CN1267231A - 改进的混合和鼓气设备 - Google Patents

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Abstract

一种混合设备,包括一个由一个旋转轴驱动的中央盘体。多个混合板叠置在中央盘体的上方和/或下方。该混合板与中央盘体分开一定距离并平行于中央盘体。每一个混合板具有一个中央孔,中央孔的直径向着远离中央盘体的方向逐渐增加以形成一个与所述的旋转轴同心的空间。在操作时,液体被吸入到空间内并通过混合板之间的空间排出。当混合板靠近液体的表面时,空气被吸入从而在混合的同时对液体进行鼓气。

Description

改进的混合和鼓气设备
技术领域
本发明涉及混合和鼓气领域，特别是涉及改进的一种根据本文所述可以提供鼓气功能的混合设备。
背景技术
在许多情况下，例如象化学处理、污水处理、废水鼓气等等需要有效地混合不同相的液体或者液体和固体。通常混合是通过旋转叶片或者叶轮来实现的。这些叶片或者叶轮驱动液体，因此导致搅动液体从而导致液体混合。这种混合方法的效率极大地取决于混合叶片的设计和需要混合的成分的性质。
转让给General Signal公司的美国专利US5344235中描述了一个翼型的叶轮叶片。该叶片涂覆有一层抗腐蚀材料，以克服该叶片在使用过程中受到混合固体的冲击而导致叶片损坏的问题。该General Signal专利代表了现有技术中基于混合器和鼓气器的叶轮的一般情况。
在评价现有技术时应该参考转让给Chuorika有限公司的美国专利US4865459。该专利描述了一个混合器。该混合器包括一个安装到一个轴上的旋转盘体，该旋转盘体与一个固定盘体相距一定距离。一个推进器安装到轴的端部用于吸入液体。而液体通过固定盘体和旋转盘体啮合所产生的剪切力而穿过旋转盘体上的开口排出。据说这两个盘体之间的剪切力可以产生有效和均匀的混合。
参考转让给Rheinthech Weiland的美国专利US4267051，该专利描述了一种鼓气器，该鼓气器包括多个平行的混合板，这些混合板利用一个水平轴而靠近液体的表面进行旋转。当盘体旋转时，在每一个盘体周边的矩形腔室圈闭(trap)空气并迫使这些空气到达液面以下。圈闭空气并将其释放到液面以下对于增加液体中的氧气的含量的效率只是达到中等程度。尽管该装置比简单地穿过液体进行鼓泡有效，但是其改进可能很小。
在转让给Societe Parisienne的法国专利FR1580389中描述了一个更有效的鼓气器。该专利描述了一个空心芯轴，该空心芯轴的一端安装一个空气分配器，该空气分配器包括两个由四个板分开的平行盘体。在空心芯轴上的空气分配器的上方安装一个螺旋体，以将空气吸入设备并通过液体进行分配。尽管该装置设法迫使空气进入液体，所形成的气泡将马上移动到液体表面，因此降低了所能达到的效果。
尽管现有技术中有多种混合设备和多种对鼓气器和混合器的改进，仍然有很大余地对其进行显著改进。
发明目的
本发明的目的就是提供一种改进的混合设备。本发明的另外一个目的就是提供一种改进的鼓气设备。本发明的其它目的将会从下面的描述中更加清楚。技术方案
根据一种形式，尽管该形式不是唯一的形式也不是最广义的形式，本发明针对一个改进的混合设备，该混合设备包括：
一个旋转轴；
一个中央盘体，该中央盘体同心安装到所述的旋转轴的下部；以及
多个混合板，这些混合板与所述的旋转轴同心安装，所述的混合板与所述的中央盘体分开一定距离并平行于中央盘体；
每一个所述的混合板包括一个中央孔；
其中，所述的多个混合板的中央孔一起形成一个或者多个空间，所述的空间在所述的中央盘体处具有一个峰顶，而在距离所述的中央盘体最远的最外侧的混合板处具有一个底部。
混合板可以安装到中央盘体的上方、下方或者其两侧。
多个分隔器以合适方式设置在混合板附近以将各个混合板互相分隔开来，并且将混合板与中央盘体分隔开来。
根据一种优选的方式，每一个所述的中央孔具有一个直径，该直径从距离所述的中央盘体最近的混合板向着最外侧的混合板逐渐增加，因此形成锥形的空间。
2到10个混合板安装到所述的中央盘体上方，2到10个混合板安装到所述的中央盘体下方。作为最合适的方式，6个混合板安装到所述的中央盘体上方，4个混合板安装到所述的中央盘体下方。
作为一种优选方式，所述的锥形相对于所述的旋转轴的轴线的角度为20度到80度之间。作为更为优选的方式，所述的锥形相对于所述的旋转轴的轴线的角度为30度。
根据一种形式，所述的旋转轴是空心结构，并与在所述的中央盘体上所形成的通道相联通，所述的通道在所述的空心中心旋转轴和所述的中央盘体的外周边之间形成联通。
附图简述
为了有助于理解本发明，将参照下面的附图对本发明的最佳实施例进行描述。附图中：
图1表示一个混合设备的第一个实施例的示意图；
图2表示一个混合设备的第二个实施例的示意图；
图3表示一个混合设备的第三个实施例的示意图；
图4表示第三个实施例的侧向剖面图；
图5表示在该混合设备操作过程中液体的流动；
图6表示在操作中的第三个实施例；
图7表示一个混合设备的第四个实施例；
图8表示第四个实施例的侧向剖面图；
图9表示中央盘体的一个实施例；
图10表示一个混合设备的第五个实施例的示意图；以及
图11表示一个混合设备的第六个实施例的示意图；
实施方式
参考图1，它表示一个混合设备的第一个实施例，该设备用附图标记1表示。该混合设备1包括一个中央盘体2，该中央盘体2连接到一个旋转轴3的下端。该旋转轴3由一个上端的马达(未示出)来驱动。
多个混合板4同心安装到旋转轴3上并平行于中央盘体2。该中央盘体2和混合板4组装到杆件5上。每一个杆件5一端制成螺纹从而允许该杆件5螺纹连接到中央盘体2上，而在另外一端具有一个头部，以卡住混合板。显然，杆件5可以反转，使杆件5螺纹连接到顶混合板上而其头部卡住中央盘体。
混合板4由放置在杆件5上的分隔器4a均匀分隔(如图4所示)。在最佳实施例中，分隔器均具有同样的尺寸，因此混合板被均匀分开。均匀分隔对于本发明的操作不是必要的。本发明人注意到在某些应用中连续增加或者降低混合板之间的距离更具有优点。
每一个混合板4具有一个中央孔6。每一个混合板4的中央孔6的直径是不同的。这些混合板4被设置为其中央孔6排列形成一个上锥体，该上锥体在中央盘体2处封闭，而向着顶混合板开口。该上锥体相对于旋转轴3的中央轴线的角度在20度到80度的范围，但是本发明人已经发现最合适的角度是30度。在操作中，混合设备的旋转通过上锥体吸入液体而通过混合板之间的空间排出液体。这些操作将参考图5进行详细描述。
一个混合设备的第二个实施例将参照图2进行描述。该第二个实施例类似于第一个实施例，但是其构件是反转的。与第一实施例一样，中央盘体2安装在一个旋转轴3的下端。而多个混合板7通过杆件8安装到中央盘体2的下方，并由这些杆件8上的分隔器7a分隔开一定距离(参见图4)。
尽管如图所示分隔器4a、7a与混合板4、7是互相分开的，应该能够理解它们可以制成为一体结构。
在混合板7上的中央孔9形成一个下锥体，该下锥体在中央盘体2处封闭，而向着底混合板开口。混合设备的旋转将穿过底混合板向上吸入液体然后通过混合板7之间的空间排出。
本发明人已经发现利用如图3所示的实施例可以获得最佳的混合效果。该实施例是图1中的实施例和图2中的实施例的结合。如前所述，一个中央盘体2固定到旋转轴3的下端。在第三个实施例中，六个混合板4叠置到该中央盘体2的上方，而四个混合板7叠置在该中央盘体2的下方。每一个混合板均具有一个中央孔，这些中央孔的直径向着中央盘体逐渐减小，因此在中央盘体2的上方和下方形成两个锥体。
第三个实施例的混合设备的结构如图4所示。如图所示，杆件5、8螺纹连接到中央盘体2上从而将混合板4、7保持为平行于中央盘体2。中央孔6、9的直径向着中央盘体2逐渐减小，从而形成一个上锥体10和下锥体11。中央盘体2上的螺纹孔12容纳旋转轴3的一个螺纹端部。
在操作中，液体被吸入到上锥体10和下锥体11中，并散布到混合板之间的空间中。在混合设备的操作过程中液体的流动如图5示意地表示。在图5中，混合设备1如图所示悬挂在一个充满液体14的罐体13中。该混合设备1由一个马达15驱动，该马达15由一个机架16支承。一个典型的马达可以是一个两马力、转速为1440rpm的电马达。
如图中的流线17所示，液体通过两个锥体吸入然后散布到混合板之间的空间。如果该混合设备靠近液体的表面悬挂，则将形成一个涡旋，空气将被吸入到上锥体内，并散布到上面混合板之间的空间。本发明人已经发现，当按上述方式进行操作时，该混合设备是一个非常有效的鼓气器。对于一个具有150mm混合板、六个位于中央盘体之上混合板、四个位于中央盘体之下的混合板、上混合板和下混合板形成30度锥体的混合设备，当该混合设备由一个2马力的电马达在1440rpm转速下旋转时可以通过水的鼓气而有效地杀死小坝中的水藻。
在该混合设备的操作的另外一个例子中，对于一个具有250mm混合板、六个位于中央盘体之上混合板、四个位于中央盘体之下的混合板、上混合板和下混合板形成30度锥体的混合设备，当该混合设备由一个10马力的电马达在1440rpm转速下旋转并悬挂到一个3500升的罐体的液面400mm深度以下时，能够在约20秒的时间内有效地混合罐体中的盛装物。在该应用中该混合设备操作如图6所示。
本发明人注意到，该混合设备的效率至少部分归因于在锥体中形成的涡旋的作用。在涡旋的入口处的液体将以该混合设备的转速或者接近该转速的速度进行旋转。然而当液体吸入到锥体后，锥体逐渐变窄将使得液体产生一个加速度，因此速度显著增加。加速后的液体被推向周围的液体，因此大量搅动液体实现有效混合。
类似地，当混合设备定位靠近液体的表面时，空气向下吸入到锥体内并被加速。加速后的空气推向周围液体并大量鼓气而实现紊流。
本发明人已经发现在旋转的混合设备上能够形成一个边界层。这对于在操作中安全触摸混合设备提供了意想不到的优点。该边界层在混合设备和周围环境之间形成一个有效的阻隔。实际上，在操作时可以将手放置到混合设备上而不会受伤。
为了提高混合液体的鼓气程度，本发明人设计了第四个实施例，如图7所示。正如前面的实施例一样，该混合设备由多个在一个中央盘体上方和下方分隔开一定距离的混合板构成。通过在直径连续减小的混合板上形成孔而在叠置的混合板上形成一个锥体。然而在第四个实施例，旋转轴20是空心结构，并连接中央盘体22上的多个通道21。旋转轴20在空心轴的上端具有一个或者多个开口23。在操作时，空气向下被吸入到旋转轴内并从通道21排出。
在第四个实施例中的空气的流动如图8所示。本发明人认为第四个实施例可以在需要深层鼓气的场合，例如象湖泊或者其它储水池内，得到特别的应用。如果混合设备位于湖泊的较深处以实现深层混合，将空气吸入其上涡旋是不可能的，因此空气将通过空心轴吸入。
第四个实施例的中央盘体22的一种合适结构如图9所示。该中央盘体22由三个互相分离的构件制成。一个中板24螺纹固定到旋转轴20上，该中板24内形成通道21。一个上板25卡入到中板24上而在旋转轴和中央盘体之间形成一个连接以分散启动混合设备时所形成的应力。一个加强板26位于上板和中板下方。杆件5、8螺纹连接到加强板上的螺纹孔27内，从而完成混合设备的第四个实施例的组装。
本发明的第五个实施例如图10所示。在图10中，两个混合设备连接到一个公共轴上。在其上端连接一个根据图1中的第一个实施例的混合设备。在该公共轴的下方连接一个根据图2中的实施例所示的混合设备。图10的实施例特别适用于一方面需要鼓气(由上混合设备完成)另一方面需要混合(由下混合设备完成)的相对较深的液体。
在第六个实施例中，如图11所示，两个根据图3所示的混合设备连接到一个公共轴上。对两个混合设备之间的距离进行选择以适合于需要混合的液体的深度。本发明人认为该第六个实施例特别适用于需要强力混合的深层液体。
除了上述的应用外，该混合设备还可用于将粉末分散在液体中以形成悬浮液。例如，可以混合或者悬浮在水中的材料包括石灰、表面活性剂、血液和油。在初级测试中，已经发现该混合设备比传统的混合器更为有效。并且也发现当使用该混合设备时使得与某些混合作用有关的烟雾也得到降低。本发明人认为这归因于混合过程中所释放的烟雾被包容起来(entrained)。烟雾可以被氧化或者溶解。
在另外一个应用中，用污染物的有氧分解来处理废水。污染物的有氧分解的效率取决于能够与分解材料形成表面接触的微生物。在常规的混合器中，较重的颗粒沉淀到处理池的底部从而变成无氧状态。本发明的混合设备不但将大体积的空气引入到废水中，而且将污染物颗粒从处理池底部吸起。在该应用中，重要的是混合板之间的距离应当大于最大污染物颗粒的最大尺寸。
本发明人已经发现，该混合设备可以由塑料连接到一个金属轴上来制成。然而，混合设备的结构不限于塑料，因此，其它材料例如不锈钢也可以使用。实际上，在需要激烈混合的环境中，塑料是不合适的。
从上面的描述应该能够理解，本发明的混合设备不象现有技术中的叶轮和叶片混合器那样依赖于与液体的表面接触。由旋转的混合板上的锥体所产生涡旋动作导致液体广泛流动从而形成均一的混合。尽管也适用于无氧混合，本发明的混合设备定位在需要混合的液体表面时能够获得最佳的应用。上锥体形成一个涡旋从而将空气吸入到液体中用于有氧混合。
通过上面的介绍对本发明的目标已经进行了说明，但是本发明不限于任何具体的特征或者构件的组合。显然，本领域的普通技术人员可进行各种不偏离本发明的实质范围的改变。

Claims (13)

1.一种混合设备，包括：
一个旋转轴；
一个中央盘体，该中央盘体同心安装到所述的旋转轴的下部；以及
多个混合板，这些混合板与所述的旋转轴同心安装，所述的混合板与所述的中央盘体分开一定距离并平行于中央盘体；
每一个所述的混合板包括一个中央孔；
其中，所述的多个混合板的中央孔一起形成一个或者多个空间，所述的空间在所述的中央盘体处具有一个峰顶，而在距离所述的中央盘体最远的最外侧的混合板处具有一个底部。
2.根据权利要求1所述的混合设备，还包括多个靠近所述的混合板设置的分隔器，以将所述的混合板互相分开以及将所述的混合板与所述的中央盘体分开。
3.根据权利要求1所述的混合设备，其中，每一个所述的中央孔具有一个直径，该直径从距离所述的中央盘体最近的混合板向着最外侧的混合板逐渐增加，因此形成一个或者多个锥形的空间。
4.根据权利要求3所述的混合设备，其中，所述的锥形相对于所述的旋转轴的轴线的角度为20度到80度之间。
5.根据权利要求3所述的混合设备，其中，所述的锥形相对于所述的旋转轴的轴线的角度为30度。
6.根据权利要求1所述的混合设备，其中，2到10个混合板安装到所述的中央盘体上方。
7.根据权利要求1所述的混合设备，其中，2到10个混合板安装到所述的中央盘体下方。
8.根据权利要求1所述的混合设备，其中，2到10个混合板安装到所述的中央盘体上方，2到10个混合板安装到所述的中央盘体下方。
9.根据权利要求1所述的混合设备，其中，所述的旋转轴是空心结构，并与在所述的中央盘体上形成的通道相联通，所述的通道在所述的空心中央旋转轴和所述的中央盘体的外周边之间形成联通。
10.一种改进的混合设备，包括：
一个旋转轴；
一个中央盘体，该中央盘体同心安装到所述的旋转轴的下部；以及
多个上混合板，这些上混合板安装到所述的中央盘体的上方并与所述的旋转轴同心，所述的上混合板与所述的中央盘体分开一定距离并平行于中央盘体，每一个所述的上混合板包括一个中央孔；其中，所述的多个上混合板的中央孔一起形成一个上部空间，所述的上部空间在所述的中央盘体处具有一个峰顶，而在距离所述的中央盘体最远的最外侧的上混合板处具有一个底部；以及
多个下混合板，这些下混合板安装到所述的中央盘体的下方并与所述的旋转轴同心，所述的下混合板与所述的中央盘体分开一定距离并平行于中央盘体，每一个所述的下混合板包括一个中央孔；其中，所述的多个下混合板的中央孔一起形成一个下部空间，所述的下部空间在所述的中央盘体处具有一个峰顶，而在距离所述的中央盘体最远的最外侧的下混合板处具有一个底部。
11.根据权利要求10所述的混合设备，其中，2到10个混合板安装到所述的中央盘体上方，2到10个混合板安装到所述的中央盘体下方。
12.根据权利要求10所述的混合设备，其中，每一个所述的中央孔具有一个直径，该直径从距离所述的中央盘体最近的混合板向着最外侧的混合板逐渐增加，因此形成锥形的所述的上部和下部空间。
13.根据权利要求12所述的混合设备，其中，所述的锥形相对于所述的旋转轴的轴线的角度为30度。
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