适合高转速运行的搅拌桨通常具有低阻力、高剪切力的特点,其设计旨在减少在高转速下形成的巨大流体阻力,从而降低功率消耗并避免对电机和减速机造成过大负担。
以下是几种非常适合高转速应用的搅拌桨类型及其特点:
一、 主要适合高转速的桨叶类型
1. 斜叶涡轮搅拌桨 (Pitched Blade Turbine)
特点:叶片与旋转平面成一个角度(通常为45°),常见的有4斜叶、6斜叶等。
高速下的表现:虽然它也能产生较强的轴向流,但在高转速下,其剪切作用会显著增强。它是在中高转速下兼顾循环与剪切的良好选择,非常通用。
适用场景:均相混合、固体悬浮、传热等。转速不如专为剪切设计的桨叶高,但应用范围极广。
2. 锯齿圆盘涡轮桨 (Rushton Turbine)
特点:这是一种经典的径向流搅拌桨,叶片竖直,上下无遮挡,安装在圆盘上。现代改进版常在叶片边缘带有锯齿。
高速下的表现:专为高剪切设计。圆盘结构可以有效防止气体从轴部短路,锯齿能打碎气泡和液滴,产生极高的局部剪切力。但它造成的整体循环流型较差。
适用场景:气液分散(如发酵罐通气)、液液分散(乳化)、强化传质。是高转速剪切应用的行业标准之一。
3. 分散盘/锯齿盘式搅拌桨 (Dissolver Disc / Sawtooth Disc)
特点:这是一个纯圆盘,边缘制作成锯齿状、梅花状或波浪形,没有传统意义上的“叶片”。
高速下的表现:这是专为极端高转速和超高剪切力设计的桨叶。它在盘边缘的线速度极高,能产生巨大的液压剪切力,将团聚体彻底打散。
适用场景:高速分散、研磨(与研磨介质配合)、颜料/涂料生产、纳米材料分散、油墨、胶粘剂等。是分散工艺的首选。
4. 布鲁马金式搅拌桨 (Brumagin Impeller)
特点:可以看作是斜叶涡轮和锯齿盘的结合体。它既有倾斜的叶片以提供一定的轴向流动,又在叶片末端带有锯齿以增加局部剪切。
高速下的表现:同时兼顾了高剪切和一定的整体循环能力,性能介于斜叶涡轮和分散盘之间,是一个很好的折中方案。
适用场景:需要同时完成分散和混合的任务,如中高粘度的乳液制备。
5. 螺旋桨式搅拌桨 (Marine Propeller)
特点:类似于船用螺旋桨,通常有3片连续扭曲的叶片。
高速下的表现:具有极高的轴向流泵送能力和较低的功率消耗。由于其流线型设计,它在高转速下阻力相对较小,效率很高。但它产生的剪切力相对较弱。
适用场景:低粘度液体的混合、固体悬浮、传热等需要强循环但剪切要求不高的场合。常见于大型储罐的侧入式搅拌。
二、 选择高转速搅拌桨的关键考量因素
工艺目标(最重要):
分散/乳化/粉碎:首选分散盘或锯齿涡轮桨。
气液分散:首选锯齿圆盘涡轮桨(Rushton Turbine)。
混合/均质/固体悬浮:首选斜叶涡轮桨或螺旋桨。
流体性质:
粘度:上述桨叶主要适用于低至中等粘度的流体。对于极高粘度的流体(如膏体),高转速搅拌桨不适用,而应采用锚式、螺带式等大表面积、近壁型的搅拌桨。
功率需求:
功率消耗与转速的三次方成正比(P ∝ N³)。转速加倍,功率消耗会增加8倍!必须确保电机和减速机的功率余量足够。
机械强度与动平衡:
高转速下,搅拌桨的动平衡至关重要。微小的不平衡都会导致巨大的离心力,引起剧烈振动,损坏轴封和轴承。
桨叶和搅拌轴必须有足够的机械强度以承受高离心力。
材质:
高转速意味着高磨损(尤其是在处理含有固体颗粒的物料时)。需根据物料腐蚀性和磨损性选择合适的材质,如316不锈钢、双相钢、碳化钨涂层、或聚氨酯等高性能塑料。
总结对比表
搅拌桨类型 | 主要流型 | 剪切力 | 循环能力 | 典型高速应用场景 |
---|---|---|---|---|
分散盘 | 径向 | 极高 | 很弱 | 颜料、涂料、油墨的分散与研磨 |
锯齿圆盘涡轮 | 径向 | 高 | 中等 | 发酵通气、液液乳化、反应传质 |
斜叶涡轮 | 轴向 | 中高 | 强 | 通用混合、固体悬浮、传热 |
布鲁马金式 | 混合 | 高 | 中强 | 中高粘度下的分散与混合 |
螺旋桨 | 轴向 | 低 | 极强 | 大型储罐混合、轻质固体悬浮、低粘度液体循环 |
最终建议:
在进行选型时,最好能与搅拌设备供应商或有经验的工艺工程师合作,并尽可能进行小试或中试实验,以确定最适合特定工艺的桨叶类型、尺寸和最佳转速范围。