Shaft Design Requirements


Home

>

Knowledge

>

Shaft Design Requirements

768 views

Shaft Design Requirements

Shaft Design Requirements
The primary function of the shaft is transmit torque from drive to the impellers, However, The shaft must perform other functions sush as 'Resisting the bending moment create by impellers', 'limit of deflection', and must 'support weight of all shaft and impellers', this's equally important, The shaft must operate without excessive vibrations.

Main consists of shaft design
1. Calculating the combine stresses to ensure that, shaft don't exceed the stress failure criteria.
2. Calculating the shaft deflections to verify that shaft within the limit requied by the sealing and the all in-tank obstructions.
3. Determining, if the shaft speed is resonable different from shaft critical speed.
4. Checking to see that, the output shaft load limitations are not exceed.
Each step design requirement is necessary for shaft design.

It is important to understand not only the origin of the sahft loads but also the nature of the loads and shaft stresses witch which they create., The shaft loads fall mainly into two categories, those witch originate from the shaft and impeller mass and those witch are create hydraulically, The loads may be strady or variable or a combination of the two categories.

Impellers torque is the moment summation of horizontal components of the blade hydraulic force, For constant shaft speed and an axial-flow impeller fully submerge in liquid, the torque has a time average value and fluctuating value. This torque produces a steady and fluctuating shear stress in the shaft, Shaft stresses, along with the tensile stresses create by the shaft bending moments and axial thrust.

The shaft loads which originate from th mass of shaft and the impeller, There forces are either the centrifugal or gravity forces (weight of the shaft and impellers assembly). The centrifugal force are create when the impeller and shaft do nate rotate about the ratational axis determined by the bearing.

Note:
The impeller shaft loads are difficult to calculate using hydraulic principle, They are usually measured on a laboratory model and correlated with 'Dimensionless Number' such as Reybnolds Number / Force Number / Power Number and using similarity principles.

ทัศนะของ MISCIBLE

ใน EP แรกของ Coures-3 จะขอกล่าวถึงเรื่องทั่วไปของสิ่งที่ควรพิจารณาก่อนการออกแบบและคำนวณเพลาเพื่อปูทางก่อนครับ...ซึ่งขอแสดงทัศนะในฐานะผู้ออกแบบและผลิต Agitator ขายเท่านั้น และ ขอไม่แสดงทัศนะเชิงวิชาการมากเกินไปเพราะอยากแชร์ประสบการณ์จริงมากกว่า ส่วนของวิชาการก็หาอ่านกันเองได้ครับมีเยอะมาก,....ในฐานะผู้ออกแบบ การออกแบบ Agitator, เพลาเป็นสิ่งที่ผมให้ความสำคัญอันดับหนึ่ง เพราะหากเราออกแบบใบกวนดีแล้วตรงตาม Rheology แล้ว แต่ออกแบบเพลาไม่สอดคล้องกับการส่งกำลังของต้นกำลังและสอดคล้องแรงจากใบกวน ก็จะทำให้ Agitator นั้นเสียหายมาก
(1.)...สิ่งที่น่ากังวลมากที่สุดในการออกแบบ shaft of Agitator ไม่ใช่ขนาดของเพลา แต่คือ ความยาวของเพลาต่างหาก เพราะความยาวเพลาทำให้เกิด Bending Moment,Centrifugal Force และ Shaft Vibration ซึ่งส่งผลเสียหายโดยตรงกับ Agitator ทั้งหมด ต่อเนื่องไปยัง Sealing and Bearing
(2.)...แรงที่เกิดจากของเหลวเป็นสิ่งที่ยากจะคำนวณได้ ต้องใช้ประสบการณ์ในการเผื่อค่า Factor คำนวณเผื่อ
(3.)...กรณีลูกค้ามีงบประมาณจำกัด การเลือกใช้เพลาขนาดเล็กลงไม่เป็นผลดี ให้ใช้เพลาขนาดที่คำนวณได้และไปลด Cost ส่วนอื่นแทน เช่น Gear Motor, Housing เป็นต้น, การทำให้ Mixing Time นานขึ้น ยังดีกว่าลดขนาดเพลาแล้วทำให้ Agitator เสียหายทั้งชุด ซึ่งผมเองก็ใช้วิธีนี้กรณีลูกค้ามีงบจำกัด
(4.)...การ Run Agitator ตัวเปล่าโดยไม่มีของเหลวมีผลเสียมากอยู่เหมือนกันกรณีที่ใบกวนมีขนาดใหญ่ เพราะไม่มี Absorber ของ Centrifugal Force และ อีกทั้ง Impeller Thrust ยังช่วยรักษาสมดุลการแกว่งของเพลาได้อีกด้วย
(5.)...ผมไม่เคยเสี่ยงใช้ Dimensionless และ Similarity ในการ Scale Up ขนาดเพลาเลย ถึงแม้มันจะมีแนวโน้มว่าใช้ได้เพราะเป็นการ Scale Up ของ Solid ก็ตาม, ผมจะเลือกวิธีการคำนวณใหม่ตาม Loads จริงทุกครั้ง, การใช้ Dimensionless และ Similarity มีความเสี่ยงสูงในกรณีเพลาของ Scale Up ที่มีความยาวมาก

ขอบคุณครับ
สถาพร เลี้ยงศิริกูล (Agitator Designer)
MISCIBLE TECHNOLOGY CO., LTD
Tel: 02.548.0414-5 / 091.7400.555
Line : @agitator
www.miscible.co.th




Blogs

-

How to Calculate Mixing Time. By MISCIBLE..(1)

How to Calculate Mixing Time. ? By MISCIBLE เราจะคำนวณและประมาณ Mixing Time อย่างไรให้ใช้งานได้จริงๆ Step-1 : Selection Degree of Mixing ก่อนอื่นต้องขอบอกว่าคำว่า Mixing Time ในนิยามนี้คือ เวลาที่ผสมแล้วเสร็จนะครับ ไม่ได้อ้างอิง Blending, Suspension, Dispersion ฯลฯ เพราะเวลาที่ใช้ผสมเสร็จแต่ละกระบวนการก็เรียกต่างกัน แต่เอาเป็นว่าอย่าทำเรื่องง่ายเป็นเรื่องยาก ก็ใช้คำว่า Mixing Time ก็จบครับ เข้าใจกันง่ายๆดี เราจะไม่หา Mixing Time แบบการใช้ Scale Up นะครับ เพราะถ้าทำแบบนั้น เราคงต้องทำ Existing Model ในแล๊ปกันตลอด ซึ่งในชีวิตจริงไม่มีใครทำกันครับ (เว้นแต่มันจำเป็นจริงๆ) หรือ หากจะศึกษาการหา Mixing Time โดยการใช้ Scale Up ก็สามารถหาอ่านได้ทั่วไปครับมีข้อมูลเยอะมากๆให้อ่านกัน, แต่เราจะพูดกันถึงในจุดที่ว่า...เราคือผู้ออกแบบและผลิต และ กรณีที่เราต้องสร้าง Mixing Tank ขนาด 5,000 ลิตร, แล้วเราจะต้องรับประกัน Mixing Time กับลูกค้า...แล้วเราจะทำอย่างไร...? Step-1 : Selection Degree of Mixing อ้างอิงการออกแบบตามแนวทางของ MISCIBLE, ผมจะแบ่ง Degree of Mixing ออกเป็น 5 ประเภท คือ 1. Keep Homogenizer 2. Slightly Blending 3. Medium Mixing 4. Strong Mixing 5. Solve Crystals ขั้นตอนในการเลือก Degree of Mixing จะเลือกหลังจากเราได้ออกแบบและคำนวณ Speed of Impellers เรียบร้อยแล้วครับ, จากนั้นเราจะมาเลือก Degree of Mixing ให้เหมาะกับ Mixing Task, ตรงนี้พูดตรงๆคือ ต้องอาศัยประสบการณ์จริงๆครับ ไม่มีตำราสรุปให้เป็นแน่เพราะงาน Mixing มันกว้างมากๆ มาดูวิธีการกันครับ Vessel Diameter : 2000 mm Liquid Level : 1591.55 mm Volume : 5000 Liters ขั้นตอนแรก : Volume Calculation ก็ทำตามปกติครับ ให้ได้ Working Volume ออกมาตามที่กระบวนการต้องการ, ตรงนี้จะใช้ Dimension ความยาวเฉพาะ เส้นผ่านศูนย์กลางถัง และ ระดับของเหลว เท่านั้น ขั้นตอนที่สอง : Speed Calculation ก่อนจะออกมาเป็น Output Speed นั้นต้องผ่านการคำนวณด้าน Mechanic มาแล้วทั้งหมดครับว่า หากเราจะใช้ Speed แค่นี้จะทำให้เพลาเราแกว่งมั้ย, ขนาดเพลาพอมั้ย, มีลูกปืนรับแบบไหน, ออกแบบ Housing Bearing แบบไหน ฯลฯ แล้วเราจะได้ Speed ออกมา, ตรงนี้ผมได้ Speed 300 RPM ครับ ขั้นตอนที่สาม : Selection Degree of Mixing 3.1 หากเลือก Keep Homogenizer เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 0.15 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 235 mm ระยะ Pitch 235 mm เช่นกัน 3.2 หากเลือก Slightly Blending เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 0.35 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 280 mm ระยะ Pitch 280 mm เช่นกัน 3.3 หากเลือก Solve Crystals เราจะคำนวณ Specific Torque in Nm/m^3 ได้เท่ากับ 3.2 และ เราจะคำนวณ Diameter of Impeller ได้เท่ากับ 435 mm ระยะ Pitch 435 mm เช่นกัน ครั้งต่อไปเราจะมาดู Step-2 และ สุดท้ายเราจะเอา Step-1,2 ไป หา Mixing Time ต่อไปครับ Sataporn Liengsirikul (Agitator Designer) Tel : 091.7400.555 www.miscible.co.th Email : miscible@miscible.co.th MISCIBLE TECHNOLOGY CO., LTD

Next