传统轴流叶轮和新型轴流叶轮功率特性的研究

汤利亚　黄光旭

（杭州原正化学工程技术装备有限公司）（杭州崇峻科技有限公司）

传统轴流叶轮和新型轴流叶轮功率特性的研究

汤利亚*黄光旭

（杭州原正化学工程技术装备有限公司）（杭州崇峻科技有限公司）

在不同的搅拌条件下，对传统轴流叶轮和新型轴流叶轮测得其扭矩值，以此推导出其相应的功率准数，并比较两种叶轮功率特性的异同。

轴流叶轮功率特性功率准数导流筒挡板

0　前言

大量的搅拌设备用于低黏物系的混合和固液悬浮操作，这时需要叶轮能以低能耗提供高的轴向循环流量，传统的螺旋推进式叶轮能满足这个要求。但是，传统的螺旋推进式叶轮（我公司将其命名为SP301叶轮）的叶片是个复杂的立体曲面，制造较困难，特别是叶轮较难以大型化。近年来，国内外的很多搅拌设备公司竞相开发节能高效、造价低廉且易于大型化的轴向流叶轮，如莱宁公司的A310叶轮、A410叶轮、A6000叶轮等。

我公司开发的代号SP302新型轴流叶轮，类似于A310叶轮，它的叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇注等成型工艺，且三枚叶片可拆卸，易于装配出较大型的叶轮。当用于固-液悬浮操作时，达到同样的悬浮效果，SP302叶轮比传统的45°折叶涡轮要减小50%的能耗。

1　功率特性测试原理

本文主要对传统轴流叶轮（SP301）和新型轴流叶轮（SP302）在不同条件下进行了搅拌试验，并比较了试验条件对功率准数的影响。试验模型：槽径1600 mm，直边高度2500 mm，上为平盖、下为标准椭圆封头，减速机转速为242 r/min。通过变频器调节运转频率，在不同频率运转时从扭矩传感仪上读取三个扭矩值，求出平均负载扭矩，然后其值减去相同频率下的空载扭矩，即得实际平均负载扭矩值。根据公式P=Tn/9550可算出实际消耗功率，根据公式Np=P/（n3dj5ρ）可算出其相应的功率准数。最后，根据上述计算所得的相关数据来比较两种叶轮功率特性的异同。

（1）导流筒内带窄挡板情况下，测双层SP301－600、SP302－600叶轮的功率准数。

图1表示导流筒内带窄挡板条件下双层SP301-600叶轮的功率准数试验模型；图2表示导流筒内带窄挡板条件下双层SP302-600叶轮的功率准数试验模型。试验数据：导流筒直径743 mm，导流筒内四块均布挡板宽度50 mm，双层叶轮直径均为600 mm，层间距650 mm，下层叶轮离釜底高度为650 mm。

图1　双层SP301-600叶轮（带导流筒）

图2　双层SP302-600叶轮（带导流筒）

导流筒内带窄挡扳情况下的有关试验数据如表1所示。将有关扭矩值代入功率与扭矩的关系式

表1　导流筒内带窄挡板情况下的试验数据

即可算出实际消耗功率P。然后再根据功率与功率准数关系式

可求出不同频率（转速）下的功率准数。拟合成的功率准数特性曲线如图3所示。

图3　搅拌器频率与功率准数特性

图3中曲线1表示SP301－600叶轮带导流筒时不同转速下的功率准数，求其平均值，即得根据试验数据推导出的双层SP301搅拌器在导流筒内带窄挡板情况下的功率准数，约为0.496。曲线2表示SP302－600叶轮带导流筒时不同转速下的功率准数，求其平均值，即得双层SP302搅拌器在导流筒内带窄挡板情况下的功率准数，约为0.542。

（2）全挡板条件下，在不同层间距时测双层SP301-600及SP302-600叶轮的功率准数。

图4表示全挡板条件下双层SP301-600叶轮在不同层间距时的功率准数试验模型；图5表示全挡板条件下双层SP302-600叶轮在不同层间距时的功率准数试验模型。试验数据：槽径1600 mm；四块均布挡板宽度均为120 mm，离壁距离40 mm；双层SP301和SP302叶轮直径均为600 mm，下层叶轮离釜底高度为650 mm，层间距分别为300 mm、600 mm。

图4　双层SP301-600叶轮（全挡板，层间距不同）

图5　双层SP302-600叶轮（全挡板，层间距不同）

按本章（1）中的计算方法，拟合成图6所示的曲线。其中，曲线3表示全挡板下双层SP301－600叶轮层间距为300 mm时不同转速下的功率准数，曲线4表示全挡板下双层SP301－600叶轮在层间距为600 mm时不同转速下的功率准数，曲线5表示全挡板下双层SP302－600叶轮在层间距为300 mm时不同转速下的功率准数，曲线6表示全挡板下双层SP302－600叶轮在层间距为600 mm时不同转速下的功率准数。曲线3去除10 Hz、15 Hz时这两个误差较大的功率准数值，再求其平均值，即得全挡板下双层SP301－600叶轮在层间距为300 mm时的功率准数，约为0.467。曲线4的功率准数值递减，无需求其平均值。根据曲线5的数值，求得全挡板下双层SP302－600叶轮在层间距为300 mm时的功率准数，约为0.577。曲线6去除10 Hz、15 Hz时这两个误差较大的功率准数值，再求其平均值，即得全挡板下双层SP302－600叶轮在层间距为600 mm时的功率准数，约为0.627。

图6　搅拌器频率与功率准数特性

（3）全挡板条件下，不同离底高度时测SP301-600和SP302-600叶轮的功率准数。

图7表示全挡板条件下单层SP301-600叶轮在不同离底高度时的功率准数试验模型；图8表示全挡板条件下单层SP302-600叶轮在不同离底高度时的功率准数试验模型。试验数据：槽径1600 mm；四块均布挡板宽度均为120 mm，离壁距离40 mm；单层SP301和SP302叶轮直径均为600 mm，计算叶轮距离釜底高度分别为300 mm、600mm、900 mm时的功率准数。

图7　单层SP301-600叶轮（全挡板，离底高度不同）

图8　单层SP302-600叶轮（全挡板，离底高度不同）

按本章（1）中计算方法，拟合成图9所示的曲线。其中，曲线7表示全挡板下单层SP301－600叶轮在离底高度为300 mm时不同转速下的功率准数，曲线8表示全挡板下单层SP301－600叶轮在离底高度为600 mm时不同转速下的功率准数，曲线9表示全挡板下单层SP301－600叶轮在离底高度为900 mm时不同转速下的功率准数，曲线10表示全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为300 mm时不同转速下的功率准数，曲线11表示全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为600 mm时不同转速下的功率准数，曲线12表示全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为900 mm时不同转速下的功率准数。其中曲线7、8、9的功率准数值递减，无需求其平均值。根据曲线10的数值，求得全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为300 mm时的功率准数，约为0.312。根据曲线11的数值，求得全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为600 mm时的功率准数，约为0.328。根据曲线12的数值，求得全挡板下单层SP302－600叶轮在离底高度为900 mm时的功率准数，约为0.320。

图9　搅拌器频率与功率准数特性

（4）无挡板条件下，测单层SP301－600、SP302－600叶轮的功率准数。

图10　单层SP301-600叶轮（无挡板）

图10表示无挡板条件下单层SP301-600叶轮的功率准数试验模型；图11表示无挡板条件下单层SP302-600叶轮的功率准数试验模型。试验数据：槽径1600 mm，不带挡板，单层叶轮直径为600 mm，叶轮离釜底高度为600 mm。

图11　单层SP302-600叶轮（无挡板）

图12　搅拌器频率与功率准数特性

按本章（1）中计算方法，拟合成图12所示的曲线。其中，曲线13表示无挡板单层SP301-600叶轮不同转速下的功率准数，曲线14表示无挡板单层SP302-600叶轮不同转速下的功率准数。其中曲线13的功率准数值递减，无需求其平均值。根据曲线14的数值，求得无挡板单层SP302-600叶轮的功率准数，约为0.294。

2　结论

（1）导流筒内带窄挡板的情况下，测双层SP301-600叶轮的功率准数Np约为0.496，SP302-600叶轮的功率准数比SP301略大，约为0.542。

（2）全挡板条件下，相同的桨径、转速下，SP301和SP302叶轮在层间距小于桨径时，层间距越小，功率越低。

（3）全挡板条件下，不同离底高度对单层SP301、SP302叶轮的功率影响不大。

（4）无挡板条件下，相同桨径的SP301叶轮在相同转速时比SP302叶轮的功率略大；无挡板条件下的相同桨径、转速下的功率比全挡板条件下低10%左右。

总之，相同工况下，新型轴流叶轮的功率比传统的推进式叶轮功率消耗稍大，具有轴流特性好、耗能小、易大型化、安装简便、制作成本低等优点，在较大直径的设备中，具有广泛的应用价值。

［1］王凯，冯连芳.混合设备设计［M］.北京：机械工业出版社，2000.

Research on Power Performance of Traditional and Neotype Axial Impellers

Tang LiyaHuang Guangxu

The torque values of traditional and neotype axial impellers are measured under different stirring conditions，from which the corresponding power number is deduced.Then the similarities and differences of the power performance between these two kinds of impellers are compared.

Axial impeller；Power performance；Power number；Draft tube；Baffle

TQ 051.7

2015-02-14）

*汤利亚，女，1979年生，工程师。杭州市，310012。