CN106422845B - 一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，包括安装搅拌轴在上的轮毂，与轮毂同心安装并固定在轮毂侧面上的圆盘，在所述的圆盘圆周方向上均匀的插装有若干个与圆盘中心线平行且与圆盘圆周面垂直的的平直叶片，在若干个平直叶片的上、下面各安装一个圆环形盖板。所述搅拌轴在搅拌过程中周期性换向旋转或以混沌转速旋转，使搅拌桨产生混沌运动。本发明的有益效果是：与现有的标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相比，盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨能改善桨叶周围的流场特性，减小叶片后方的尾涡尺寸，增强能量传递效率，有助于增强流体的混合效果，提高混合效率，而且具有节能效应。

Description

一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨

技术领域

本发明属于过程设备技术领域，更明确地说涉及到的是搅拌设备中的一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨。

背景技术

机械搅拌设备是过程工业中典型的设备之一，提高混合效率是研究的重点，而搅拌桨是搅拌设备的重要部件，对其进行合理设计是流体实现高效、节能混合的重要途径。本申请是在标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨的基础上进行的。六直叶圆盘涡轮搅拌桨是典型的径流型搅拌桨，搅拌过程中由电机输入的总能量的60％～90％都耗散在搅拌桨附近区域，无法有效地在整个搅拌槽内扩散，其有效作用区域仅限于搅拌桨上下方各一个搅拌桨直径高度范围内(即：假如设搅拌桨所处高度为Z＝0，搅拌桨直径为D，则有效作用高度的范围为-D<Z<D)。此外，六直叶圆盘涡轮式搅拌桨的剪切作用大，当用于对剪切敏感的操作(例如动物细胞悬浮、结晶等)时，会对被搅拌介质造成破坏；六直叶圆盘涡轮搅拌桨的轴流泵送能力低，当用于涉及通气的气液混合操作时，搅拌槽底部和顶部区域内气含量过低，降低了混合效果；六直叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌过程中每个桨叶的后方都存在一对低压尾涡，导致单一液相搅拌时功率准数大，通气搅拌时功耗下降明显，混合效率低。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨。该搅拌桨能增强流体的混合效果，降低搅拌功耗。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，包括安装搅拌轴在上的轮毂，与轮毂同心安装并固定在轮毂侧面上的圆盘，在所述的圆盘圆周方向上均匀的插装有若干个与圆盘中心线平行且与圆盘圆周面垂直的平直叶片，在若干个平直叶片的上、下面各安装一个圆环形盖板。

进一步的，所述的圆环形盖板与所述的圆盘同轴安装。

进一步的，两个所述的圆环形盖板与若干个平直叶片顶面和底面之间有一定距离的间隔，所述的圆环形盖板和平直叶片之间通过位于圆环形盖板内、外侧的连接板相连。

进一步的，圆环形盖板采用有机玻璃制作，或者采用耐磨、耐冲击、耐腐蚀、不易粘附、密度较小、弹性好的工程塑料UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)制作，以减轻搅拌桨重量。

进一步的，所述两个圆环形盖板与若干个平直叶片的顶面和底面之间有一定距离的间隔，以保证流体由桨叶前方绕流向桨叶后方，圆环形盖板和平直叶片通过位于圆环形盖板内、外侧的连接板，采用无影胶、环氧树脂胶黏剂等连接固定。

进一步的，所述轮毂与搅拌轴采用螺钉或者键连接。

进一步的，所述盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的圆环形盖板的尺寸、连接板的尺寸以及圆环形盖板与平直叶片之间的间隔尺寸的确定原则为：

圆环形盖板的厚度与桨叶厚度相同；圆环形盖板与叶片顶面和底面之间的间隔距离可调，视被搅拌介质的黏度等特性而定，一般取为桨叶与盖板的厚度之和；圆环形盖板的内圆直径为搅拌桨直径的1/2，外圆直径与搅拌桨直径相同，因为对于六直叶圆盘涡轮桨，安装叶片的圆盘的直径为搅拌桨直径的3/4，即叶片有1/2位于圆盘外，另1/2与圆盘通过焊接的方式连接，当盖板尺寸按照上述方式确定时，盖板的内、外圆恰好与叶片的内、外缘重合；连接板的尺寸以满足结构强度为准，在此前提下尺寸越小越好，以减少对流场的干扰，一般情况下连接板的厚度和宽度可与桨叶厚度相同。

进一步的，所述的圆环形盖为一个圆环形结构；圆环形盖的最外圈的直径等于平直叶片的最外圈到轮毂之间的距离；圆环形盖的最内圈的直径等于平直叶片的最内圈到轮毂之间的距离。

本发明的工作原理如下：

标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌过程中，每一个平直叶片的后方都存在一对低压尾涡，尾涡为耗能涡，叶片前后方的压差越大，搅拌过程中的阻力也就大，故尾涡的存在增加了搅拌功耗。此外，当用于气液搅拌时，液体会被吸入该低压尾涡区域内，导致通气搅拌功耗下降明显，由电机输入到液体内部的能量不能有效利用，造成浪费。采用盖板结构后，虽然闭式六直叶圆盘涡轮搅拌桨产生的整体流型与标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相同，均为典型的径向流(见图、1图2)，但由于盖板与叶片的顶面和底面之间有间隔，能保证流体在桨叶前后方压差的作用下由桨叶前方绕流向桨叶后方，防止桨叶后方形成二次流(见图3、图4)，同时还能减小桨叶前后的压差(见图5、图6)，减小桨叶后方的尾涡尺寸(见图7、图8)，因而能降低搅拌功耗，增强搅拌效果。

本发明的有益效果为：

与标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相比，本发明通过在平直叶片的顶面和底面增加圆环形盖，使得盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨能改善桨叶周围的流场特性，既能保证流体由桨叶前方绕流向桨叶后方，防止形成二次流(其存在会降低搅拌功效)，还能减小桨叶后方的尾涡尺寸，且减小桨叶前后的压差，因而能够降低搅拌功耗，增强能量传递效率；从而有助于增强流体的混合效果，提高混合效率，而且具有节能效应。

本盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨适用于中低黏度物料的混合、气液混合、固液悬浮、悬浮聚合等操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1标准六直叶圆盘涡轮桨的流型图；

图2盖板式六直叶圆盘涡轮桨的流型图；

图3标准六直叶圆盘涡轮桨的附近区域内的流场矢量图；

图4盖板式六直叶圆盘涡轮桨的流场矢量图；

图5标准六直叶圆盘涡轮桨的搅拌桨表面的压力分布云图；

图6盖板式六直叶圆盘涡轮桨的搅拌桨表面的压力分布云图；

图7标准六直叶圆盘涡轮桨的搅拌桨叶后方的尾涡；

图8盖板式六直叶圆盘涡轮桨的搅拌桨叶后方的尾涡；

图9为盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的外形示意图；

图10为盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨去掉上盖板和搅拌轴后的外形示意图；

图11为盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的剖视图；

图12为盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的俯视图；

图中，1为搅拌轴，2为轮毂，3为螺钉，4为圆盘，5为平直叶片，6为圆环形盖板，7为连接板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

如图9——图12所示，是对标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨进行改进后的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，包括：搅拌轴1、轮毂2、螺钉3、圆盘4、六个平直叶片5、两个圆环形盖板6、连接板7；具体的连接方式如下：

包括安装搅拌轴在上的轮毂2，与轮毂2同心安装并固定在轮毂2侧面上的圆盘4，在所述的圆盘4圆周方向上均匀的插装有若干个与圆盘中心线平行且与圆盘圆周面垂直的6个平直叶片5，在若干个平直叶片5的上、下面各安装一个圆环形盖板6，除圆环形盖板外，所述盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨采用不锈钢制作。所述的上、下位置的圆环形盖板6与圆盘4同轴安装。

进一步的，平直叶片5的一侧的中心位置插接在圆盘4上，且圆盘4不穿透平直叶片5，平直叶片5没有全部覆盖在圆盘4上。圆盘4与平直叶片5之间只是插接一部分。

进一步的，圆环形盖6为一个圆环形结构；圆环形盖6的最外圈的直径等于平直叶片的最外圈到轮毂之间的距离；圆环形盖6的最内圈的直径等于平直叶片的最内圈到轮毂之间的距离。

进一步的，所述圆盘为实心圆盘。

进一步的，6个平直叶片与圆盘通过焊接的方式连接。

进一步的，圆环形盖板采用有机玻璃制作，或者采用耐磨、耐冲击、耐腐蚀、不易粘附、密度较小、弹性好的工程塑料UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)制作，以减轻搅拌桨重量。

进一步的，两个圆环形盖板与若干个平直叶片之间有一定距离的间隔，圆环形盖板和平直叶片通过位于圆环形盖板内、外侧的连接板，采用无影胶、环氧树脂胶黏剂等连接固定。

进一步的，轮毂与搅拌轴采用螺钉或者键连接。一般情况下，搅拌桨直径小于400mm时，搅拌桨通过螺钉与搅拌轴相连接；大于400mm时，搅拌桨与搅拌轴之间采用键连接结构。

其中轮毂2用于安放搅拌轴1；搅拌轴1可以沿着同一方向匀速旋转，也可以周期性换向旋转或以混沌转速旋转；实心圆盘4与轮毂2同心安装并焊接在一起；六个平直叶片5在实心圆盘4的圆周方向均匀分布，并与圆盘焊接；轮毂2和搅拌轴1之间通过螺钉或者键连接，当搅拌桨直径小于400mm时，采用螺钉连接方式；大于400mm时，采用键连接结构；除圆环形盖板外，盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的尺寸符合《机械搅拌设备》HG/T 20569-2013标准，以搅拌槽直径为300mm为例，搅拌桨直径可取100mm，桨叶厚度取2mm，宽度和长度分别取20mm和25mm，圆盘直径取75mm。此时圆环形盖板的厚度取2mm，圆环形盖板的内、外圆直径分别取50mm和100mm，圆环形盖板与平直叶片之间的间隔尺寸取4mm，连接板的厚度和宽度取2mm。

盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨的圆环形盖板的尺寸、连接板的尺寸以及圆环形盖板与平直叶片之间的间隔尺寸的确定原则为：圆环形盖板的厚度与桨叶厚度相同，圆环形盖板与叶片之间的间隔距离可调，一般取为桨叶与盖板的厚度之和，圆环形盖板的内圆直径搅拌桨直径的1/2，外圆直径与搅拌桨直径相同，连接板的厚度及宽度与桨叶厚度相同。

例如，以搅拌桨直径为100mm为例，圆环形盖板的厚度取2mm，圆环形盖板与平直叶片之间的间隔尺寸取4mm，圆环形盖板的内、外圆直径分别取50mm和100mm，连接板的厚度和宽度取2mm。

本盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨适用于中低黏度物料的混合、气液混合、固液悬浮、悬浮聚合等操作，通过在平直叶片的上下方各固定一个圆环形盖板，实现流体的高效、节能混合，改进所依据的原理在于：虽然盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨产生的整体流型与标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相同，均为典型的径向流，但圆环形盖板的存在改善了搅拌桨周围的局部流场结构，既能保证流体在桨叶前后方压差的作用下由桨叶前方绕流向桨叶后方，防止桨叶后方形成二次流(其存在会降低搅拌功效)，还能减小桨叶后方的尾涡尺寸，增强能量传递效率，因而能够降低搅拌功耗。

标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌过程中，每一个平直叶片的后方都存在一对低压尾涡，尾涡为耗能涡，叶片前后方的压差越大，搅拌过程中的阻力也就大，故尾涡的存在增加了搅拌功耗。此外，当用于气液搅拌时，液体会被吸入该低压尾涡区域内，导致通气搅拌功耗下降明显，由电机输入到液体内部的能量不能有效利用，造成浪费。采用盖板结构后，虽然闭式六直叶圆盘涡轮搅拌桨产生的整体流型与标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相同，均为典型的径向流(见图、1图2)，但由于盖板与叶片的顶面和底面之间有间隔，能保证流体在桨叶前后方压差的作用下由桨叶前方绕流向桨叶后方，防止桨叶后方形成二次流(见图3、图4)，同时还能减小桨叶前后的压差(见图5、图6)，减小桨叶后方的尾涡尺寸(见图7、图8)，因而能降低搅拌功耗，增强搅拌效果。图中，搅拌槽直径为300mm，搅拌桨直径为300mm，搅拌桨离搅拌槽底部的距离为100mm，搅拌桨转速200rpm，逆时针旋转，连接板对流场影响可忽略，建模时未考虑。图1、图2为纵截面内的速度矢量图，反映了整体流型；图3、图4为搅拌桨所在高度平面内的速度矢量图，反映了桨叶局部区域内的流型；图5、图6显示了桨叶前后方的压力分布；图7、图8以涡度云图的形式显示了尾涡尺寸，清晰起见，盖板式六直叶圆盘涡轮桨的盖板在图中未给出。

以湍流状态下搅拌水为例，与标准六直叶圆盘涡轮搅拌桨相比，盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨约能减少功耗30％，具有明显的节能效应。此外，该搅拌桨用于气液混合操作时桨叶后方所形成的气穴小，通气功耗下降的幅度也会因此而减小，以便将更多的能量用于流体混合；用于固液悬浮或悬浮聚合等操作时，由于能量传递得到了增强，因而能提高轴向循环流动能力，增强悬浮效果。

上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，包括安装搅拌轴在上的轮毂，与轮毂同心安装并固定在轮毂侧面上的圆盘，在所述的圆盘圆周方向上均匀的插装有若干个与圆盘中心线平行且与圆盘圆周面垂直的平直叶片，其特征在于，在若干个所述的平直叶片的上、下面各安装一个圆环形盖板；所述的圆环形盖板与所述的圆盘同轴安装；两个所述的圆环形盖板与所述的平直叶片顶面和底面之间有一定距离的间隔，圆环形盖板和平直叶片的上下表面之间通过位于圆环形盖板内、外侧的连接板相连。

2.如权利要求1所述的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，其特征在于，所述的圆环形盖为一个圆环形结构；圆环形盖的最外圈的直径等于平直叶片的最外圈到轮毂之间的距离；圆环形盖的最内圈的直径等于平直叶片的最内圈到轮毂之间的距离。

3.如权利要求1所述的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，其特征在于，所述的圆环形盖板采用有机玻璃或者工程塑料制作。

4.如权利要求1所述的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，其特征在于，所述的圆环形盖板的尺寸、连接板的尺寸以及圆环形盖板与平直叶片之间的间隔尺寸的确定原则为：

圆环形盖板的厚度与桨叶厚度相同，圆环形盖板与叶片之间的间隔距离可调；圆环形盖板的内圆直径等于搅拌桨直径1/2倍，外圆直径与搅拌桨直径相同；连接板的厚度和宽度与桨叶厚度相同。

5.如权利要求4所述的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，其特征在于，所述的圆环形盖板与叶片之间的间隔距离取为桨叶与盖板的厚度之和。

6.如权利要求1所述的盖板式六直叶圆盘涡轮搅拌桨，其特征在于，所述轮毂与搅拌轴采用螺钉或者键连接。

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