陈庭清

对发酵罐高速搅拌轴系的模态分析

陈庭清

（上海远跃制药机械有限公司，上海201715）

通过应用相关软件，对发酵罐的高速搅拌轴系在空载状态下的模态和流体力作用在桨叶上时的模态进行了分析，经过不同的工况分析得到其最小的固有频率，为搅拌轴系的动力学设计提供了依据，并验证了搅拌器不能空转的合理性。

临界转速；固有频率；轴系；模态分析

0 引言

在通气搅拌式发酵罐中，搅拌系统是其最重要的部件之一，搅拌系统的动作稳定性直接影响到发酵系统的工艺效果。通常情况下，为了获得较高的桨叶尖端线速度，搅拌轴的输入速度会比较大。在搅拌轴高速运转时，如果其转动频率接近其固有频率时，搅拌系统就可能会发生共振现象，从而损坏整个轴系，使搅拌系统失效。因此，针对高速轴进行临界转速的预估变得很重要，通常可以使用前人总结的经验公式计算轴的临界转速。

随着信息技术的发展，如今使用软件对发酵罐的高速搅拌轴系进行模态分析成为了新的方法。

1 空载状态下轴系的模态分析

现有一个发酵罐，其基本结构尺寸如图1所示。根据工艺要求，搅拌轴的输出转速为400 r/min，其中3层标准Rushton桨叶的工作介质为发酵液。

针对搅拌轴系的模态分析，只需要考虑建立搅拌轴系（轴及桨叶）的模型（图2）即可。

图1 发酵罐的基本结构尺寸

首先，考虑搅拌轴系在空载时的自有频率，这时的自有频率只跟搅拌轴约束的位置及轴系的特定结构与质量有关，经过分析可以得到前六阶有效的固有频率（表1）。……