A315涡轮搅拌器制造及其静平衡

A315涡轮搅拌器制造及其静平衡

摘要：本文对A315涡轮搅拌器在发酵罐中氧气与培养基的搅拌混合，及氧气在培养基中扩散传递进行了概述，并在此基础上，论述了A315涡轮搅拌器及叶片的加工制造过程，论述了A315涡轮搅拌器的静平衡试验过程。

关键词：搅拌器氧传递加工方法静平衡

1、搅拌器与氧传递：

1.1A315涡轮搅拌器系美国莱宁公司发明，现已普遍运用于气、液，固三相混合，主要运用于以液体为主体，气体或固体在其中分散或反应的直立园形容器中，其搅拌的特点是搅拌叶面卷曲，单叶面积较大，一个搅拌器由四个搅拌叶组成。以65m3发酵罐为例，其筒体直径

3.2m，筒体高7m，全挡板条件下搅拌直径1.3m，转速90～140rpm，65m3罐用三层A315涡轮搅拌器，最下层用六直叶园盘涡轮搅拌器。下图为A315涡轮搅拌器示意图。

1.2现有发酵罐的搅拌器型式主要有：

1．六直叶园盘涡轮搅拌器

2．六箭叶园盘涡轮搅拌器

3．A315涡轮搅拌器

第1、2种搅拌器为70～80年代国内大多数抗生素生产厂都普遍采用，称为通用式涡轮搅拌器，在青霉素、四环素、红霉素、发酵生产中都采用过，许多单位仍然在用。抗生素发酵生产就搅拌器的功效而言，要不断地向培养基中供应氧气，大量氧气泡经机械搅拌剪切粉碎，上升、聚集、再粉碎、扩散传递，在培养基中维持着γ=KLα（C*-C）氧传递平衡。

氧气难溶于水，在一个大气压下，25℃时培养基中氧的饱和溶解度为0.2mol/m3（折合为6.4g/m3）即为0.00064%，氧气溶于培养基中传递到细菌细胞内要经过气液界面、固液界面等9项传递阻力，搅拌就是打碎空气气泡打破传递阻力，增加气液接触界面，提高气液间的传质速率。六直叶园盘涡轮搅拌器粉碎气泡能力强，中间园盘可防止气体沿轴走捷径。此搅拌器有利于氧传递平衡向右进行，因此被广泛使用。

第3种搅拌是六直叶园盘涡轮搅拌器的改进型，现在50m3以上的发酵罐都采用这种A315涡轮搅拌器，它的搅拌叶片面积大，部分叶面卷曲、叶片与搅拌

轴成50°角，搅拌转动时对培养基产生向下、向前的推力，使叶片下的液体和气体向下向前旋转，由于叶片面积大叶片上部外缘的卷曲增加了搅拌的推压效应，便液体和气体的翻动量大，每层搅拌器周围气液混合效果明显，促使氧传递平衡向右发展。

2、加工制造方法：

2.1 由于A315涡轮搅拌器叶面卷曲，使制造难度加大，A315涡轮搅

拌具体尺寸见下图。一般加工卷曲叶片用乙炔一氧气火焰局部加热，人工锤打的方法，用此法做的叶片卷曲面不完全符合曲面要求，卷曲面不连续，不温接，不规范，使搅拌器静平衡试验无法进行。如直接使用，每个搅拌叶所受负荷不同，会在搅拌主轴上产生一个周期性的垂直力，偏差大时使搅拌主轴产生振动，引起搅拌器共振。所以A315涡轮搅拌器的制作方法应该规范、符合科学。

2.2 将Φ250×300mm的轴套四等份划线定出与叶片连接的固定板的具体位置，制作50°角靠模保证叶片与主轴夹角准确一致。用模具钢5C rMnMo制作热压模具，将叶片加热到600℃左右，立即放入模具内利用ф18mm的4孔及叶片外轮廓线定位，热压成型，热压到位后将叶片在模具内冷却到50℃以下即可，这样做出的叶片曲面完全符合曲率要求，每个叶片卷曲程度一致。具体模具的设计要符合模具的

设计技术要求，热压前应先将每个叶片划线打磨园角，将4孔钻好。叶片加热温度一般选择为600℃左右，加热温度要低于合金钢的共析点723℃以下为宜。

通过热压成型做出的搅拌器叶片，叶片各个尺寸都合乎图纸要求，叶片质量好，卷曲面规整。

3、静平衡试验：

3.1每个A315涡轮搅拌器制作完成后按设计图纸要求要做静平衡试验，ф1.3m搅拌器要求许用不平衡力矩为0.883N-m。根据许用不平衡力矩求单个A315涡轮搅拌器的许用偏心矩，根据式：

M=

M：转子的许用不平衡力矩g·mm

G：转子的重量kg G：=187.3kg

e：转子重心的偏心矩mm求出e=4.8mm

即每个187.3kg搅拌器其重心的许用偏心矩为4.8mm，根据许用不平衡力矩和搅拌器的结构选择静平衡试验方法及装置，因搅拌直径大，质量分布不均匀不连续，静平衡试验难度较大。

此叶轮长径比300/1300=0.23转速140rpm<1500rpm，长径比虽略大于0.2，在静平衡试验范围之内。

3.2静平衡试验装置是一种能使转子沿其旋转轴线转动或在水平轨道上滚动的装置，有人称之为重心天称，由于回转件结构不同其外形也不相同，没有标准的静平衡试验机可以购置，只能根据回转件的具体情况及静平衡精度要求自己设计，设计时要注意两条轨道应尽可能处于同一水平面，应保持较高的水平度，以消除重力对滚动的影响，轨道长度应大于轴颈能滚2.5圈以上的距离，轨面应淬火以保证足够的硬度，还应有较高的光洁度以减少摩擦力，轨面的宽度应随工件重量的增加而稍增加。给A315涡轮搅拌器中心园孔装配心轴（基孔制、中等过渡配合），心轴两端与轨道接触的轴颈其不园度、光洁度、硬度、心轴与工件相配部位的不同轴度，均应有较高要求，以上因素是保证静平衡试验精度的必须，应逐项研究检查。

3.3在试验中用加橡皮泥的办法，逐步调整其大小或径向位置。当回转件在任意位置都能够静止不动时，所加平衡质量与其回转半径的乘积为该回转件达到静平衡所需加的质径积的大小。加重或减重的地方要选择适当，不能影响搅拌器的强度和分散功能。

3.4 由于A315涡轮搅拌器体积大，质量分布不连续，在做静平衡试验前应重新对搅拌的各项尺寸核对检查、克服盲目性。

4.由于A315涡轮搅拌器在制药行业使用较多，随着制药行业的发展，就需要我们不断研究改进我们的生产装置，使设备加工工艺、制造工艺更科学、更严格。

参考文献

1.机械原理.郑文纬编.

2.抗生素生产工艺学.邬行彦编.

3.抗生素生产设备.俞俊堂编.