搅拌罐广泛应用于涂料颜料、建筑材料、化学工艺、医学制药、有机树脂、食品加工、科研等行业,它是对物料进行搅拌、混配、调和、均质等操作的设备,设备结构设计合理、工艺先进、操作简单是设备安全运行的关键。随着搅拌罐向大型、高参数方向发展,设备的安全可靠越来越受重视,密封失效、传动构件强度失效、刚度失效、疲劳失效、共振等等都有可能发生,如发酵工业采用的大型发酵罐,设备内部结构复杂、外部基础庞大,不仅制造、安装有一定难度,而且失效因素复杂,尤其是由于发酵罐传动部件数量多,传动轴长度相对较长,内部如安装底轴承和中间轴承,成为搅拌反应釜的死区,对于产品易造成污染,严重影响产品质量,因此,急需采用合理结构避免这些影响。文献显示,国外发酵罐极少安装中间轴承或底轴承,常采用安装稳定器的方式减小搅拌轴的弯曲振动,不仅稳定效果较好,而且制造简单、安装方便、能有效避免死区污染,因此得到大量采用,但对其理论研究未作详细报道。国内对搅拌轴稳定器也进行了仿造,目前,仍停留在实验阶段。因此,对搅拌轴稳定器的稳定性能以及对搅拌特性的影响进行研究有重大的应用价值。本文在总结了国内外对搅拌轴稳定器的研究成果的基础上,针对实验所用的六直叶开式涡轮搅拌器,设计了稳定器直径与搅拌器直径之比为0.7,高度分别为30mm、40mm、50mm、80mm的四种稳定器,研究了稳定器对搅拌轴运转稳定性、搅拌反应过程中流场特性及搅拌系统功率损耗的影响。采用电涡流传感器,设计、安装并调试完成了一套基于MCGS(Monitor and Control Generated System)的搅拌轴挠度测量系统,在搅拌轴旋转的过程中对其挠度进行实时监测,并利用该系统完成了对安装稳定器前后搅拌轴挠度变化的测量,分析了所设计的4种不同高度稳定器对搅拌轴运转稳定性的作用效果。实验结果表明,在转速低于280rpm时,高度为40mm的稳定器有较为明显稳定效果,其稳定效果随着速度的变化而变化;高度为30mm、50mm、80mm的稳定器稳定效果不明显。利用PIV(Particle Image Velocimetry)技术对安装稳定器前后搅拌釜内流场进行测定,通过与未安装稳定器时的流场进行对比,从流体流型、流体间相对运动趋势、圆柱状回转区的破坏等方面,分析了不同高度稳定器对搅拌釜内流场的影响。随着稳定器高度的增加,稳定器对流场的影响会越来越大,逐渐改变流体的流型,主要使流体由切向流转变为径向流再转变为轴向流。结合挠度测试实验的结果,推断流场内流体的径向流动作用在稳定器上更能够产生有效的阻尼效应,但随着转速的增加,流体的流型逐渐由切向流、径向流转变为轴向流,故而稳定器有其适用的最大转速。通过扭矩耦合器测量了搅拌轴旋转过程中的扭矩,根据P=T*n/9550,计算出安装稳定器前后的搅拌功率,得到功率随速度的变化趋势,当转速为20rpm~180rpm时,安装稳定器对搅拌功率影响不明显;当转速为180rpm~250rpm时,安装稳定器会增大搅拌功率;当转速大于250rpm时,安装稳定器会减小搅拌功率。利用有限元软件ANSYS对搅拌轴系进行了结构分析。比较了安装稳定器前后,模拟结果与实验测量结果之间的区别,结果表明模拟结果与实验测量结果的变化趋势一致。