CN117959989A - 一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，包括驱动单元、传动单元和执行单元，传动单元包括第一传动轴、第二传动轴以及行星轮系组件，第二传动轴可旋转地穿设于第一传动轴内；行星轮系组件包括第三传动轴、第四传动轴和第五传动轴；执行单元包括桨叶外框、螺旋带状刮板、第一叶片式搅拌桨、第二叶片式搅拌桨以及第三叶片式搅拌桨。该装置含有三层搅拌区域，覆盖搅拌釜内所有空间，有效避免非牛顿流体在搅拌过程中存在的搅拌死区的问题，有效刮除搅拌釜内壁上粘连流体；其中处于三重剪切搅拌区域内部三个搅拌桨在自转‑公转过程中相邻搅拌桨的叶片相互交错对溶液产生剪切效果，极大的提升了非牛顿流体的混合搅拌效率和分散质量。

Description

一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，属于流体机械设备技术领域。

背景技术

随着时代的发展，非牛顿流体在工程、生物医学和化学等领域中都开始被广泛应用，但其具有的剪切稀化、剪切稠化或粘弹性等特殊流变特性，大幅增加了其搅拌混合过程的研究难度，致使其搅拌问题至今仍是一大难题。

非牛顿流体在不同剪切速率下的粘度不同，其粘度是关于剪切速率的函数，并不满足牛顿实验定律。因为非牛顿流体具有一定的流变性和高粘度，在使用传统的单桨搅拌器对非牛顿流体进行搅拌时，很难使搅拌桨叶扫掠区域外的流体形成稳定的流场，甚至会有搅拌死区，对非牛顿流体的混合极为不利。润滑脂具有高粘度，低雷诺数的特点，其粘度随着剪切速率的增加而减小，是一种典型的假塑性非牛顿流体。以润滑脂的生产过程为例，为了提高和改善润滑脂各方面的性能，在润滑脂成脂后会加入添加剂，而添加剂在润滑脂中的混合均匀性是影响润滑脂性能的重要因素。

目前混合搅拌通常使用内外桨同心反方向旋转的搅拌机，并且反应釜壁上会通有高温油对润滑脂加热以满足生产条件，这种搅拌方法对于以润滑脂为典型的非牛顿流体，循环能力不强，易出现死区。除此之外，高速剪切后粘度低的润滑脂会在离心力的作用下聚集在搅拌釜壁周围，而搅拌釜内温度由外向内递减，这就导致了搅拌釜壁周围粘度低的润滑脂加热后粘度更低，更不利于循环。因此，传统的同心双桨搅拌难以满足其要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，该三重剪切搅拌装置含有三层搅拌区域，处于搅拌核心的三重剪切搅拌区域其内部三个叶片式搅拌桨在自转-公转过程中相邻搅拌桨叶片相互交错对溶液产生剪切效果，极大的提升了非牛顿流体的混合搅拌效率和分散质量。

本发明的目的在于提供一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，包括：

安装单元，包括底座以及可移动地连接于所述底座上的支撑横梁；所述底座的一侧设置有搅拌釜；

驱动单元，包括连接于所述支撑横梁上方的电机支架以及与所述电机支架连接的第一驱动电机和第二驱动电机；

传动单元，设置于所述支撑横梁的一侧，包括与所述第一驱动电机驱动连接的第一传动轴、与所述第二驱动电机驱动连接的第二传动轴以及与所述第一传动轴连接的行星轮系组件，所述第二传动轴可旋转地穿设于所述第一传动轴内；所述行星轮系组件包括与所述第一传动轴连接的第三传动轴、第四传动轴和第五传动轴、套设于所述第四传动轴外且与其固定连接的第一齿轮、套设于所述第三传动轴外且与其固定连接的第二齿轮、套设于所述第五传动轴外且与其固定连接的第三齿轮以及与所述第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮均啮合的第四齿轮，所述第四齿轮套设于所述第二传动轴外且与其固定连接；以及

执行单元，设置于所述行星轮系组件的下方且位于所述搅拌釜内，包括与所述行星轮系组件连接的桨叶外框、连接于所述桨叶外框外的螺旋带状刮板、与所述第三传动轴连接的第一叶片式搅拌桨、与所述第四传动轴连接的第二叶片式搅拌桨以及与所述第五传动轴连接的第三叶片式搅拌桨。

在本发明的一种实施方式中，所述底座的内部设置有滚珠丝杆升降机和升降导轨，所述底座的上方设置有与所述滚珠丝杆升降机输出端连接的支撑横梁，所述滚珠丝杆升降机用于驱动支撑横梁沿升降导轨相对于底座进行上下移动。

在本发明的一种实施方式中，所述驱动单元还包括与所述第一驱动电机输出端连接的第一输出轴、与所述第一输出轴连接的第一输出链轮、与所述第二驱动电机输出端连接的第二输出轴以及与所述第二输出轴连接的第二输出链轮；所述传动单元还包括连接于所述支撑横梁一侧且位于所述搅拌釜上方的搅拌釜上盖、连接于所述搅拌釜上盖上方的第一安装支架、连接于所述第一安装支架上方的第二安装支架、套设于所述第一传动轴外且与其连接的第三传动链轮、套设于所述第一传动轴外且连接于所述第三传动链轮上方的第一轴套、与所述第二传动轴连接的第四传动链轮以及套设于所述第二传动轴外且连接于所述第四传动链轮上方的第二轴套；其中，所述第一输出链轮与所述第三传动链轮通过第一传动滚子链连接，所述第二输出链轮与所述第四传动链轮通过第二传动滚子链连接；所述第一传动轴与所述第一安装支架可旋转连接，所述行星轮系组件连接于所述第一传动轴底部，所述第二传动轴与所述第二安装支架可旋转连接；通过改变所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转动速度和方向，使得叶片式搅拌桨以不同的公转速度和自转速度进行旋转运动。

在本发明的一种实施方式中，所述第一安装支架的上端连接有旋转支撑组件，下端连接有圆锥滚子轴承，所述第一传动轴连接于所述第一安装支架上端的旋转支撑组件以及下端的圆锥滚子轴承内，第一传动轴通过旋转支撑组件和圆锥滚子轴承与所述第一安装支架旋转连接；所述第一轴套的一端连接于所述第一安装支架上端的旋转支撑组件内，另一端与所述第三传动链轮连接；所述第二安装支架的上端连接有旋转支撑组件，第二安装支架的下端连接有连接板，所述连接板连接有旋转支撑组件，所述第二传动轴连接于所述第二安装支架上下两端的旋转支撑组件内，第二传动轴通过旋转支撑组件与所述第二安装支架旋转连接；所述第二轴套的一端连接于所述第二安装支架上端的旋转支撑组件内，另一端与所述第四传动链轮连接。

在本发明的一种实施方式中，所述行星轮系组件还包括与所述第一传动轴连接的轮系上板、轮系下板以及固定连接于所述轮系上板与轮系下板之间的若干连接柱；其中，所述第三传动轴、第四传动轴和第五传动轴可旋转地连接于所述轮系上板与轮系下板之间，所述第四齿轮位于所述第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮之间且与其组成行星轮系；所述轮系上板和轮系下板均连接有若干旋转支撑组件，所述第三传动轴、第四传动轴和第五传动轴通过旋转支撑组件与所述轮系上板和轮系下板可旋转连接；所述旋转支撑组件包括深沟球轴承、套设于所述深沟球轴承外的轴承座以及设置于所述深沟球轴承与所述轴承座之间的卡簧。

在本发明的一种实施方式中，所述第四齿轮的齿宽大于所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮的齿宽；所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮相同，且均匀分布在所述第四齿轮周围。

在本发明的一种实施方式中，所述桨叶外框和螺旋带状刮板设置于所述搅拌釜内，桨叶外框包括连接于所述行星轮系组件的轮系下板下方的若干竖直挡板以及连接于若干所述竖直挡板下方的桨叶下部支架；所述第一叶片式搅拌桨、第二叶片式搅拌桨和第三叶片式搅拌桨均包括转轴以及连接于所述转轴外周的若干叶片，所述叶片与转轴的轴向剖面具有一定的夹角，所述转轴与所述桨叶下部支架之间通过桨叶下部支架上方设置的旋转支撑组件可旋转连接；所述第一叶片式搅拌桨、第二叶片式搅拌桨和第三叶片式搅拌桨的若干叶片相互均匀交错分布。

在本发明的一种实施方式中，所述螺旋带状刮板包括金属基底以及与其连接的接触边，所述金属基底固定连接在所述竖直挡板上，金属基底不与搅拌釜壁面接触，所述接触边采用聚软材料制作，接触边与搅拌釜壁面接触以起到刮边的作用，所述金属基底与接触边的形状一致，且金属基底的宽度小于接触边的宽度；所述螺旋带状刮板的表面与搅拌釜壁面垂直，且呈螺纹状分布在搅拌釜壁面内，其螺旋升角能够调整；所述竖直挡板能够根据液体粘度调整角度。

在本发明的一种实施方式中，还包括抽吸回流系统，所述抽吸回流系统包括第三驱动电机、与所述第三驱动电机驱动连接的高速搅拌头、与所述高速搅拌头连接的第一换向阀以及与所述第一换向阀连接的管道；所述搅拌釜的侧壁连通有进料口，底部连通有出料口，所述高速搅拌头连接于所述出料口的下方，所述管道与所述进料口连通。

在本发明的一种实施方式中，所述抽吸回流系统还包括连接于所述进料口与管道之间的第二换向阀。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置含有三层搅拌区域，覆盖搅拌釜内所有空间，有效避免非牛顿流体在搅拌过程中存在的搅拌死区的问题，外圈螺旋带状刮板采用PTFE等软材料的接触边与金属基底组合的形式，有效刮除搅拌釜内壁上粘连流体；其中处于搅拌核心的三重剪切搅拌区域其内部三个叶片式搅拌桨在自转-公转过程中相邻搅拌桨的叶片相互交错对溶液产生剪切效果，极大的提升了非牛顿流体的混合搅拌效率和分散质量；搅拌釜底部出料口处安装的高速搅拌头同时具有抽吸和搅拌分散的作用，其所在的抽吸回流系统不仅可以辅助出料，同时也促进了整体循环，进一步提高了搅拌效率。具体地，三层搅拌区域中，第一层为以叶片式搅拌桨为核心的行星式搅拌区域，第二层为以竖直挡板为核心的搅拌区域，第三层为以所述螺旋带状刮板为核心的搅拌区域，第二层搅拌区域与第一层搅拌区域和第三层搅拌区域有重叠部分，使得搅拌时搅拌釜内所有区域均是有效搅拌空间，解决了搅拌死区带来的搅拌效率低下等问题。其中，第三层搅拌区域的中心区域搅拌强度高，搅拌效果好；所述搅拌釜壁上通热油，搅拌釜壁的温度最高，搅拌釜的中心温度最低，而润滑脂粘度随温度升高而减小，因此在温度的影响下搅拌釜壁的搅拌效果好。以上两种原因使得搅拌釜内形成两极对流，搅拌效果大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置的俯视图。

图3为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置的半剖面示意图。

图4为图3中的传动单元的局部放大图。

图5为图3中的传动单元和执行单元的局部放大图。

图6为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的混合轮系组件的结构示意图。

图7为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的旋转支撑组件的结构示意图。

图8为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的第一安装支架和第二安装支架的结构示意图。

图9为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的电机支架的结构示意图。

图10为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的执行单元的结构示意图。

图11为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的执行单元的俯视图。

图12为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的混合轮系组件的透视图。

图13为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置中的混合轮系组件的剖视图。

图14为本发明实施例1提供的三重剪切搅拌装置的三重剪切区域划分图。

图15为本发明实施例3提供的三重剪切搅拌装置的结构示意图。

图中：100、安装单元；11、底座；12、滚珠丝杆升降机；13、升降导轨；14、支撑横梁；200、驱动单元；21、电机支架；22、第一驱动电机；23、第一输出轴；24、第一输出链轮；25、第二驱动电机；26、第二输出轴；27、第二输出链轮；300、传动单元；31、搅拌釜上盖；32、第一安装支架；33、第二安装支架；34、第一传动轴；35、行星轮系组件；351、轮系上板；352、轮系下板；353、连接柱；354、第三传动轴；355、第四传动轴；356、第五传动轴；357、第一齿轮；358、第二齿轮；359、第三齿轮；3510、第四齿轮；36、第三传动链轮；37、第一轴套；38、第一传动滚子链；39、第二传动滚子链；301、连接板；302、第二传动轴；303、第四传动链轮；304、第二轴套；305、圆锥滚子轴承；400、执行单元；41、桨叶外框；411、竖直挡板；412、桨叶下部支架；42、螺旋带状刮板；421、金属基底；422、接触边；43、第一叶片式搅拌桨；44、第二叶片式搅拌桨；45、第三叶片式搅拌桨；46、转轴；47、叶片；500、抽吸回流系统；501、高速搅拌头；502、第一换向阀；503、管道；504、第二换向阀；505、第三驱动电机；6、旋转支撑组件；61、轴承座；62、深沟球轴承；63、卡簧；7、搅拌釜；71、进料口；72、出料口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

参照图1~图14所示，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，该三重剪切搅拌装置包括安装单元100、驱动单元200、传动单元300和执行单元400。

所述安装单元100包括底座11，所述底座11的一侧设置有搅拌釜7，所述底座11的内部设置有滚珠丝杆升降机12和升降导轨13，所述底座11的上方设置有与所述滚珠丝杆升降机12输出端连接的支撑横梁14，所述滚珠丝杆升降机12用于驱动支撑横梁14沿升降导轨13相对于底座11进行上下移动。

所述驱动单元200置于所述支撑横梁14的上方，包括连接于所述支撑横梁14上方的电机支架21、与所述电机支架21连接的第一驱动电机22和第二驱动电机25、与所述第一驱动电机22输出端连接的第一输出轴23、与所述第一输出轴23连接的第一输出链轮24、与所述第二驱动电机25输出端连接的第二输出轴26以及与所述第二输出轴26连接的第二输出链轮27。

所述传动单元300设置于所述支撑横梁14的一侧，包括与所述第一驱动电机22驱动连接的第一传动轴34、与所述第二驱动电机25驱动连接的第二传动轴302以及与所述第一传动轴34连接的行星轮系组件35，所述第二传动轴302可旋转地穿设于所述第一传动轴34内；所述行星轮系组件35包括与所述第一传动轴34连接的第三传动轴354、第四传动轴355和第五传动轴356、套设于所述第四传动轴355外且与其固定连接的第一齿轮357、套设于所述第三传动轴354外且与其固定连接的第二齿轮358、套设于所述第五传动轴356外且与其固定连接的第三齿轮359以及与所述第一齿轮357、第二齿轮358以及第三齿轮359均啮合的第四齿轮3510，所述第四齿轮3510套设于所述第二传动轴302外且与其固定连接。

执行单元400，设置于所述行星轮系组件35的下方，包括与所述行星轮系组件35连接的桨叶外框41、连接于所述桨叶外框41外的螺旋带状刮板42、与所述第三传动轴354连接的第一叶片式搅拌桨43、与所述第四传动轴355连接的第二叶片式搅拌桨44以及与所述第五传动轴356连接的第三叶片式搅拌桨45。

进一步地，所述传动单元300还包括连接于所述支撑横梁14一侧且位于所述搅拌釜7上方的搅拌釜上盖31、连接于所述搅拌釜上盖31上方的第一安装支架32、连接于所述第一安装支架32上方的第二安装支架33、套设于所述第一传动轴34外且与其连接的第三传动链轮36、套设于所述第一传动轴34外且连接于所述第三传动链轮36上方的第一轴套37、与所述第二传动轴302连接的第四传动链轮303以及套设于所述第二传动轴302外且连接于所述第四传动链轮303上方的第二轴套304；其中，所述第一输出链轮24与所述第三传动链轮36通过第一传动滚子链38连接，所述第二输出链轮27与所述第四传动链轮303通过第二传动滚子链39连接；所述第一传动轴34与所述第一安装支架32可旋转连接，所述行星轮系组件35连接于所述第一传动轴34底部，所述第二传动轴302与所述第二安装支架33可旋转连接。

进一步地，所述第一安装支架32的上端连接有旋转支撑组件6，下端连接有圆锥滚子轴承305，所述第一传动轴34连接于所述第一安装支架32上端的旋转支撑组件6以及下端的圆锥滚子轴承305内，第一传动轴34通过旋转支撑组件6和圆锥滚子轴承305与所述第一安装支架32旋转连接；所述第一轴套37的一端连接于所述第一安装支架32上端的旋转支撑组件6内，另一端与所述第三传动链轮36连接；所述第二安装支架33的上端连接有旋转支撑组件6，第二安装支架33的下端连接有连接板301，所述连接板301连接有旋转支撑组件6，所述第二传动轴302连接于所述第二安装支架33上下两端的旋转支撑组件6内，第二传动轴302通过旋转支撑组件6与所述第二安装支架33旋转连接；所述第二轴套304的一端连接于所述第二安装支架33上端的旋转支撑组件6内，另一端与所述第四传动链轮303连接。

可选地，所述第四传动链轮303位于所述第二安装支架33内，所述第三传动链轮36位于所述第一安装支架32内，所述第二传动轴302可旋转地穿设于所述第二安装支架33、第一安装支架32以及搅拌釜上盖31内，所述第一传动轴34可旋转地穿设于所述第一安装支架32以及搅拌釜上盖31内。

进一步地，所述行星轮系组件35还包括与所述第一传动轴34连接的轮系上板351、轮系下板352以及固定连接于所述轮系上板351与轮系下板352之间的若干连接柱353；其中，所述第三传动轴354、第四传动轴355和第五传动轴356可旋转地连接于所述轮系上板351与轮系下板352之间，所述第四齿轮3510位于所述第一齿轮357、第二齿轮358以及第三齿轮359之间且与其组成行星轮系。

进一步地，所述轮系上板351和轮系下板352均连接有若干旋转支撑组件6，所述第三传动轴354、第四传动轴355和第五传动轴356通过旋转支撑组件6与所述轮系上板351和轮系下板352可旋转连接。

可选地，所述旋转支撑组件6包括深沟球轴承62、套设于所述深沟球轴承62外的轴承座61以及设置于所述深沟球轴承62与所述轴承座61之间的卡簧63。通过轴承座61与轮系上板351或轮系下板352连接，传动轴穿设于深沟球轴承62内并通过卡簧63卡住，以实现传动轴在轴承座61内可旋转运动，从而实现传动轴与轮系上板351和轮系下板352可旋转连接。

进一步地，所述第二齿轮358与第三传动轴354通过平键连接，所述第一齿轮357与第四传动轴355通过平键连接，所述第三齿轮359与第五传动轴356通过平键连接，所述第四齿轮3510与第二传动轴302通过平键连接；所述第四齿轮3510为太阳轮。

可选地，所述第四齿轮3510的齿宽大于所述第一齿轮357、所述第二齿轮358和所述第三齿轮359的齿宽，保证齿轮在全齿宽上啮合配合工作，保证小齿轮能够承受足够强大的力矩；

可选地，所述第一齿轮357、所述第二齿轮358和所述第三齿轮359相同，上述三个齿轮的所有参数均相同，且均匀分布在所述第四齿轮3510周围，以保证所述第三传动轴354、所第四传动轴355和第五传动轴356具有相同的运动规律。

可选地，所述桨叶外框41和螺旋带状刮板42设置于所述搅拌釜7内，桨叶外框41包括连接于所述行星轮系组件35的轮系下板352下方的若干竖直挡板411以及连接于若干所述竖直挡板411下方的桨叶下部支架412；所述第一叶片式搅拌桨43、第二叶片式搅拌桨44和第三叶片式搅拌桨45均包括转轴46以及连接于所述转轴46外周的若干叶片47，所述叶片47与转轴46的轴向剖面具有一定的夹角，所述转轴46与所述桨叶下部支架412之间通过桨叶下部支架412上方设置的旋转支撑组件6可旋转连接；所述第一叶片式搅拌桨43、第二叶片式搅拌桨44和第三叶片式搅拌桨45的若干叶片47相互均匀交错分布。

可选地，在本实施例中，叶片式搅拌桨的每根转轴46上安装有五组叶片47，每组叶片47具有两个且对称分布在转轴46两侧，每相邻两组叶片47的轴向间距相等，五组叶片47呈螺旋上升式均匀分布在转轴46上，且相邻两组叶片47的径向夹角为60度。

本实施例提供的叶片式搅拌桨有三个，且三个搅拌桨的叶片47相互均匀交错分布，搅拌时相邻叶片式搅拌桨的相邻叶片47相互交错对溶液产生剪切效果，以达到提高搅拌效率，提升搅拌质量的作用；如图14所示，位于三个叶片式搅拌桨的中心三角形部分的搅拌区域为三重剪切区域，搅拌效果最好，位于相邻两个叶片式搅拌桨之间的区域为双重剪切区域，其余部分为单重扫掠区域。其中，叶片47与转轴46的轴向剖面具有一定的夹角能够提高搅拌釜7中非牛顿流体的单位搅拌循环量和有效搅拌体积。

可选地，所述竖直挡板411能够根据液体粘度调整角度，以达到调整速度方向的相对面积的作用，提高了能量的使用效率。

并且，所述驱动单元200为双电机驱动，所述第四齿轮3510以及与其连接的第二传动轴302由第二驱动电机25驱动旋转，所述第一传动轴34、与第一传动轴34连接的行星轮系组件35以及与行星轮系组件35连接的执行单元400由第一驱动电机22驱动旋转；通过改变所述第一驱动电机22和所述第二驱动电机25的转动速度和方向，使得叶片式搅拌桨以不同的公转速度和自转速度进行旋转运动，提高了所述的三重剪切搅拌装置对不同性质的非牛顿流体的适应能力。

本发明该实施例提供的三重剪切搅拌装置的搅拌釜7内搅拌区域分为三层，第一层为以叶片式搅拌桨为核心的行星式搅拌区域，第二层为以竖直挡板411为核心的搅拌区域，第三层为以所述螺旋带状刮板42为核心的搅拌区域，第二层搅拌区域与第一层搅拌区域和第三层搅拌区域有重叠部分，使得搅拌时搅拌釜7内所有区域均是有效搅拌空间，解决了搅拌死区带来的搅拌效率低下等问题。

其中，第三层搅拌区域的中心区域搅拌强度高，搅拌效果好；所述搅拌釜7壁上通热油，搅拌釜7壁的温度最高，搅拌釜7的中心温度最低，而润滑脂粘度随温度升高而减小，因此在温度的影响下搅拌釜7壁的搅拌效果好。以上两种原因使得搅拌釜7内形成两极对流，搅拌效果大大提升。

可选地，第三层搅拌区域的螺旋带状刮板42包括金属基底421以及与其连接的接触边422，所述金属基底421固定连接在所述竖直挡板411上，金属基底421不与搅拌釜7壁面接触，所述接触边422采用聚四氟乙烯（PTFE）材料制作，接触边422与搅拌釜7壁面接触以起到刮边的作用，所述金属基底421与接触边422的形状一致，且金属基底421的宽度略小于接触边422的宽度；所述螺旋带状刮板42的表面与搅拌釜7壁面垂直，且呈螺纹状分布在搅拌釜7壁面内，其螺旋升角能够调整，角度范围为10-60度。可选地，金属基底421与接触边422通过螺栓紧固。

进一步地，还包括抽吸回流系统500，所述抽吸回流系统500包括第三驱动电机505、与所述第三驱动电机505驱动连接的高速搅拌头501、与所述高速搅拌头501连接的第一换向阀502以及与所述第一换向阀502连接的管道503；所述搅拌釜7的侧壁连通有进料口71，底部连通有出料口72，所述高速搅拌头501连接于所述出料口72的下方，所述管道503与所述进料口71连通。

本发明提供的一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置含有三层搅拌区域，覆盖搅拌釜7内所有空间，有效避免非牛顿流体在搅拌过程中存在的搅拌死区的问题，外圈螺旋带状刮板42采用PTFE软材料的接触边422与金属基底421组合的形式，有效刮除搅拌釜7内壁上粘连流体；其中处于搅拌核心的三重剪切搅拌区域其内部三个叶片式搅拌桨在自转-公转过程中相邻搅拌桨的叶片47相互交错对溶液产生剪切效果，极大的提升了非牛顿流体的混合搅拌效率和分散质量；搅拌釜7底部出料口72处安装的高速搅拌头501同时具有抽吸和搅拌分散的作用，其所在的抽吸回流系统500不仅可以辅助出料，同时也促进了整体循环，进一步提高了搅拌效率。

实施例2

本实施例提供了一种根据实施例1提供的所述三重剪切搅拌装置的搅拌方法，包括第一阶段、第二阶段、第三阶段以及第四阶段；

使用前，通过控制螺旋丝杆升降机12抬升支撑横梁14到合适高度，将物料装入搅拌釜7后，控制支撑横梁14下降至初始高度。

所述第一阶段包括：

第一驱动电机22关闭，第二驱动电机25启动，第二驱动电机25带动第二输出轴26转动，第二输出轴26通过键的作用带动第二输出链轮27转动，第二输出链轮27通过第二传动滚子链39的作用带动第四输出链轮303转动，第四输出链轮303通过键的作用带动第二传动轴302转动，第二传动轴302通过键的作用带动第四齿轮3510转动，第四齿轮3510经啮合带动第一齿轮357、第二齿轮358和第三齿轮359转动，第一齿轮357、第二齿轮358和第三齿轮359分别通过键的作用带动第四传动轴355、第三传动轴354和第五传动轴356转动，第三传动轴354、第四传动轴355和第五传动轴356分别通过螺栓固定作用带动第一叶片式搅拌桨43、第二叶片式搅拌桨44和第三叶片式搅拌桨45进行自转；

所述第二阶段包括：

第一驱动电机22启动，第二驱动电机25保持运行，第一驱动电机22带动第一输出轴23转动，第一输出轴23通过键的作用带动第一输出链轮24转动，第一输出链轮24通过第一传动滚子链38的作用带动第三传动链轮36转动，第三传动链轮36通过键的作用带动第一传动轴34转动，第一传动轴34通过螺纹固定作用带动行星轮系组件35转动，行星轮系组件35转动使得第一叶片式搅拌桨354、第二叶片式搅拌桨355和第三叶片式搅拌桨356在自转的同时进行公转，同时桨叶外框41和螺旋带状刮板42随着行星轮系组件35进行公转；

所述第三阶段包括：

打开搅拌釜7底部的出料口72，第三驱动电机505启动，第三驱动电机505带动高速搅拌头501高速运转，第一换向阀502开关至进料口71方向，流体在高速搅拌头501的作用下进行进一步的搅拌分散与回流；

所述第四阶段包括：

第一换向阀502开关至出料口72方向，流体在高速搅拌头501作用下被抽出至出料口72。

实施例3：

参照图15所示，为本发明的第三个实施例，基于第一个实施例基础之上，所述抽吸回流系统500还包括连接于所述进料口71与管道503之间的第二换向阀504。

具体的，第一阶段，将第二换向阀504打开至进料口71，物料通过进料口71进行装填，此时第一驱动电机22和第二驱动电机25开启，第三驱动电机505关闭，物料装填的同时进行搅拌，避免了启动力矩过大带来的转子无法启动的问题。第二阶段，物料装填完毕，第二换向阀504打开至回流方向，第一换向阀502打开至回流方向，搅拌釜7底部的出料口72打开，第三驱动电机505启动，第一驱动电机22和第二驱动电机25保持运转，物料回流模式启动。第三阶段，第三驱动电机505停止运行，第一驱动电机22和第二驱动电机25保持运转，第二换向阀504切换至进料口71方向，向搅拌釜7内加入添加剂，加入完毕后第二换向阀504切换至回流方向，第三启动电机505启动，流体和添加剂在高速搅拌头501的作用下进行进一步的搅拌分散与回流，搅拌效率大大提升。第四阶段，换向阀开关至出料口72方向，流体在高速搅拌头501作用下被抽出至出料口。

需要说明的是，其余结构均与实施例1相同，此处不做赘述。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，包括：

安装单元（100），包括底座（11）以及可移动地连接于所述底座（11）上的支撑横梁（14）；所述底座（11）的一侧设置有搅拌釜（7）；

驱动单元（200），包括连接于所述支撑横梁（14）上方的电机支架（21）以及与所述电机支架（21）连接的第一驱动电机（22）和第二驱动电机（25）；

传动单元（300），设置于所述支撑横梁（14）的一侧，包括与所述第一驱动电机（22）驱动连接的第一传动轴（34）、与所述第二驱动电机（25）驱动连接的第二传动轴（302）以及与所述第一传动轴（34）连接的行星轮系组件（35），所述第二传动轴（302）可旋转地穿设于所述第一传动轴（34）内；所述行星轮系组件（35）包括与所述第一传动轴（34）连接的第三传动轴（354）、第四传动轴（355）和第五传动轴（356）、套设于所述第四传动轴（355）外且与其固定连接的第一齿轮（357）、套设于所述第三传动轴（354）外且与其固定连接的第二齿轮（358）、套设于所述第五传动轴（356）外且与其固定连接的第三齿轮（359）以及与所述第一齿轮（357）、第二齿轮（358）以及第三齿轮（359）均啮合的第四齿轮（3510），所述第四齿轮（3510）套设于所述第二传动轴（302）外且与其固定连接；以及

执行单元（400），设置于所述行星轮系组件（35）的下方且位于所述搅拌釜（7）内，包括与所述行星轮系组件（35）连接的桨叶外框（41）、连接于所述桨叶外框（41）外的螺旋带状刮板（42）、与所述第三传动轴（354）连接的第一叶片式搅拌桨（43）、与所述第四传动轴（355）连接的第二叶片式搅拌桨（44）以及与所述第五传动轴（356）连接的第三叶片式搅拌桨（45）。

2.根据权利要求1所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述底座（11）的内部设置有滚珠丝杆升降机（12）和升降导轨（13），所述底座（11）的上方设置有与所述滚珠丝杆升降机（12）输出端连接的支撑横梁（14），所述滚珠丝杆升降机（12）用于驱动支撑横梁（14）沿升降导轨（13）相对于底座（11）进行上下移动。

3.根据权利要求2所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，

所述驱动单元（200）还包括与所述第一驱动电机（22）输出端连接的第一输出轴（23）、与所述第一输出轴（23）连接的第一输出链轮（24）、与所述第二驱动电机（25）输出端连接的第二输出轴（26）以及与所述第二输出轴（26）连接的第二输出链轮（27）；

所述传动单元（300）还包括连接于所述支撑横梁（14）一侧且位于所述搅拌釜（7）上方的搅拌釜上盖（31）、连接于所述搅拌釜上盖（31）上方的第一安装支架（32）、连接于所述第一安装支架（32）上方的第二安装支架（33）、套设于所述第一传动轴（34）外且与其连接的第三传动链轮（36）、套设于所述第一传动轴（34）外且连接于所述第三传动链轮（36）上方的第一轴套（37）、与所述第二传动轴（302）连接的第四传动链轮（303）以及套设于所述第二传动轴（302）外且连接于所述第四传动链轮（303）上方的第二轴套（304）；

其中，所述第一输出链轮（24）与所述第三传动链轮（36）通过第一传动滚子链（38）连接，所述第二输出链轮（27）与所述第四传动链轮（303）通过第二传动滚子链（39）连接；所述第一传动轴（34）与所述第一安装支架（32）可旋转连接，所述行星轮系组件（35）连接于所述第一传动轴（34）底部，所述第二传动轴（302）与所述第二安装支架（33）可旋转连接；通过改变所述第一驱动电机（22）和所述第二驱动电机（25）的转动速度和方向，使得叶片式搅拌桨以不同的公转速度和自转速度进行旋转运动。

4.根据权利要求3所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述第一安装支架（32）的上端连接有旋转支撑组件（6），下端连接有圆锥滚子轴承（305），所述第一传动轴（34）连接于所述第一安装支架（32）上端的旋转支撑组件（6）以及下端的圆锥滚子轴承（305）内，第一传动轴（34）通过旋转支撑组件（6）和圆锥滚子轴承（305）与所述第一安装支架（32）旋转连接；所述第一轴套（37）的一端连接于所述第一安装支架（32）上端的旋转支撑组件（6）内，另一端与所述第三传动链轮（36）连接；所述第二安装支架（33）的上端连接有旋转支撑组件（6），第二安装支架（33）的下端连接有连接板（301），所述连接板（301）连接有旋转支撑组件（6），所述第二传动轴（302）连接于所述第二安装支架（33）上下两端的旋转支撑组件（6）内，第二传动轴（302）通过旋转支撑组件（6）与所述第二安装支架（33）旋转连接；所述第二轴套（304）的一端连接于所述第二安装支架（33）上端的旋转支撑组件（6）内，另一端与所述第四传动链轮（303）连接。

5.根据权利要求4所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述行星轮系组件（35）还包括与所述第一传动轴（34）连接的轮系上板（351）、轮系下板（352）以及固定连接于所述轮系上板（351）与轮系下板（352）之间的若干连接柱（353）；其中，所述第三传动轴（354）、第四传动轴（355）和第五传动轴（356）可旋转地连接于所述轮系上板（351）与轮系下板（352）之间，所述第四齿轮（3510）位于所述第一齿轮（357）、第二齿轮（358）以及第三齿轮（359）之间且与其组成行星轮系；所述轮系上板（351）和轮系下板（352）均连接有若干旋转支撑组件（6），所述第三传动轴（354）、第四传动轴（355）和第五传动轴（356）通过旋转支撑组件（6）与所述轮系上板（351）和轮系下板（352）可旋转连接；所述旋转支撑组件（6）包括深沟球轴承（62）、套设于所述深沟球轴承（62）外的轴承座（61）以及设置于所述深沟球轴承（62）与所述轴承座（61）之间的卡簧（63）。

6.根据权利要求5所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述第四齿轮（3510）的齿宽大于所述第一齿轮（357）、所述第二齿轮（358）和所述第三齿轮（359）的齿宽；所述第一齿轮（357）、所述第二齿轮（358）和所述第三齿轮（359）相同，且均匀分布在所述第四齿轮（3510）周围。

7.根据权利要求6所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述桨叶外框（41）和螺旋带状刮板（42）设置于所述搅拌釜（7）内，桨叶外框（41）包括连接于所述行星轮系组件（35）的轮系下板（352）下方的若干竖直挡板（411）以及连接于若干所述竖直挡板（411）下方的桨叶下部支架（412）；所述第一叶片式搅拌桨（43）、第二叶片式搅拌桨（44）和第三叶片式搅拌桨（45）均包括转轴（46）以及连接于所述转轴（46）外周的若干叶片（47），所述叶片（47）与转轴（46）的轴向剖面具有一定的夹角，所述转轴（46）与所述桨叶下部支架（412）之间通过桨叶下部支架（412）上方设置的旋转支撑组件（6）可旋转连接；所述第一叶片式搅拌桨（43）、第二叶片式搅拌桨（44）和第三叶片式搅拌桨（45）的若干叶片（47）相互均匀交错分布。

8.根据权利要求7所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述螺旋带状刮板（42）包括金属基底（421）以及与其连接的接触边（422），所述金属基底（421）固定连接在所述竖直挡板（411）上，金属基底（421）不与搅拌釜（7）壁面接触，所述接触边（422）采用聚软材料制作，接触边（422）与搅拌釜（7）壁面接触以起到刮边的作用，所述金属基底（421）与接触边（422）的形状一致，且金属基底（421）的宽度小于接触边（422）的宽度；所述螺旋带状刮板（42）的表面与搅拌釜（7）壁面垂直，且呈螺纹状分布在搅拌釜（7）壁面内，其螺旋升角能够调整；所述竖直挡板（411）能够根据液体粘度调整角度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，还包括抽吸回流系统（500），所述抽吸回流系统（500）包括第三驱动电机（505）、与所述第三驱动电机（505）驱动连接的高速搅拌头（501）、与所述高速搅拌头（501）连接的第一换向阀（502）以及与所述第一换向阀（502）连接的管道（503）；所述搅拌釜（7）的侧壁连通有进料口（71），底部连通有出料口（72），所述高速搅拌头（501）连接于所述出料口（72）的下方，所述管道（503）与所述进料口（71）连通。

10.根据权利要求9所述的用于非牛顿流体混合的三重剪切搅拌装置，其特征在于，所述抽吸回流系统（500）还包括连接于所述进料口（71）与管道（503）之间的第二换向阀（504）。