CN1033429C - 盘形混合器 - Google Patents

Abstract

一个盘形的混合器(11)被用于使液体混合和将气体溶解于液体中。该混合器(11)置有一个形成刀刃的圆周边缘和多个轴向的贯穿通孔(17)，为的是，在混合器(11)转动时，产生一个形成多个旋涡流(25)的液体流动。该孔(17)是分别在上侧面(13)和下侧面(15)作锥形切削加工成的，并在斜切口之间的轴向区域(27)总要如此倒图加工，即获得一种径向的翼型面(21)和在两相邻的孔(17)间的圆周方向上产生一个圆周翼型面(23)。液体在流过孔(17)之后就被径向向外甩出，以致于在圆周边缘(19)外产生气穴小泡。

Description

盘形混合器

本发明涉及一个盘形的混合器，它属于权利要求1前序部分限定的技术领域。

这种类型的混合器已经在US-PS4007920图18中公开。这个公知的混合器是盘形结构且可围绕一个中心轴转动和具有多个轴向通孔，同时，该盘的两个侧面之一是突面结构。所述通孔用于，将在上侧面邻近的空气搅拌到邻近混合器下侧面的液体中。然而，这种已知混合器的混合作用是必需改进的，因为，要使液体和气体完全混合，就必须使这种公知混合器进行相当长时间的转动并由此消耗许多能量。

一个另外的属于开头所称类型的混合器是在申请案DE4101303A1和DE4113578A1中提出的两个较旧的不在先公开的技术方案，其中，混合器设置成盘形结构，并在其上侧面和下侧面上具有不同的拱度。该盘本身则通过一个驱动装置进行转动，由此，因为柏努利(Bernoulli)一效应，在上和下侧面之间产生一个压力差。因为圆盘具有多个轴向通孔，所以就在上侧面和下侧面之间产生一个轴向的、通过压力差引起的流动。同时，这些轴向通孔被穿流，以致于通过从下侧面到上侧面的流动，可以实现一个强烈的多种流体的充分混合。此外，这种公知的盘件还具有一个锐利刀刃的圆周边缘，以避免绕圆盘的环流。在转数为3000至8000转/分和盘径为42毫米时，上和下侧面之间的流动是如此之强，以致于在盘的圆周边缘上出现气穴现象，并且甚至气体也可粉碎成最小的气泡而被流体溶解，依此就产生最微小的泡沫、悬浮液和乳浊液。

气穴现象，例如还会在涡轮叶片或船螺旋桨情况下发生。当一种液体被传给一个高的流速时，也会在液体中出现具有明显低压的空穴。在这些空穴破爆情况下，就释放压力冲击波，如在涡轮叶片和船螺旋桨情况下，这些压力冲击波就导致一个气蚀或气穴腐蚀时的损坏。

根据上面两个较老申请中建议的圆盘虽然在使用中得到了证实，但是仍要考虑的是进一步提高其气穴作用，以便使液体和/或气体的混合作用还要快和更完全地进行。

为此，本发明的任务在于，将权利要求1前序部分限定的混合器作如此改进，以实现液体和/或气体更快和更完全地混合。

这一任务，本发明是通过权利要求1的特征方案解决的。

在本发明混合器中，所述孔分别在混合器的上侧面和下侧面被切削加工成锥形，并且圆周边缘是锐利刀刃的结构，以便构成机翼形的型面。因此，一方面，在孔和锐利刀刃的圆周边缘之间的径向上产生一个机翼型面，另一方面在相邻孔之间的圆周方向上形成另一个翼型面。这就会导致，在转动的混合器浸入一种流体或多种要混合的流体中时，产生旋涡流。在混合器的上侧面产生一个低压，因此，在下侧面处的流体就有一个抽吸作用。这样，每个孔在混合器该孔的下侧面区域中产生一个流体构成的旋涡流，在流过孔之后，在混合器上侧面的粘附力就和一个高离心力相结合造成流体径向地被抛甩出去。在高剪切力区域，主要在锐利刀刃的圆周边缘外，就产生一个气穴现象。通过在径向和圆周方向上的机翼型面和在上侧和下侧面间压力差的基础上就构成一个确定的流动方向。此外，通过孔的流动和接着在混合工具的上侧面沿径向的绕流也明显地得到改善，由此，抽吸作用提高了，流动损失减小了，并因为一个由此提高的径向流动速度，使气穴作用和混合效果得到改善。

本发明有利的结构方案构成从属权利要求的技术方案。

下面，借助附图详细描述本发明的一个实施例。它表示：

图1是本发明一个混合器实施例的横剖图并表明两个旋涡流。

图2是图1混合器的仰视图。

图3是沿图2中3-3线的混合器截面图，和

图4是本发明混合器另一实施方案的横截面图。

图1表明一个混合器11，它有一个上侧面13和一个下侧面15。在上侧面13上轴向延伸着一个与该混合器11的中心轴线z同轴的凸缘法兰F并有一个同轴孔30，通过它使该混合器11与一个驱动装置R相连接并可被转动。该混合器11还具有一个设置成锐利刀刃的圆周边缘19以及四个轴向的贯穿孔17。

该孔17，不仅在上侧面13上，而且在下侧面15上都分别是切削成锥形的，例如，通过一个专门设置的锥形扩孔钻，其尖顶朝着混合器11的中轴线z指向。在(两面)斜切口之间的轴向区域27，27′中，该孔17总是如此被倒圆的，即，在孔17和形成锐利刀刃的圆周边缘19之间的径向方向上，产生一个翼型的鼻子21。

该混合器11在其上侧面13和下侧面15上具有一个平缓的凸起的型面。最好该下侧面15具有一个比上侧面13较平坦的凸起型面，因此，翼型21在沿径向方向上与一个飞机机翼型面相类似，并由此和一个飞机机翼上的升力作用相类似，会产生一个另外的(下面还要评述)抽吸作用，它明显地比上和下侧面具有相同的凸型面时的情况强烈。

图2表明，孔17在混合器11的一个同心圆圆周上是均匀设置的，并分别具有相等的直径。此外，可以想到，在混合器11的多个同心圆上分别设置不同大小的孔17。

图3表示图2中沿线3-3的一个截面并通过两个相邻的孔17。其中可以看出，在圆周方向的孔17之间，同样存在一个翼型面23，它不是一个完全理想的机翼翼型横截面，因为该翼型面24不像翼型面21那样沿径向方向慢慢形成尖顶，而是在斜切口之间的轴和区域27′中具有倒圆半径。该孔17在上侧面13和下侧面15上的锥形斜切口分别位于一个想像的截角锥外缘表面上，其(截角锥)对称直线是沿背离混合器11的方向从该混合器的中心轴线z离开向外倾斜的。在通过一个锥形扩孔钻作扩孔加工时，这个几何形状是如此产生的，即，锥形扩孔钻被放置在与上侧面13或下侧面15成相对正交的位置，这样对于具有凸形弯曲型面的混合器11的情况下就意味着，该锥形扩孔钻是如此倾斜放置的，即它的尖端(顶)指向中心轴线z。

此外还可能的是，如图4所示，该上侧面13是在中心轴z和圆周边缘19之间沿轴向向里凹曲的，而下侧面15则是沿轴向向外突出弯曲的。同时还与扩孔作用一起获得一个分别沿径向和沿圆周方向的翼型面。

该法兰F虽然是有利方式，但是它也可以完全地省去，而驱动装置R是通过其他一般的连接元件来连接的。

此处所应用的概念：上侧面和下侧面是可以相互交换的。这样只是影响流动的方向。

下面就该混合器的工作方式并结合图1作详细说明。

该混合器11是放置在一个未描绘的容器内，其中，例如充满了水和油，并仅仅以该下侧面被浸没，因此，该上侧面未被利用。该驱动装置R用来驱动该混合器11，这样，该混合器例如以约600转/分旋转。

在传统类型的混合器中例如一个旋涡形式的情况下，混合作用是通过伸出的边棱产生的，它(边棱)将液体拖走。在一个涡旋混合器中，它是螺旋形的结构，该要混合的流体则附加地通过一个朝流体表面方向的输送作用进行传送，此外，还通过离心力和突出的边棱向外甩出，由此产生希望的混合作用。

本盘形混合器11作用虽然如一个搅拌器，但却照另外的原理工作。在混合器11转动的情况下，通过上侧面13和下侧面15间的柏努利(Bernoulli)-效应就产生一个压力差。在上侧面13上产生的低压就导致，下侧面15上的流体被抽吸。同时，这个抽吸作用如此之大，即产生许多类似于龙卷风的旋流25。而旋流25的数目与在混合器11中的孔17数目相一致。还有旋流25的直径是与孔直径近似相等的。被置于这样运动时流体则以高速向上流动并通过轴向孔17。通过液体在上侧面13的粘附作用，流体就获得一个附加的离心力和被径向向外抛扔。依此，在旋流25区域中的紊流流过孔17之后就被校正成层流方式，这样，在上侧面13上就产生一个提高的流动速度和由此导致在上侧面13和下侧面15之间产生一个较高的压力差。

单个流体质点所形成的流线，相对于混合器11而言并不是精确径向的，由于圆周速度和径向速度的叠加作用，流体质点就产生一个弧形的流动轨迹，并依此该流体的轨迹也沿混合器11的圆周边缘19的方向。同时，上侧面13则和一个飞机机翼相似，是平滑和层流的环流流动，而没有大的附加涡流和流动损失。

这些通过孔17流动的流体质点不仅在孔17的靠近混合器11的圆周边缘19范围外可以到达上侧面13和被向外抛扔，而且同样能够的是，孔17范围内靠近中心轴线z的流体质点也可到达上侧面13处。同时，这些流体质点，如已经说明的，描述一个朝圆周边缘19方向的弧形轨迹。还有在这个弧形的轨迹上形成一个沿翼型的流动，而这个翼型是由径向的翼型面21和圆周方向的翼型23形成的组合翼型。这个组合而成的翼型具有一个如翼型23的鼻部且具有相对大的倒圆半径，其位于(上和下侧面)斜切口间的区域27′处，和具有一个由圆周边棱19构成的后边棱。依此，该翼型23则不是完全环流的，而是，按照由流体质点描述的弧形轨迹，构成该组合翼型的鼻部。这一点又取决于该混合器11的几何形状，其转动速度以及要混合流体的种类。

在高速流动的区域内，特别在圆周边缘19的区域内，由于出现的高剪切力就会在要混合的流体内部形成气蚀小泡，亦即较低压力的空腔。这就是以机械方式产生的气穴现象。

这样，要混合的流体，不仅通过高的流动速度比传统的搅拌器得到明显快地和更完全地混合，而且还通过气穴现象本身的强化混合作用。这些气蚀小泡在其形成之后又爆炸破裂，所以产生强烈的压力冲击，而这种压力冲击会导致附加的混合作用。如果该混合器11仅以其下侧面浸没在流体或要混合的流体中时，那么，空气或气体(如果其处在所述流体表面上的话)就被抽吸走。同时，这些气体是如此完全被混合的，即，它在已混合的流体中部分地被溶解了。这一点可如此解释，即空气压入产生的气蚀小泡中和填满了这样产生的空腔。

在混合器11转动期间在法兰F的区域内由于径向向外的流动不存在流体时，而在下侧面15位于旋流25之间的中心轴线z范围内出现一个附加流动33。而且这个流动33是由于上侧面13和下侧面15之间的高真空度产生的。并且，该流动33是靠近下侧面15径向向外地流动，然后有一部分被旋流25所偏转和/或沿下侧面15径向流到圆周边缘19处。

该上侧面13和下侧面15具有一个平缓的向外突出的弯曲型面，同时，正如在飞机机翼情况下一样，可以想到有最不同的型面，这同样如不同的切削倒棱(扩孔加工)一样。按照斜切口的种类和(上、下侧面)型面的类型，就可获得一个不同的翼型面21及翼型面23。然而与一个飞机机翼相类似，有利的方式是，该下侧面15具有一个比上侧面13较平坦的弯突型面，这样，按照飞机机翼上的升力作用，在混合盘(气蚀盘)11情况下就要产生一个压差增强，由此，所存在的抽吸作用也提高了。

该上侧面13和下侧面15的弯曲比率是通过其外缘线的比率限定的。而上侧面13及下侧面15的外缘线则同时通过混合器11的中心轴线z，并且将两个在直径上相反对置的圆周边缘19的点连接起来，但此时法兰F是不考虑的。已经证明，混合器11的上边缘线与下边缘线之长度比率为从1.15至1.75时特别有利，同时，随着混合器11的工作额定转数增大，外缘线的长度比率增加时是有益的。

混合器11样机的直径直到300mm时已经表明，利用该混合器11能够在最短的时间内使流体完全混合。

同时，所产生的抽吸作用是如此之大，以致于还可以想到，该混合器11象一个转子或一个船用螺旋桨驱动元件。

该盘形的具有大长度比率(上外缘线比下外缘线)的混合器11(也就是说，具有强烈弯曲的上侧面13和较平缓弯曲的下侧面15)还可以应用于分离流体或从流体中除去颗粒物。这样还可以例如能够，将一种油和水的混合物用该混合器11再分离开。同时，还可以利用流体的不同密度，因为，流体质点按照密度在上侧面13上被向外抛出不同距离并产生一个相应较长或较短的飞行轨道。

在一个由镍制成的混合器11的结构方案中，这个混合器在制造油水混合物时或汽油水混合物时，会具有一个附加的催化作用。同时，该镍金属相应作为催化剂使氢从水中分解出来并依此构成辐射状的奥姆一群(OM-Gruppen)。

Claims (10)

1.一种盘形混合器，其具有一个上侧面(13)和一个下侧面(15)，该混合器可围绕一个中心轴线(z)转动并具有多个轴向的通孔(17)，同时，该盘的两个侧面(13，15)中至少一个  结构设置成凸面形的，其特征在于：

该盘的圆周边缘(19)是锐利刀刃状，和每个孔(17)在其上侧面(13)和其下侧面(15)上都是锥形扩孔而成的，同时，在孔(17)和圆周边缘(19)之间的径向方向上以及在相邻的孔(17)之间的圆周方向上都是机翼型面结构。

2.按权利要求1所述的混合器，其特征在于：该孔(17)总是在(上和下侧面的)斜切口之间的轴向区域(27，27′)倒圆的。

3.按权利要求1或2所述的混合器，其特征在于：

孔(17)是在盘的一个同心圆上均匀分布安置的。

4.按权利要求1或2所述的混合器，其特征在于：

孔(17)都具有相同的直径。

5.按权利要求1所述的混合器，其特征在于：

该上侧面(13)和下侧面(15)都具有一个平缓的轴向向外突出弯曲的型面。

6.按权利要求1或5所述的混合器，其特征在于：

该下侧面(15)具有一个比上侧面(13)更平坦的突出弯曲型面。

7.按权利要求6所述的混合器，其特征在于：

该上侧面(15)在中心轴线z和圆周边缘(19)之间具有一个轴向向内凹下弯曲的型面，而下侧面(15)具有一个轴向向外突出弯曲的型面。

8.按权利要求7所述的混合器，其特征在于：

在上侧面(13)上通过盘的中心轴线(z)并在直径上相反对置的(与圆周边缘(19)相交)点间延伸的外缘线长度是下侧面(15)上相应外缘线长度的1.15至1.75倍，同时，随着盘额定转速的增加，这个比率应在上述范围内选择较大值。

9.按权利要求8所述的混合器，其特征在于：

孔(17)在上侧面(13)和下侧面(15)的锥形斜切口分别位开一个想像的截角锥体的外缘表面上，其对称轴是沿背离圆盘的方向从盘时中心轴线(z)离开向外倾斜的。

10.按权利要求1所述的混合器，其特征在于：

其由镍制成。

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