CN207137843U - 一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置 - Google Patents

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刘伟
彭国宏
王素玉
芦逸云
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Abstract

本实用新型公开了一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,包括密闭的反应容器;反应容器内底部固定有定位件,定位件上放置有悬浮腔;悬浮腔上固定有带有搅拌叶的搅拌轴;悬浮腔内设置有超导磁悬浮装置,以及驱动装置;超导磁悬浮装置包括固定于悬浮腔内底部,呈圆环状的永磁体,以及设置于反应容器下方,与永磁体位置相对应的超导体;超导体包括若干相互固定连接的超导块。本装置可实现悬浮搅拌功能,可有效避免机械接触式搅拌过程中因摩擦产生的粉尘污染,以及使反应容器密闭效果降低或丧失的问题。

Description

一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置
技术领域
本实用新型涉及一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置。
背景技术
在医药工程、生物工程和化学工程领域,常常会面临密封搅拌的应用需求。目前较为常规的做法是采用密封轴承进行机械传动,尽管通过各种特殊工艺和技术手段,可以在使用初期保持较为良好的旋转密封性能,但随着使用时间的增长,机械磨损及密封部件老化,都可能会造成密封装置部分或整体失效。对于某些原材料价格昂贵的密封搅拌场合,例如药品或疫苗制备,密封失效会导致整批原料报废,一次失效即可带来数万甚至数十万美元的损失,因此对于密封状态下的搅拌应用,最理想的传动方式是处于悬浮状态的搅拌机构。
目前较为常用的磁悬浮技术中,永磁悬浮无法实现完全的自由悬浮,而电磁悬浮的悬浮间距较小,通常只有几个毫米,对于密封层的厚度要求较高。最为适宜密封搅拌应用的是高温超导磁悬浮技术。
高温超导磁悬浮系统无需外部能源供给,依靠超导块与永磁体之间的电磁感应作用产生的永久电流实现稳定的自悬浮。超导块工作于临界温度以下是维持永久电流所需要的基本条件之一,因此高温超导磁悬浮列车系统需要引入低温容器以保证超导块工作于临界温度以下。
以较常用的高温超导材料钇钡铜氧(YBaCuO)为例,其临界温度为92K,而液氮的温度为77K,可以满足其工作要求,因而需要设计一种可以盛装液氮的车载低温容器以满足高温超导磁悬浮列车运行要求。相比于低温超导材料
(LTS)需要使用4.2K液氦以及相关容器,77K液氮低温容器的设计与使用要简单得多,且造价低,维护简便,这也是高温超导磁悬浮技术的优势之一。
高温超导磁悬浮技术以其自身所特有的磁通钉扎能力,无需外部控制即可实现稳定的悬浮,具备被动悬浮的明显特征,从而避免了主动控制技术和设备的研发与投入,具有结构简单、原理可靠、性能优越等诸多特点,是一种理想的实用磁悬浮技术,其在高速磁悬浮交通、电磁发射、飞轮储能、磁悬浮轴承等领域具有广阔的应用前景,其所具备的低能耗、高可靠性、无污染等诸多优势也使其成为发展绿色能源产业的理想选择之一。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足,本实用新型提供一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,可有效解决传统搅拌装置密封易失效、以及机械摩擦式搅拌带来的粉尘污染问题。
为解决上述的技术问题,本实用新型采用的技术方案为:
提供一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,包括密闭的反应容器;反应容器内底部固定有定位件,定位件上放置有悬浮腔;悬浮腔上固定有带有搅拌叶的搅拌轴;悬浮腔内设置有超导磁悬浮装置,以及驱动装置;超导磁悬浮装置包括固定于悬浮腔内底部,呈圆环状的永磁体,以及设置于反应容器下方,与永磁体位置相对应的超导体;超导体包括若干相互固定连接的超导块。
优选地,超导体呈圆环状,其安装于呈圆环状的低温容器内,低温容器内填充有冷却剂。
优选地,低温容器外壁均设置有延长保温时间的真空夹层。
优选地,驱动装置包括固定于悬浮腔内底部的转子和设置于反应容器下方,与转子位置相对应的定子;转子设置于永磁体中间,定子设置于低温容器中间,且转子在定子的驱动下带动悬浮腔转动。
优选地,反应容器下方设置有底座,底座上通过支撑柱固定有支撑平台;低温容器和定子均设置于支撑平台上。
优选地,反应容器、悬浮腔、定位件、搅拌轴、定子、转子、低温容器、底座、支撑柱以及支撑平台的材质均为相对磁导率为1的顺磁性金属材料。
优选地,定位件呈圆环状,剖面为直角三角形,其上放置的悬浮腔与反应容器底部之间具有间隙。
优选地,超导块的材质为钇钡铜氧(YBaCuO)。
本实用新型的有益效果为:
1、当采用本装置进行搅拌时,采用块状超导材料与永磁材料,在低温运行条件下,通过一定的位移刺激作用,使悬浮腔脱离定位件,使其悬浮于反应容器内,通过永磁部分特殊的磁场构型,确保悬浮腔部分在垂直方向和水平方向具备足够的悬浮力和恢复力刚度,而在旋转方面没有作用力,再由定子驱动转子转动,带动悬浮腔转动,以进行搅拌,可实现完全密封状态下的非接触式搅拌,无机械接触,可避免密封失效、以及机械摩擦导致的粉尘污染问题。
2、悬浮腔与反应容器之间的悬浮间距大,可以适应不同应用场合的密封搅拌需求。
3、使用成本低,可以使用液氮作为冷却剂,填充至低温容器内,以冷却超导体;同时,低温容器的外壁均设置有真空夹层,可有效延长保温时间,提升超导体的工作性能,还可避免低温对反应容器内搅拌的物质的影响。
4、反应容器、悬浮腔、定位件、搅拌轴、定子、转子、低温容器、底座、支撑柱以及支撑平台的材质均为相对磁导率为1的顺磁性金属材料,可避免对超导磁悬浮装置产生的磁场造成影响,提升装置的实用性。
附图说明
图1为本装置的结构示意图。
其中,1、反应容器;2、悬浮腔;3、定位件;4、永磁体;5、超导体;6、低温容器;7、底座;8、搅拌轴;9、转子;10、定子;11、支撑柱;12、支撑平台。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型,但应该清楚,本实用新型不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
如图1所示,该适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,包括密闭的反应容器1,在反应容器1的内底部固定有定位件3,定位件3呈圆环状,且剖面为直角三角形,其上放置有呈圆形的悬浮腔2,悬浮腔2放置于定位件3的斜面上,与反应容器1底部之间具有间隙。
如图1所示,悬浮腔2上固定有带有搅拌叶的搅拌轴8,搅拌轴8跟随悬浮腔2转动,以搅拌反应容器1内的物质。
如图1所示,反应容器1下方设置有与反应容器1相独立的底座7,其可与反应容器1之间进行相对位移,底座7上通过支撑柱11固定有支撑平台12。
如图1所示,悬浮腔2内底部固定有呈圆环状的永磁体4,在支撑平台12 上,固定有与永磁体4位置相对应的,呈圆环状的低温容器6,低温容器6内填充有冷却剂,其顶端固定有呈圆环状的超导体5,超导体5包括若干相互固定的超导块;优选超导块的材质为钇钡铜氧(YBaCuO)等非理想二类超导体;另外,低温容器6外壁均设置有真空夹层,可效延长保温时间,提升超导体的工作性能,还可避免低温对反应容器内搅拌的物质的影响。
在填充冷却剂一端时间后,超导体5充分冷却,进入超导状态,通过移动底座7,将超导体5移动至永磁体4的正下方,然后超导体5会产生环形电流以及与永磁体4的磁场方向相反的磁场,两者相互排斥,而永磁体4又是固定在悬浮腔2内的,其磁场在垂直和径向方向具有较大磁场梯度,因而可以约束悬浮腔2的垂向和水平位置,实现稳定悬浮;且该磁场在转动方向没有磁场梯度,因此悬浮腔2可以自由转动;当需要使悬浮腔2下落至定位件3上时,移动底座7,使超导体5脱离永磁体4的磁场范围即可。
由此,可使悬浮腔2脱离定位件3,使其悬浮于反应容器1中,在接下来进行的搅拌过程中,达到与反应容器1无机械接触的目的,避免了搅拌过程因机械接触产生的粉尘污染。
如图1所示,在悬浮腔2的内底部,固定有位于永磁体4中心位置的转子9,并在支撑平台12上设置有位于低温容器6中心,与转子9位置相对应的定子10;定子10采用感应式驱动的方式来驱动转子9,再由转子9带动悬浮腔2转动,搅拌轴8也随之转动,进行搅拌。
当需要进行搅拌时,向定子10中通入交流电,使其产生旋转磁场,而这个旋转磁场又能与转子9共同作用产生旋转力矩,进而驱动转子9带动悬浮腔2 转动,搅拌轴也随之转动,实现非接触状态的机电能量转换,再配合超导磁悬浮装置,实现悬浮搅拌功能。
而且悬浮腔与反应容器之间的悬浮间距大,可以适应不同应用场合的密封搅拌需求,另外,搅拌轴8置于反应容器1内部,无需通过反应容器1与外界接触,因此,可避免反应容器1在长时间使用后,存在密封失效的问题。
当装置需要停止搅拌时,向定子10中通入反向电流,定子10与转子9之间即会产生与转子9旋转方向相反的反向力矩,以降低转子9转速,直至其停止转动,无需通过机械机构进行制动,以避免机械接触和摩擦带来的二次污染;同时,还可通过此种方式来调节转子9的转速,达到调节控制搅拌速度的目的。
如图1所示,为避免对超导体5和永磁体4的磁场产生影响,反应容器1、悬浮腔2、定位件3、搅拌轴8、定子10、转子9、低温容器6、底座7、支撑柱 11以及支撑平台12的材质均为相对磁导率为1的顺磁性金属材料,优选其为紫铜、铝合金或不锈钢。
具体实施方式进行了详细地描述,但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内,本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,包括密闭的反应容器(1);所述反应容器(1)内底部固定有定位件(3),所述定位件(3)上设置有悬浮腔(2);所述悬浮腔(2)上固定有搅拌轴(8);所述悬浮腔(2)内设置有超导磁悬浮装置,以及驱动装置;所述超导磁悬浮装置包括固定于悬浮腔(2)内底部,呈圆环状的永磁体(4),以及设置于反应容器(1)下方,与永磁体(4)位置相对应的超导体(5);所述超导体(5)包括若干相互固定连接的超导块。
2.根据权利要求1所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述超导体(5)呈圆环状,其安装于呈圆环状的低温容器(6)内;所述低温容器(6)内填充有冷却剂。
3.根据权利要求2所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述低温容器(6)外壁均设置有用于延长保温时间的真空夹层。
4.根据权利要求2所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述驱动装置包括固定于悬浮腔(2)内底部的转子(9)和设置于反应容器(1)下方,与转子(9)位置相对应的定子(10);所述转子(9)设置于永磁体(4)中间,定子(10)设置于低温容器(6)中间,且转子(9)在定子(10)的驱动下带动悬浮腔(2)转动。
5.根据权利要求4所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述反应容器(1)下方设置有底座(7),所述底座(7)上通过支撑柱(11)固定有支撑平台(12);所述低温容器(6)和定子(10)均设置于支撑平台(12)上。
6.根据权利要求5所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述反应容器(1)、悬浮腔(2)、定位件(3)、搅拌轴(8)、定子(10)、转子(9)、低温容器(6)、底座(7)、支撑柱(11)以及支撑平台(12)的材质均为相对磁导率为1的顺磁性金属材料。
7.根据权利要求1所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述定位件(3)呈圆环状,剖面为直角三角形,其上放置的悬浮腔(2)与反应容器(1)底部之间具有间隙。
8.根据权利要求1所述的适用于密封状态的超导磁悬浮搅拌装置,其特征在于,所述超导块的材质为钇钡铜氧(YBaCuO)。
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