CN1356925A - 叠层式静态混合器元件 - Google Patents

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Abstract

一种用于静态混合器的支座元件(10),其包括大致环形的支承构件(12),该构件具有中心轴(16)、同心、径向间隔开的切向上延伸的内表面和外表面(18、20)、以及轴向间隔开的大致平行的第一和第二边缘面(22、24)。环形支承构件(12)的内表面(18)确定了沿所述轴(16)延伸的流体流通路径。支座元件(10)包括多个位于流通路径(26)中的十字杆(32)。十字杆(32)具有相比于环形支承构件(12)的第二边缘(24)的横向平面(30)而更为接近环形支承构件(12)的第一边缘(22)的横向平面(28)的第一端(34)。十字杆(32)还具有相比于第一边缘(22)的横向平面(28)而更为接近第二边缘(24)的横向平面(30)的第二端(36)。十字杆(32)排列在至少两个分立地相交倾斜平面(38、40、42、44)中,相交倾斜平面中每一个设置成相对所述中心轴(16)成一角度。支座元件(10)可以用在包括四个突然转向的叠层式元件(10)的构件(60)中。

Description

叠层式静态混合器元件
技术领域
本发明涉及用于流体连续混合的静态混合器，特别是用于混合高粘性流体如聚合物的熔化物的静态混合器。
                         背景技术
静止混合装置特别适用于多成分混合物等的均匀化作用。静态混合器也同换热器一起使用，并且/或者用于填料流动反应堆。这些装置简单易用。特别的优点是，静态混合器不具有移动部件，结果是无特殊密封和/或维护的难度。
公知的是，这类装置通常用于通过挤压或注射模塑的聚合物处理的应用中，其中在混合器上有大压力差。这通常要求一种考虑极厚材料和加强部件的粗糙结构。较小尺寸的元件可以通过不锈钢或钨铬钴合金的精密铸造而制成。各元件通常可通过焊接或铜焊各单独部件成为金属套筒从而起到对元件的支承作用而予以加强。
还希望的是，静态混合器装置通常必须在使用之后易于维护和清洁及用眼检测。提供了便于清洁和检测的一种现有的公知方法是用辅助型(satellitetype)环状物支承各单独元件，如国际公开WO95/09689所示。然而，这种结构需要昂贵的精密铸造及价值高的机加工间隔圈。由于强度弱的点是未受支承的独立的十字杆，故十字杆必须较厚。
对于将高负载的聚合物混合器应用于压力差高达100巴的大型管道(＞10″)内，各元件必须焊接入单个管道区段中。这些区段必须随后焊接在一起形成最终的混合器。该结构同样极其昂贵。此外，由于焊接在一起的各部件位置的错综复杂，所以不可能实现对焊接的100％的X射线检测。相应增加壁厚和液压试验几乎总是需要的。
                         发明内容
现有技术装置中出现的问题和困难通过本发明的应用得以缓解，本发明提供了用于静态混合器的支座元件的设计，其便于混合器的生产和构建，以及提供了易装及易拆性能，由此便于维护和清洁。特别是，本发明支座元件的简单结构使得元件能够铸造成单体结构，由此避免了焊接和铜焊等。
在其广义方面，本发明提供了用于静态混合器的支座元件，其包括大致环形的支承结构，该结构具有中心轴、同心、径向间隔、切向上延伸的内表面和外表面，以及轴向间隔开的大致平行的第一和第二边缘面。环形支承结构的内表面确定了沿所述轴延伸的流体流通路径。各边缘面位于各自的大致平行的横向平面中，所述平面基本上垂直于所述轴，以便于各元件的叠置。元件还包括多个细长的十字杆，这些十字杆位于流通路径中，使得沿流通路径行进的流体完全彻底混合。关于这一点，十字杆各自具有第一端和第二端，第一端相比于第二边缘的横向平面而更为接近第一边缘的横向平面，而第二端相比于第一边缘的横向平面而更为接近第二边缘的横向平面。十字杆被有策略地排列在至少两个分立的相交倾斜平面中，各倾斜平面设置成与所述轴成一角度。
在本发明的优选实施例中，十字杆排列在四个分立的倾斜平面中，该倾斜平面排列在分立的两对倾斜平面中。各对中的倾斜平面设置成彼此大致平行并横向呈间隔的关系。此外，各对倾斜平面中的倾斜平面的设置使得沿大致垂直于所述轴的线与另一对中的倾斜平面相交。
优选的是，所述十字杆中的至少两个排列在交叉的倾斜平面中的每一个中，各倾斜平面的十字杆设置成大致平行、横向间隔开的关系。
在本发明的一个优选实施例中，支座元件的十字杆排列成细长大致W形阵列，该阵列具有一对间隔开的端部。这种阵列的设置使得横向延伸跨过流通路径，其各端接合于环形支承结构的内表面上。本发明另一优选方面在于，倾斜平面中的两个可以定位成在基本上位于第一边缘的横向平面中而且延伸通过元件的轴的线上相交。优选的是，所述倾斜平面中的两个的各十字杆的各第一端在所述交线处连接在一起。
在本发明特别优选的实施例中，第一倾斜平面的所选十字杆的第一端在邻近所述第一边缘的位置处连接到环形支承结构的内表面，第二倾斜平面的所选十字杆的第二端连接到第一倾斜平面的所选十字杆的第二端，第三倾斜平面的所选十字杆的第一端连接到第二倾斜平面的所选十字杆的第一端，第三倾斜平面的所选十字杆的第二端连接到第四倾斜平面的所选十字杆的第二端，而第四倾斜平面的所选十字杆的第一端在邻近所述第一边缘的位置处连接到环形支承结构的内表面上，所述所选十字杆延伸跨越流体流通路径并呈现所需的W形阵列。
根据本发明，理想的是，相交的倾斜平面交叉成大约90°。就是说，各倾斜平面设置成相对于环形支承结构的轴成大约45°角。另外根据本发明的原理和思想，大约4至8个十字杆排列在所述各倾斜平面每一个中。
本发明还提供了包括两个上述支座元件的叠层式静态混合器结构。这些叠层式支座元件配置成其第二边缘面设置成配合接触关系。这也意味着两个元件的各十字杆的第二端彼此相邻，从而呈现大致双X形的构型。
优选的是，叠层式静态混合器结构包括四个支座元件。这些支座元件排列成第一组，其中两个元件的环形支承结构的第二边缘面设置成配合接触关系；以及排列成第二组，其中另两个元件的环形支承结构的第二边缘也设置成配合接触关系。两组叠置，从而一组的环形支承结构的第一边缘表面与第二组的环形支承结构的第一边缘表面设置成配合接触关系。这样叠置产生的纯粹结果为提供了两个叠层式的双X形构型。四个如此叠置的支座元件构成了本发明的特别优选的配置。
                         附图说明
图1是体现了本发明思想和原理的支座元件的立体图；
图2是图1中元件的仰视图；
图3是图1中元件的底视图；
图4是沿图2中线4-4截取的本发明元件的放大剖视图；
图5是包括多个图1中的元件的叠层的纵剖面图；以及
图6A、6B、6C分别是示出本发明一实施例的顶视平面图、底视平面图、横截面图，其中支承结构12具有对准接片和凹槽。
                         具体实施方式
用于体现本发明原理和思想的静态混合器的支座元件的一优选实施例示于图1至4中，并由附图标记10标识。支座元件10包括大致环形的支承结构12和总地由附图标记14标识的SMX混合结构。根据本发明，整个元件可以铸塑成单独的整体式单元，或者混合结构12和支承结构12可以铸造成分立的单元，然后通过焊接或铜焊等方式接合而形成一体结构。
环形支承结构12具有中心轴16、内表面18、外表面20、第一边缘面22和第二边缘面24。表面18及20同心配置，优选大致平行配置，而且相对于轴16径向间隔开，并且都围绕结构12在切向延伸。从附图中可见，内表面18限定了总地由箭头26示出并沿轴16延伸的流体流通路径。边缘面22和24大致为平面形的，并且位于各自的大致平行的横向平面28和30中(见图4)，这两个平面在轴向上间隔开。从图4可见，平面28和30基本上垂直于轴26。
从图1中可见，混合结构14由位于流通路径26中的多个细长十字杆33状的部件构成。通常，各十字杆32优选具有第一端34和第二端36，第一端34相比于平面30而更为接近平面28，而第二端36相比于平面28而更为接近平面30。尽管示出十字杆32具有大致长方形构型，但在本发明的构思中，十字杆可具有其它形状，如，圆形、三角形、椭圆形、方形、扁片等等。此外，各十字杆之间的间距或通道可以简单地为结构中的孔洞，或具有不同于长方形的任何形状。
十字杆32可优选设置在至少两个(理想为四个)分立的斜交平面38、40、42和44中，这些平面相对于轴16均设置成一角度。优选的是，但并非必须的，各倾斜平面彼此相交大约90°。各倾斜平面还优选设置成相对于轴16成大约45°角。然而，根据本发明，十字杆平面可具有其它倾斜度(如30°、60°)。具体从图4可见，平面38和42设置成彼此大致平行并且横向间隔关系。同样，平面40和44设置成彼此大致平行且横向间隔关系。平面38和42设置成沿线46、48和50与平面40和44相交，从图3可见，线46、48和50大致垂直于轴16。
优选地是，各平面中至少有两个十字杆32。在各平面中的十字杆32优选是彼此大致平行且横向间隔关系，从而在各十字杆之间形成空隙或通道33。从附图可见，一个平面中的十字杆32优选地与交叉平面中的十字杆交错。就是说，给定平面中的十字杆32通常设置成与交叉平面的空隙33成对准关系，并与所述交叉平面的十字杆32成偏离关系。优选的是，该配置使得交叉平面的相邻十字杆沿着交线彼此牢固接合，从而形成刚性结构。理想的是，各平面中应该有至少四个十字杆，以达到最佳的混合性能。
参照图4，可看到在产生公知的SMX结构的特殊配置中，平面38、40、42和44的各个居中设置的十字杆32a、32b、32c和32d排列成细长的、大致W形的阵列52，该阵列侧向延伸跨过流通路径26。如所见到的，阵列52的端部54和56各自在邻近表面22的位置处连接至内表面18。进一步参照图4，还可以看见，平面40和42在位于平面28上或靠近平面28的线48(还可见图3)处相交。线28优选设置在流通路径26的中心，从而与轴26基本上相交。
平面40和42的十字杆的端部34在线48处相交和/或接合在一起。在线48处相交可以制成使十字杆简单重叠，或者相交可为扁平形的或圆形的或呈现锐利边缘。还可以通过在该区域中向十字杆增添额外厚度和材料而加强线48处的结构或便于铸塑。同样方法适用于靠近相对平面30的平面38和40的交线46和平面42和44的交线50。
理想的是，从图4可见，该结构为平面38的十字杆32a的端部34a在平面28附近的点处牢固接合于环形支承结构12的内表面18，十字杆32a的端部36a在平面30附近的点处牢固接合于平面40的十字杆32b的端部36b，而十字杆32b的端部34b在平面28附近并在线48附近的点处牢固接合于平面42的十字杆32c的端部34c，其中线48通过轴16延伸。类似地，平面44的十字杆32d地端部34d在平面28附近的点处牢固接合于环形支承结构12的内表面18，而十字杆32d的端部36d在平面30附近的点处牢固接合于平面42的十字杆32c的端部36c。可以在所有交叉或连接线上添加额外的材料并增大半径，用于加强结构和/或便于铸塑。
本发明的支座元件10通常且优选的用在包括多个支座元件的结构中。这种配置示于图5中。在图5所示的优选配置中，均和上述元件10相同的元件10a和元件10b设置成其表面24a和24b成为配合接触关系。类似地，均和上述元件10相同的元件10c和元件10d设置成其表面24c和24d成为配合接触关系。此外，元件10b的表面22b和元件10c的表面22c设置成啮合的接触关系。该配置形成了由四个顺序地突然转向(flip-flopped)的单个元件10构成的静态混合器构件60。该构件60然后可优选放置在管道62中用于附加的支承。如本领域中的普通技术人员可意识到的，对于给定结构，可采用多个构件60。这种情况下，优选地是如图5所示相邻构件60相对彼此旋转。理想的是，轴向相邻的构件60可以彼此相对旋转大约90°。尽管该构件60优选包括相邻接触的元件10，但应该意识到可在各元件10之间提供间隔圈，以便于特殊应用。
该构件60只是根据本发明支座元件10的一种可行的配置。其它可行的配置包括，例如，(1)使所有叠层式支座元件10同一取向设置，(2)使各叠层式元件10总是相对于相邻元件10旋转，以及(3)使叠层式元件随机和/或非周期性排列。在一种便于叠层式支座元件10的配置的优选配置中，支座元件在支承环12的边缘面22和24处配备有凹槽或接片或其它对准装置，如图6A、6B和6C所示。在该情形下，接片82位于环状物12的边缘面22上，而另一接片83位于环状物12的边缘面24上。接片82和83在相对于交线48偏离切向基本90°的位置相对于环状物12设置成在纵向对准。具有相对于接片82和83的配合形状的凹槽81位于正对相对接头82的位置处的支承环状物12的边缘面22。也具有相对于接片82和83配合形状的另一凹槽80位于偏离接片82成90°的位置处的环状物12的边缘面24上。凹槽80、81和接片82、83的这种特殊配置迫使使用者或自动装配机器以如下方式装配叠层，即相同取向的两个支座元件10叠置成第一组，接着为经90°旋转的两个支座元件10构成的另一组。这样产生了类似于具有L/D＝0.5的混合元件的SMX混合元件的静态混合器结构。
体现了本发明原理和思想的标准静态混合器元件10通常由大约2-16个交叉的十字杆32构成，这些十字杆相对于轴16倾斜大约45°角。各元件的轴向长度通常为管道直径的大约0.25倍。从而，包括四个元件10的构件60的轴向长度近似等于管道直径。支承环状物12优选其轴向长度和W形构件52的高度相同，但是在一端或两端可更长一些，以便在支座元件叠置在结构中时留出空余间隙。
根据本发明，提供了包括单个环形支承构件12叠层的静态混合器，各环形支承结构12支承着SMX结构的支座14，如图所示。单个元件可以利用廉价的精密铸造在简易模具中生产。这些零件的叠层可以拆卸以便清洁和观察。由于环形支承结构和SMX支座结构可以形成为一体的整体结构，故不需要昂贵的机加工零件。与传统结构相比，强度增加了至少四倍。这就允许使用较薄的材料并且导致压力差的下降。在聚合物混合器中的这些元件的使用便于采用可被全面检查的标准管道。各元件可被拆除和清洁。本发明各元件的简单结构使得可利用传统注射模塑由塑料生产各元件。塑料静态混合器元件可用于需要一次性部件的应用场合中。
本发明的特征有利于：
1)使用这种配置，由此相同取向的四个支座元件叠置成第一组，接着经旋转了90°的四个支座元件构成了另一组；
2)使用这种配置，由此其中相同取向的两个支座元件叠置成第一组，接着经旋转了90°的两个支座元件构成了另一组；
3)各支座元件铸造或注射模制为具有环绕的环形支承结构的单一结构；
4)通过在环形支承结构和/或支座元件中提供凹槽和接片或其它对准装置而定向单个元件，由此该结构可按意愿地规则或无秩序取向；
5)在结构上不同的环形支承结构或支座元件的使用，特别是提供了例如，十字杆和通道的交错图案，和/或不同倾斜度或形状的十字杆；
6)使用由单件铸造或焊接的杆构成的或者由穿孔板的滚轧制成的支座元件，其具有或不具有环形支承结构。
7)焊接、铜焊或胶粘到混合器部件的杆上的环形支承结构的使用。

Claims (22)

1.一种用于静态混合器的支座元件，其包括：大致环形的支承构件，该构件具有中心轴、同心、径向间隔开、切向上延伸的内表面和外表面，以及轴向间隔开的大致平行的第一和第二边缘面，所述内表面确定了沿所述轴延伸的流体流通路径，所述各边缘面位于各自的大致平行的横向平面中，所述平面基本上垂直于所述轴；以及位于所述流通路径中的多个混合器部件，所述部件具有第一端和第二端，第一端相比于第二边缘的横向平面而更为接近所述第一边缘的横向平面，第二端相比于第一边缘的横向平面而更为接近所述第二边缘的横向平面，所述混合器部件排列在至少两个分立的相交倾斜平面中，各相交倾斜平面设置成相对所述轴成一角度。
2.如权利要求1所述的支座元件，其特征在于，所述部件包括十字杆，至少有一个十字杆在各所述相交倾斜平面中，所述十字杆设置成彼此成大致平行关系。
3.如权利要求1所述的支座元件，其特征在于，所述部件排列在四个分立的倾斜平面中，所述倾斜平面设置在分立的两对倾斜平面中，各对中的倾斜平面设置成彼此大致平行并横向间隔开的关系，各对倾斜平面中的倾斜平面设置成沿大致垂直于所述轴的线与另一对中的倾斜平面相交。
4.如权利要求3所述的支座元件，其特征在于，所述部件为十字杆，至少两个所述十字杆排列在所述相交倾斜平面的每一个中，其中各倾斜平面的十字杆设置成大致平行、横向间隔的关系。
5.如权利要求3所述的支座元件，其特征在于，所述部件包括排列成具有一对间隔开的端部的细长、大致W形阵列的十字杆，所述阵列设置成横向延伸越过所述流通路径，且其各端连接于所述内表面上。
6.如权利要求4所述的支座元件，其特征在于，所述十字杆设置成具有一对间隔开的端部的细长、大致W形阵列的十字杆，所述阵列设置成横向延伸越过所述流通路径，且其各端连接于所述内表面上。
7.如权利要求6所述的支座元件，其特征在于，所述各倾斜平面中的两个在基本上位于所述第一边缘的横向平面中并延伸通过所述轴的线处相交，所述倾斜平面的所述两个的十字杆的第一端在所述线附近连接在一起。
8.如权利要求7所述的支座元件，其特征在于，第一倾斜平面的所选十字杆的第一端在邻近所述第一边缘的位置处连接到所述内表面，第二倾斜平面的所选十字杆的第二端连接到第一倾斜平面的所选十字杆的第二端，所述第二倾斜平面的所述所选十字杆的第一端连接到第三倾斜平面的所选十字杆的第一端，所述第三倾斜平面的所述所选十字杆的第二端连接到第四倾斜平面的所选十字杆的第二端，而第四倾斜平面的所选十字杆的第一端在邻近所述第一边缘的位置处连接到所述内表面上，所述所选十字杆横向延伸跨越流体流通路径并呈现所述W形阵列。
9.如权利要求7所述的支座元件，其特征在于，所述相交倾斜平面相交成大约90°角。
10.如权利要求7所述的支座元件，其特征在于，所述倾斜平面相对于所述轴设置成大约45°角。
11.如权利要求4所述的支座元件，其特征在于，大约4至8个十字杆排列在各所述倾斜平面中。
12.一种包括权利要求1所述的两个支座元件的静态混合器，所述支座元件配置成其第二边缘面设置成配合接触关系。
13.一种包括权利要求1所述的第一、第二、第三、第四支座元件的静态混合器，所述支座元件设置成所述第一和第二元件的第二边缘面设置成配合接触关系，所述第三和第四元件的第二边缘面设置成配合接触关系，而所述第二和第三元件的第一边缘表面设置成配合接触关系。
14.一种包括两个如权利要求8所述的支座元件的静态混合器，所述支座元件设置成其第二边缘面设置成配合接触关系。
15.一种包括如权利要求8所述的第一、第二、第三、第四支座元件的静态混合器，所述支座元件设置成所述第一和第二元件的第二边缘面设置成配合接触关系，所述第三和第四元件的第二边缘面设置成配合接触关系，而所述第二和第三元件的第一边缘表面设置成配合接触关系。
16.如权利要求1所述的支座元件，其特征在于，所述元件包括对准装置，用于将元件与元件叠层中的相邻元件对准。
17.如权利要求16所述的支座元件，其特征在于，所述对准装置包括配合接片和凹槽元件。
18.如权利要求16所述的支座元件，其特征在于，所述对准装置包括位于第一边缘面上的第一接片、位于第二边缘面上的第二接片、具有相对于位于所述第一边缘面的所述接片的配合形状的第一凹槽、以及也具有相对于位于所述第二边缘表面的所述接片的配合形状的第二凹槽，所述接片和所述凹槽设置成使元件相对于相邻支座元件采取预先建立的位置。
19.如权利要求18所述的支座元件，其特征在于，所述接片设置成在相对于交线48切向偏离大致90°的位置处与支承结构纵向对准。
20.如权利要求18所述的支座元件，其特征在于，所述凹槽绕所述支承构件彼此偏离90°。
21.如权利要求19所述的支座元件，其特征在于，所述凹槽绕所述支承构件彼此偏离90°
22.如权利要求21所述的支座元件，其特征在于，第一边缘面的凹槽正对着所述第一边缘面上的接片。
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