CN106731952A - 搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种搅拌装置，其包括主体，所述主体的横截面由上到下逐渐增大，其中，所述主体包括由上到下依次连接的多个主体部，所述主体部的侧轮廓线为直线，处于上方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角小于处于下方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角。这种搅拌装置的成本低。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌技术领域，特别是涉及一种搅拌装置。
背景技术
对于化工、尤其是生物化工反应来说，通常需要在反应池内设置搅拌装置以防止物料分层，由此提高反应效率。
在现有技术中，通常在反应池内设置双曲面搅拌机，以用于搅拌。双曲面搅拌机的用于导流的表面基本上都设置为曲面，尤其是其主体表面为双曲面(即由双曲线围绕轴线旋转所形成的表面)，有利于扩大有效搅拌区域，从而在一定程度上有利于提高搅拌机的工作效率。然而，这种表面基本都设置为曲面的双曲面搅拌机在制造加工方面较为困难，成型工艺通常比较复杂。在制造较为大型的双曲面搅拌机时，更是难以保证加工精度。因此，所制造的双曲面搅拌机的一致性较差、合格率较低。因此，对于双曲面搅拌机的制造来说，其成本是相当高的。
因此，需要一种低成本的搅拌装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种搅拌装置，这种搅拌装置的成本低。
根据本发明的一个方面，提出了一种搅拌装置，其包括主体，所述主体的横截面由上到下逐渐增大，其中，所述主体包括由上到下依次连接的多个主体部，所述主体部的侧轮廓线为直线，处于上方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角小于处于下方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角。
对于这种搅拌装置来说，其主体是由多个形状较为简单的主体部构成的，因而易于制造，并且加工精度高。另外，这种主体部易于制造得一致，因此易于对搅拌装置中的主体部进行替换，以确保搅拌装置的性能，延长搅拌装置的使用寿命。
在一个实施例中，主体部构造为横截面由上到下逐渐增大的椎体。这种结构的主体部结构更加规则，因此这种主体结构更加容易被制造，并且更易于被制造得更加匀称，有利于提高其与反应池内流体之间的配合的流畅性。另外，这种结构的制造成本较低。
在一个实施例中，主体部构造为多面锥体，所述多面椎体的每个面均为平面。这种主体部更容易被制造，因而能有效减少生产过程中产生的废料，进而能降低生产成本。
在一个实施例中，主体部包括第一主体部和处于所述第一主体部下方并与所述第一主体部相连的第二主体部，其中，所述第一主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角为所述第二主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角的2.8到3.2倍。这种设置能促使流体顺畅流动，从而能确保搅拌装置具有足够大的有效搅拌范围。同时，在第一主体部和第二主体部的连接处周围能够局部产生适当程度的紊流，从而有利于反应池内流体带动物料进行更加充分的混合。因此，这种设置能够使反应池内的反应效率最大化。
在一个实施例中，在所述主体上设置有多个搅流翅片，多个所述搅流翅片围绕所述主体的纵向轴线旋转式分布，其中，各个所述搅流翅片在背离所述纵向轴线的方向上延伸并沿周向方向偏斜。在搅拌装置转动时，在搅流翅片的表面周围会产生负压，从而有利于带动反应池内的流体流动。
在一个实施例中，搅流翅片包括第一组搅流翅片和第二组搅流翅片，所述第一组搅流翅片的靠近所述主体的纵向轴线的端部相切于第一参考圆，所述第二组搅流翅片的靠近所述主体的纵向轴线的端部相切于第二参考圆，所述第一参考圆和所述第二参考圆的圆心均处于所述主体的纵向轴线上，并且所述第一参考圆和所述第二参考圆的半径不同。通过这种设置，更有利于带动反应池内的流体在较大的空间内循环流动。
在一个实施例中，第一组搅流翅片和第二组搅流翅片交替设置。通过这种设置，更有利于带动反应池内的流体在较大的空间内循环流动。
在一个实施例中，搅流翅片包括在背离所述纵向轴线的方向上依次连接的多个翅片部，所述翅片部由直板构成，远离所述纵向轴线的翅片部比靠近所述纵向轴线的翅片部更加沿周向方向偏斜。这种搅流翅片易于制造和安装，通过这种设置能够降低搅拌装置的制造难度和成本。
在一个实施例中，搅拌装置还包括与所述搅流翅片的背离所述主体的纵向轴线的端部和/或所述主体相连并在背离所述主体的纵向轴线的方向上延伸到所述主体之外的延伸翅片。通过延伸翅片有利于提高搅拌效率，并且尽可能地减少了制造用料。
在一个实施例中，延伸翅片与所述搅流翅片的背离所述主体的纵向轴线的端部和/或所述主体可拆卸式连接。通过这种设置有利于对延伸翅片进行替换，从而能降低搅拌装置的使用维护费用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：搅拌装置的主体是由多个形状较为简单的主体部构成的，因而易于制造，并且加工精度高。另外，这种主体部易于制造得一致，因此易于对搅拌装置中的主体部进行替换，以确保搅拌装置的性能，延长搅拌装置的使用寿命。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的搅拌装置的一个实施例的结构示意图；
图2是根据本发明的搅拌装置的一个实施例的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的搅拌装置100的一个实施例的整体结构。
如图1所示，搅拌装置100包括主体，主体包括第一主体部2和第二主体部3，第一主体部2处于第二主体部3的上方并与第二主体部3相连。对于主体来说，其横截面由上到下逐渐增大。因而，对于第一主体部2和第二主体部3来说，其自身的横截面由上到下逐渐增大，并且第二主体部3的顶面与第一主体部2的底面相同并重合。应当理解的是，还可以设置更多主体部，这些主体部由上到下依次连接并确保其组成的主体的横截面由上到下逐渐增大。对于单个主体部(例如，第一主体部2或第二主体部3)来说，其侧轮廓线为直线。这种主体部的形状容易被制造出来，进而能降低搅拌装置100的制造成本。另外，由于这种主体部的形状容易被制造出来，所以不易产生较大的制造误差，并更容易被制造得一致。因此在使用过程中，使用者能够方便地对损坏的主体部进行替换，从而这样还降低了搅拌装置100的使用成本。另外，这种侧轮廓线为直线的主体部在制造过程中不容易产生变形，在多个主体部之间进行连接时也不容易产生变形。由此，所制得的主体能够精确地对称，从而搅拌装置100的动平衡性能较好，在旋转过程中不易发生摆动和震动，从而有利于提高有效输出功率并避免搅拌装置受损。这对于维持搅拌装置100的结构稳定和延长搅拌装置的使用寿命来说十分有利。
在一个实施例中，主体部大体为圆锥或圆锥台的形状。在这种情况下，主体部的侧轮廓线为圆锥的母线。这种主体部的形状比较容易被制造出来。并且，在制造过程中方便放样、测量和检定。另外，这种结构容易被制造得更加匀称，从而有利于主体与流体之间的接触和配合的顺畅性，并因此能避免搅拌装置100在运行过程中受到较大的冲击，进而有利于提高搅拌装置100的稳定性。
在一个优选的实施例中，主体部大体为凸多面锥或凸多面锥台。在这种情况下，主体部的侧轮廓线为凸多面锥的侧棱。这种主体部的形状更加容易被制造出来。尤其是在主体部由不易弯曲加工的材料或可加工性差的材料制成的情况下，可现将材料制造成多个三角形或梯形的板，然后将这些板拼接在一起，由此来形成主体部的形状。另外，这还能有效减少甚至避免在生产过程中产生废料。这里的凸多面锥或凸多面锥台优选为正八棱锥或正八棱锥台。主体部能在容易制造的同时确保对流体平滑引导。由于这种主体部由平面构成，因此整个主体更是容易被制造得精确对称。由此，能够进一步提高搅拌装置100的动平衡性能。
上述搅拌装置100可以安装在搅拌池的池底，并优选地安装在池底的中心处，以利于对搅拌池下部进行搅拌，防止反应物沉淀到池底。此时，为了避免流体冲击池底，可以令处于上方的主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角小于处于下方的主体的侧轮廓线与竖直方向的夹角，也就是说，令处于上方的主体部的侧轮廓线更陡、更倾向于垂直方向，而令处于下方的主体部的侧轮廓线更平、更倾向于水平方向。如图1所示，处于上方的第一主体部2的侧轮廓线更陡，而处于下方的第二主体部3的侧轮廓线更平。这样一来，在池底处，主体能够引导流体，使其横向运动，由此避免流体冲击池底，进而能促使流体大范围地循环流动。
在一个优选的实施例中，处于上方的主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角为处于下方的主体的侧轮廓线与竖直方向的夹角的2.8到3.2倍，优选为3倍。在如图1所示的设置有第一主体部2和第二主体部3的情况下，第一主体部2的侧轮廓线与竖直方向的夹角在15°到18°之间。在这种情况下，主体能够有效地引导流体扩散，并能避免流体冲击池底。同时，流体能够受到适当的引导而在尽可能大的范围内流动，从而能有效确保搅拌装置100的有效搅拌范围。流体还会在上方的主体部(第一主体部2)与下方的主体部(第二主体部3)之间的连接区域附近形成局部的适当强度的紊流。这种紊流能在一定程度上促进流体流动，从而有利于带动物料在其中充分混合，进而有助于将聚在一起的反应物(或参与反应的物质)打散，以增大反应物(或参与反应的物质)的有效接触表面，从而更有利于提高反应效率。尤其是在生物反应器中，能有效使菌团、胶质团、物料团等解体，以提高反应效率。应理解的是，这种紊流对整体、宏观上的搅拌效率的影响十分微弱，但却十分有利于促进局部的、微观上的搅拌。
如图1和图2所示，还可以在主体上围绕其纵向轴线旋转式布置多个搅流翅片。各个搅流翅片在背离纵向轴线的方向上延伸并沿周向方向偏斜。在主体和搅流翅片转动的过程中，会在搅流翅片的表面周围形成负压。在重力和该负压等作用下，能促使流体流动，从而使流体被带动着在更大的范围内流动。如图2所示，各个搅流翅片的背离纵向轴线的端部相对于靠近纵向轴线的端部沿顺时针方向偏斜。在主体和搅流翅片围绕主体的纵向轴线逆时针旋转的情况下，这种结构的搅流翅片能有效产生足够的离心力。在主体和搅流翅片旋转时，流体由上至下流动并从主体的下部的外边缘处离开。在此过程中，搅流翅片能使流体对该搅拌装置的反作用力降低，尤其是降低了启动转矩需求。
如图2所示，在第一主体部2为八棱锥而第二主体部3为八棱锥台的情况下，可在第二主体部3上旋转式布置8个搅流翅片。
搅流翅片可分为多组。在图2中显示了两组搅流翅片，即第一组搅流翅片和第二组搅流翅片。第一组搅流翅片的靠近主体的纵向轴线的端部均相切于第一参考圆6，而第二组搅流翅片的靠近主体的纵向轴线的端部均相切于第二参考圆7。第一参考圆7和第二参考圆6的直径不同，但是其圆心均在纵向轴线上。优选地，第一组搅流翅片和第二组搅流翅片交替设置，以促使流体均匀流动。
优选地，如图2所示，第一组搅流翅片和第二组搅流翅片均设置在第二主体部3上。第一参考圆同时还是第一主体部2与第二主体部3之间的连接边缘的外切圆。
通过上述结构，能够有效地提高搅拌装置100的搅拌效率，并能改善反应池内流体的流态。具体来说，其能避免在距离旋转中心较近的位置处产生无攻湍流，同时还有效改善了主体周围的压力分布。另外，可以理解为，第一组搅流翅片更有利于起到分流作用，而第二组搅流翅片更有利于起到导流作用，从而使流体的速度分布更加均匀而合理，提高了等效流量和效率。此外，其有利于为流体提供更大的动力，使流体在更大的范围内循环流动。另外，其还是得受到搅拌的流体流动得更加稳定，从而能有效避免能量损失。
以下为本发明的具备上述结构的搅拌装置100(情况C)与不具备上述结构的搅拌装置(情况D)的比较。
从上表中即可看出，情况C(即，有第一组搅流翅片和第二组搅流翅片)中的等效流量总是高于情况D(即，没有第一组搅流翅片和第二组搅流翅片)中的等效流量。
此外，对于低速旋转(例如，转速在20rpm到60rpm之间)的、尺寸较大(例如主体的最大直径在0.5m到3m之间)的搅拌装置100来说，上述结构设置是尤为有利的。
在如图2所示的实施例中，各个搅流翅片由多个翅片部在背离纵向轴线的方向上依次连接而设置。各个翅片部由直板构成，易于加工成型，并因此会有效降低搅流翅片的制造成本。另外，为了使搅流翅片在背离纵向轴线的方向上延伸的同时沿周向方向偏斜，可令原理纵向轴线的翅片部比靠近纵向轴线的翅片部更加沿周向方向偏斜，由此来形成逐渐偏斜的形状。
优选地，对于同一搅流翅片上的翅片部来说，距离纵向轴线最远的翅片部相对于距离纵向轴线最近的翅片部偏斜120°左右。
如图2所示，还可以在主体的外侧设置延伸翅片4。延伸翅片与搅流翅片的背离主体的纵向轴线的端部相连，和/或与主体的边缘相连，并在背离纵向轴线的方向上延伸，由此来扩大搅拌动作的作用范围。优选地，延伸翅片4也在延伸的同时沿周向方向偏斜，以降低流体阻力。
以下为本发明的具备延伸翅片4的搅拌装置100(情况A)与不具备延伸翅片4的搅拌装置(情况B)的比较。
可以得知，在有延伸翅片4的情况下，能够在搅拌时产生更大的循环流量，从而能够更加有效地搅拌流体。循环流量的增大是离心效应增强而引起的。
此外，还对本发明的具备延伸翅片4的搅拌装置100(情况A)与不具备延伸翅片4的搅拌装置(情况B)进行了如下比较。
| 流量变化(m3/s) | 轴功率变化(kW) | |
| 情况A | 1.24 | 7.424 |
| 情况B | 1 | 6.4 |
| 变化率 | 0.24 | 0.16 |
上表中的变化率为情况A中的数据与情况B中的数据之差与情况B中的数据的比值。由上表可知，在产生的循环流量相近的情况下，具备延伸翅片4的方案所需的驱动搅拌装置100转动的转轴的功率较小。
另外，还优选地令延伸翅片与其他部件(例如搅流翅片的端部和/或主体)可拆卸式连接，例如可通过螺纹连接件(例如，螺栓)进行连接。由此，在需要更换搅流翅片时(例如在原来的搅流翅片受到磨损时)，能够方便地更换搅流翅片，并因此而降低了搅拌装置100的使用成本。
这里应理解的是，如图1和图2所示，搅拌装置100优选地设置成围绕中心轴线旋转对称的结构。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种搅拌装置，其包括主体，所述主体的横截面由上到下逐渐增大，其中，所述主体包括由上到下依次连接的多个主体部，所述主体部的侧轮廓线为直线，处于上方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角小于处于下方的所述主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述主体部构造为横截面由上到下逐渐增大的椎体。
3.根据权利要求2所述的搅拌装置，其特征在于，所述主体部构造为多面锥体，所述多面椎体的每个面均为平面。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的搅拌装置，其特征在于，所述主体部包括第一主体部和处于所述第一主体部下方并与所述第一主体部相连的第二主体部，其中，所述第一主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角为所述第二主体部的侧轮廓线与竖直方向的夹角的2.8到3.2倍。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的搅拌装置，其特征在于，在所述主体上设置有多个搅流翅片，多个所述搅流翅片围绕所述主体的纵向轴线旋转式分布，其中，各个所述搅流翅片在背离所述纵向轴线的方向上延伸并沿周向方向偏斜。
6.根据权利要求5所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅流翅片包括第一组搅流翅片和第二组搅流翅片，所述第一组搅流翅片的靠近所述主体的纵向轴线的端部相切于第一参考圆，所述第二组搅流翅片的靠近所述主体的纵向轴线的端部相切于第二参考圆，所述第一参考圆和所述第二参考圆的圆心均处于所述主体的纵向轴线上，并且所述第一参考圆和所述第二参考圆的半径不同。
7.根据权利要求6所述的搅拌装置，其特征在于，所述第一组搅流翅片和所述第二组搅流翅片交替设置。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅流翅片包括在背离所述纵向轴线的方向上依次连接的多个翅片部，所述翅片部由直板构成，远离所述纵向轴线的翅片部比靠近所述纵向轴线的翅片部更加沿周向方向偏斜。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌装置还包括延伸翅片，所述延伸翅片与所述搅流翅片的背离所述主体的纵向轴线的端部和/或所述主体相连，并在背离所述主体的纵向轴线的方向上延伸到所述主体之外。
10.根据权利要求9所述的搅拌装置，其特征在于，所述延伸翅片与所述搅流翅片的背离所述主体的纵向轴线的端部和/或所述主体可拆卸式连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 14th Floor, Sanyuan Building, Xibahedongli, Chaoyang District, Beijing, 100020 Applicant after: BEIJING CAPITAL ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 14th Floor, Sanyuan Building, Xibahedongli, Chaoyang District, Beijing, 100020 Applicant before: MBT (BEIJING) RECYCLING Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
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