化工裝置中攪拌機擺動現象的討論

武小杰

中國天辰工程有限公司上海分公司（上海 200233）

化工裝置中攪拌機擺動現象的討論

武小杰

中國天辰工程有限公司上海分公司（上海 200233）

討論了化工設備混合罐的機械攪拌設備在設計選型、施工安裝及調試生產過程中可能產生擺動的原因以及克服這些擺動應該注意的事項。以工程中某公司液、固工況下懸臂軸攪拌機出現明顯擺動的現象為例，闡述了從問題提出到問題解決的全過程。

攪拌機擺動懸臂軸

0 前言

攪拌機是使液體、氣體介質強迫對流并均勻混合的器件。機械攪拌機是化工生產裝置中最為普通和關鍵的設備之一。為了滿足不同的生產工藝要求，攪拌機的型式分為很多種。不同型式的攪拌機其設計參數、制作參數和運行參數都不盡相同。本文主要討論懸臂軸攪拌機，其余型式的攪拌機僅供參考。

每臺攪拌機從初始設計到最終實現功能，一般經過以下幾個環節：設計選型、制作加工、運輸、安裝、調試、生產運行維護等。每個環節對攪拌機的最終使用效果都會產生重要影響，本文將詳細討論在以上各個環節中，可能導致攪拌機擺動的因素以及預防與糾正措施。

攪拌機的擺動與振動有本質區別，機械振動是物體或質點在其平衡位置附近所作的往復運動。振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度。機械振動在動設備運行過程中普遍存在。攪拌機的擺動是由攪拌軸本身及其附件（如攪拌葉等）質量的不均勻性產生的離心力以及被攪拌流體形成的水平推力所造成的，擺動會影響攪拌軸的強度以及軸承的壽命。

1 機械攪拌設備擺動的分析和討論

1.1 攪拌設備在設計選型時的注意事項

在各種設計手冊或參考書中均有攪拌機各個部分的設計原則和依據，但是要進行設備的總體設計，首先必須分清設計參數確定的先后順序,以免引起前后矛盾，導致重新設計。

攪拌器的設計選型要與攪拌作業目的緊密結合。各種不同的攪拌過程需要由不同的攪拌器運行來實現，在設計選型時首先要根據攪拌作業的目的和要求，確定攪拌器型式、電動機功率、攪拌速度，然后選擇減速機、機架、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。選型時應充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態與各種攪拌目的之間的因果關系。

（2）按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產生的流動狀態，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段或計算機模擬設計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑等參數。

（3）按照電動機功率、攪拌轉速及工藝條件，確定減速機機型。如果按照實際工作扭矩來選擇減速機，則實際工作扭矩應小于減速機許用扭矩。

（4）按照減速機的輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號規格的機架、聯軸器。

（5）按照機架攪拌軸頭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）按照安裝形式和結構要求，設計選擇攪拌軸結構型式，并校核其強度、鋼度。如按剛性軸設計，在滿足強度條件下n/nk≤0.7；如按柔性軸設計，在滿足強度條件下n/nk≥1.3。

（7）按照機架的公稱尺寸DN、攪拌軸的擱軸型式及壓力等級、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。

設計選擇步驟中前兩步屬于攪拌工藝設計范疇，后六步屬于攪拌器結構設計范疇。

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

其中，影響攪拌設備擺動的環節有攪拌機的型式選擇、確定攪拌槳轉速、確定攪拌裝置電機功率、設計攪拌軸等。攪拌機的型式直接影響攪拌效果和流體對攪拌設備的作用力，進而影響整個攪拌機的設計計算，是攪拌機設計最為關鍵的一步。很多攪拌機制作廠通過設計不同的攪拌機型式來改變攪拌設備的選型，進而使價格更具競爭優勢。攪拌槳轉速越低攪拌效果越好，設備運轉越平穩，但所需攪拌功率越大。攪拌軸的強度、剛度、臨界轉速是設計攪拌軸需要考慮的因素，對于抵消被攪拌流體的反作用力來說，攪拌軸的強度和剛度也起到了關鍵作用。反作用力如果不能及時抵消，就會導致攪拌設備的擺動。通過加粗軸徑，縮短軸的長度，增加攪拌軸的支撐點（如增加一個中間軸承）可以減少其擺動量。

機械攪拌設備的設計選型是否合適直接影響到機械設備的擺動程度，是機械設備擺動的內因所在。要想從根源上杜絕機械設備的擺動現象，必須嚴格按照相關的標準規范做好攪拌設備的設計選型。

1.2 攪拌設備在制作加工過程中的注意事項

攪拌機的制作是一個復雜的過程，電機、減速機、軸承、聯軸器、機械密封、軸、槳葉等都必須滿足國家和行業的制作規范要求，嚴格按照設計選型結果進行制作和外購件的購買，并于出廠前嚴格檢驗，各項指標均達到標準后方能合格出廠。攪拌軸及其附件的質量不均勻需通過相應的靜平衡和動平衡試驗來驗證，軸的直線度在出廠前需要再次校驗并達到要求。

1.3 攪拌設備在運輸、安裝過程中的注意事項

攪拌設備一般都是零部件運輸，到達裝置現場后經過專業安裝方能調試使用。零部件的運輸必須符合國家有關規定和規范要求，應滿足防潮、防雨、防銹、防含鹽空氣、防水噴濺、防碰撞、堅固牢靠。尤其是攪拌軸的運輸過程，一定要包裝牢固，多支點固定，防止軸的彎曲變形。

攪拌機是化工裝置中的關鍵機械設備，其安裝質量的好壞直接影響裝置的運行，某些裝置的攪拌機由于安裝質量問題，導致機械密封泄漏，設備運轉不穩定，振動和擺動明顯，造成嚴重的后果。攪拌機的一般安裝步驟：（1）設備開箱檢驗；（2）安裝法蘭座水平度復查；（3）攪拌軸安裝；（4）攪拌機座（包括密封、軸承）安裝；（5）攪拌葉輪安裝；（6）齒輪箱安裝；（7）電機安裝；（8）攪拌軸擺動量復查；（9）底部軸承支架調整固定；（10）密封系統安裝；（11）其它附件安裝。

攪拌機安裝在容器的頂法蘭面上，為了保證攪拌軸的垂直度，容器安裝時必須以頂法蘭找水平為原則，對容器進行找正。攪拌機安裝前必須復查所在容器的頂法蘭水平度，并達到允許偏差要求。軸安裝完畢后，用百分表在軸端對攪拌軸擺動量進行檢查，當擺動值在被測軸長的1/1000以內時，處于合格范圍內；當超標時要從上到下逐段連續檢查，在彎曲點使用專用工具進行調直，直到符合要求。在整個安裝過程中，應該注意對零部件的保護，避免設備的磕碰和變形。其他安裝過程同樣要達到相關規范要求。

1.4 攪拌設備在調試、生產運行中的注意事項

攪拌機的調試和試運行必須符合相應的標準規范，制定相應的方案和計劃，并嚴格按照該方案和計劃實施。試運行前，檢查各環節是否具備試運行條件，在運行過程中檢查振動值、軸承溫度、異常聲響及密封泄漏情況，若有異常應立即停止試車，分析原因并處理后重新試車。

生產過程中要制定攪拌機操作規程，并嚴格按照規程操作，定期巡檢，維護和保養設備。生產過程中一旦攪拌機出現擺動，應立即停止其運行，并分析可能產生擺動的原因：（1）工藝流程存在波動導致攪拌物流波動很大，使攪拌器出現運行不平穩狀況，導致擺動發生；（2）攪拌機本身是否出現故障，軸承、軸、漿葉、機械密封、減速機等關鍵部件是否正常；（3）外在的其他因素，如電網、操作不當等。分析并處理問題后，方能繼續運行。

2 機械攪拌設備擺動的實例分析

在某化工工程項目中，出現了攪拌設備擺動的現象，其他運行指標正常。具體事例描述如下：某物質漿料混合罐攪拌器運至現場，安裝完畢后在沒有正式物料的情況下，裝水試運轉，攪拌機出現明顯擺動現象。攪拌機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，轉速44 r/min，電機功率7.5 kW。

攪拌機出現擺動現象后，立即組織相關工程師和專家進行了現場檢查和問題討論。

（1）首先對設備的安裝進行了復查，最終結果是各項安裝指標均符合相關規范要求，進而排除了安裝偏差因素的影響。

（2）對軸的直線度進行了復驗，發現軸的直線度出現了輕微偏差。對軸進行了校直處理，再次進行試運轉，發現攪拌機的擺動現象沒有明顯消除。說明還有其他因素導致攪拌機的擺動。

（3）對攪拌機的設備資料進行了核查，發現攪拌機軸和槳葉裝配后的質量平衡試驗沒做。

（4）專家討論后認為還有幾種可能導致擺動現象出現的因素。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，可能設計過細；槳葉1905 mm的直徑過大，導致漿料的反作用力太強；電機功率偏低等。綜合考慮后，最終處理辦法為：要求攪拌機廠對該設備進行重新計算和設計，將攪拌機槳葉直徑切削40 mm，但要保證工藝的攪拌效果要求；切削后進行軸和槳葉裝配后的質量平衡試驗，并達到規范要求。安裝試運轉后發現擺動現象明顯消弱，但還是存在輕微擺動。

針對電機功率偏低、軸徑偏細以及兩固定軸承距離太近等問題，由于已是成品設備，不好進行本質上的修改，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，對軸的直線度進行校直處理，之后對槳葉直徑進行切削處理，并進行了軸和槳葉裝配后的質量平衡試驗，最終使攪拌機的擺動現象基本消除。

3 結語

對目前化工裝置中普遍存在的攪拌裝置的擺動現象做了較深入的討論，并舉例進行了分析。總之，攪拌機出現擺動現象，說明攪拌機內部存在質量缺陷，攪拌機的擺動不是單一因素作用的結果，要從根本上杜絕攪拌機擺動現象的發生，必須在攪拌機的設計選型、制作加工、運輸、安裝、調試、生產運行維護等各個環節中，嚴格按照安裝標準與規范執行。

除以上討論內容對攪拌機的擺動有影響外，還可能存在造成攪拌機擺動的其他因素，如與攪拌機連接的設備不穩定、設計強度或剛度不夠，導致對攪拌機的支撐力度不夠；工藝流程不穩定造成對攪拌機的運行產生不規則沖擊作用，致使攪拌機運行不穩定，出現波動現象等。

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

美國化學文摘社（以下簡稱CAS）最近宣布，與捷克布拉格聯盟簽署了一份長達五年的SciFinderTM使用合同，該聯盟是由位于布拉格的大學和捷克科學院所組成。SciFinderTM是CAS旗下一款全球領先的化學研究工具，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教師、工作人員、學生及科學院的研究人員能夠在未來的幾年內及時獲取只有SciFinderTM才能提供的最準確、最全面和最新的研究信息。

通過此次合作，布拉格聯盟組織的成員們將利用全球科學家首選的化學信息檢索工具SciFinderTM，對世界最大和最全面的化學信息庫進行不受限制的檢索。據悉，聯盟組織內除了化學領域的研究人員能夠輕松獲取獨一無二的研發內容，包括來自生物化學、生物學及其相關生物科學、藥學、藥理學、法醫、物理、醫學和牙科、生物醫學工程以及材料科學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設備的研究