CN111992084A - 一种三斜叶-涡轮组合桨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三斜叶‑涡轮组合桨，由上层的三斜叶桨和下层的涡轮桨组成；所述三斜叶桨和涡轮桨通过搅拌轴相连；所述三斜叶桨的每片斜叶桨叶右上角向下弯折，形成弯折边。本发明的三斜叶桨‑涡轮组合桨与常规三斜叶桨与涡轮的组合桨相比，缩小了循环体积，降低了循环时间，增强了传热和传质的效果，内壁附近流体流速提升，防止物料堵塞出料口，并且新型三斜叶桨相对传统三斜叶桨能降低搅拌功耗，在工业使用中节能、降耗，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于搅拌设备技术领域，具体涉及一种三斜叶-涡轮组合桨。
背景技术
搅拌设备在石油、化工、医药等行业的工艺设计中比重比较大。如在化工三大合成生产中，搅拌设备的费用占反应设备的90%，占整个工艺设备费用的5%～25%。提高传热反应的转化率、节能、降耗是工业生产需要的突破性进展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三斜叶-涡轮组合桨，不需在原生产装置上另外增加设备，而是对三斜叶桨进行优化改进，其结构简单，相对传统三斜叶桨能降低搅拌功耗，在工业使用中降低了生产成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种三斜叶-涡轮组合桨，由上层的三斜叶桨和下层的涡轮桨组成；所述三斜叶桨和涡轮桨通过搅拌轴相连；所述三斜叶桨的每片斜叶桨叶右上角向下弯折，形成弯折边。
进一步的，所述桨叶右上角弯折角度为15°~45°。
弯折角度越小，水平射流上移；搅拌釜内壁附近流速提高的区域上移，同时流速的提升越来越小。弯折角度小于15°时，产生的斜向下流体流动效果不佳，对内壁附近流体流速提升影响较小。弯折角度大于45°时，水平射流作用不明显。优选桨叶右上角弯折角度为45°。
进一步的，所述桨叶中弯折边宽度与斜叶宽度比为1：2，弯折边长度与斜叶长度比为2：3～1：1。优选弯折边长度与斜叶长度比为6：7。
进一步的，所述三斜叶桨与涡轮桨的桨径计算比例为4/5～1。
进一步的，所述三斜叶桨和涡轮桨的桨径为搅拌釜直径的1/2～3/4。
进一步的，所述三斜叶桨的桨叶与水平面的夹角为45°。
进一步的，所述三斜叶桨与涡轮桨的层间距为0.20H～0.28H，H为搅拌釜的高度。
进一步的，所述涡轮桨为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
进一步的，所述三斜叶桨与涡轮桨安装夹角为0°～60°。
相对于传统三斜叶桨，新型三斜叶桨转动时，上侧流体沿折边运动，形成水平的射流作用，在新型三斜叶桨上部形成涡旋，有助于缩小循环体积，下侧流体受折边的刮挡作用，形成斜向下的射流作用，使搅拌釜内壁附近流体能获得更多流动能量，与下层的涡轮圆盘六直叶桨产生的水平环向液体流动配合，内壁附近流体流速提升明显，有助于提升物料在出料口的剪切力，防止物料堵塞出料口；本发明的新型三斜叶桨与涡轮圆盘六直叶桨叶组合作用缩小了循环体积，降低了循环时间，内壁附近流体流速提升，增强了传热和传质的效果；防止物料堵塞出料口，并且新型三斜叶桨相对传统三斜叶桨能降低搅拌功耗，在工业使用中节能、降耗，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的新型三斜叶桨结构示意图。
图2为本发明的新型三斜叶-涡轮组合桨示意图。
图3为使用常规斜叶桨叶的三斜叶-涡轮组合桨示意图。
图4为实施例2所示三斜叶-涡轮组合桨釜内流场图；a为新型三斜叶-涡轮组合桨釜内流场，b为现有三斜叶-涡轮组合桨釜内流场图。
具体实施方式
实施例1
本实施例具体说明本发明的装置结构。
如图1~3所示的三斜叶-涡轮组合桨，由上层的三斜叶桨1和下层的涡轮桨3组成；三斜叶桨1和涡轮桨3通过搅拌轴相连；三斜叶桨的每片斜叶桨叶右上角向下弯折，形成弯折边2，弯折边相对于斜叶的弯折角度为15°~45°；桨叶中与弯折边2宽度a与斜叶宽度c比为1：2，弯折边长度b与斜叶长度d比为2：3～1：1。涡轮桨3为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
本实施例中，三斜叶桨1与涡轮桨3安装夹角（三斜叶桨1与涡轮桨3的相对角度）为0°～60°。三斜叶桨1与涡轮桨3的桨径计算比例为4/5～1。三斜叶桨1和涡轮桨3的桨径为搅拌釜直径的1/2～3/4。三斜叶桨1的桨叶与水平面的夹角为45°。三斜叶桨1与涡轮桨3的层间距为0.20H～0.28H，H为搅拌釜的高度。
实施例2
本实施例中，弯折边相对于斜叶的弯折角度为45°；桨叶中与弯折边2宽度a与斜叶宽度c比为1：2，弯折边长度b与斜叶长度d比为6：7。涡轮桨3为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
三斜叶桨1与涡轮桨3安装夹角为0°。三斜叶桨1与涡轮桨3的桨径计算比例为1。三斜叶桨1和涡轮桨3的桨径为搅拌釜直径的1/2。三斜叶桨1与涡轮桨3的层间距为0.25H，H为搅拌釜的高度。
实施例3
本实施例中，弯折边相对于斜叶的弯折角度为15°；桨叶中与弯折边2宽度a与斜叶宽度c比为1：2，弯折边长度b与斜叶长度d比为2：3。涡轮桨3为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
三斜叶桨1与涡轮桨3安装夹角为0°。三斜叶桨1与涡轮桨3的桨径计算比例为1。三斜叶桨1和涡轮桨3的桨径为搅拌釜直径的1/2。三斜叶桨1与涡轮桨3的层间距为0.28H，H为搅拌釜的高度。
实施例4
本实施例中，弯折边相对于斜叶的弯折角度为30°；桨叶中与弯折边2宽度a与斜叶宽度c比为1：2，弯折边长度b与斜叶长度d比为1：1。涡轮桨3为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
三斜叶桨1与涡轮桨3安装夹角为0°。三斜叶桨1与涡轮桨3的桨径计算比例为4/5。三斜叶桨1和涡轮桨3的桨径为搅拌釜直径的3/4。三斜叶桨1与涡轮桨3的层间距为0.20H，H为搅拌釜的高度。
实施例5
本实施例以实施例2的结构为例，具体说明三斜叶-涡轮组合桨的混合时间测试结果。
在专用的搅拌技术实验平台测试系统（专利号：ZL201110148263.3）上测试该组合桨叶和三斜叶-涡轮组合桨的混合效果，通过温差法测定混合时间，判断混合效果的优劣。其平台包含的透明搅拌釜内径T=430mm、槽壁的厚度δ=10mm，釜体高度H=675mm。
表1为新型三斜叶-涡轮组合桨和采用常规斜叶桨叶三斜叶-涡轮组合桨的混合时间测定值。在相同转速N（rmp）下，本发明混合时间要比三斜叶-涡轮组合桨缩短平均约7.20%，更有利于物料的混合。
表1 三斜叶-涡轮组合桨混合时间对比
实施例6
本实施例以实施例2的结构为例，具体说明三斜叶-涡轮组合桨的功率测试结果。
本实施例使用搅拌技术实验平台测试系统设置转速，搅拌技术实验平台测试系统的搅拌釜内径T=430mm，槽壁厚度δ=10mm，釜体高度H=675mm，使用的新型三斜叶桨和采用常规斜叶桨叶的三斜叶桨直径都为T1=212mm，涡轮桨为同一涡轮桨，直径T2=185mm。搅拌功率可以通过P=Mω=2πNM计算得到，力矩M由搅拌技术实验测试平台的扭矩仪测得。
表2为新型三斜叶-涡轮组合桨和常规三斜叶-涡轮组合桨的功率测定值。在相同的条件下，功耗降低了5.65%左右，本发明提供的新型组合桨却能增强传热和传质的效果，降低了搅拌的时间，提高了搅拌的效率。
表2 三斜叶-涡轮组合桨功率对比
| 搅拌转速N（rmp） | 本发明组合桨功率（W） | 斜叶桨-框式桨功率（W） | 功率降低率 |
| 80 | 9.24 | 9.90 | 7.14% |
| 100 | 10.56 | 11.22 | 6.25% |
| 120 | 11.44 | 12.10 | 5.77% |
| 140 | 12.76 | 13.20 | 3.45% |
实施例7
PIV技术是是整合了计算机技术、图像处理技术、摄影成像技术、信号控制技术、激光技术和计算机软件技术先进测量技术的系统集成的成果，实验时选定测量拍摄区域，在待测流场内均匀分布微小示踪粒子，搅拌技术实验平台测试系统设置转速进入正常工作工况，通过激光片光源切割待测流体，便于相机捕捉切割面内示踪粒子的空间运动轨迹。采用微小时间间隔的两幅流场图像，通过计算机软件相关算法得到相应位置示踪粒子速度，并统计出区域中全部流场的速度矢量图。通过更换搅拌桨，实验测量本发明的新型三斜叶-涡轮组合桨和三斜叶-涡轮组合桨同一区域内的流场。对比测试得到的流场，本发明的新型三斜叶-涡轮组合桨釜内流场图a，对比三斜叶-涡轮组合桨釜内流场图b，在搅拌釜内形成的涡旋体积减小，降低了循环时间，内壁附近的流体流速增加，会增强传热和传质的效果。如图新型三斜叶的弯折边上侧形成水平射流；弯折边下侧射流与涡轮桨配合，内壁附近流体流速增加明显。
Claims (10)
1.一种三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，由上层的三斜叶桨（1）和下层的涡轮桨（3）组成；所述三斜叶桨和涡轮桨通过搅拌轴相连；
所述三斜叶桨的每片斜叶桨叶右上角向下弯折，形成弯折边（2）。
2.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述桨叶右上角弯折角度为15°~45°；优选45°。
3.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述桨叶中与弯折边（2）宽度与斜叶宽度比为1：2，弯折边长度与斜叶长度比为2：3～1：1。
4.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，弯折边长度与斜叶长度比为6：7。
5.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述三斜叶桨（1）与涡轮桨的桨径计算比例为4/5～1。
6.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述三斜叶桨（1）和涡轮桨的桨径为搅拌釜直径的1/2～3/4。
7.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述三斜叶桨（1）的桨叶与水平面的夹角为45°。
8.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述三斜叶桨（1）与涡轮桨（3）的层间距为0.20H～0.28H，H为搅拌釜的高度。
9.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述涡轮桨（3）为涡轮圆盘六直叶搅拌桨；其桨叶相对于搅拌轴中心对称。
10.根据权利要求1所述的三斜叶-涡轮组合桨，其特征在于，所述三斜叶桨（1）与涡轮桨（3）安装夹角为0°～60°。
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