CN1005757B

CN1005757B - 拌混系统

Info

Publication number: CN1005757B
Application number: CN85101513.1A
Authority: CN
Inventors: 罗纳德丁·威特门; 杰里A·卡彭特; 钱德勒K·科伊尔; 基思T·麦克德英德; 罗杰N·沃斯雷特
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1989-11-15
Also published as: CN85101513A

Abstract

一种拌混系统，涉及拌混并循环带悬浮状纤维的液体的方法和装置，即适用于处理废水的拌混系统，也适用于拌混其它液体。该方法是通过有相互对应前缘和后缘的叶轮的转动，使液体沿着上述叶轮的轴向顺管道流动，从而减小纤维在叶轮前缘的粘附。该叶轮的前缘与轴的正交平面上的径向射线所成的夹角大于叶轮上纤维的休止角，从而减小阻力，保证足够的液流循环速度，并节省能量。

Description

拌混系统

本发明涉及一种拌混系统，特别涉及拌混和循环内含悬浮状纤维液体的方法和装置。

本发明尤其适用于专门处理废水的拌混系统，它借助进、排水管内的轴流式叶轮来循环槽罐内的废水。本发明也适用于其他液体的拌混，并且也借助轴流式叶轮来循环液体。

当废水在槽罐内拌混时，在废水处理过程诸如曝气处理过程，在一小时到四天时间以后，发现驱动叶轮所需的功率却增加了，并发现足以使循环废水拌混和曝气所需之功率增加了50%。通过使用大额定功率的驱动电机和付出额外的电费，这个问题可以克服。

一直到本发明之前，该问题的起因一直未引起足够的重视。根据本发明，发现这是由于悬浮的纤维在叶轮前缘堆积，所以叶轮阻力随着时间的推延而增加。在来自排水系统有待处理的废水中，悬浮纤维包括头发、碎布（例如尿布以及妇女卫生用品）以及塑料袋。其他在循环和拌混中悬浮在液体中的纤维材料也积聚在叶轮的前缘，起了同样不利的效果。根据本发明，当含有悬浮纤维的液体通过安装在进排水管中的轴流式叶轮来拌混和循环时，发现上述问题加重了，此时，叶轮的叶片穿过液体的速度几倍于沿排水管和叶轮轴向的液体流速。在叶轮叶片前缘的上下表面所滞留的纤维的端点都有阻力的分力，因而没有使各纤维脱离叶轮的力。所有这些阻力的合力有一垂直于叶片前缘的分力，该分力在叶片前缘滞留住纤维，使之紧紧粘附在叶片前缘上面。当纤维堆积，使叶片前缘和其周围部分表面粗糙不甚，这就逐渐增加了阻力，降低了泵的性能和流量，从而需要越来愈大的驱动功率以维持为取得足够大的液体轴向流动和循环所需的叶轮速度，因此拌混系统的效率和性能随之下降。

为此，本发明的主要目的是提供一种令人满意的拌混系统。在本发明中，拌混能在叶轮阻力很小情况下进行，尽管所循环和拌混的系统中存在着悬浮纤维。

本发明另一目的是为拌混液体提供改进的方法和装置，当悬浮状纤维的液体拌混时，其性能和效率不降低。

本发明再一目的是提供改进的拌混装置，在该装置内，轴向流动是通过安在进、排水管中的叶轮产生，而该叶轮即使在拌混有悬浮状纤维的液体时仍具有低阻力特性。

简言之，根据本发明，在槽罐内当叶轮转动时液体拌混系统利用它的前后缘分别起到相互开路和分流的作用。该系统的工作是使液体沿着叶轮轴向延伸的通道流经槽罐来完成循环。在叶轮前缘液体中，悬浮状纤维的附着力减小了。从而当叶轮转动时，防止由于叶片前缘纤维的积聚而增大叶轮阻力;另外通过倾斜前缘与出自叶轮轴的径线之夹角使它大于在叶轮上纤维的休止角时，纤维的附着力也会降低。考虑到叶轮前缘表面相对于纤维的摩擦系数，所谓休止角即为在此角度下垂直于叶片前缘之力大到足以把纤维滞留在前缘，从机械上来说，前缘就代表着倾斜角大于休止角的倾斜面，因此纤维就停不住，因为没有足够的力保持它们在前缘上，它们继续随着液流循环。尽管没有任何大的径向分流，实质上，流量是轴向的，特别当叶轮为安在进水管内的轴流式叶轮时。在叶轮靠近前缘部分采用摩擦系数较小的材料就可减小纤维在前缘的粘附，此种小摩擦系数可通过抛光工艺来达到。小摩擦系数材料最好采用相对于纤维摩擦系数较小的塑料材料。

本发明的上述以及其他目的、特点和优点以及推荐的实例，从参阅附图有关下述的叙述，就会对实施本发明的最佳实例有更明确的了解。

图1是体现本发明一拌混系统的正面剖视图。

图2是图1内沿2-2剖面线的剖视图，它根据发明的一个实施例。详细说明了小阻力叶轮。

图3是一放大的正视图，介绍图1、图2所表示的其中一个叶轮叶片。

图4是其中一个叶轮叶片的剖视图用于说明它的叶型设计的弧、弦和叶片厚度，此剖面是图2沿4-4剖面线剖开。

图5与图2相似，介绍本发明另一个实施例的低阻力叶轮。

特别是提到图1，图中所示的槽罐（10）用于拌混液体，譬如有悬浮状纤维的废水。具有圆锥形上部（14）的进水管以及圆柱形下部（16）的排水管，通过柱子（20）悬挂在横梁（18）上，圆柱形下部（16）也可以做成扩散形。横梁（18）还支承着驱动装置（22），包括电机（24）和齿轮箱（26）。齿轮箱（26）内的轴承可回转地支撑着驱动轴（28）。具有若干叶片（32）的叶轮连到由驱动轴（28）所驱动的轮（34）上。排水、进水管（14）和（16）限定了叶轮通道36。当该系统用于拌混和曝气时，可将搅动环安在下部（16）之内，叶轮（30）的下方。另外，外界空气也可引入通过叶片上的小孔来达到美国专利NO4231974所介绍的搅拌目的。叶轮通道（36）的作用和优点在美国专利NO3477382有详细描述。有关拌混系统进、出水管设计的进一步内容可从美国专利NO4335206中获取。

叶轮（34）是一轴流式叶轮，每个叶片有气动外形，它迫使槽罐内的液体通过进、排水管循环，当系统用于拌混和曝气时，最好液流通过叶轮向下进行循环，虽然向上循环也可以。例如在美国专利NO4231947所介绍图上未标出），它可进一步导引从叶轮轴向流出的液流。叶轮有若干个叶片，图2所示用了3个叶片（32），每个叶片都是相同的，叶片在轮毂上夹角互为120°。叶片可焊在它们的基座（35）上，然后再把它安到轮毂（34）上去。

如图3和图4所示，每个叶片（32）有它的气动外形，叶片的弦长（CL）由它的前缘38和后缘40之距决定来测量。而叶片的弧高就由中线（42）和弦之距而定。叶片也有扭曲，如图3所示，叶片下表面和弦之间的夹角，在叶片基座（35）处大于叶片顶端（44）处，可以大10°-18°。为了获得轴流，弧高的最大值大约为弦长的4%～8%。最大弧高的位置大约在从前缘到后缘弦长的20%～60%处。叶片上表面与下表面之间厚度最好是弦长的6%～14%范围内。叶片在轮毂处的宽度可以是弦长的22%～28%。叶片在顶端的宽度可以是弦长的14%～20%。顶端的弦角（在叶片顶端的弦与水平面之间夹角）可以是5°～25°。

叶片可以用二块板材来制造，如图4所示，板材在靠近前后缘处焊在一起。可有一镶入件（50），其长度约为叶片上下表面所形成的前后缘之间长度的10%。该镶入件最好采用使表面具有小摩擦系数的塑料材料，特大分子量的聚乙烯是合适的材料，该材料的分子量约为500万。可采用的材料有曼纳莎公司（MENASHA）生产的聚Hi材料，商业名称叫蒂佛拉（TiVARA）。其他具有小摩擦系数材料也都适用，诸如氟塑料（商业上称为聚四氟乙稀）。选用特大分子量的聚乙稀当为最佳。

同样也观察到，叶片（32）的顶端（44）有一圆弧段，且与排水管内圆面相适应，一直延伸到下段（16）的内圆周面，叶片顶端和内圆周面留有必不可少的间隙，以保证加工误差。另外，前缘（38）也比后缘（40）要长些。前缘在靠基座35处有一弧形段（52），然后过渡到直线段（54），后缘是完全直的。做成弧形段52是为了使前缘有足够倾斜，这样就会达不到促使纤维积聚到前缘的休止角。休止角由叶轮轴（56）、轴（28）、轮毂（34）共同的中心线所引出的径线和前缘之间夹角来度量。在推荐实例中，此角以θ表示，在图2垂直于轴56的平面内的径线（60）与前缘（38）相交在点（62），点（62）处的径线长度RL等于从顶端（44）到轴（56）叶片半径的70%，θ为40°。此倾角可以在20°～60°范围内变化，这取决于要拌混的悬浮在液体中纤维的性质和镶入件（50）表面的摩擦系数。

在一些情况下，足够大的倾角θ也可足以代替小摩擦系数的镶入件，当然也可毋须在前缘表面部分嵌入小摩擦系数的镶入片，而用抛光的办法。若不用镶入件，也可采用镶覆或粘贴的方法来达到小摩擦系数的目的。有关镀覆技术的资料请参阅下列文献：威廉斯著文的「用氟塑料来提高寿命」，英国电器第1期，第7册。

如欲增加倾斜角，例如50°或超过50°，叶轮（30）可采用图5中所示的叶片形式。此种叶片具有气动外形，它们的前缘有一段圆弧。图2所示的倾角θ是在前缘（38）与径线（60）的交点（62）处度量的，点（62）位于从叶轮轴（56）至叶片顶端70的半径长度的70%处。还包括径线（60）与前缘（66）上点（62）处的切线（72）相交的夹角。图中所示圆弧段的圆心在沿着垂直于切线72的垂直线的点（68）上。

叶片后缘（74）由二段弧线组成，其中一段弧线其圆心在点（68）另一段弧线其圆心在叶片内点（80）。

在靠近前缘（66）的叶片（81）这部分可采用小摩擦系数的镶入件，类似于上述镶入件（50）。至于能使前述（81）这部分具有表面小摩擦系数的其它技术也可有选择地用在这里。

从上面的介绍明显看出，它不因在循环和拌混的液体中含有悬浮状纤维而降低系数的效率和性能，本发明提供了一种改进了的轴向循环流动并拌混系统。本发明范围之内上述系统的改进和改型，对本专业的普通技术人员是显而易见的，因此对此描述的系统并不应该在有限的意义上作出解释，而应在更广泛范围认识它。

Claims

1、放置在槽罐（10）内，悬浮有短毛类纤维的液体的一种循环装置，该装置具有位于上述槽罐内的排水管（12），一根驱动轴28，一个轴流式叶轮（30）安装在上述驱动轴上并带有若干叶片（32），上述叶轮（30）配置在排水管（12）内，上述叶片有相对的两缘，当叶轮转动时，其中的一缘在另一缘之前转动，其特征在于：在与叶轮轴（56）垂直的平面上，叶片前缘（38）与从叶轮轴（56）上发出的径线（60）的夹角大于叶轮（30）在液体中旋转时纤维在叶轮（30）上的休止角。

2、按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在从叶轮轴（56）至叶片顶端的半径长度之70%处，一条径线与前缘（38）相交的夹角在20°-60°的范围内。

3、按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：叶片（32）的后缘（40）在与叶轮轴垂直的平面内与后缘相交的径线所夹角度小于前缘（38）和与前缘（38）相交的径线之间的夹角。

4、按照上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于：叶片（32）的弧高大约是前缘（38）和后缘（40）之间的叶片（32）的弦长的4%至8%;叶片的最大厚度是上述弦长的6%至12%;所述弦与垂直于叶轮轴（56）的平面之间的夹角在靠近轮毂处比靠近叶片顶端处大，而且该夹角的大小在上述两处之间都在变化。

5、按照上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于：叶片（32）具有相对的两表面从前缘（38）向后缘（40）延伸，这两表面的若干部分所用的材料比叶片表面其余部分有较小的摩擦系数。

6、按照权利要求5所述的装置，其特征在于：所述表面部分设有镶入件（50），该镶入件（50）限定了叶片的前缘（38）。

7、按照权利要求6所述的装置，其特征在于：所述镶入件（50）的材料是塑料。