CN201150850Y - 行星轮式搅拌器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于橡塑、高分子合成、医药化工、冶金、废水处理等领域中的液态物质混合及加气混合装置，即行星轮式搅拌器，主体结构由传动轴、联结件、行星轮架、联结套、行星叶轮、叶片和紧固装置组合而成，当搅拌器旋转时，由于沿径向各点的切线速度不同，行星叶轮叶片内外缘所受的阻力也不同，在行星叶轮叶片内外缘阻力差的作用下，行星叶轮便会绕其轴自行转动，转动方向与行星轮架转动方向相反；行星叶轮在行星轮架的带动和流体介质阻力的共同作用下，既随传动轴公转，又相对于行星轮架自转，该搅拌器能较好的改善容器内的液体流场，适用于中、低速、高粘度搅拌与加气反应搅拌，综合性能好、高效节能、转动平稳、结构简单。

Description

行星轮式搅拌器

技术领域：

本实用新型涉及一种用于塑料、纤维、橡胶及高分子材料的合成、乳化、医药、涂料、农药、化肥、染料、食品、冶金、废水处理等领域中的液态物质混合及加气混合的搅拌装置，特别是一种行星轮式搅拌器。

背景技术：

搅拌混合设备广泛应用于化工、冶金、医药、食品、环保、污水处理等领域。搅拌操作是工业反应过程的重要环节，它的原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多个方面，搅拌器是搅拌混合设备中的关键部件之一，是将机械能转变为介质的动能，使介质获得适宜的流动场的装置。搅拌器有两大功能：①使液体产生强大的总体流动，以保证装置内不存在静止区，达到宏观均匀；②产生强大的湍动，使液体微团尺寸减小，利于进行快速化学反应。

搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮。搅拌器的流型与搅拌效果、搅拌功率的关系十分密切，一直是搅拌过程所研究的主要课题。

搅拌容器内的流型取决于搅拌器的形式、搅拌器的结构尺寸、搅拌容器、流体性质以及搅拌器转速等因素。对于搅拌机顶插式中心安装的立式容器，有三种基本流型，分别是径向流、轴向流和切向流。径向流是指流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面，分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上下两个循环流动；轴向流是指流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上下循环流动；切向流是指在无挡板的容器内，流体绕轴作旋转流动，高速时液体表面会形成漩涡，此时流体从桨叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。上述三种流型通常同时存在，其中轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，采用挡板可削弱切向流，增强轴向流和径向流。

搅拌器的型式很多，但使用中均受局限。桨式搅拌器是搅拌器中结构最简单的一种搅拌器，搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.35～0.8，其运转速度为10～100r/min，为大型低速搅拌器，适用于低、中等粘度物料的混合、促进传热及可溶固体的混合与溶解等场合。推进式搅拌器(又称船用推进器)常用于低粘度液体中，标准推进式搅拌器有三瓣叶片，其螺距与桨直径d相等。搅拌时，流体由桨叶上方吸入，下方排出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动。推进式搅拌器搅拌时的流体湍动程度不高，但循环量大。容器内装挡板、搅拌轴偏心安装或搅拌器倾斜，可防止漩涡形成。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.2～0.5，转速较高，为100～800r/min。运转时产生较大的轴向循环流，宏观混合效果较好，适用于均相液体混合等搅拌不是非常强烈的以宏观混合为目的的搅拌场合，常用于低粘度料液(小于2000mPa·s)的混合。利用其较小的搅拌功率，通过高速转动的桨叶能获得较好的搅拌效果，主要用于液-液系混合、使温度均匀，在低浓度固-液系中防止淤泥沉降等。

涡轮式搅拌器(又称透平式叶轮)，是应用广泛的一种搅拌器。搅拌器直径d与釜径D之比d/D为0.17～0.5，转速为30～500r/min。旋转时有较高的局部剪切作用，能得到高分散度微团，适用于气-液混合及液-液混合或强烈搅拌的场合，常用于低中等粘度物料。

锚式搅拌器结构简单，转速为1～100r/min，为低速搅拌器，只产生切向流，剪切作用小，无轴向混合，适用于粘度在100Pa·s以下的流体搅拌，锚式或框式桨叶的混合效果并不理想，只适用于对混合效果要求不太高的场合。

螺带式搅拌器是把一定螺距的螺旋形钢带固定在搅拌轴上，螺带外缘很接近釜壁。搅拌时，物料沿釜壁上升，沿轴向下运动。适用于高粘度料液的混合。

综上所述，现有的液态物质混合用搅拌器普遍存在周向方向流大，应用场合单一，结构原理简单，难以在各种不同浓度液体混合时实现节省能源和时间的目的。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有搅拌器技术中存在的缺点，寻求设计一种结构原理可靠、节省能源且混合快速、搅拌均匀度好的行星轮式搅拌器，该搅拌器能较好的改善容器内的液体流场，广泛适用于中、低速、高粘度搅拌，以及加气反应搅拌，釜高与釜径之比为0.8～1.5，是一种综合性能好、高效节能、转动平稳、结构简单的新型叶轮。

为了实现上述发明目的，本实用新型的主体结构由传动轴、行星叶轮、行星轮架联接套、行星叶轮轮毂、叶片、联结件和紧固装置等部件组合而成，叶片焊接在行星叶轮轮毂上，叶片与轮毂共同构成行星叶轮，行星叶轮以自由转动方式安装在行星轮架的转轴上，行星轮架与联接套制成一体，联接套通过联结件和紧固装置与传动轴连接在一起，传动轴顶端与外动力联接。

本实用新型的行星轮架为锚式、倒锚式或框式结构，轮架上对称安装2～4个行星叶轮，行星叶轮轴线与传动轴轴线平行，行星叶轮直径小于搅拌器直径的0.5倍，行星轮搅拌器直径与容器直径之比为0.3～0.9。行星叶轮上对称安装3～8个叶片，行星叶轮高度小于或等于容器介质的液面高度。当搅拌器旋转时，由于沿径向方向各点的切线速度不同，所以，行星叶轮叶片内外缘所受的阻力不同，在内外缘阻力差的作用下，行星叶轮便会绕其轴自行转动，转动方向与行星轮架转动方向相反。行星叶轮在行星轮架的拖动和流体阻力的共同作用下，既随传动轴公转，还相对行星轮轴自转。在行星轮式搅拌器行星轮自转时，叶片将流体沿径向方向推出，沿径向方向运动的流体在器壁的阻挡下，转向搅拌器上下两端再流入中心部，从而形成高湍动的充分混和区，且流体质点的轴向流线为高速螺旋线，彻底改变了传统搅拌器的缺点，使介质在低转速下同时产生较好的径向流和轴向流，消除了死角，介质混合更均匀，反应时间显著降低。

本实用新型适用于立式搅拌和斜插时搅拌，液体粘度范围为0～10000mPa·s。

本实用新型集各类搅拌器的优点，结构原理新颖，适用范围广泛，传动力强，流量大、搅拌效果好，节省能量，特别是在要求快速化学反应的场合，其搅拌效果更佳。

附图说明：

图1为本实用新型的结构原理示意图。

图2为本实用新型的结构示意俯视图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图做进一步描述。

本实施例的主体结构由传动轴1、行星叶轮2、行星轮架3、联结套4、紧固装置5、联接件6、叶片7和轮毂8等部件组合而成，叶片7焊接在行星叶轮轮毂8上，叶片7与轮毂8共同构成行星叶轮2，行星叶轮2以自由转动方式安装在行星轮架3的转轴上，行星轮架3与联接套4制成一体，联接套4通过紧固装置5和联接件6与传动轴1连接在一起，联接件6用于传递扭矩，可以为键或销等，底端的紧固装置5用于锁紧并承重，传动轴1顶端与外动力联接。

本实施例的传动轴1主要用于传递动力；联接件6用于传递扭矩；行星轮架3可以制作成锚式、倒锚式或框式，其上的轴用于支撑和安装行星叶轮2，同时与联接套4制成一体；联接套4与传动轴1配合并传递扭矩，联接套4与传动轴1的配合为过渡配合，并借助联接件6和紧固装置5将联接套4固紧在传动轴1上；行星叶轮2将机械能传递给液体，通过轴承或轴套与行星轮架3上的轴相联接，行星叶轮2由叶片7与轮毂8构成一体，叶片7相对于轮毂8轴线平行安装，也可以倾斜一定角度安装，叶片7制成平面叶片，也可以制成曲面叶片。

本实施例的行星轮式搅拌器对称安装2～4个行星叶轮2，行星叶轮2的直径小于搅拌器直径的0.5倍，行星轮搅拌器直径与容器直径之比为0.3～0.9，行星叶轮2上对称安装3～8个叶片7，行星叶轮2的高度小于或等于容器介质的液面高度。

实施例1：采用本实用新型，行星轮搅拌器的直径为106mm，行星叶轮2个，直径为40mm，高为40mm，叶片4个，叶片为平型，对称且平行安装在轮毂上，搅拌介质为甘油，粘度为450mPa·s，液面高度130mm，容器直径为190mm。通过数值模拟，得到行星轮式搅拌器的轴向截面数值模拟速度矢量图和横向截面数值模拟速度矢量图。速度矢量图与实验观察结果十分吻合：搅拌器的流型包含了径向流、轴向流和切向流三种基本的流体流型，但是前两种流型构成了流型主体，而切向流也是呈螺旋线型。这三种流体流型彻底消除了搅拌过程中的搅拌死角，使液体混合达到充分均匀。

实施例2：采用本实用新型，行星轮式搅拌器直径为55mm，行星叶轮2个，直径为20mm，高为40mm，叶片4个，叶片为平型，对称且平行安装在轮毂上，搅拌介质为甘油，粘度为450mPa·s，容器直径为100mm，液面高度100mm。在每分钟250转时与相同尺寸的搅拌器相比，实测搅拌功率为4.267瓦，比锚式搅拌器的功率(4.424瓦)小，比推进式(3.93瓦)略大。

实施例3：采用本实用新型，行星轮式搅拌器直径为55mm，行星叶轮2个，直径为20mm，高为40mm，叶片4个，叶片为平型，对称且平行安装在轮毂上，搅拌介质为甘油，粘度为450mPa·s，容器直径为100mm，液面高度100mm。在每分钟250转时与相同尺寸的搅拌器比较。实测行星轮式搅拌器的搅拌反应时间为95.4秒，锚式搅拌器为134.4秒，推进式搅拌器为658秒，考虑单位体积耗功的影响，其相对混合效率数分别为：行星轮式搅拌器38837，锚式搅拌器79967，推进式搅拌器2491425。因此，在相同的搅拌条件下，行星轮式搅拌器的搅拌效率是锚式搅拌器的2.1倍，是推进式搅拌器的64倍。

Claims (3)

1、一种行星轮式搅拌器，主体结构由传动轴、行星叶轮、行星轮架、联接套、行星叶轮轮毂、叶片、联结件和紧固装置组合而成，其特征在于叶片焊接在行星叶轮轮毂上，叶片与轮毂共同构成行星叶轮，行星叶轮以自由转动方式安装在行星轮架的转轴上，行星轮架与联接套制成一体，联接套通过联结件和紧固装置与传动轴连接在一起，传动轴顶端与外动力联接。

2、根据权利要求1所述的行星轮式搅拌器，其特征在于行星轮架可为锚式、倒锚式或框式结构，轮架上对称安装2～4个行星叶轮，行星叶轮轴线与传动轴轴线平行，行星叶轮直径小于搅拌器直径的0.5倍，行星轮搅拌器直径与容器直径之比为0.3～0.9，行星叶轮上对称安装3～8个叶片，行星叶轮高度小于或等于容器介质的液面高度。

3、根据权利要求1所述的行星轮式搅拌器，其特征在于叶片相对于轮毂轴线平行安装，或倾斜安装；叶片制成平面或曲面。

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