǎn)，是鳶尾繁殖中多采用的繁殖方式。

其中，影響攪拌設(shè)備擺動(dòng)的環(huán)節(jié)有攪拌機(jī)的型式選擇、確定攪拌槳轉(zhuǎn)速、確定攪拌裝置電機(jī)功率、設(shè)計(jì)攪拌軸等。攪拌機(jī)的型式直接影響攪拌效果和流體對(duì)攪拌設(shè)備的作用力，進(jìn)而影響整個(gè)攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，是攪拌機(jī)設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的一步。很多攪拌機(jī)制作廠通過設(shè)計(jì)不同的攪拌機(jī)型式來改變攪拌設(shè)備的選型，進(jìn)而使價(jià)格更具競爭優(yōu)勢(shì)。攪拌槳轉(zhuǎn)速越低攪拌效果越好，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)，但所需攪拌功率越大。攪拌軸的強(qiáng)度、剛度、臨界轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)攪拌軸需要考慮的因素，對(duì)于抵消被攪拌流體的反作用力來說，攪拌軸的強(qiáng)度和剛度也起到了關(guān)鍵作用。反作用力如果不能及時(shí)抵消，就會(huì)導(dǎo)致攪拌設(shè)備的擺動(dòng)。通過加粗軸徑，縮短軸的長度，增加攪拌軸的支撐點(diǎn)（如增加一個(gè)中間軸承）可以減少其擺動(dòng)量。

機(jī)械攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)選型是否合適直接影響到機(jī)械設(shè)備的擺動(dòng)程度，是機(jī)械設(shè)備擺動(dòng)的內(nèi)因所在。要想從根源上杜絕機(jī)械設(shè)備的擺動(dòng)現(xiàn)象，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范做好攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)選型。

1.2 攪拌設(shè)備在制作加工過程中的注意事項(xiàng)

攪拌機(jī)的制作是一個(gè)復(fù)雜的過程，電機(jī)、減速機(jī)、軸承、聯(lián)軸器、機(jī)械密封、軸、槳葉等都必須滿足國家和行業(yè)的制作規(guī)范要求，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)選型結(jié)果進(jìn)行制作和外購件的購買，并于出廠前嚴(yán)格檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方能合格出廠。攪拌軸及其附件的質(zhì)量不均勻需通過相應(yīng)的靜平衡和動(dòng)平衡試驗(yàn)來驗(yàn)證，軸的直線度在出廠前需要再次校驗(yàn)并達(dá)到要求。

1.3 攪拌設(shè)備在運(yùn)輸、安裝過程中的注意事項(xiàng)

攪拌設(shè)備一般都是零部件運(yùn)輸，到達(dá)裝置現(xiàn)場(chǎng)后經(jīng)過專業(yè)安裝方能調(diào)試使用。零部件的運(yùn)輸必須符合國家有關(guān)規(guī)定和規(guī)范要求，應(yīng)滿足防潮、防雨、防銹、防含鹽空氣、防水噴濺、防碰撞、堅(jiān)固牢靠。尤其是攪拌軸的運(yùn)輸過程，一定要包裝牢固，多支點(diǎn)固定，防止軸的彎曲變形。

攪拌機(jī)是化工裝置中的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，其安裝質(zhì)量的好壞直接影響裝置的運(yùn)行，某些裝置的攪拌機(jī)由于安裝質(zhì)量問題，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，振動(dòng)和擺動(dòng)明顯，造成嚴(yán)重的后果。攪拌機(jī)的一般安裝步驟：（1）設(shè)備開箱檢驗(yàn)；（2）安裝法蘭座水平度復(fù)查；（3）攪拌軸安裝；（4）攪拌機(jī)座（包括密封、軸承）安裝；（5）攪拌葉輪安裝；（6）齒輪箱安裝；（7）電機(jī)安裝；（8）攪拌軸擺動(dòng)量復(fù)查；（9）底部軸承支架調(diào)整固定；（10）密封系統(tǒng)安裝；（11）其它附件安裝。

攪拌機(jī)安裝在容器的頂法蘭面上，為了保證攪拌軸的垂直度，容器安裝時(shí)必須以頂法蘭找水平為原則，對(duì)容器進(jìn)行找正。攪拌機(jī)安裝前必須復(fù)查所在容器的頂法蘭水平度，并達(dá)到允許偏差要求。軸安裝完畢后，用百分表在軸端對(duì)攪拌軸擺動(dòng)量進(jìn)行檢查，當(dāng)擺動(dòng)值在被測(cè)軸長的1/1000以內(nèi)時(shí)，處于合格范圍內(nèi)；當(dāng)超標(biāo)時(shí)要從上到下逐段連續(xù)檢查，在彎曲點(diǎn)使用專用工具進(jìn)行調(diào)直，直到符合要求。在整個(gè)安裝過程中，應(yīng)該注意對(duì)零部件的保護(hù)，避免設(shè)備的磕碰和變形。其他安裝過程同樣要達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求。

1.4 攪拌設(shè)備在調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

攪拌機(jī)的調(diào)試和試運(yùn)行必須符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定相應(yīng)的方案和計(jì)劃，并嚴(yán)格按照該方案和計(jì)劃實(shí)施。試運(yùn)行前，檢查各環(huán)節(jié)是否具備試運(yùn)行條件，在運(yùn)行過程中檢查振動(dòng)值、軸承溫度、異常聲響及密封泄漏情況，若有異常應(yīng)立即停止試車，分析原因并處理后重新試車。

生產(chǎn)過程中要制定攪拌機(jī)操作規(guī)程，并嚴(yán)格按照規(guī)程操作，定期巡檢，維護(hù)和保養(yǎng)設(shè)備。生產(chǎn)過程中一旦攪拌機(jī)出現(xiàn)擺動(dòng)，應(yīng)立即停止其運(yùn)行，并分析可能產(chǎn)生擺動(dòng)的原因：（1）工藝流程存在波動(dòng)導(dǎo)致攪拌物流波動(dòng)很大，使攪拌器出現(xiàn)運(yùn)行不平穩(wěn)狀況，導(dǎo)致擺動(dòng)發(fā)生；（2）攪拌機(jī)本身是否出現(xiàn)故障，軸承、軸、漿葉、機(jī)械密封、減速機(jī)等關(guān)鍵部件是否正常；（3）外在的其他因素，如電網(wǎng)、操作不當(dāng)?shù)?。分析并處理問題后，方能繼續(xù)運(yùn)行。

2 機(jī)械攪拌設(shè)備擺動(dòng)的實(shí)例分析

在某化工工程項(xiàng)目中，出現(xiàn)了攪拌設(shè)備擺動(dòng)的現(xiàn)象，其他運(yùn)行指標(biāo)正常。具體事例描述如下：某物質(zhì)漿料混合罐攪拌器運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，安裝完畢后在沒有正式物料的情況下，裝水試運(yùn)轉(zhuǎn)，攪拌機(jī)出現(xiàn)明顯擺動(dòng)現(xiàn)象。攪拌機(jī)為立式單層漿式懸臂梁攪拌器，槳葉直徑1 905 mm，軸粗100 mm，軸長3 600 mm，轉(zhuǎn)速44 r/min，電機(jī)功率7.5 kW。

攪拌機(jī)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象后，立即組織相關(guān)工程師和專家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查和問題討論。

（1）首先對(duì)設(shè)備的安裝進(jìn)行了復(fù)查，最終結(jié)果是各項(xiàng)安裝指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)范要求，進(jìn)而排除了安裝偏差因素的影響。

（2）對(duì)軸的直線度進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)軸的直線度出現(xiàn)了輕微偏差。對(duì)軸進(jìn)行了校直處理，再次進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)的擺動(dòng)現(xiàn)象沒有明顯消除。說明還有其他因素導(dǎo)致攪拌機(jī)的擺動(dòng)。

（3）對(duì)攪拌機(jī)的設(shè)備資料進(jìn)行了核查，發(fā)現(xiàn)攪拌機(jī)軸和槳葉裝配后的質(zhì)量平衡試驗(yàn)沒做。

（4）專家討論后認(rèn)為還有幾種可能導(dǎo)致擺動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)的因素。如：攪拌軸為剛性懸臂軸，軸承端兩固定軸承的距離太近；軸粗100 mm，可能設(shè)計(jì)過細(xì)；槳葉1905 mm的直徑過大，導(dǎo)致漿料的反作用力太強(qiáng)；電機(jī)功率偏低等。綜合考慮后，最終處理辦法為：要求攪拌機(jī)廠對(duì)該設(shè)備進(jìn)行重新計(jì)算和設(shè)計(jì)，將攪拌機(jī)槳葉直徑切削40 mm，但要保證工藝的攪拌效果要求；切削后進(jìn)行軸和槳葉裝配后的質(zhì)量平衡試驗(yàn)，并達(dá)到規(guī)范要求。安裝試運(yùn)轉(zhuǎn)后發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象明顯消弱，但還是存在輕微擺動(dòng)。

針對(duì)電機(jī)功率偏低、軸徑偏細(xì)以及兩固定軸承距離太近等問題，由于已是成品設(shè)備，不好進(jìn)行本質(zhì)上的修改，故沒有做處理。

綜上所述，本案例的解決方法是，首先排除安裝因素的影響，對(duì)軸的直線度進(jìn)行校直處理，之后對(duì)槳葉直徑進(jìn)行切削處理，并進(jìn)行了軸和槳葉裝配后的質(zhì)量平衡試驗(yàn)，最終使攪拌機(jī)的擺動(dòng)現(xiàn)象基本消除。

3 結(jié)語

對(duì)目前化工裝置中普遍存在的攪拌裝置的擺動(dòng)現(xiàn)象做了較深入的討論，并舉例進(jìn)行了分析?？傊瑪嚢铏C(jī)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，說明攪拌機(jī)內(nèi)部存在質(zhì)量缺陷，攪拌機(jī)的擺動(dòng)不是單一因素作用的結(jié)果，要從根本上杜絕攪拌機(jī)擺動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，必須在攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)選型、制作加工、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，嚴(yán)格按照安裝標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范執(zhí)行。

除以上討論內(nèi)容對(duì)攪拌機(jī)的擺動(dòng)有影響外，還可能存在造成攪拌機(jī)擺動(dòng)的其他因素，如與攪拌機(jī)連接的設(shè)備不穩(wěn)定、設(shè)計(jì)強(qiáng)度或剛度不夠，導(dǎo)致對(duì)攪拌機(jī)的支撐力度不夠；工藝流程不穩(wěn)定造成對(duì)攪拌機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生不規(guī)則沖擊作用，致使攪拌機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象等。

CAS與捷克布拉格聯(lián)盟簽署合同，研究人員可無限制使用SciFinderTM檢索信息

美國化學(xué)文摘社（以下簡稱CAS）最近宣布，與捷克布拉格聯(lián)盟簽署了一份長達(dá)五年的SciFinderTM使用合同，該聯(lián)盟是由位于布拉格的大學(xué)和捷克科學(xué)院所組成。SciFinderTM是CAS旗下一款全球領(lǐng)先的化學(xué)研究工具，毫無疑問，此次簽署的長期合同將確保來自捷克共和國傳奇性首都的大學(xué)教師、工作人員、學(xué)生及科學(xué)院的研究人員能夠在未來的幾年內(nèi)及時(shí)獲取只有SciFinderTM才能提供的最準(zhǔn)確、最全面和最新的研究信息。

通過此次合作，布拉格聯(lián)盟組織的成員們將利用全球科學(xué)家首選的化學(xué)信息檢索工具SciFinderTM，對(duì)世界最大和最全面的化學(xué)信息庫進(jìn)行不受限制的檢索。據(jù)悉，聯(lián)盟組織內(nèi)除了化學(xué)領(lǐng)域的研究人員能夠輕松獲取獨(dú)一無二的研發(fā)內(nèi)容，包括來自生物化學(xué)、生物學(xué)及其相關(guān)生物科學(xué)、藥學(xué)、藥理學(xué)、法醫(yī)、物理、醫(yī)學(xué)和牙科、生物醫(yī)學(xué)工程以及材料科學(xué)的研究人員都能夠使用SciFinderTM。

（Grace）

Discussion on Swing of Mixer

Wu Xiaojie

Discussed the factors in design,selection,installation and commission of mechanical mixing device applied on chemical mixing tanks that may lead to shaft swing,and introduces the points for attention to avoid the swing.Taking an industrial cantilever shaft mixer as an example,which showed obvious swing under liquid-solid mixing condition,presented the whole process of problems posing and problems solving.

Mixer;Swing;Cantilever shaft

TQ051.7

2014年2月

武小杰男1984年生助理工程師在職研究生主要從事化工裝置中動(dòng)設(shè)備的研究