طراحی نازل مناسب برای نصب انواع همزن
تانک ها و مخازن مجهز به همزن های با ورودی از بالا (Top Entry) و یا Side Entry تحت تاثیر بارهای مختلفی از طرف همزن قرار می‌گیرند. این بارها باید توسط سازنده همزن به طراح مخزن و نازل گزارش شوند تا در طراحی نازل اعمال گردند.
- نازل مخزن باید به گونه ای طراحی شود که علاوه بر استقامت لازم، حداکثر انحراف (Deflection) در هر جهتی بیشتر از 0.25 درجه نباشد.
بارهای اصلی وارد بر میکسرهای Top-Entry و Side-Entry
میکسرهای صنعتی هنگام کار تحت تأثیر چهار نیروی اصلی قرار می‌گیرند:
- گشتاور دینامیکی (Dynamic Torque)
- ممان خمشی (Bending Moment)
- بار عمودی (Static Load)
- نیروی رانش (Tshrust)
این بارها ناشی از تعامل جریان سیال با پره‌های در حال دَوَران هستند و وابسته به شرایط عملیاتی می‌باشند. برای مثال، Weetman و Gigas در مقاله خود [1] بیان می‌کنند که نیروهایی که سیال بر پروانه وارد میکند، مستقیماً به شفت و در نهایت تکیه گاه ها منتقل می‌شوند.
شکل 1: بارهای اصلی وارد بر میکسر های Side-Entry ,Top Entry
در ادامه هر یک از این بارها تشریح شده، عوامل مؤثر بر آن‌‌ها ذکر می‌شود و روابط محاسبه ارائه می‌گردد.
1. گشتاور دینامیکی (Dynamic Torque)
در اثر دَوَران پروانه ها در درون سیال، همزن میزانی از توان را مصرف می کند. گشتاور دینامیکی نامی را می‌توان با استفاده از فرمول‌های زیر محاسبه کرد.
با توجه به وجود ممان اینرسی، در زمان راه اندازی، گشتاور مصرفی همزن به طور لحظه ای بالاتر از گشتاور نامی خواهد بود. بنابراین، نازل باید برای تحمل این گشتاور طراحی شود. معمولاً گشتاور دینامیکی طراحی بصورت نرمال دو برابر گشتاور نامی در نظر گرفته می شود.
شکل 2: گشتاور دینامیکی در اثر دَوَران پروانه ها
2. ممان خمشی (Bending Moment)
ممان خمشی ناشی از نیروی جانبی (Radial) سیال بر پره‌هاست که به صورت عمود بر شفت اعمال می‌شود.
- به بیان ساده، ممان خمشی برابر حاصل‌ضرب نیروی هیدرودینامیکی جانبی FH در اهرم L است. بنابراین ممان خمشی کل وارد بر میکسر برابر است با برآیند ممان خمشیهای هریک از پروانههای میکسر :
شکل 3: ممان خمشی (Bending-Moment)
3. بار عمودی (Static Load)
به طور کلی، بار عمودی معادل نیروی وزن تجهیز است که برابر با حاصل‌ضرب جرم کل آن در شتاب گرانشی است.
شکل 4: بار عمودی ( Static Load )
4. نیروی رانش (Thrust)
نیروی رانش، نیروی محوری است که بر شفت در راستای جریان اعمال می‌شود. این نیرو ناشی از تغییر تکانه سیال در امتداد محور شفت و اختلاف فشار دو سوی پروانه است. بر اساس معادله تکانه برای حجم کنترل داریم:
- که در آن ρ چگالی سیال، Q دبی حجمی و V سرعت محوری سیال است. همچنین می‌توان رانش را به صورت اختلاف فشار نیز نوشت:
- که در آن A مساحت موثر پره است. عواملی مانند چگالی سیال، دبی جریان و زاویه نصب پره (هرچه مؤلفه محوری سرعت بیشتر باشد، رانش افزایش می‌یابد) تعیین‌کننده مقدار این نیرو هستند.
