CN105992637B - 搅拌器叶轮装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将气体分散至固体和液体的浆料内的搅拌器叶轮装置(1)，包括叶轮(6)，叶轮(6)有多个搅拌叶片(8)，搅拌叶片(8)沿径向等间距地安装在圆形轮毂盘(7)上。各搅拌叶片(8)包括：下部竖直分散叶片(9)，其与圆形轮毂盘的半径平行地布置在圆形轮毂盘(7)的平面下面，所述竖直分散叶片(9)有：直的竖直外边缘(10)，其靠近圆形轮毂盘(7)的周边(11)；内边缘(12)，其靠近轴(2)；圆角边缘(13)，其在外边缘和内边缘之间以一半径r弯曲；上部竖直分散叶片(14)，其布置在圆形轮毂盘(7)的平面上方，并平行于圆形轮毂盘的半径；倾斜悬垂叶片(15)，其布置在圆形轮毂盘(7)的周边的径向外部，相对于竖直方向成第一角度(α)，在圆形轮毂盘的平面下面。

Description

搅拌器叶轮装置
技术领域
本发明涉及一种用于将气体分散至固体和液体的浆料内的搅拌器叶轮装置。
背景技术
在现有技术中由US4548765已知一种用于将气体分散至固体和液体的浆料内的搅拌器叶轮装置。该装置包括旋转轴，该旋转轴有与旋转装置连接的上端以及自由的下端。该装置还包括叶轮，该叶轮相对于中心轴线同轴地中心地与旋转轴的下端连接。叶轮有水平的圆形轮毂盘，该圆形轮毂盘中心地水平地与旋转轴的下端连接。多个搅拌叶片沿径向等间距地安装在圆形轮毂盘上。
US4548765公开了各搅拌叶片包括下部竖直分散叶片，该下部竖直分散叶片与圆形轮毂盘的半径平行地布置在圆形轮毂盘的平面下面。竖直分散叶片有：直的竖直外边缘，该外边缘靠近圆形轮毂盘的周边；内边缘，该内边缘靠近轴；以及圆角边缘，该圆角边缘在外边缘和内边缘之间以一定半径弯曲。叶轮还包括上部竖直分散叶片，该上部竖直分散叶片布置在圆形轮毂盘的平面上方，并平行于圆形轮毂盘的半径。叶轮还包括倾斜悬垂叶片，该倾斜悬垂叶片相对于竖直方向以第一角度布置在圆形轮毂盘的周边的径向外部并在圆形轮毂盘的平面下面。
与US4548765的叶轮相对应，还有商标名为的市场产品。叶片的性能特征突出。它是用于将气体分散至三相系统(气体、液体和固体)中的高效叶轮。问题是所述已知叶轮是相当复杂的结构，具有超过20个部件，这些部件通过50处焊接来装配，需要将六个搅拌叶片装配在圆形轮毂盘上。各搅拌叶片由四个分离的叶片部件来装配，因为上部分散叶片和下部分散叶片是焊接在圆形轮毂盘上的分离部件，在周边外部的倾斜悬垂叶片焊接在臂上，该臂焊接在圆形轮毂上。复杂的结构导致较高的制造成本。大量的部件和焊接也使得质量控制非常困难。另一问题是焊接接头易遭受疲劳裂纹和腐蚀。
发明内容
本发明的目的是减轻上述缺点。
特别是，本发明的目的是提供一种具有叶轮的叶轮装置，该叶轮装置是具有很少部件的简单结构，能够在没有焊接的情况下制造，并减小制造成本和提高质量。
而且，本发明的目的是提供一种具有叶轮的叶轮装置，该叶轮装置具有提高的混合性能和高功率指数。
而且，本发明的目的是提供一种具有叶轮的叶轮装置，该叶轮装置具有提高的疲劳强度和较长寿命。
根据一个方面，本发明提供了一种用于将气体分散至固体和液体的浆料内的搅拌器叶轮装置。该装置包括旋转轴，该旋转轴有与旋转装置连接的上端以及自由的下端。旋转轴有中心轴线。所述装置还包括：叶轮，该叶轮相对于中心轴线同轴地中心地与旋转轴的下端连接。叶轮包括水平的圆形轮毂盘，该圆形轮毂盘中心地水平地与旋转轴的下端连接；以及多个搅拌叶片，这些搅拌叶片沿径向等间距地安装在圆形轮毂盘上。各搅拌叶片包括下部竖直分散叶片，该下部竖直分散叶片与圆形轮毂盘的半径平行地布置在圆形轮毂盘的平面下面，所述竖直分散叶片有：直的竖直外边缘，该竖直外边缘靠近圆形轮毂盘的周边；内边缘，该内边缘靠近旋转轴线；以及圆角边缘，该圆角边缘在外边缘和内边缘之间以一定半径弯曲。各搅拌叶片还包括上部竖直分散叶片，该上部竖直分散叶片布置在圆形轮毂盘的平面上方，并平行于圆形轮毂盘的半径。各搅拌叶片还包括倾斜悬垂叶片，该倾斜悬垂叶片布置在圆形轮毂盘的周边的径向外部，相对于竖直方向成第一角度，在圆形轮毂盘的平面下面。
根据本发明，搅拌叶片为一个整体的金属板零件，下部竖直分散叶片、上部竖直分散叶片和倾斜悬垂叶片由单个金属板坯料来弯曲。
本发明的优点是它提供了具有简单结构和较少部件的叶轮。叶轮能够在没有焊接的情况下制造，并降低了制造成本和提高了质量。而且，叶轮有提高的疲劳强度和较长寿命。
在本发明的实施例中，搅拌叶片包括：水平部件，该水平部件布置在上部竖直分散叶片和下部竖直分散叶片之间；螺栓孔布置在水平部件上，用于通过螺栓接头而将搅拌叶片附接在圆形轮毂盘上。
在本发明的实施例中，搅拌叶片有外端和内端，该内端比外端更接近中心轴线，外端和内端限定了搅拌叶片的长度；在中心轴线和外端之间的径向距离限定了叶轮的半径，该半径是叶轮的直径的一半；搅拌叶片的长度为0.35×D，公差为±0.05D。
在本发明的实施例中，下部竖直分散叶片具有从水平部件的下表面开始测量的高度，该高度为0.175×D，公差为±0.02D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，下部竖直分散叶片具有宽度W，该宽度为0.15×D，公差为±0.02D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，下部竖直分散叶片的弯曲圆角边缘的半径r为0.1×D，公差为±0.01D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，倾斜悬垂叶片的第一角度(α)为45°，公差为±5°。
在本发明的实施例中，上部竖直分散叶片具有长度，该长度对应于搅拌叶片的长度。
在本发明的实施例中，上部竖直分散叶片具有从水平部件的上表面开始测量的高度，该高度为0.105×D，公差为±0.01D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，上部竖直分散叶片与水平部件的上表面成第二角度，该第二角度为90°，公差为±5°。
在本发明的实施例中，倾斜悬垂叶片有直的下边缘，该下边缘与倾斜悬垂叶片的外边缘成第三角度，所述外边缘与搅拌叶片的外端一致，该第三角度为75°，公差为±5°。
在本发明的实施例中，倾斜悬垂叶片有直的内边缘，该内边缘平行于外边缘。
在本发明的实施例中，间隙限定于倾斜悬垂叶片的内边缘和下部竖直分散叶片的外边缘之间，所述间隙具有：宽度，该宽度为0.025×D，公差为±0.005D；以及封闭端，该封闭端布置在离下部竖直分散叶片的第一后部面有一侧向距离A处，该侧向距离A为0.045×D，公差为±0.005D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，上部竖直分散叶片有第二后部面，下部竖直分散叶片有平行于第二后部面的前部面，且在第二后部面和前部面之间的侧向距离B为0.1×D，公差为±0.01D，其中，D是叶轮的直径。
在本发明的实施例中，搅拌叶片的金属板具有厚度，该厚度为0.01×D，公差为0.01×D/-0.005×D。
根据上述原理确定尺寸的叶轮具有提高的混合性能和高功率指数。在测试中，通过本发明的原理构成的叶轮在与相同的功率输入情况下产生类似的气体分散。而且，它在与相同的功率输入情况下产生更好的固体分散。而且，由于比更高的功率系数，它在更低尖端速度的情况下产生相同的混合性能。因此，叶轮受到更小磨损和腐蚀，并能够预期有更长寿命。还有，的当前按比例放大的准则也能够用于本发明的叶轮。
应当知道，上述本发明的方面和实施例可以相互组合地使用。多个方面和实施例可以组合在一起，以便形成本发明的另一实施例。
附图说明
包含为用于进一步理解本发明和构成本说明书一部分的附图表示了本发明的实施例，并与说明书一起帮助解释本发明的原理。附图中：
图1表示了反应器的竖直剖视图，根据本发明一个实施例的叶轮装置安装在该反应器中；
图2表示了图1的叶轮装置从上面斜向看时的轴测图；
图3表示了图2的叶轮装置从下面斜向看时的轴测图；
图4表示了图2的叶轮装置从上面看时的平面图；
图5是图2至4中所示的叶轮装置的一个搅拌叶片的轴测图；
图6表示了图5的搅拌叶片的侧视图；
图7表示了图5的搅拌叶片的端视图；以及
图8表示了图4的细节E。
具体实施方式
图1表示了反应器100，该反应器100装备有搅拌器叶轮装置1和布置在该叶轮装置下面的气体进口101。叶轮装置1用于将从气体进口101排出的气体有效地分散成小气泡，同时保持粉末状固体在液体溶液中的良好悬浮，还在气体-固体-液体悬浮液中产生较强的悬浮保持的湍流流场，该湍流流场在反应器的中心向下，沿它的侧部向上。操作方法与在US4548765中所述类似。
搅拌器叶轮装置1包括旋转轴2，该旋转轴2有上端3，该上端3直接或通过传动装置而与旋转装置4(例如电马达)连接。旋转轴2具有自由的下端5。轴的中心对称轴线x是竖直的。叶轮6相对于中心轴线x同轴地中心地与旋转轴2的下端5连接。
叶轮6包括水平圆形轮毂盘7，该圆形轮毂盘7中心地水平地与旋转轴2的下端5连接。叶轮还包括多个搅拌叶片8，所示实例为六个叶片8，这六个叶片沿径向地等间距地安装在圆形轮毂盘7上。
叶轮6的新结构只包含七个部件：圆形轮毂盘7和六个叶片8。在装配中根本不需要焊接，这使得制造成本减小90％。叶轮的总成本是普通设计的大约50％。疲劳强度非常高。
如由图2至4可见，全部搅拌叶片都相同。最好在图3中可见，各叶片8包括下部竖直分散叶片9，该下部竖直分散叶片9布置在水平圆形轮毂盘7的平面下面，并平行于圆形轮毂盘7的半径。
参考图3和6，竖直分散叶片9有：直线形竖直外边缘10，该外边缘10靠近圆形轮毂盘7的周边11；内边缘12，该内边缘12靠近旋转轴线x；以及圆角边缘13，该圆角边缘13在外边缘10和内边缘12之间以一半径r弯曲。参考图2、3、5、6和7，上部竖直分散叶片14布置在圆形轮毂盘7的平面上方，并平行于圆形轮毂盘的半径。倾斜悬垂叶片15布置在圆形轮毂盘7的周边的径向外部，相对于竖直方向成第一角度α，在圆形轮毂盘的平面下方。搅拌叶片8为一个整体的金属板零件，下部竖直分散叶片9、上部竖直分散叶片10和倾斜悬垂叶片15由单个金属板坯料弯曲。
参考图2至5，搅拌叶片8包括水平部件16，该水平部件16布置在上部竖直分散叶片14和下部竖直分散叶片9之间。螺栓孔17布置在水平部件16处，用于通过螺栓接头而将搅拌叶片8附接在圆形轮毂盘7上。
参考图5和8，搅拌叶片8有外端18和内端19，该内端19比外端更接近中心轴线x。外端18和内端19限定了搅拌叶片8的长度L。在中心轴线x和外端18之间的径向距离确定了叶轮6的半径R，该半径R是叶轮的直径D的一半。搅拌叶片8的长度L为0.35×D±0.05D。
参考图7，下部竖直分散叶片9具有高度HL(从水平部件16的下表面20开始测量)，该高度HL为0.175×D±0.02D。
参考图8，下部竖直分散叶片9具有宽度W，该宽度W为0.15×D±0.02D。
参考图6，下部竖直分散叶片9的弯曲圆角边缘13的半径r为0.1×D±0.01D。
参考图7，倾斜悬垂叶片15的第一角度α为45°±5°。
参考图5和8，上部竖直分散叶片14具有长度L，该长度L对应于搅拌叶片8的长度L。
参考图7，上部竖直分散叶片14具有高度HU(从水平部件16的上表面21开始测量)，该高度HU为0.105×D±0.01D。
参考图7，上部竖直分散叶片14与水平部件16的上表面21成第二角度β，该第二角度β为90°±5°。
参考图5，倾斜悬垂叶片15有直的下边缘22，该下边缘22与倾斜悬垂叶片15的外边缘23成第三角度γ，所述外边缘23与搅拌叶片8的外端18一致，该第三角度γ为75°±5°。倾斜悬垂叶片15有直的内边缘24，该内边缘24平行于外边缘。
如图5至8中所示，间隙G限定于倾斜悬垂叶片15的内边缘24和下部竖直分散叶片10的外边缘10之间。间隙G的宽度s为0.025×D±0.005D。间隙G的封闭端25位于离下部竖直分散叶片9的第一后部面26一侧向距离A处，该侧向距离A为0.045×D±0.005×D。
如图7中所示，上部竖直分散叶片14有第二后部面27，下部竖直分散叶片9有平行于第二后部面27的前部面28，且在第二后部面27和前部面28之间的侧向距离B为0.1×D±0.01D。搅拌叶片8的金属板具有厚度C，该厚度C为0.01×D+0.01×D/-0.005×D。
因为上述尺寸都确定为与叶轮6的直径D成正比(见图4)，因此它们可根据上述原理来缩放。
尽管已经结合特定类型的叶轮装置介绍了本发明，但是应当知道，本发明并不局限于任意特定类型的叶轮装置。尽管已经结合多个示例实施例和实施方式介绍了本发明，但是本发明并不局限于此，而是覆盖落在后面的权利要求的范围内的多种变化形式和等效结构。

Claims (15)

1.一种用于将气体分散至固体和液体的浆料内的搅拌器叶轮装置(1)，该装置包括：
旋转轴(2)，该旋转轴有能够与旋转装置(4)连接的上端(3)以及自由的下端(5)，所述旋转轴有中心轴线(x)，该中心轴线是旋转轴线；以及
叶轮(6)，该叶轮相对于所述中心轴线(x)同轴地中心地与旋转轴(2)的下端(5)连接，所述叶轮(6)有：
水平的圆形轮毂盘(7)，该圆形轮毂盘在中心处水平地与旋转轴(2)的下端(5)连接；以及
多个搅拌叶片(8)，这些搅拌叶片(8)径向地等间距地安装在圆形轮毂盘(7)上，各搅拌叶片(8)包括：
下部竖直分散叶片(9)，该下部竖直分散叶片(9)与所述圆形轮毂盘的半径平行地布置在所述圆形轮毂盘(7)的平面的下面，所述竖直分散叶片(9)有：直的竖直外边缘(10)，该竖直外边缘靠近所述圆形轮毂盘(7)的周边(11)；内边缘(12)，该内边缘(12)靠近旋转轴线(x)；以及圆角边缘(13)，该圆角边缘在所述外边缘和内边缘之间以一半径r弯曲；
上部竖直分散叶片(14)，该上部竖直分散叶片(14)布置在所述圆形轮毂盘(7)的平面的上方，并平行于所述圆形轮毂盘的半径；以及
倾斜悬垂叶片(15)，该倾斜悬垂叶片(15)布置在所述圆形轮毂盘(7)的周边的径向外部，相对于竖直方向成第一角度(α)，在所述圆形轮毂盘的平面的下面，其特征在于：搅拌叶片(8)是一个整体的金属板零件，所述下部竖直分散叶片(9)、上部竖直分散叶片(14)和倾斜悬垂叶片(15)由单个金属板坯料弯曲。
2.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：搅拌叶 片(8)包括：
水平部件(16)，该水平部件(16)布置在所述上部竖直分散叶片(14)和下部竖直分散叶片(9)之间；以及
螺栓孔(17)布置在水平部件(16)上，用于通过螺栓接头而将搅拌叶片(8)附接在所述圆形轮毂盘(7)上。
3.根据权利要求1或2所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：搅拌叶片(8)有外端(18)和内端(19)，该内端(19)比外端更接近中心轴线(x)，所述外端和内端限定了所述搅拌叶片的长度(L)；在中心轴线(x)和外端(18)之间的径向距离限定了叶轮(6)的半径(R)，该半径(R)是叶轮的直径(D)的一半；所述搅拌叶片(8)的长度(L)为0.35×D±0.05D。
4.根据权利要求2所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：下部竖直分散叶片(9)具有从水平部件(16)的下表面(20)开始测量的高度(HL)，该高度(HL)为0.175×D±0.02D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
5.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：下部竖直分散叶片(9)具有宽度(W)，该宽度(W)为0.15×D±0.02D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
6.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：下部竖直分散叶片(9)的弯曲圆角边缘(13)的半径(r)为0.1×D±0.01D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
7.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：倾斜悬垂叶片(15)的第一角度(α)为45°±5°。
8.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：上部竖直分散叶片(14)具有长度(L)，该长度(L)对应于搅拌叶片(8)的长度(L)。
9.根据权利要求2所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：上部竖直分散叶片(14)具有从水平部件(16)的上表面(21)开始测量的 高度(HU)，该高度(HU)为0.105×D±0.01D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
10.根据权利要求9所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：上部竖直分散叶片(14)与水平部件(16)的上表面(21)成第二角度(β)，所述第二角度(β)为90°±5°。
11.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：倾斜悬垂叶片(15)有直的下边缘(22)，该下边缘(22)与倾斜悬垂叶片(15)的外边缘(23)成第三角度(γ)，所述外边缘(23)与搅拌叶片(8)的外端(18)一致，该第三角度(γ)为75°±5°。
12.根据权利要求11所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：倾斜悬垂叶片(15)有直的内边缘(24)，该内边缘(24)平行于外边缘(23)。
13.根据权利要求12所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：间隙(G)限定于倾斜悬垂叶片(15)的内边缘(24)和下部竖直分散叶片(9)的外边缘(10)之间，所述间隙(G)具有：宽度(s)，该宽度(s)为0.025×D±0.005×D；以及封闭端(25)，该封闭端(25)布置在离下部竖直分散叶片(9)的第一后部面(26)一侧向距离A处，该侧向距离A为0.045×D±0.005D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
14.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：上部竖直分散叶片(14)有第二后部面(27)，下部竖直分散叶片(9)有平行于第二后部面(27)的前部面(28)，且在第二后部面(27)和前部面(28)之间的侧向距离B为0.1×D±0.01×D，其中，D是叶轮(6)的直径(D)。
15.根据权利要求1所述的搅拌器叶轮装置，其特征在于：搅拌叶片(8)的金属板具有厚度(C)，该厚度(C)为0.01×D+0.01×D/-0.005×D。
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