CN106823900A - 一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨 - Google Patents

一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴、刚性搅拌桨Ⅰ、刚性搅拌桨Ⅱ、弹簧和穿孔柔性片。所述搅拌轴上具有两个节点。其中一个节点连接刚性搅拌桨Ⅰ，另一个节点连接刚性搅拌桨Ⅱ。所述刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ之间连接有穿孔柔性片，所述穿孔柔性片长度方向的两端与刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ通过弹簧过渡相连。本发明的技术效果是毋庸置疑的，该桨在旋转过程中，桨叶能耗减小，且穿孔柔性片能够作多体运动，且穿孔柔性片运动过程中能够产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，增大桨叶能量利用率，提高流体的混合效率。且还能够节约搅拌装置成本。

Description

一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨
技术领域
本发明涉及化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等生产工艺中流体混合装置，具体涉及一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨。
背景技术
机械搅拌反应器广泛应用于化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等行业中，其工作原理是通过搅拌桨的旋转向搅拌槽内混合体系输入机械能，强化反应过程的传热和传质，提高生产效率。搅拌桨作为搅拌反应器的重要核心部件之一，它能够向流体给予所需的适宜能量，从而促使流场多尺度结构的演化、形成、位移及多尺度流场结构间能量和物质的传递，但搅拌反应器通过搅拌桨向流场输入的总机械量真正用于流体内部混合的不到5％，经常需要通过增大搅拌转速来达到所需的混合状态。人们常采取增大转速的方法来提高物料的混合均匀性，但过度搅拌可使搅拌槽内流体作圆周运动，易出现搅拌“死区”。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高流体混合效率，且装置成本较低的刚柔组合式搅拌桨。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴，以及若干刚性搅拌桨叶Ⅰ、刚性搅拌桨叶Ⅱ、弹簧Ⅰ、弹簧Ⅱ和穿孔柔性片。
所述搅拌轴上具有两个节点。其中一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅰ，这些刚性搅拌桨叶Ⅰ组成刚性搅拌桨Ⅰ。另一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅱ，这些刚性搅拌桨叶Ⅱ组成刚性搅拌桨Ⅱ。
所有的刚性搅拌桨叶Ⅰ呈辐射状地分布在搅拌轴的周围。每一个刚性搅拌桨叶Ⅰ的端头均穿有一个安装环Ⅰ。所述每个安装环Ⅰ上均挂有一根弹簧Ⅰ，所述弹簧Ⅰ远离安装环Ⅰ的一端连接有安装环Ⅱ。
所有的刚性搅拌桨叶Ⅱ呈辐射状地分布在搅拌轴的周围。每一个刚性搅拌桨叶Ⅱ的端头均穿有一个安装环Ⅲ，所述每个安装环Ⅲ上均挂有一根弹簧Ⅱ，所述弹簧Ⅱ远离安装环Ⅲ的一端连接有安装环Ⅳ。
所述刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ之间连接有若干穿孔柔性片。所述每个穿孔柔性片分别与弹簧Ⅰ的安装环Ⅱ和弹簧Ⅱ的安装环Ⅳ相连接。
所述穿孔柔性片上开有若干个通孔。
进一步，所述每个刚性搅拌桨叶Ⅰ和刚性搅拌桨叶Ⅱ的前端均加工有通孔，所述通孔为安装孔。所述刚性搅拌桨叶Ⅰ和刚性搅拌桨叶Ⅱ的前端是指远离搅拌轴的一端。
进一步，所述刚性搅拌桨叶Ⅰ和刚性搅拌桨叶Ⅱ的数量相等，所述穿孔柔性片的数量与刚性搅拌桨叶Ⅰ相等。
进一步，所述穿孔柔性片的宽度是刚性搅拌桨叶直径的1/40～1/10。
进一步，所述搅拌桨的长度是刚性搅拌桨Ⅰ下边沿和刚性搅拌桨Ⅱ上边沿之间距离的0.75～1.2倍。
进一步，所述穿孔柔性片的厚度不低于0.5mm。
进一步，所述穿孔柔性片的孔隙率为4％～16％，孔径为2mm～8mm。
进一步，所述弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ的长度是上层刚性搅拌桨下边沿和下层刚性搅拌桨上边沿之间距离的0.1～0.3倍。
进一步，所述穿孔柔性片的材质为钢丝网、四氟乙烯、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅胶或PVC等。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，该桨在旋转过程中，在旋转方向上的截面积由于柔性片打孔而减小，桨叶能耗减小，且刚柔组合搅拌桨中的连接穿孔柔性片的弹簧在搅拌轴和流体的相互作用下，能够不断地作收缩运动，进而带动穿孔柔性片作多体运动，且穿孔柔性片运动过程中能够产生许多的高速射流，增大流体的速度梯度，提高流体的湍动程度，使桨叶能量以“波涡”耦合的方式在流场中进行传递，强化桨叶能量传递过程，增大桨叶能量利用率，提高流体的混合效率。且还能够节约搅拌装置成本。
附图说明
图1为具有新型刚柔组合搅拌桨的搅拌装置的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
图中：电机1，搅拌轴2，搅拌槽3，刚性搅拌桨Ⅰ41，刚性搅拌桨Ⅱ42，弹簧Ⅰ6，安装环Ⅰ601，安装环Ⅱ602，弹簧Ⅱ7，安装环Ⅲ701，安装环Ⅳ702，穿孔柔性片8。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴2，以及若干刚性搅拌桨叶Ⅰ41、刚性搅拌桨叶Ⅱ42、弹簧Ⅰ6、弹簧Ⅱ7和穿孔柔性片8。
所述搅拌轴2上具有两个节点。其中一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅰ41，这些刚性搅拌桨叶Ⅰ41组成刚性搅拌桨Ⅰ。另一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅱ42，这些刚性搅拌桨叶Ⅱ42组成刚性搅拌桨Ⅱ。
所有的刚性搅拌桨叶Ⅰ41呈辐射状地分布在搅拌轴2的周围。每一个刚性搅拌桨叶Ⅰ41的端头均均加工有一个通孔，所述通孔中穿有一个安装环Ⅰ601。所述每个安装环Ⅰ601上均挂有一根弹簧Ⅰ6，所述弹簧Ⅰ6为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端的金属杆弯成钩状(或圆环状)；所述弹簧Ⅰ6通过金属杆的弯钩(或圆环)挂于安装环Ⅰ601上；所述弹簧Ⅰ6远离安装环Ⅰ601的一端的金属杆弯成钩状(或圆环状)，所述弹簧Ⅰ6远离安装环Ⅰ601的一端通过金属杆的弯钩(或圆环)连接安装环Ⅱ602。
所有的刚性搅拌桨叶Ⅱ42呈辐射状地分布在搅拌轴2的周围。每一个刚性搅拌桨叶Ⅱ42的端头均加工有一个通孔，所述通孔中穿有一个安装环Ⅲ701，所述每个安装环Ⅲ701上均挂有一根弹簧Ⅱ7，所述弹簧Ⅱ7为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧一端的金属杆(丝)弯成钩状(或圆环状)；所述弹簧Ⅱ7通过金属杆的弯钩(或圆环)挂于安装环Ⅲ701上；所述弹簧Ⅱ7远离安装环Ⅲ701的一端的金属杆弯成钩状(或圆环状)，所述弹簧Ⅱ7远离安装环Ⅲ701的一端通过金属杆的弯钩(或圆环)连接安装环Ⅳ702。
所述刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ之间连接有若干穿孔柔性片8。所述每个穿孔柔性片分别与弹簧Ⅰ6的安装环Ⅱ602和弹簧Ⅱ7的安装环Ⅳ702相连接。
所述穿孔柔性片8上开有若干个通孔。
所述每个刚性搅拌桨叶Ⅰ41和刚性搅拌桨叶Ⅱ42的前端均加工有通孔，所述通孔为安装孔。所述刚性搅拌桨叶Ⅰ41和刚性搅拌桨叶Ⅱ42的前端是指远离搅拌轴2的一端。
所述刚性搅拌桨叶Ⅰ41和刚性搅拌桨叶Ⅱ42的数量相等，所述穿孔柔性片8的数量与刚性搅拌桨叶Ⅰ41相等。所述刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ在搅拌轴2的长度方向上是对齐的，即每片刚性搅拌桨叶Ⅰ41都与一片刚性搅拌桨叶Ⅱ42对齐，所述每对齐的一片刚性搅拌桨叶Ⅰ41和一片刚性搅拌桨叶Ⅱ42之间具有一根穿孔柔性片8。
优选地，所述穿孔柔性片8的宽度是刚性搅拌桨叶直径的1/40～1/10。
所述搅拌桨的长度是上层刚性搅拌桨下边沿和下层刚性搅拌桨上边沿之间距离的0.75～1.2倍。
所述穿孔柔性片8的厚度不低于0.5mm。
所述穿孔柔性片8的孔隙率为4％～16％，孔径为2mm～8mm。
所述弹簧Ⅰ6和弹簧Ⅱ7的长度是上层刚性搅拌桨下边沿和下层刚性搅拌桨上边沿之间距离的0.1～0.3倍。
所述穿孔柔性片8的材质为钢丝网、四氟乙烯、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅胶或PVC等。
实施例2：
本实施例的主要结构同实施例1，进一步地：
所述刚性搅拌桨I41与刚性搅拌桨II42的直径相等。刚性搅拌桨I41的桨叶和刚性搅拌桨II42的桨叶尺寸相同。
所述穿孔柔性片8的宽度是刚性搅拌桨II42直径D的1/40～1/10。通过研究发现，当穿孔柔性片8的宽度过窄，有利于穿孔柔性片8发生扭转或抖动，但传递能量的能力较差；当穿孔柔性片8的宽度过宽，不利于穿孔柔性片8发生扭转或抖动，但传递能量的能力较强。穿孔柔性片8的宽度为d，当d是D的1/40～1/10，体系能够获取较好的混合效果。
进一步讲，刚性搅拌桨I41的桨叶下边缘和刚性搅拌桨II42的桨叶上边缘之间的距离为F。穿孔柔性片为f，f是F的0.75～1.2倍。当穿孔柔性片8长度过短，桨叶“横扫”范围减小，穿孔柔性片8的抖动行为减弱，难以将桨叶能量传递到流场远处；当穿孔柔性片8长度过长，桨叶“横扫”范围增大，穿孔柔性片8的抖动行为增加，但桨叶转动阻力增大。当穿孔柔性片8长度是上层刚性搅拌桨下边沿和下层刚性搅拌桨上边沿之间距离的0.75～1.2倍，体系的混合效果较好。
进一步讲，穿孔柔性片8的厚度不低于0.5mm，且厚度应当是有上限的，这需根据混合体系的不同进行选择，例如，对于单相或气液两相，厚度可选用稍薄一些；对于固液两相，厚度可选用稍厚一些。当穿孔柔性片8的厚度过薄，它的抖动能力增强，但它对桨叶附近流体的分散能力减弱，混合效果变差；当穿孔柔性片8厚度过厚，它对桨叶附近流体的分散能力增强，但它的抖动能力减弱，转动阻力增加。穿孔柔性片8厚度的选择应当保证穿孔柔性片8能够出现抖动但分散能力又不会太弱。
进一步讲，穿孔式柔性片8的孔径为2～8mm。当孔径过大，孔流速度较小，不能形成足够的速度梯度，也没有足够的剪切应力，局部涡流扩散强度不足；而孔径过小，消耗于流体与孔边边缘摩擦能量增大，能量利用率下降。穿孔式柔性片8的孔径为2～8mm时，体系的物料混合效果较好。
更进一步讲，穿孔式柔性片8的孔隙率为4～16％。孔隙率过大会降低主体对流扩散量，即使涡流扩散很强也只局限在桨叶附近，不可能在全槽范围内将固体颗粒完全悬浮；开孔率过低不能形成足够多的小漩涡，达不到涡流扩散的目的。穿孔式柔性片8的孔隙率为6～16％时，体系的物料混合效果较好。
所述弹簧6的长度均为L。刚性搅拌桨I41的桨叶下边缘和刚性搅拌桨II42的桨叶上边缘之间的距离为F，L＝0.1～0.3F。
安装环Ⅰ601和安装环Ⅱ602的直径均为Φ，刚性桨叶的长度为w，则Φ＝1/30～1/10w。
所述搅拌轴2由电机1驱动，并伸入搅拌槽3中旋转。在搅拌槽槽径为0.48m，槽高为1m，挡板宽度为0.048m的圆柱形敞口搅拌槽内，溶液为1％的羧甲基纤维素钠溶液，液体高度0.5m，搅拌转速60rpm，通过酸碱脱色实验测定混合时间，以此表征搅拌桨的混合性能。实验结果见表1。
表1混合时间对比实验
从表1实验结果可以看出，在相同搅拌转速条件下，本发明公开的刚柔组合搅拌桨与现有技术相比，体系的混合时间缩短了20％。

Claims (9)

1.一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，包括搅拌轴(2)，以及若干刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)、刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)、弹簧Ⅰ(6)、弹簧Ⅱ(7)和穿孔柔性片(8)；
所述搅拌轴(2)上具有两个节点；其中一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)，这些刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)组成刚性搅拌桨Ⅰ；另一个节点连接若干刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)，这些刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)组成刚性搅拌桨Ⅱ；
所有的刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)呈辐射状地分布在搅拌轴(2)的周围；每一个刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)的端头均穿有一个安装环Ⅰ(601)；所述每个安装环Ⅰ(601)上均挂有一根弹簧Ⅰ(6)，所述弹簧Ⅰ(6)远离安装环Ⅰ(601)的一端连接有安装环Ⅱ(602)；
所有的刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)呈辐射状地分布在搅拌轴(2)的周围；每一个刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)的端头均穿有一个安装环Ⅲ(701)，所述每个安装环Ⅲ(701)上均挂有一根弹簧Ⅱ(7)，所述弹簧Ⅱ(7)远离安装环Ⅲ(701)的一端连接有安装环Ⅳ(702)；
所述刚性搅拌桨Ⅰ和刚性搅拌桨Ⅱ之间连接有若干穿孔柔性片(8)；所述每个穿孔柔性片分别与弹簧Ⅰ(6)的安装环Ⅱ(602)和弹簧Ⅱ(7)的安装环Ⅳ(702)相连接；
所述穿孔柔性片(8)上开有若干个通孔。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述每个刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)和刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)的前端均加工有通孔，所述通孔为安装孔；所述刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)和刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)的前端是指远离搅拌轴(2)的一端。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)和刚性搅拌桨叶Ⅱ(42)的数量相等，所述穿孔柔性片(8)的数量与刚性搅拌桨叶Ⅰ(41)相等。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述穿孔柔性片(8)的宽度是刚性搅拌桨叶直径的1/40～1/10。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述搅拌桨的长度是刚性搅拌桨Ⅰ下边沿和刚性搅拌桨Ⅱ上边沿之间距离的0.75～1.2倍。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述穿孔柔性片(8)的厚度不低于0.5mm。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述穿孔柔性片(8)的孔隙率为4％～16％，孔径为2mm～8mm。
8.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述弹簧Ⅰ(6)和弹簧Ⅱ(7)的长度是上层刚性搅拌桨下边沿和下层刚性搅拌桨上边沿之间距离的0.1～0.3倍。
9.根据权利要求1至3任意一项所述的一种高效节能的新型刚柔组合搅拌桨，其特征在于，所述穿孔柔性片(8)的材质为钢丝网、四氟乙烯、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅胶或PVC等。
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