Как задать окружную скорость диска диспергатора? Согласование частоты вращения, диаметра диска и улучшения тонины

Когда диспергатор не поднимает тонину, время партии растёт, а результат от партии к партии различается, и при исключении проблем с самим продуктом — почти всегда неправильно задана окружная скорость диска. Окружная скорость — важнейший технологический параметр диспергатора: диаметр диска задаёт частоту вращения, частота задаёт интенсивность сдвига, а сдвиг определяет тонину и эффективность диспергирования. В этой статье объясняется, как рассчитать окружную скорость, какой диапазон выбирать и как согласовать диаметр диска с диаметром ёмкости, чтобы при подборе оборудования сразу сделать всё правильно.

Что такое окружная скорость диска и как её рассчитать?

Краткий вывод: окружная скорость — это линейная скорость кромки диска, равная π × диаметр × частота вращения, v = π × D × n / 60, в метрах в секунду.

При вращении диска кромка движется быстрее всего и даёт максимальный сдвиг; ближе к валу скорость падает. Поэтому сначала задают целевую окружную скорость, а затем выводят сочетание диаметра диска и частоты вращения. Например: диск 300 мм при 1450 об/мин даёт окружную скорость 3,14 × 0,3 × 1450 / 60 ≈ 22,8 м/с; при той же частоте и диске 250 мм скорость падает до ~19 м/с. Диаметр и частота перемножаются, сочетаний может быть много, но целевая окружная скорость — одно число.

Какая окружная скорость подходит? Как её ранжируют?

Краткий вывод: для обычного диспергирования красок, чернил и клеёв обычно 15–25 м/с; верхняя граница — для более тонкого или сильного сдвига, нижняя — для низковязкого предварительного смешивания и высоковязких материалов.

Ранжирование по материалу и процессу — обычная отраслевая практика. Для низковязкого предварительного смешивания и разбавления достаточно 10–15 м/с; для обычной пасты и финишных красок — 15–20 м/с; для сильного сдвига, высокой тонины или трудно диспергируемых материалов — 20–28 м/с. Выше 28 м/с ускоряется износ диска, усиливается разбрызгивание и заметен рост температуры, выигрыш мал. Больше — не всегда лучше; скорость нужно сочетать с вязкостью, требованиями к тонине и временем партии.

Как согласовать диаметр диска и диаметр ёмкости?

Краткий вывод: диаметр диска обычно составляет 0,3–0,5 диаметра ёмкости; слишком маленький диск даёт плохую циркуляцию, слишком большой — концентрирует зону сдвига и ослабляет циркуляцию сверху вниз.

Диск одновременно сдвигает и циркулирует: под диском образуется сильная зона сдвига, кромка выбрасывает материал к стенке, откуда идёт циркуляция вверх и вниз. При малом соотношении диск/ёмкость зона сдвига мала и циркуляция слабая, тонина растёт медленно; при большом — зона сдвига прижимается к стенке, а середина и низ циркулируют плохо. Общеотраслевой опыт: диаметр диска 0,3–0,5 диаметра ёмкости, с перегородками и зазором диска (от днища обычно 1–1,5 диаметра диска) для улучшения течения. При подборе диспергатора к мешалке-танку сначала определяют ёмкость по объёму партии, а затем выводят диаметр диска и частоту вращения.

Нужно ли снижать частоту для высоковязких материалов?

Краткий вывод: да. С ростом вязкости крутящий момент при той же окружной скорости резко растёт; обычно частоту снижают по диапазону вязкости и регулируют преобразователем частоты в зоне постоянного момента.

Целевые окружные скорости основаны на опыте с низко- и средневязкими материалами. Когда вязкость превышает примерно 30 000–50 000 мПа·с, сопротивление диска резко растёт, и двигатель нужно проверять по моменту. Обычная практика: для высоковязких материалов окружную скорость снижают до 8–15 м/с и полагаются на длительную циркуляцию и постепенное разбавление, а не на принудительное повышение частоты. В зоне постоянного момента преобразователя снижение частоты не теряет момент, что подходит для таких режимов; за пределами этой зоны нужно пересчитывать мощность двигателя и передаточное число. При подборе лучше сообщить производителю «максимальную вязкость», «обычную окружную скорость» и «объём партии» вместе, чем одну мощность.

Если тонина всё равно не достигается при правильной скорости — как искать причину?

Краткий вывод: проверяйте в порядке «диаметр диска — частота — уровень жидкости — зазор диска — тип оборудования»; если один диск действительно не даёт нужную тонину — рассмотрите два диска или бисерную мельницу на следующей стадии.

Сначала проверьте фактический диаметр и частоту и рассчитайте реальную окружную скорость, а не доверяйте шильдику; затем проверьте, не слишком ли высок или низок уровень жидкости — слишком высокий уровень погружает диск и смещает зону сдвига наружу, слишком низкий ослабляет циркуляцию; затем проверьте зазоры диска до днища и до поверхности жидкости по опытному диапазону. Если всё это в норме, а тонина всё равно не достигается, предела сдвига одного диска недостаточно; обычный путь — диспергирование с последующим помолом на бисерной мельнице (дисковой, штифтовой или нанотипа) для вторичного измельчения, или вакуумный диспергатор с деаэрацией. Разделение процесса на стадии «диспергирование — помол — разбавление» и дача каждой стадии своей задачи — самый надёжный приём в лакокрасочной и чернильной промышленности.

Влияют ли конструкция диска и форма зубьев на эффект окружной скорости?

Краткий вывод: при одинаковой окружной скорости более частые зубья дают более сильный сдвиг, но более слабую перекачивающую циркуляцию; шаг зубьев балансируют по вязкости и тонине — одной окружной скорости недостаточно.

Зубчатые и плоские диски различаются соотношением сдвига и циркуляции. Диски с частыми зубьями имеют больше режущих кромок — подходят для материалов с высокой тониной и лёгким диспергированием; диски с широким шагом лучше перекачивают и циркулируют — подходят для средне- и высоковязких материалов и циркуляции всей партии. На одном валу можно установить два диска с расстоянием обычно 1–1,5 диаметра диска, балансируя верхний сдвиг и нижнюю циркуляцию. Поэтому «одинаковая окружная скорость» не означает «одинаковый результат»: сообщайте производителю тип диска, форму зубьев и число дисков и сочетайте их по вязкости и тонине, а не смотрите только на тахометр.

Как настроить преобразователь частоты? Что важно в зонах постоянного момента и постоянной мощности?

Краткий вывод: диспергаторы обычно работают в зоне постоянного момента преобразователя — снижение частоты сохраняет момент; за пределами этой зоны нужно пересчитывать мощность двигателя и передаточное число.

У преобразователя две зоны: ниже базовой частоты — зона постоянного момента, где напряжение и частота меняются вместе, момент постоянен, мощность падает с частотой; выше базовой — зона постоянной мощности, где момент падает. Диспергаторы в основном работают в зоне постоянного момента, что соответствует режиму «высокая вязкость требует снижения частоты при сохранении момента». Три момента при выборе преобразователя: во-первых, во взрывоопасных помещениях используйте взрывозащищённый преобразователь или ставьте его вне опасной зоны; во-вторых, при длительной работе на низкой частоте охлаждение двигателя ухудшается — возможно, нужен отдельный вентилятор; в-третьих, диск обладает большой инерцией при пуске и остановке — задавайте достаточное время разгона и торможения, чтобы не было перегрузки по току. При закупке впишите в техзадание «максимальную вязкость», «обычный диапазон частот» и «взрывозащита или нет», чтобы преобразователь и двигатель были согласованы.

Как устранять типичные неполадки при высокоскоростном диспергировании?

Краткий вывод: ищите причину по четырём категориям — вибрация, нагрев, разбрызгивание и тонина; большинство корней сводится к согласованию окружной скорости и диаметра диска.

Чрезмерная вибрация: сначала проверьте балансировку диска, прямолинейность вала и монтажные зазоры, затем — не налипает ли продукт на диск, создавая эксцентричную нагрузку. Быстрый нагрев: обычно окружная скорость слишком высока или уровень жидкости слишком низок — теплу сдвига не хватает жидкости для отвода; при необходимости снизьте частоту или долейте жидкость. Сильное разбрызгивание: обычно уровень жидкости слишком высок или зазор диска не подходит — зона сдвига слишком близко к поверхности. Тонина не растёт: вернитесь к шагу один — замерьте фактический диаметр и частоту и рассчитайте реальную окружную скорость против опытного диапазона. Кроме того, высокоскоростное диспергирование предъявляет высокие требования к уплотнению вала; для торцевых или сальниковых уплотнений при высоких частотах следите за охлаждением и износом и при аномальной температуре уплотнительной полости сначала останавливайтесь на осмотр, чтобы избежать утечек.

Какой список параметров передать производителю при подборе?

Краткий вывод: сообщите как минимум пять чисел — максимальную вязкость, целевую тонину, объём партии, диаметр ёмкости и уровень жидкости, обычный диапазон частот, — чтобы производитель сразу согласовал окружную скорость и диаметр диска.

Подбор диспергатора — это не одна цифра мощности. Мощность решает лишь, потянет ли привод; окружная скорость и диаметр диска решают, хорошо ли диспергируется продукт. Подготовьте список: максимальная вязкость (мПа·с), целевая тонина (микроны или по гриндеру), объём партии (литры), диаметр и уровень заполнения ёмкости или чана, ожидаемое время партии. Получив эти пять групп чисел, производитель сначала задаёт целевую окружную скорость по диапазону вязкости, затем выводит диаметр диска и частоту из диаметра ёмкости и, наконец, проверяет мощность двигателя и передаточное число. Если модернизируете действующее оборудование, сообщите текущую модель, диаметр диска и замеренную частоту, чтобы сравнить — «не хватает окружной скорости» или «не тот тип диска». Заранее переданные параметры экономят гораздо больше, чем повторные пробные запуски и перенастройка. Ещё один легко упускаемый момент: диспергирование — это «сдвиг плюс циркуляция»; одна окружная скорость не решает циркуляцию в ёмкости. Для больших партий оценивайте и перекачивающую способность диска, при необходимости добавляйте направляющий стакан или перегородки — только когда окружная скорость и картина течения соответствуют требованиям, результат диспергирования стабилен.

Компания Haolin Shengda производит реакторы из нержавеющей стали, мешалки-танки, диспергаторы и комплектные химические линии; высокоскоростные диспергаторы поддерживают регулировку частоты, гидравлический подъём и взрывозащищённое исполнение, с сочетаниями диаметра диска и частоты под вязкость, тонину и объём партии. Перед подбором сначала определите диапазон вязкости, целевую тонину и время партии, а затем обсуждайте конфигурацию оборудования.

Дополнительно по теме: - Подбор перемешивающего оборудования для высоковязких материалов: от высокоскоростного диспергатора до планетарного смесителя - Принцип работы и основные моменты обслуживания высокоскоростного диспергатора

Статья подготовлена компанией Haolin Shengda Equipment Manufacturing Co., Ltd. (hyline.cn). Основная продукция: реакторы из нержавеющей стали, мешалки-танки, резервуары для хранения, диспергаторы, концентраторы и комплектные химические линии; возможна нестандартная комплектация.