CN106153144A - 混合容量测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过在圆柱形壳体底端处的吸入口产生的内部循环流f,其中其在预定时间周期期间从第一混合槽中抽吸将要混合的液体,并且将所述将要混合的液体转移至存储液体的第二混合槽。测量所述转移液体的体积以确定混合器主体的所述混合容量。因此,可以基于所述测量的转移液体而定量所述混合器主体的所述混合容量。通过混合容量的这种量化,可以设计所述混合器的实际应用。
Description
相关申请的交叉参考
本申请主张在2015年3月27日提交的标题为“混合容量测量设备(MixingCapacity Measuring Device)”的JP 2015-066522的优先权,并且其是主张了申请日为2012年12月25日的JP专利申请No.2012-280988作为优先权的,于2013年12月23日提交的美国专利申请号为14/138,157的部分接续申请,为了所有目的,以上公开以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及混合容量测量设备或更具体的涉及能够定量并预测混合设备的混合容量的测量设备。
背景技术
不同于通常为螺旋桨型的常规混合构件,已经提出了如在专利文献1中示出的混合器,其中在圆柱形旋转构件的内部发生循环流。
不同于螺旋桨型混合构件,具有该配置的混合设备可以高程度安全性和效率混合该混合目标。
先前技术文献
(专利文献)
专利文献1-未审的日本专利申请公布No.2014-124540。
发明内容
本发明要解决的问题
常规的混合设备包括具有螺旋桨型混合构件的那些设备,而用于测量并计算常规混合设备混合容量的技术是复杂或不清楚的。因此,难以定量并预测混合设备的混合容量。
本公开提出一种通过装置可以测量混合设备的液体转移体积的技术,所述装置可客观地验证处理时间和有效管理混合所需要能量的量。这反过来产生允许预测混合效率的数据,诸如确定用于混合给定量液体所需的处理时间和能量消耗的确切量。
解决问题的器件
为了解决该问题,本公开提供经由旋转驱动轴21E围绕圆柱形壳体31的中心轴线整体旋转的混合器主体7或21A,所述旋转驱动轴21E连接至封闭圆柱形壳体31上端的顶板21G1。圆柱形壳体31具有在圆柱形壳体31的外周表面中形成的多个排放口31A1-31A4。多个向内伸出翅片或挤压板部分33A1-33A4提供在圆柱形壳体31的内周表面。在圆柱形壳体31的底端处提供的是吸入口31。当圆柱形壳体31旋转时,翅片33A1-33A4引起内部循序流,其中将要混合的液体21C围绕中心轴线L1循环。形成内部循环流f的将要混合的部分液体2,作为外排放流的d1-d4由离心力通过在圆柱形壳体31中形成的排放口31A1-31A4而向外排放。同时,在混合器主体7或21A外侧的将要混合的部分液体2通过吸入口32而抽吸作为吸入流e1-e3。混合器主体7或21A在预定时间单元内从混合槽3中抽取将要混合的液体2,并通过吸入口32将要混合的液体2转移至混合槽5。可以通过测量转移至混合槽5的将要混合的液体2体积来确定混合器主体7或21A的混合容量。
发明效果
根据本公开,在预定时间单元内从第一混合槽中抽吸或抽取将要混合的液体并经由产生内部循环流的在圆柱形壳体的底部形成的吸入口转移至第二混合槽。然后,通过测量转移至第二混合槽的将要混合的液体体积可以定量混合器主体的混合容量。使用该混合容量量化,可以定制并设计混合设备的各种元件以相应地达到所期望的混合性能。
附图说明
图1显示混合容量测量设备的实施例。
图2为示出混合设备实施例的示意性横截面图。
图3为示出混合器主体详细配置的透视图。
图4为示出图3中示出的圆柱形壳体详细配置的平面图。
图5a至图5c显示用于测量混合设备混合体积的混合容量测量设备的操作的实施例。
图6a至图6c显示转移液体体积测量操作的透视图。
图7显示将要混合的液体转移体积的测量结果的评估的特性线图。
图8显示示出混合设备混合效率的图表。
图9示出用于测量混合设备升力的测量设备的实施例的透视图。
图10A和图10B显示用于测量混合设备升力步骤的实施例的透视图。
图11显示示出混合设备升力的评估结果的特性线图。
图12显示示出混合设备的升力和旋转速度之间关系的图表。
图13显示示出混合设备的吸入口直径、升力以及旋转速度之间相关性的图表。
图14显示示出混合设备的吸入口直径、升力以及旋转速度之间相关性的柱状图。
图15显示示出各种混合设备的混合效率的图表。
图16显示示出各种混合设备的混合效率的柱状图。
图17显示示出混合设备的混合转移体积和吸入口直径之间关系的特性线图。
具体实施例
现将结合附图来描述本公开的第一实施。
(1)混合容量测量设备的配置
图1显示混合容量测量设备1的示例装置。将要混合的目标为包含在第一混合槽3中的将要混合的第一液体2。包含将要混合的第二液体的第二混合槽5设置在第一混合槽3的上部。当混合器6的混合器主体7通过驱动电机8旋转时,包含在第二混合槽5中的将要混合的第二液体4被测量。
当混合器主体7通过由驱动电机支撑单元9支撑的驱动电机8旋转时,第一混合槽3中将要混合的第一液体2通过吸入管10B而抽取以便置于第二混合槽5中。如所显示的,吸入管10B穿过在第二混合槽5的底面处形成的密封构件10。
实施测量的操作员经由测量控制单元11输入一组测量条件12,以使驱动电机8根据该组测量条件驱动混合设备。
从实施测量的操作员激活启动开关13的时间到实施测量的操作员关掉停止开关14的时间之间,测量控制单元11激活驱动电极8以便驱动混合器主体7从而以如在显示窗口15上显示的旋转速度(每分钟转数,rpm)旋转。
(2)混合设备的示例性操作
作为一个示例,将具有如图2所示的混合设备21的混合器主体21A配置的混合器主体7用作或作为用于测量其混合容量的目标。
如所显示的,混合设备21具有这样的配置:具有圆柱形的混合器主体21A从方形混合槽21B的顶部直接插入至包含在混合槽中将要混合的液体21C中。
混合器主体21A从旋转驱动部分21D垂直延伸并且附接至旋转驱动轴21E的下端。旋转驱动轴21E垂直延伸并由围绕中线轴线L1的驱动电机21F驱动。
以下示例性说明涉及混合器主体以逆时针方向旋转的情况。可以理解的是,以下说明也适用于混合器主体以顺时针方向旋转的情况。如图3所示,混合器主体21A具有圆柱形旋转构件21G,其中圆柱形旋转构件21G的上表面和下表面分别由顶板21G1和底板21G2所覆盖。如箭头a所示,当下端整体固定至顶板21G上的旋转驱动轴21E逆时针旋转时,圆柱形旋转构件21G按如箭头b所示的逆时针旋转。
相应的顶板21G1和底板21G2的上表面和下表面附接至其上的旋转构件21G具有金属(或包括树脂的其它合适材料等等)薄板制作的圆柱形壳体31。在圆柱形壳体31的外表面,如图3和图4所示,示出了四个排放口31A1-31A4以围绕中心轴线L1中心的90度角设置。同时,与圆柱形壳体31连通并且具有吸入口功能的吸入管32从底板21G2的中心向下突出。
为了简化和说明的目的,布置示出的排放口31A1-31A4以使它们在圆柱形壳体31中两层的中间位置处垂直形成。作为一个示例,可以有以90度间隔在圆柱形旋转构件21G圆柱形外周表面中形成的8或12个排放口。可以理解的是,在圆柱形壳体中可以形成其它合适数目层中布置的其它合适数目的排放口。
以由箭头b所示的旋转方向的圆柱形壳体31的排放口31A1、31A2、31A3、31A4,挤压板部分33A1、33A2、33A3、33A4的端边缘是以朝向中心轴线L1侧方向上形成的。因此,当包含将要混合的液体21C的圆柱形壳体31以旋转方向b旋转时,将要混合的液体21C由挤压板部分33A1、33A2、33A3、33A4压出,穿过所述挤压板部分33A1、33A2、33A3、33A4与其相邻的排放口31A1、31A2、31A3、31A4。
因此,为了混合将要混合的液体21C,挤压板部分33A1-33A4的表面推动将要混合的液体21C,以便由挤压板部分(其也可以称为翅片)转移。
根据图2至图4所示的配置,当混合器主体21A已经插入至将要混合的液体21C中并且由旋转驱动部分21D以箭头a方向旋转时,在圆柱形壳体31的圆周表面处的排放口31A1的翅片或挤压板部分33A1和排放口31A2的翅片或挤压板部分33A2之间的空间、排放口31A2的翅片或挤压板部分33A2和排放口31A3的翅片或挤压板部分33A3之间的空间、排放口31A3的翅片或挤压板部分33A3和排放口31A4的翅片或挤压板部分33A4之间的空间、以及排放口31A4的翅片或挤压板部分33A4和排放口31A1的翅片或挤压板部分33A1之间的空间,以如由箭头c1、c2、c3以及c4所示的按照箭头a的相同方向移动。
此时,如以上提到的部分,每个以c1、c2、c3以及c4的方向移动,圆柱形壳体31内的将要混合的部分液体21C与圆柱形壳体31的中心部分接触并且沿着该移动而被抽取。
因此,挤压板部分或翅片33A1-33A4作为整体用来转移将要混合的液体21C。在圆柱形旋转构件21G启动旋转并取得稳定旋转之后,旋转操作沿着挤压部分或翅片33A1-33A4处抽取将要混合的液体21C。围绕中心轴线L1将要混合的液体21C的旋转速度与旋转驱动轴21E的旋转速度相同(这称为内部循环流f)。
形成内部循环流f的将要混合的液体21C的外侧沿着旋转而抽取。为围绕中心轴线L1中心的将要混合的液体21C通过离心力而向外分散。离心力已经作用于其上的将要混合的液体21C的部分内部循环流如图4中箭头d1-d4所示的方向而排出,如外部排放流从圆柱形壳体31的排放口31A1-31A4至混合槽21B的外部部分。
通过该实施例,当排放口31A1-31A4在圆柱形壳体31的金属薄板部分外圆周打孔时,板构件定位在形成缺口的排放口31A1-31A4的外圆周边缘处。这些构件在加工之后向内折叠以形成挤压板部分或翅片33A1-33A4。
在此种情况下,如果相对于圆柱形壳体31内侧表面的折叠角为例如45度并且如果圆柱形壳体31是旋转的,则挤压板部分33A1-33A4以中心轴线L1的方向推出将要混合的液体21C。以该方法,通过挤压板部分33A1-33A4可以容易地实施形成操作的内部循环流f。
此时,如图3所示,在混合槽21B内的将要混合的液体21C以及围绕作为吸入口的吸入管32的将要混合的液体21C穿过如箭头e1所示的而抽取值圆柱形壳体31中作为吸入流。因此,如由箭头e2和箭头e3所示,接近混合槽21B底板21G2的将要混合的液体21C在吸入管32下端而聚集并且穿过其而抽取作为吸入流e1。
在圆柱形壳体31内的将要混合的液体21C流动时,外部排放流d1-d4从排放口31A1-31A4中排放(作为水平排放流)同时吸入管32中出现吸入流e1-e3。因此,将要混合的液体21C被抽取至吸入管32中(克服重力)并在内部循环流f(气旋流)之后以围绕圆柱形壳体31的中心轴为中心,部分内部循环流f作为外部排放流d1-d4而向外排出以变成将要混合液体2C的混合流。
基于如图2至图4所示的混合设备21的配置,混合器主体21A的圆锥形壳体31的旋转引起其中内部循环流f的出现。同时,将要混合的液体21C的部分由离心力径向分散至外侧作为外部排放流d1-d4。此外,如由吸入流e1至吸入流e3所示,混合器主体中存在的负压用于将要混合的液体从混合槽中抽取至混合器主体中并围绕圆柱形壳体31。圆柱形壳体31对包含在混合槽21B中将要混合的液体21C进行搅拌并混合。这在混合槽中产生了匀化且均匀混合。
(3)混合容量测量
(3-1)测量设备的示例性操作
图5a至图5c显示混合容量测量设备的示例性操作。混合器主体7(其旋转速度(以rpm为单位)将要测量)设置在第二混合槽5中。吸入管32穿过第二混合槽5的底面以便与第一混合槽3连通。吸入管以这种方式布置:第一混合槽3中的第一混合液2可以穿过吸入管而抽吸以便转移至并在第二混合槽5中收集作为第二混合液4。第二混合液4的体积基于如在在第二混合槽表面上显示的由操作员记录的测量梯度或标记点16而确定。
(3-1-1)测量过程
在实施测量之前,操作员确保在第一液体混合槽3和第二液体混合槽5中存在充分水位(诸如水位2A和水位4A)以允许混合器主体7如图5a所示进行操作。
操作员设定如图1所示的测量条件12,诸如想要测量的混合器主体7的每分钟转速(例如,500rpm、1000rpm、1,500rpm、2,000rpm)。也可以使用其它合适的旋转速度。在打开启动开关13时,操作员激活用于预定时间周期内(例如,10秒)的停表。同时,基于在显示窗口15上显现的数字确认混合器主体7的每分钟转速。然后,当规定时间已经达到时操作员关掉混合停止开关14并通过在如图5b所示第二混合液槽5的表面上做标记记录达到的水位。
操作员为将要测量的混合器主体的每个rpm速度重复以上相同步骤。每次,向上抽取穿过吸入管32作为第二混合液4并转移至第二混合槽5中的第一混合液2的量,可以通过基于由如图5c所示的第二混合液4达到的水位在第二混合槽上做标记而记下。
例如,操作员在第二混合槽上作初始水位的标记。标记16X指的是在如图5a所示操作混合器主体7之前包含在第二混合槽中的初始水位4A。对于每个旋转速度,操作员在规定测量时间已经达到之后在第二混合槽表面上作最终水位的标记(例如,标记为图5b至5c中所示的16A至16D)。最终水位和初始水位之间的差异与第二混合液4的体积有关,所述第二混合液4的体积是在规定测量时间内基于具体旋转速度由混合器主体而抽取的。
因此,将与第二混合液4有关的最终水位记录并分别标记为16A、16B、16C以及16D,所述第二混合液4在混合器主体7以500rpm、1,000rpm、1,500rpm以及2,000rpm中每个速度旋转之后,从第一混合液中抽取至第二混合液槽5中。
随后,操作员准备如图6a所示的称重天平31。此后,将具有初始水位和最终水位的标记或标签的第二混合槽放在称重天平上。测量第二混合槽的重量并记录为W1。将第一混合槽中将要混合的液体倾倒至放在称重天平上的第二混合槽5中直至将要混合的液体达到初始水位16X的标记。测量填充有达到初始水位16X将要混合的液体的第二混合槽的重量并记录为如图6b所示的W2。然后,操作员继续将要混合的液体从第一混合槽转移至第二混合槽中直至其达到基于各种旋转速度的最终水位16(例如,16A、16B、16C或16D)的标记。测量填充有达到最终水位16将要混合的液体的第二混合槽的重量并记录为W3。作为一个示例,测量具有达到基于第一旋转速度(例如,500rpm)的最终水位16A将要混合的液体的第二混合槽的重量并记录为如图6c所示的W3。
W3和W2之间的差异对应于在规定时间内以相应的rpm速度转移至第二混合槽作为第二混合液的将要混合的第一液体2的重量。以这种方法,以混合器主体7的每个rpm速度转移至第二混合槽5中作为第二混合液4的第一混合液2的称重数据(由称重天平31获得)获得作为混合器主体的混合容量信息的量化。
(3-1-2)测量结果的评估
将要测量的混合器主体7(如图5a至图5c所示)包括与具有圆柱形壳体31(如图2至图4所示)的混合器主体21A类似的配置。具有约50mm直径的混合器主体21A的圆柱形壳体31例如以500rpm、1,000rpm、1,500rpm以及1,930rpm旋转。在混合器主体以一定速度旋转一段预定时间之后,由混合器主体从第一混合槽中转移的第二混合槽5中第二混合液4的量或体积在称重天平31上称重,并且其重量数值呈现在图7中作为测量点。如所示出的,测量点P1、P2、P3以及P4分别对应于以500rpm速度的1,200、以1000rpm速度的3,490、以1,500rpm速度的5,300、以1930rpm速度的7,790。
如所描述的,测量结果显示在图7中。水平轴表示旋转速度(以rpm为单位)同时垂直轴表示第二混合液的重量(以g/min为单位)。当绘制测量点P1、P2、P3时,形成了基本上为直线的特性曲线。C1,例如,由现行方程Y=aX+b表示,其中常数b实际上为0(b=0)并因此Y=aX。
基于使用混合容量测量设备1的测量结果,显示出非常高的由基本上与混合器主体21A相同的混合器主体7获取的启动性能。例如,当混合器主体21A从0rpm启动时,启动滞后时间(换句话说,启动时间中的延迟)是可以忽略的,证实了非常高的启动性能。
(3-1-3)
如上所述,特性曲线C1与具有圆柱形壳体31的具有50mm直径的搅拌器主体7的测量结果有关。图7中的特性曲线C2显示具有25mm直径的圆柱形壳体31的测量结果。如所显示,特性曲线C2的测量点P11、P12、P13以及P14分别对应于以1000rpm速度的990g、以2000rpm速度的2,580g、以3,000rpm速度的3,350、以4000rpm速度的4,550。
在这种情况下,混合器主体21A也显示具有接近忽略不计延迟的快速启动,证实了好的启动性能。
此外,即使在改变混合器主体21A的直径情况下,特性曲线C1和特性C2的梯度或斜率基本上是线性的。我们已经发现,混合器主体21A的旋转速度(rpm)和由混合器主体转移的液体体积(g/min)之间的关系可以定量。结果,我们已经发现,通过所转移液体体积的实际测量,引起混合液体将要转移的混合器主体的各种部分或设计可以客观并预先性预测。
(3-2)测量混合效率
(3-2-1)
如参考图2至图4所描述的,混合设备21混合器主体21A的圆柱形壳体31具有向内形成作为挤压板部分33A1-33A4的翅片,所述翅片将混合能量施加至将要混合的液体21C以便转移将要混合的液体21C。以这种方法,液体混合槽21B内侧的混合液体21C获得了混合效果。
考虑到混合设备21,可以实施所转移混合液体体积的测量,混合设备21的混合效率(称为实际混合效率%)可以由以下方程呈现。
方程1:
实际效率%(E%)=…(1)
在图2至图4显示的混合器主体21A的情况下,提供翅片或挤压板部分33A1-33A4作为用于由混合器主体21A将混合液体混合的机械装置。基于以上方程1,所期望翅片总转移体积可以基于混合设备的测量体积而计划并配置,以使获得高的混合效率。
(1)确定翅片总转移体积的方程如下所示:
方程2
翅片总转移体积=A x N x f xπx D…(2)
其中
A:翅片表面积
N:翅片数目
f:每秒转数的频率(rps)=πx混合器主体内径x rpm/60
D:混合器主体的直径
基于以上方程,可以计算翅片的总转移体积。
方程2中的πDf可以表示为如下方程3:
方程3
πD f=V……(3)
其中
V:以秒的混合器速度。
以这种方法,证实了以秒的混合器主体21A的速度。换句话说,期望的是以秒的圆柱形壳体31的圆周速度。
具体的是,如下可以使用如上计算一个翅片的流速:
方程4
Q=AV…(4)
其中
Q:一个翅片的流动体积
A:翅片表面积
因此,可以确定一个翅片的流动体积,其指的是每单位时间穿过翅片的混合液体的质量或体积。
方程5
Qt=Q x N…(5)
其中Qt:N个数目翅片的总混合液体转移体积。
以这种方式,可以确定N个数目翅片的总混合液体转移体积Qt,其涉及由混合设备21的N个数目翅片每单位时间所转移液体的总体积或质量。
方程6
其中
Qe:所转移液体的测量体积
Qt:由N个数目的翅片转移的总液体体积(计算)
E%:实际效率%
因此,可以基于所转移液体的所测量流速Qe与N个数目的翅片的总计算流速Qt之比可以确定混合器主体的实际效率。
(3-2-2)示例
作为确定实际效率的示例,使用具有圆柱形壳体31直径约50mm的混合器主体21A。
测量混合器主体21A的直径并且其实际测量表示成如下:
D=51mm...(7)
测量混合器主体的翅片或挤压部分的宽度和高度并且翅片的实际表面积表示成如下:
A=宽x高=15mm x 15mm
=225mm2…(8)
基于以上计算,翅片的表面积为约225mm2。
在该示例中,混合器主体的实际数目的翅片(N)表示成如下:
N=12…(9)
基于以上,在本示例中使用的混合器主体包括12个翅片。
混合器主体21A经设定以1000rpm操纵。以每秒转数为单位表示的频率f表示成如下:
f=1000rpm/60=16.7rps…(10)
因此,基于以上计算,频率f为16.7rps。
因此,混合器主体21A的圆柱形壳体31的速度V表示成如下:
V=πD f=3.14x 51x 16.7
=2674mm/s…(11)
圆柱形壳体的速度V为2674mm/s。
借助以上信息,单个翅片的体积流率Q可以确定为如下:
Q=Ax V=0.000225m2x 2.67m/s
=0.006m3/s=6cm3/s…(12)
基于以上,单个翅片的体积流率为6cm3/s。
以上1翅片的体积流率可以表示成如下:
6cm3/s=6mL/s…(13)
这意味着,混合器主体的翅片可每秒转移6ml的液体。翅片的流速可另外以为ml/每分钟(min)单位表示成如下:
6mL/s x 60=360mL/min…(14)
因此,现在可以确定由共12个翅片转移的将要混合的液体的量,其中每个翅片的流速为360ml/min。
N个数目的翅片的总体积流速Qt表示成如下:
Qt=360mL/min x 12fins
=4320mL/min…(15)
此外,众所周知,1mL=1g。借助于此,体积流速可以表示成质量流速,其中Qt=4320g/min。
因此,基于以上,对于每个4320ml,理论上,由混合器主体的翅片每分钟转移4320g将要混合的液体。
在1000rpm旋转速度下50mm直径的混合器主体21A的实际测量值Qe在特性曲线C1中显示作为图7中测量点P2。
基于图7中记录的测量点P2,测量的Qe如下:
Qe=3490g/min…(16)
因此,混合器主体的实际效率为80.8%。
以这种方式,可以为具有如图2至图4所配置的混合器主体21A的混合设备21定量并预测80.8%的混合效率值,其中具有50mm直径的圆柱形壳体31和12个h翅片以1000rpm旋转。
(3-2-3)基于混合效率确认混合容量
如上所示,考虑到具有图2至图4显示配置的混合设备21,根据将要混合的液体的所测量液体转移体积Qe,可以理解基于混合效率的定量数据的混合容量。
根据图8,当具有51mm直径的混合设备21的圆柱形壳体31以500rpm、1,000rpm、1,500rpm以及2,000rpm旋转时,可分别确定93.20%、122.00%、105.30%以及107.20%的混合效率值。
参考涉及具有25mm直径的圆柱形壳体以及具有50mm直径的圆柱形壳体的实验结果,我们发现,前者的混合容量极其高。特别地,在2,000以及以上的每分钟转速(rpm)处混合效率值超过100%。例如,在2,000rpm处效率值为122%,在3,000rpm处效率值为105.30%并且在4,000rpm处时效率值为107.20%。
如果混合设备21在这些条件下设计并操作,基于以上条件的计算显示:所测量液体转移体积Qe变得大于理论上总转移液体体积。
如图2至图4配置的混合设备21产生圆柱形壳体31内侧的内部循环流f,其引起液体混合从而流动。混合器主体21A内的中空空间不会阻碍这种流动,而是产生持续具有超过100%的高效率值的协同效应。
这种现象例如,所产生的可以称为涡轮增压效果的内部循环流f是由于牛顿第一定律的效果引起的。可以这么说,高混合效率是由于图2至图4中配置并显示的混合设备的高利用率引起的。
(3-3)吸入容量
关于在图2至图4的混合设备21上进行的实验结果,我们发现:如果在圆柱形壳体31的底板21G2处形成的吸入管32不是管状(或圆柱形)则不能形成有效的内部循环流f。
这是因为,管状的吸入管32使得内部循环流f的层流能够在圆柱形壳体31的内侧形成。在将要混合的液体穿过吸入管32的吸入口时,如果内部循环流f未变成层流,则将不会形成混合器主体21A的混合力。
原因在于,如果不存在层流则将产生湍流,因此妨碍了内部循环流f的形成。
(3-4)测量混合器设备的升力
关于图2至图4中混合设备21的混合性能条件,已经确认混合槽21B中将要混合的液体21C的转移容量是极好的。
此外,混合器主体21A的混合容量使将要混合的液体21C在混合器主体21A的下端处混合。由附接至圆柱形壳体31底板21G2的吸入管32产生的吸入流e1、e2以及e3提高了混合容量。
(3-4-1)吸入压力
关于图1中的混合容量测量设备1,对应于图2至图4中混合设备21吸入管32的吸入管10B的容量由以下方程表示。
方程18
PR/sec=Qe/AI…(18)
其中
PR:吸入压力比
AI:吸入口的面积
Qe:测量的所转移液体体积
测量吸入压力比PR是重要的。
吸入压力比PR是基于转移液体的所测量体积Qe和混合设备21吸入管32的吸入口AI面积的。吸入压力在将要混合的液体穿过吸入管32时被压缩。
混合器设备21的转移液体体积Qe可以通过执行如段落[0034]至段落[00411]中描述的称重步骤而测量。
通过无数实验,吸入压力比PR不仅作为显示混合器设备21混合容量的一个参数,其也可以用于确定混合器设备的升力。
(3-4-2)升力测量
图9显示测量设备50的示例装置。测量设备50测量影响混合设备21混合容量的升力。
该升力测量设备50证实:不仅吸入流或力FL1基于接近吸入管32或在吸入管32中产生的吸入压力,而且在稍微远离吸入管的底部位置处产生的上升流或力FL2限定如图10B所示的混合器主体混合流移动的总升力。
混合设备的升力可以通过使用升力测量设备50的小型实验装置而测量。参考图9中显示的测量设备,混合器主体的圆柱形壳体的直径为50mm。如图10A所示,为吸入流FL1定义了从吸入管32下端中测量的约1mm的参考高度或距离RA。另一方面,为上升流FL2定义了经设置进一步远离吸入管下端的约20mm至约30mm的参考高度或距离RB。
旋转驱动轴54沿着朝向具有导线57的支撑基底56的吸入管32的中心轴向下延伸。提供作为升程测量配重58的中空不锈钢螺母并将其插入穿过导线以便能够向上移动和向下移动。
锁定构件59早导线57的上端提供以便防止升程测量配重58免于释放。因此,升程测量配重58升起至锁定构件59时,这是由于上升流FL2引起的。
如图9所示,当在混合槽53的支撑基底56之上提供的混合器主体21由旋转驱动轴54驱动时,在混合器主体21A的圆柱形壳体31内侧出现内部循环流f。在吸入管32吸入口的附近出现的内部循环流f抽取混合液体52。
基于如在方程(18)中呈现的吸入压力PR的吸入流FL1引起将要混合的液体抽吸至吸入管32中(图10B)。同时,连同吸入流FL1一起,以下将要混合的液体52也由上升流FL2抽吸至吸入口中。
上升流FL2从在混合槽53底部的支撑基底56中向上流动。因此,升程测量配重58被向上升起直至其达到锁定构件59。
如所描述的,升程测量配重58可以通过上升流FL2而向上升起。因此,可以考虑升程测量配重58的重量来评估上升流FL2。
考虑混合器主体的圆柱形性壳体31的直径来评估升力。升程测量配重58和将升程测量配重58升起至锁定构件59的混合器主体21A的所测量旋转速度(以rpm为单位)在图11中绘制作为特性曲线C11、C121与C122以及C123。
参考图11,水平轴表示混合器主体21A的所测量旋转速度(以rpm为单位)同时垂直轴表示升程测量配重58的重量(以g为单位)。对于每个预选升程测量配重58,测量以将升程测量配重从混合槽的底部升起至锁定构件所需要的旋转速度。将升程测量配重及其对应需要所测量的旋转速度绘制为特性曲线测量点:曲线C11中P111、P112以及P113;曲线C121中P1211、P1212以及P1213;曲线C122中P1221、P1222以及P1223;以及曲线C13中P131、P132以及P133。
例如,基于用于混合器主体21A的将2.20g、4.76g、以及10.64g的升程测量配重58从混合槽底部升起至具有如图10A所示20mm或30mm参考距离RB的锁定构件所需要的所测量旋转速度(以rpm为单位),绘制特性曲线C11、C121、C122、C13。
当具有10mm直径的吸入管的混合器主体21A的圆柱形壳体31旋转10秒的规定时间时,绘制特性曲线C11。当2.20g升程测量配重58升至20mm的参考高度时,获得了指示1,170rpm的测量点P111。接着,当4.76g升程测量配重58升至20mm的参考高度时,获得了指示1,470rpm的测量点P112。然后,10.64g升程测量配重58升至20mm的标准高度时,获得了指示1,790rpm的测量点P113。
以这种方法,具有10mm直径的混合器主体21A的圆柱形壳体31的上升特性可以如由特性曲线C11中测量点结果P111、P112以及P113所示而定量。
类似地,当具有23mm直径的吸入管的混合器主体21A的圆柱形壳体31旋转10秒的规定时间时,绘制特性曲线C121和特性曲线C122。当2.20g、4.76g、以及10.64g的升程测量配重58升至30mm的参考高度时,特性曲线C121显示测量结果,以及分别获得了具有710rpm的测量点P1211、具有1000rpm的测量点P1212以及具有1500rpm的测量点P1213。当2.20g、4.76g、以及10.64g的升程测量配重58升至20mm的参考高度时,特性曲线C122显示测量结果,以及分别获得了具有630rpm的测量点P1211、具有830rpm的测量点P1222以及具有950rpm的测量点P1223。
当具有33mm直径的吸入管的混合器主体21A的圆柱形壳体31旋转10秒的规定时间时,绘制特性曲线C13。当2.20g、4.76g、以及10.64g的升程测量配重58升至20mm的参考高度时,特性曲线C12显示测量结果,以及分别获得了具有980rpm的测量点P131、具有1120rpm的测量点P132以及具有1,270rpm的测量点P133。
图11显示特性曲线中呈现的升力和每分钟转速(rpm)之间的关系总结在图12呈现的表中。当吸入管32的直径为23mm时,需要相对低的混合器主体21A的rpm速度(950rpm、830rpm以及630rpm)以将相应的测量配重58(10.64g、4.76g以及2.20g)升起至20mm的参考高度。
此外,可以看出,具有23mm直径的吸入管32的混合器主体21A,将测量配重58升起至20mm和30mm参考高度所需要的每分钟转速(rpm),前者小于后者。因此,液体混合槽53底部和吸入管32之间的参考高度或距离仅是示例性距离,可以理解的是,可基于任何合适参考高度确定并数字上显示混合器主体21A的最佳混合速度。
以这种方式,通过使用测量设备50测量混合器主体21A的升力,从升力特性的角度来看可以定量混合器主体21A的混合容量。
(3-4-3)升力和吸入口直径之间的关系
基于图11中测量结果,图12的表格显示:当吸入口直径和参考高度为10mm/20mm,23mm/20mm,23mm/30mm and 30mm/20mm并且相对于升程测量配重58(10.64g、4.76g以及2.20g)而并列以及对每分钟转速校正(rpm)时,应该注意到当吸入口直径最接近23mm时,所需要旋转速度(以rpm为单位)较低。
此外,图13的表中呈现的结果可以如图13的表所示的方式重排。通过这种方式,水平绘制升程测量高度58的重量(10.64g、4.76g以及2.20g)同时垂直绘制旋转速度并然后呈现在如图14所示的柱状图中。如所示出的,当吸入口直径为23mm并且参考高度为20mm时,所测量或所需要的每分钟转速(rpm)时最低的。
因此,考虑混合设备的吸入口直径,我们发现,当吸入口直径和参考高度设定在23mm/20mm时可获得最大混合容量。
以这种方式,如果混合容量可以定量,然后通过适当选择图示,可以容易地理解所期望的涉及条件特性。
(3-4-4)混合效率和圆柱形壳体直径之间的关系
如图15所示并且基于方程(1),当混合器主体21A具有25mm直径的圆柱形壳体31并以2,000rpm旋转时,观察到122%的混合效率。
基于用于混合效率的测量结果,其问题在于:如果测量结果的混合效率呈现在图16所示的柱状图中,则证实最高效率的混合设备条件可以容易地区分开。
如图16所示,当具有圆柱形壳体的25mm直径的混合器主体21A以1,000rpm、2,000rpm、3,000rpm以及4,000rpm旋转时,在柱状图中分别显示93.2%、122%、105.3%以及107.2%的混合效率值。此外,当具有51mm直径的圆柱形壳体的混合器主体21A以500rpm、1,000rpm、1,500rpm以及2,000rpm旋转时,在柱状图中分别显示55.5%、80.8%、82.25%以及92.2%的混合效率值。
通过参考图16,容易验证:由具有圆柱形壳体31的25mm直径的混合器主体21A可获得最高混合效率。
(3-4-5)吸入口转移体积效率的测量
基于图10A中示出的测量步骤的建立,可以确定混合转移体积和升力之间的关系。图17显示所测量结果与将要混合的液体转移体积和吸入管32的吸入口直径之间的关系。
参考图17,特性曲线C51显示在具有23mm直径吸入管32的50mm直径圆柱形壳体31作为混合器主体21A,以500rpm、1,000rpm,、1,500rpm以及1,930rpm旋转的情况下,将要混合的液体的所测量转移体积。测量结果作为测量点P511、P512、P513以及P514而绘制。
特性曲线C52显示在具有30mm直径吸入管32的50mm直径圆柱形壳体31作为混合器主体21A,以500rpm、1,000rpm,、1,500rpm以及2,000rpm旋转的情况下,将要混合的液体的所测量转移体积。在每个rpm处,相应转移体积为1,150g、2,800g、4,200g以及6,000g。测量结果作为测量点P521、P522、P523以及P524而绘制。
特性曲线C53显示在具有25mm直径吸入管32的25mm直径圆柱形壳体31作为混合器主体21A,以1000rpm、2,000rpm,、3,000rpm以及4,000rpm旋转的情况下,将要混合的液体的所测量转移体积。在每个rpm处,相应转移体积为990g、2,680g、3,350g以及4,500g。测量结果作为测量点P531、P532、P533以及P534而绘制。
特性曲线C54显示在具有10.5mm直径吸入管32的50mm直径圆柱形壳体31作为混合器主体21A,以500rpm、1,000rpm,、1,500rpm以及2,000rpm旋转的情况下,将要混合的液体的所测量转移体积。在每个rpm处,相应转移体积为600g、950g、1,700g以及2,150g。测量结果作为测量点P541、P542、P543以及P544而绘制。
根据图17显示的测量数据,预测具有50mm直径圆柱形壳体31和23mm直径吸入管的混合器主体具有最高混合效率。
(2)其它实施例
(4-1)根据本公开,混合容量测量设备经配置测量产生内部循环流f的混合设备混合器主体的混合容量。
具体地,混合设备展示处极大地有利于能量节约的高混合效率。
(4-2)本公开的混合设备具有广泛的用途。例如,对废水再生处理特别有效。
换句话说,为了再生包含沉积物中大量有机物的污染水,需要一种使用需氧细菌和有机细菌以分解有机物的方法。
特别是需氧细菌,需要将氧气混合至污染水中。通过使用以上描述的混合器设备,而不需要诸如消耗大量能量的空压机的设备。
当混合器主体旋转时,产生了经由在混合器主体上部中形成的孔自动将空气吸入污染水中的气旋流。因此,活的需氧细菌彻底在整个污染废水内循环。
因此,当上部没有孔的混合器主体旋转时,空气不会引入到混合的液体中,从而实现需氧细菌的高混合效率。
常规地,这种污染水的持续处理大量能量。然而,本公开的混合技术具有仅使用少量能量的优点。
(4-3)此外,药物、化学以及食品工业可使用如在本公开中所公开的混合器技术或混合设备以在短周期时间内合理设计或有效扩大规模的活动。
简而言之,这种混合可改善工作效率并标准化再生性以便增强产物质量并减少时间。
本公开涉及不使用叶轮式混合器构件的混合设备。
Claims (19)
1.一种测量混合设备的混合容量的混合容量测量设备,包括:
第一混合槽,其具有第一混合液;
所述混合设备设置在所述第一混合槽中,其中所述混合设备包括混合器主体,所述混合器主体具有:
圆柱形旋转构件,其具有圆柱形壳体,所述混合器主体经由旋转驱动轴围绕所述圆柱形壳体的中心轴线是可旋转的,所述旋转驱动轴连接至封闭所述圆柱形上端的顶板,其中
所述圆柱形壳体包括在所述圆柱形壳体的外周表面中形成的多个排放口以及在所述圆柱形壳体的内周表面处形成以便向内突出的多个翅片,以及
在所述圆柱形壳体的下端处形成的吸入口,其中,
当所述圆柱形旋转构件旋转时,所述第一混合槽中的部分所述第一混合液通过所述吸入口而抽吸;以及
设置在所述第一混合槽中的测量单元,其中所述测量单元经配置确定所述混合设备的所述混合容量。
2.根据权利要求1所述的混合容量测量设备,包括:
耦合至所述混合设备的测量控制单元,其中所述测量控制单元经配置激活驱动电机以使
所述混合设备的混合器主体以用户定义的旋转速度旋转。
3.根据权利要求1所述的混合容量测量设备,其中:
所述测量单元包括设置在所述第一混合槽上并在所述第一混合槽内的第二混合槽;
所述混合设备设置在所述第二混合槽内;以及
所述吸入口经布置穿过所述第二混合槽的底面以便与所述第一槽连通,其中
当所述圆柱形旋转构件旋转时,所述第一混合槽中所述部分所述第一混合液通过所述吸入口而抽吸以便转移至所述第二混合槽中作为第二混合液,其中从所述第一混合槽中转移至所述第二混合槽中的所述第二混合液体的所述量确定了所述混合设备的所述混合容量。
4.根据权利要求1所述的混合容量测量设备,其中:
所述测量单元包括设置在所述吸入口下面并且附接至所述第一混合槽底部的导线,其中所述导线包括设置在所述导线上端锁定构件和具有插入穿过所述导线的第一重量的升程测量配重以便能够向上移动和向下移动,并且其中
当所述圆柱形旋转构件旋转时,以将所述升程测量配重从所述第一混合槽的所述底部升起至与升力有关的所述锁定构件所述需要旋转速度确定了所述混合器主体的所述混合容量。
5.一种测量混合设备的混合容量的方法,包括:
提供具有第一混合液体的第一混合槽;
提供在所述第二混合槽中的所述混合设备,其中所述混合设备包括混合器主体,其具有
圆柱形旋转构件,其具有第一直径的圆柱形壳体,所述混合器主体经由旋转驱动轴围绕所述圆柱形壳体的中心轴线是可旋转的,所述旋转驱动轴连接至封闭所述圆柱形壳体上端的顶板,其中
所述圆柱形壳体包括在所述圆柱形壳体的外周表面中形成的多个排放口和在所述圆柱形壳体的内周表面处形成以便向内突出的多个翅片,以及
吸入口,其具有在所述圆柱形壳体下端处形成的第一直径,其中
当所述圆柱形旋转构件旋转时,在所述第一混合槽中的部分所述第一混合液通过所述吸入口而抽吸;并提供在所述第一混合槽中的测量单元,其中所述测量单元经配置确定所述混合设备的所述混合容量。
6.根据权利要求5所述的方法,包括:
将测量控制单元耦合至所述混合设备,其中所述测量控制单元经配置激活驱动电机以使所述混合设备的所述混合器主体以用户定义的旋转速度旋转。
7.根据权利要求6所述的方法,其中提供所述测量单元包括:
提供在所述第一混合槽之上并在所述第一混合槽内的第二混合槽,其中所述混合设备放置在所述第二混合槽内并且所述吸入口经配置穿过所述第二混合槽的底面以便与所述第一槽连通。
8.根据权利要求7所述的方法,包括:
指示在所述第二混合槽表面上初始水位的第一标记;
激活所述圆柱形旋转构件以在所述用户定义的所述旋转速度旋转,其中在所述第一混合槽中的所述部分所述第一混合液通过所述吸入口而抽吸,以便转移至所述第二混合槽中作为具有所述第二混合槽中最终水位的第二混合液;
指示在所述第二混合槽所述表面上所述最终水位的第二标记,以及
测量从所述第一混合槽转移至所述第二混合槽中的所述第二混合液的所述量,其确定所述混合设备的所述混合容量。
9.根据权利要求8所述的方法,其中测量所述第二混合液的所述量,包括:
提供称重设备;
将具有所述第一标记和所述第二标记的所述第二混合槽放置在所述称重设备上;
测量所述第二混合槽的所述重量并且将所述第二混合槽的所述重量记录为如在所述称重设备上显现的第一重量W1;
将液体倾倒至所述第二混合槽中直至所述液体达到所述第一标记并且将达到所述第一标记的所述液体的所述重量记录为如在所述称重设备上显现的第二重量W2;
将所述液体继续倾倒至所述第二混合槽中直至所述液体达到所述第二标记并且将达到所述第二标记的所述液体的所述重量记录为第三重量W3;以及
确定W3和W2之间的所述差异,其中所述差异对应于以所述用户定义的所述旋转速度从所述第一混合槽转移至所述第二混合槽中的所述第二混合液的所述实际测量量(Qe)。
10.根据权利要求9所述的方法,包括:
基于所述翅片表面积、翅片数目、所述混合器主体的频率和第一直径,计算以所述用户定义的所述旋转速度从所述第一混合槽转移至所述第二混合槽中的第二混合液的总量(Qt);以及
基于所测量的Qe与所计算的Qt之比确定所述混合设备的效率。
11.根据权利要求9所述的方法,包括:
确定影响所述混合设备混合容量的所述吸入口的吸入压力比,其中所述吸入压力比基于所述测量的Qe与所述吸入口面积之比而确定。
12.根据权利要求6所述的方法,其中提供所述测量单元包括:
提供在所述吸入口下面的导线,其中所述导线具有附接至所述第一混合槽底部的底端并且包括设置在所述导线上端处的锁定构件,其中所述导线的所述底端和所述上端定义距离RB;以及
提供具有第一重量的升程测量配重并插入所述升程测量配重穿过所述导线以便能够向上移动和向下移动。
13.根据权利要求12所述的方法,包括:
激活所述圆柱形旋转构件;以及
变化所述圆柱形旋转构件的所述旋转速度;以及
确定并记录将具有第一重量的所述升程测量配重从所述导线的所述底端升起至所述锁定构件所需的所述旋转速度,
其中所需要的旋转速度与确定所述混合器主体所述混合容量的升力有关。
14.一种用于配置混合设备的方法,包括:
提供混合器主体,其具有
圆柱形旋转构件,其具有圆柱形壳体,所述混合器主体经由旋转驱动轴围绕所述圆柱形壳体的中心轴线是可旋转的,所述旋转驱动轴连接至封闭所述圆柱形上端的顶板,其中
所述圆柱形壳体包括在所述圆柱形壳体的外周表面中形成的多个排放口以及在所述圆柱形壳体的内周表面处形成以便向内突出的多个翅片,以及
在所述圆柱形壳体的下端处形成的具有第一直径的吸入口;以及
基于用户定义的所述混合设备的期望效率,配置所述混合器主体各种部件的设计参数。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述混合器主体所述各种部件的所述设计参数包括所述圆柱形壳体的直径、所述吸入口的直径以及翅片数目。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述圆柱形壳体的所述直径通过以下而配置:
执行混合容量测量过程以测量由各种圆柱形壳体直径转移的液体实际量(Qe);
计算由各种圆柱形壳体直径转移的液体总理论量(Qt);
基于用于每个圆柱形壳体直径的所测量的Qe与所计算的Qt之比确定效率;以及
选择最佳匹配如由所述用户定义的所期望效率的所述圆柱形壳体的直径。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述吸入口的所述直径通过以下而配置:
执行升力测量过程以测量各种吸入口直径的升力;以及
选择最佳匹配如由所述用户定义的所期望效率的所述吸入口的直径。
18.一种混合设备,包括:
混合器主体,其具有
圆柱形旋转构件,其具有圆柱形壳体,所述混合器主体经由旋转驱动轴围绕所述圆柱形壳体的中心轴线是可旋转的,所述旋转驱动轴连接至封闭所述圆柱形壳体上端的顶板,其中
所述圆柱形壳体包括在所述圆柱形壳体的外周表面中形成的多个排放口以及在所述圆柱形壳体的内周表面处形成以便向内突出的多个翅片,以及
在所述圆柱形壳体的下端处形成的具有第一直径的吸入口;以及
所述混合器主体各种部件的设计参数是基于用户定义的所述混合设备的期望效率的。
19.根据权利要求18所述的混合设备,其中所述混合器主体所述各种部件的所述设计参数包括所述圆柱形壳体的直径、所述吸入口的直径以及翅片数目。
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