CN106807268A - 一种管路内气体收集再分布翼片转子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管路内气体收集再分布翼片转子，主要由翼片、叶片、锥形凸台、转轴以及锥形凹台组成，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔，叶片、翼片依次对称排布于转轴外表面，叶片结构与中心转轴呈螺旋状扭曲并且在内侧开有导流槽，导流槽沿轴向逐渐收窄，翼片呈一定角度的弧形置于叶片边缘外侧,沿周向延伸。本发明中，气液混合流体沿轴向冲击叶片的迎水面，推动转子绕轴旋转，叶片与翼片形成的夹角结构在旋转中能够收集密度轻而浮在管路顶部的气体并再次带入管路底部，从而增加气液两相的接触面积，促进混合，提高气液传质效率与流体的湍动程度。

Description

一种管路内气体收集再分布翼片转子
技术领域
本发明涉及一种应用于管路内气液两相流混合与传质的内插件装置，特别是一种受流体冲击绕轴旋转的气体收集再分布翼片转子。
背景技术
管路中的气液两相流混合广泛地应用于化工、能源、医药、生物等行业，由此产生的成果或生产的产品与我们的日常生活息息相关。因此研究能够高效、节能进行气液混合与传质的设备意义重大。特别是近年来由于化石能源日渐短缺、环境污染问题日益严重，人们开始更多地关注新型可再生清洁能源，在研究中发现，生物柴油是一种与化石能源性能相接近的极佳的可再生清洁能源。用于大规模生产生物柴油的最佳原材料是微藻，除此之外，由微藻产出的高附加值产物也广泛应用于医药、食品等方面。为此，大规模、高效率的进行微藻工业化养殖生产具有重要意义。微藻的生长依赖光照、温度、pH、碳源和其它营养物质等因素，因此在微藻培养中一般会主动添加二氧化碳气体作为碳源。管式光生物反应器是用于微藻大规模培养的理想设备，具有比表面积大、封闭抗污染、可操控性较好等优点，尽管如此，它仍存在一些不足：混合传质效果不佳、溶氧积累严重、清洗维修较难等。为此人们对现有管式光生物反应器进行了结构改进。中国专利公开号CN204417511U公开了名称为“基于流体驱动内置转子的管式光生物反应器”的实用新型专利，该专利提供了一种在透明管内安装流体驱动内置转子组，并使用发光中心轴的管式光生物反应系统。利用藻液流动为转子提供动力，使转子绕中心轴转动，进而促进液体的周向和径向流动，水流冲击管壁，防止微藻附壁生长，转子的旋转运动促进了养分均布，使培养的藻细胞保持运动状态，提高了对二氧化碳的交换和吸收效率。但是，通过模拟以及实验发现，对于水平放置的管式光生物反应器，在距离曝气装置稍远距离后，气体由于密度低，大量集中在管道上部，尽管普通转子对流体有一定的搅拌混合作用，但仍不能很好地处理该部分气体，因此，导致气液接触面减少，混合和传质能力下降，通入的二氧化碳气体大量耗散，造成了资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是设计一种用于管路中气液两相流混合传质的螺旋转子，该转子在受到流体冲击绕轴旋转中，能够对集中在管路上部的气体进行收集，再重新分布于液体中，从而增加气液两相的接触面积，促进混合，提高气液传质效率与流体的湍动程度。
为实现上述目的，提出的方案是：一种管路内气体收集再分布翼片转子，主要由翼片、叶片、锥形凸台、转轴以及锥形凹台组成，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔，叶片、翼片依次对称排布于转轴外表面，各个部分一体成型或通过粘接、焊接等方式连接，叶片结构与中心转轴呈螺旋状扭曲并且在内侧开有导流槽，导流槽沿轴向逐渐收窄，翼片为对应一定圆心角的圆弧状薄片，圆弧与中心转轴同心，翼片位于叶片边缘外侧且沿周向延伸，翼片位于叶片的迎水侧，翼片与叶片形成的夹角可以使滞留在换热管上端的气体被输运到换热管的下端，使气体与液体得到混合；多个转子通过一根直径略小于空心轴的刚性或柔性长轴连接，不同转子间通过凸台与凹台接触配合，保证了同轴度，减少了磨损。管路中混合流体冲击转子叶片表面，推动转子绕轴转动，转子又反作用于混合流体，使流体产生径向速度，冲击破坏流体边界层，增加了流体的湍动程度，同时，转子的转动使叶片和翼片形成的夹角结构带动管路顶部存留的气体，使其再次沉入底部，增加了气液两相流体的接触面积，在夹角结构内部形成涡流，促进了流体的混合，增加了气液传质效率。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，沿转轴外表面均匀分布的翼片与叶片的组合结构数量为两个、三个或多个。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，每个叶片上都有翼片，翼片与叶片在轴向对齐，即翼片在轴向上与叶片的轴向长度相等。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，翼片的数量可以少于叶片的数量，即部分叶片上有翼片，这样既有利于其他混合，又使转动阻力不至于太大。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，各个叶片上的翼片轴向长度总和与叶片轴向长度相等，每个叶片上有一段翼片，各个翼片错开。转子转动时沿轴向翼片分别接触管路上端，即能实现混合，阻力也小，翼片错开，混合搅拌作用更强。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，翼片是和中心转轴同心的圆弧结构，其外缘直径略小于管路内径。翼片置于叶片边缘，随叶片与中心转轴呈螺旋状扭曲，叶片和翼片相交处的切线垂直。翼片的圆弧结构所形成的弧度角为25°-45°。弧度角越大则所形成的翼片面积越大，转子转动时所能带动的气体体积越大，但转子用料也越多，流动阻力也较大，反之亦然。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，转子翼片表面光滑，为完整一体或开设有若干圆形通孔。转子翼片使叶片转动的阻力增大，某些情况下，在翼片表面开设若干圆形通孔能够降低转动阻力，夹角结构中的气体由于密度轻，可通过圆孔细化溢出，细小气泡上浮搅动液体，增加了气液接触面积，提高了气液传质效率。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，转子叶片导流槽后部表面光滑，为完整一体或开设有若干圆形通孔。当管路内气体含量较大时，在叶片与翼片结合处叶片侧开设若干圆形通孔有助于气体沿周向排出并能降低转子转动阻力。叶片运动方向与气泡运动方向相反，能够使大量气体通过圆孔细化溢出，降低了排气阻力，提高了气液传质效率。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，转子叶片的迎水侧端面、导流槽端面以及翼片转动方向的迎水端面设有圆弧倒角，能够减小转子对流体的阻力。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔。在应用中，不同转子间通过凸台与凹台接触配合，保证转子同轴，减少与管路内壁摩擦损耗；凹台外侧的径向通孔能够排出空心转轴中积存的流体，降低转子对流体的阻力。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，转轴、叶片、翼片由高分子材料、高分子基复合材料制成。
本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，叶片、翼片及转轴一体成型或通过粘接、焊接等方式连接。
本发明能够带来的有益效果是：叶片与翼片形成的夹角结构在旋转中能够收集密度轻而浮在管路顶部的气体并再次带入管路底部，从而增加气液两相的接触面积，促进混合，提高气液传质效率与流体的湍动程度。
附图说明
图1是本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子弧度角为45°的三维结构示意图。
图2是本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子弧度角为25°的迎水侧结构示意图。
图3是本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子翼片及叶片开孔结构示意图。
图4是本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子的安装结构示意图。
图中：1-翼片，2-带导流槽结构的叶片，3-锥形凸台，4-转轴，5-锥形凹台，6-圆形通孔，7-定位件，8-固定件，9-管路，10-长轴。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，主要由翼片1、带导流槽结构的叶片2、锥形凸台3、转轴4、锥形凹台5组成，转轴4置于转子中心，为空心圆筒结构，锥形凸台3置于转轴4一端，锥形凹台5置于转轴4另一端，带导流槽结构的叶片2、翼片1依次对称排布于转轴4的外表面，带导流槽结构的叶片2沿中心轴呈螺旋状扭曲，翼片1呈一定角度的弧形置于带导流槽结构的叶片2边缘外侧，沿周向延伸，不同转子之间通过长轴10串连，锥形凸台3与锥形凹台5之间接触配合，保证了转子间的同轴度，减轻了转子与管路内壁间的磨损。
转轴4外表面均匀分布的带导流槽结构的叶片2与翼片1数量为两个、三个或多个，根据流体流速、管道直径、混合效果、压降大小等情况具体确定。
如图1和图2所示，转子翼片1置于带导流槽结构的叶片2顶端边缘外侧与对称轴所成弧度角为25°-45°。弧度角大则所形成的翼片1面积大，转子转动时所能携带的气体体积越大，混合效果越佳，但转子用料也越多，流动阻力也较大，反之亦然。具体情况根据流体流速、气体体积、混合效果、压降大小等确定。
转子翼片1与带导流槽结构的叶片2表面光滑或开设有若干圆形通孔,如图3所示，在翼片1与带导流槽结构的叶片2结合处，翼片1上均匀一字排列着八个圆形通孔6，带导流槽结构的叶片2上均匀一字排列着七个圆形通孔6，在转子绕轴旋转中，夹角结构携带的气体由于密度较轻,可通过圆孔细化溢出，细小气泡上浮搅动液体，增加了气液接触面积，提高了气液传质效率。
带导流槽结构的叶片2的迎水侧端面、导流槽端面以及翼片1转动方向的迎水端面设有圆弧倒角，能够减小转子对流体流动的阻力，降低管路压降。
组装时，如图4所示，将一定数量的转子通过长轴10串连，为减小转子间轴向力引起的摩擦力增大转子转动不畅和磨损增大的问题，将转子分成若干组，每组之间通过固定件8隔开，固定件8固定在长轴10上，长轴10两端通过定位件7安装在管路9中。作业时，混合流体从转子迎水面侧流入，冲击转子叶片表面，推动转子绕轴转动，转子又反作用于混合流体，使流体产生径向速度，冲击破坏流体边界层，增加了流体的湍动程度，同时，转子的转动使带导流槽结构的叶片2和翼片1形成的夹角结构带动管路顶部存留的气体，使其再次沉入底部，增加了气液两相流体的接触面积，在夹角结构内部形成涡流，促进了流体的混合，增加了气液传质效率。

Claims (10)

1.一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：主要由翼片、叶片、锥形凸台、转轴以及锥形凹台组成，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔，叶片、翼片依次对称排布于转轴外表面，叶片结构与中心转轴呈螺旋状扭曲并且在内侧开有导流槽，导流槽沿轴向逐渐收窄，翼片为对应一定圆心角的圆弧状薄片，圆弧与中心转轴同心，翼片位于叶片边缘外侧且沿周向延伸，翼片位于叶片的迎水侧；多个转子通过一根直径略小于空心轴的刚性或柔性长轴连接，不同转子间通过凸台与凹台接触配合。
2.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：每个叶片上都有翼片，翼片与叶片在轴向对齐。
3.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：部分叶片上有翼片。
4.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：每个叶片上有一段翼片，各个翼片错开，各个叶片上的翼片轴向长度总和与叶片轴向长度相等。
5.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：转子叶片导流槽后部表面光滑，为完整一体或开设有若干圆形通孔。
6.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：叶片和翼片相交处的切线垂直。
7.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：翼片的圆弧结构所形成的弧度角为25°-45°。
8.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：翼片表面光滑，为完整一体或开设有若干圆形通孔。
9.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：在叶片与翼片结合处叶片侧开设若干圆形通孔。
10.根据权利要求1所述的一种管路内气体收集再分布翼片转子，其特征在于：转子叶片的迎水侧端面、导流槽端面以及翼片转动方向的迎水端面设有圆弧倒角。
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