CN114918021A - 一种用于高分散的捏合式定转子组件及其转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及物料分散技术领域，具体为一种用于高分散的捏合式定转子组件及其转子结构，其能够有效提升物料输送能力，保证分散效率和分散效果，其包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括盘体，所述盘体中心设置有轴套，所述轴套外周面设置有第一叶片，所述第一叶片外侧设置有转子环，所述定子上设置有定子环，所述定子环设置于所述转子环内侧或/和外侧，所述转子环和所述定子环上均开设有间隔布置的栅格，所述盘体上还设置有与所述轴套断开的第二叶片，所述第二叶片位于所述转子环内侧；所述第一叶片与所述第二叶片均为后弯叶片或径向叶片；同时，本发明还提供了对应的转子结构。
Description
技术领域
本发明涉及物料分散技术领域，具体为一种用于高分散的捏合式定转子组件及其转子结构。
背景技术
在物料分散设备中，定转子组件是其中重要的部件，物料通过定子转动与定子之间产生的剪切力而实现分散，转子一般都是多个叶片构成，在分散过程中，物料跟随转子上的叶片进行转动，产生离心力往定子方向流动，通过速度差产生剪切对物料进行分散，当物料较多时，容易出现输送能力不足的问题，物料无法顺畅的跟随转子向外送出，影响分散效率和分散效果。
发明内容
为了解决现有转子叶片分散过程中物料输送能力差，影响分散效率和分散效果的问题，本发明提供了一种用于高分散的捏合式定转子组件，其能够有效提升物料输送能力，保证分散效率和分散效果，同时，本发明还提供了对应的转子结构。
其技术方案是这样的：一种用于高分散的捏合式定转子组件，其包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括盘体，所述盘体中心设置有轴套，所述轴套外周面设置有第一叶片，所述第一叶片外侧设置有转子环，所述定子上设置有定子环，所述定子环设置于所述转子环内侧或/和外侧，所述转子环和所述定子环上均开设有间隔布置的栅格。
其进一步特征在于，所述盘体上还设置有与所述轴套断开的第二叶片，所述第二叶片位于所述转子环内侧；
所述第一叶片与所述第二叶片均为后弯叶片或径向叶片；
所述第二叶片靠近所述轴套的一端为圆角；
相邻的两个所述第一叶片之间设置有所述第二叶片；
所述第一叶片与所述第二叶片总数为4-12个；
所述转子上方设置有粉体打散组件和固液分散环；
所述栅格径向布置；
所述栅格均倾斜布置，所述转子环上的栅格朝向所述第一叶片转动方向倾斜，所述转子环上的栅格倾斜方向与所述定子环上的栅格倾斜方向相反；
所述转子底部设置有刮底叶片。
一种转子结构，其特征在于，其包括盘体，所述盘体中心设置有轴套，所述轴套外周面设置有第一叶片，所述第一叶片外侧设置有转子环，所述转子环上开设有栅格。
其进一步特征在于，所述盘体上还设置有与所述轴套断开的第二叶片，所述第二叶片位于所述转子环内侧；
所述第一叶片与所述第二叶片均为后弯叶片或径向叶片；
相邻的两个所述第一叶片之间设置有所述第二叶片。
采用本发明后，转子上设置了从轴套延伸出去的第一叶片，具备良好的物料输送能力，能够让物料顺畅被转子向外带出，送至定子环处进行剪切分散，保证了分散效率和分散效果；进一步的，转子上还设置了与轴套断开的第二叶片，从轴套延伸出去的第一叶片带动物料旋转，物料经过第二叶片与轴套之间断开的间隙通过，实现了大圆弧过渡，流场顺畅，不会出现堵料、旋涡等降低效率的流场特征，受到离心力往外移动的物料部分经过转子环和定子环上的栅格，部分沿着定子环和转子环之间的间隙流动，在高速转子环和固定定子环之间存在很大的速度梯度，使得液体被强力剪切，总体上进一步的提高了分散效果，适用于；第二叶片靠近轴套的一端为圆角，使第二叶片在径向上呈现流线型，不会阻挡物料随离心力甩出，维持流场稳定，而栅格倾斜布置后，使得物料经过转子环的栅格时产生更大的速度流场，而经过定子环的栅格时变为减低的速度流场，获得更大的速度梯度来产生更强力的剪切力。
附图说明
图1为本发明带粉体打散组件和固液分散环的定转子组件示意图；
图2为本发明定转子组件横截面示意图；
图3为本发明定转子组件纵截面示意图；
图4为图2中U处放大示意图（带物料流动方向）；
图5为图3中V处放大示意图（带物料流动方向）；
图6为本发明转子结构示意图；
图7为转子的叶片端物料流动速度分析图；
图8为定子的栅格处物料流动速度分析图；
图9为整体流场图；
图10为物料流经定转子时流场图。
具体实施方式
见图1至图10所示，一种用于高分散的捏合式定转子组件，其包括转子1和定子2，转子1包括盘体1-1，盘体1-1中心设置有轴套1-2，轴套1-2外周面设置有至少两个第一叶片1-3，相邻的第一叶片1-3之间设置有与轴套1-2断开的第二叶片1-4，第一叶片1-3与第二叶片1-4间隔布置，本实施例中，第一叶片1-3和第二叶片1-4均为四个，采用的是两种叶片各为一半的结构，当然，第一叶片1-3和第二叶片1-4的数量可以进行自由组合，如三分之一与三分之二的组合等，第一叶片1-3可以带来更好的输送能力，但容易堵料，适用于中高粘度或中高固含的物料，第二叶片1-4减弱输送能力，但流场顺畅，不会堵料，适用于高粘度或超高固含的物料，根据不同物料的种类来进行选择即可。第二叶片靠近轴套的一端为圆角；使第二叶片在径向上呈现流线型，不会阻挡物料随离心力甩出，维持流场稳定。
第一叶片1-3和第二叶片1-4外侧设置有转子环1-5，定子2上设置有定子环2-1，本实施例中，转子环1-5为一个，定子环2-1为间隔的两个，两个定子环2-1分别设置于转子环1-5内侧和外侧，即一个定子环2-1是在第一叶片1-3（第二叶片1-4）和转子环1-5之间，转子环1-5和定子环2-1上均开设有均匀间隔布置的栅格3。
栅格的结构可以是径向布置或倾斜布置。
本实施例给出的是倾斜布置的结构，具体为：转子环1-5上的栅格3朝向第一叶片1-3转动方向倾斜，转子环1-5上的栅格3倾斜方向与定子环2-1上的栅格3倾斜方向相反，因为这样可以产生更强的剪切力，原因分析如下：可参考图4和图8，首先分析转子的第一叶片1-3和第二叶片1-4的叶端流体速度方向，由一个圆周方向相切的速度u以及一个与叶片曲线相切的径向甩出速度w组成。速度u与定转子间剪切效果相关，一般设计中会取较大的u值来获得强力剪切效果，而速度w则虽与速度u相关，但主要由设计流量决定，那么在现有设备的设计中，w的值要小于u非常多，这就使得其合成速度v(即液体实际甩出速度)与叶片倾斜方向相反。然后分析定子栅格倾斜方向的影响：定子的栅格3的设计作用为消除部分叶片甩出流体的切向速度，使其最终通过速度沿栅格轴线，及液体经过栅格时速度迅速降低，方向略微改变，在定转子间产生巨大的速度梯度，实现物料的剪切。从能量转换的角度来看，液体通过叶片获得能量并甩出，撞击上定子，动能转化为浆料内能或通过局部旋涡耗散掉，内能转化过多则物料温升高，旋涡耗散多则机构能量转化率低，通过调整定子栅格轴线方向可以调整液体与定子之间的碰撞强度，从而调整实际能量转换的比例。但是如果将栅格轴线调整至与液体甩出方向完全一致，则撞击大大降低，速度梯度减小，剪切效果变差。所以定子栅格的轴线角度实际上是剪切效果、浆料温升、机构效率三者综合考虑的结果。
通过实验及仿真，我们得到了如下结论：
向叶片弯曲方向倾斜的栅格，会产生大量的旋涡，使得整个机构的能量转换效率非常低，故本发明不采用。
向叶片弯曲方向反向倾斜的栅格，能量转换效率最高，温升小，但相应剪切效果略差，适用于多种需要控制温升的物料。
不倾斜的栅格，剪切效果优于反向倾斜结构，但是效率低，温升高，适用于对温升不敏感物料的快速制备。
第一叶片1-3与第二叶片1-4均为后弯叶片或径向叶片，本实施例中采用的是后弯叶片。
转子1上方设置有粉体打散组件4和固液分散环5；转子1底部设置有刮底叶片6。
分散过程中，物料流向见图4和图5，物料除了穿过栅格往外流动外，还会沿着转子和定子之间的挤出间隙迂回流动，利用定子和转子之间的速度差来实现对物料的剪切。图9和图10中，箭头越长，代表速度越块。
Claims (8)
1.一种用于高分散的捏合式定转子组件，其包括转子和定子，其特征在于，所述转子包括盘体，所述盘体中心设置有轴套，所述轴套外周面设置有第一叶片，所述第一叶片外侧设置有转子环，所述定子上设置有定子环，所述定子环设置于所述转子环内侧或/和外侧，所述转子环和所述定子环上均开设有间隔布置的栅格，所述盘体上还设置有与所述轴套断开的第二叶片，所述第二叶片位于所述转子环内侧，所述第一叶片与所述第二叶片均为后弯叶片或径向叶片，所述转子底部设置有刮底叶片。
2.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，所述第二叶片靠近所述轴套的一端为圆角。
3.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，相邻的两个所述第一叶片之间设置有所述第二叶片。
4.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，所述第一叶片与所述第二叶片总数为4-12个。
5.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，所述转子上方设置有粉体打散组件和固液分散环。
6.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，所述栅格径向布置。
7.根据权利要求1所述的一种用于高分散的捏合式定转子组件，其特征在于，所述栅格均倾斜布置，所述转子环上的栅格朝向所述第一叶片转动方向倾斜，所述转子环上的栅格倾斜方向与所述定子环上的栅格倾斜方向相反。
8.一种转子结构，其特征在于，其包括盘体，所述盘体中心设置有轴套，所述轴套外周面设置有第一叶片，所述第一叶片外侧设置有转子环，所述转子环上开设有栅格，所述盘体上还设置有与所述轴套断开的第二叶片，所述第二叶片位于所述转子环内侧，所述第一叶片与所述第二叶片均为后弯叶片或径向叶片；相邻的两个所述第一叶片之间设置有所述第二叶片。
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