CN86105781A - 搅拌装置 - Google Patents

Abstract

用于搅拌在容器中的液体和液体悬浮介质的装置，有一个有一定结构形状的纤维和塑料复合材料制成的搅拌叶轮轴系统，叶轮的叶片通过轮壳将反作用负载以一种方式分布到带有键和键槽的轴的安装部位上，以避免对复合材料能引起破坏的应力上升，叶梢上的小翼完全在叶片的低压表面方向上延伸，以控制容器内的流场并为叶轮提供一个进口流动更轴向的流速分布图，它几乎是轴向的，并大大减少了叶梢涡流的力量。

Description

本发明涉及的是搅拌装置，并特别是涉及用于搅拌液体介质和包含固体及气体的液体悬浮介质的装置，这些介质被装在如搅拌罐这样的容器内。

本发明的首要特点是提供在商业上和工业上应用的搅拌装置，例如化学处理。在该装置中可进行液体混合，固体悬浮物混合，乳化，充气以及其他的工业和商业的搅拌工作，而且，该装置容器中的搅拌系统使用一种由纤维和塑料合成的可称为纤维增强塑料（FRP）的叶轮。

虽然各种物品，例如管子，船壳，容器及飞机是螺旋浆是由纤维增强塑料构成的，以利用这种材料重量轻和抗化学性好的优点，但到目前为止，在商业和工业应用中，还未能令人满意地提供能利用复合材料的理想性能的实用的和高效的搅拌装置。复合材料不具备经得起考验的能抵抗作用在搅拌叶轮系统上的反作用负载的结构特性。例如，在超载时，复合材料就会被破坏。超载可以是由于结构上集中载荷引起的。在使用金属的情况下（常规的叶轮材料），由于局部应变使材料变硬，从而能承受这样的集中载荷。复合材料不会由于集中载荷而变硬，而是仅仅被破坏。

根据本发明，用几种互补的方法，这一问题已得到克服。人们已经发现，具有某种叶轮叶片的形状，和利用某种轮毂，轴的结构以及将叶轮装配到轴上的构件，可使传递到轴上的叶轮上的反作用负载有点分布得避免会引起破坏的应力增大。人们还已发现，可以使流场基本上成轴向，并且因为叶片的形状和通过有效地将一定的小翼固定到叶片上，从而极大地减少了叶梢涡流，这相当于具有较高的泵液效率。通过使用这一新发现的叶轮系统的结构，以及由于构成复合材料核心的纤维材料的安排，叶轮系统的强度和刚度得到了增强。提高了结构特性，流动控制特性以及由于纤维核心的设计而改善了结构性能，这些综合起来，便能满意地提供使用纤维和塑料复合材料的可在商业上和工业上应用的搅拌装置。这样，搅拌装置便能从这种材料的性能获得好处，例如减轻重量。从而使叶轮能以比金属制的轴和叶轮在更高的速度下旋转，或者，作为一种替代方式，用更长的轴以同样的速度旋转，而不会使轴达到临界速度。这样，与同等能力的金属叶轮相比，搅拌过程就能以更少的时间和更高的效率完成，因而降低了作业的成本。

简要地进行描述，体现本发明的用于搅拌装在一个容器内的液体或液体悬浮介质的装置使用一种叶轮系统，它具有一根纤维和塑料复合材料制成的轴和一个同样由纤维和塑料复合材料制成的，带有一个轮毂和一些叶片的叶轮。叶片从其分布在轮毂上的基部延伸到叶片外端的尖部。叶片可具有一个适合于用在工业和商业上搅拌处理的直径。叶片的刚度从基部到尖部逐渐增加，以在叶轮旋转时，抵抗由于介质对于叶片的反作用负载而引起的挠曲变形。叶片最好是制成具有曲面，扭曲（几何翼弦角）的翼形。其厚度和几何角在叶片的实质部分沿径向向叶类部分逐渐减小。轮毂被放置在轴的安装部位，一些构件被用来将轮毂紧固在轴上以抵抗由于反作用负载而产生的沿轴向的推力和绕轴的扭矩，同时使安装部位上的推力和扭矩有点分布得避免可能导致复合材料破坏的应力上升。为了控制流场，在相对的两侧具有高压和低压表面的叶片上，装有小翼，其完全在低压表面上延伸。这些小翼控制流场，以保证在搅拌容器内的叶轮进口流动基本上是轴向的，故导致反作用负载在叶轮的叶片上基本上是均匀分布的。这些小翼还能消除叶梢处流动中的涡流，从而减少泵液所需的能量的浪费。

除现在提供的优先实施例外，本发明上述的和其他的目标，特点和优点将随着阅读下面的描述和参阅附图而变得更加明显。这些附图是：

图1是一个实施本发明的装在一个容器内的搅拌装置的透视图，它被局部断开以显示装置的叶轮和部分轴;

图1A是图1中所表示的叶轮的一个叶片的透视图;

图2是包括叶片在内的叶轮的一个部分的背视图，其轮毂和小翼是从背面观察的，即面对叶片的尾缘;

图3是图2所示叶片的俯视图;

图2A是图2和3所示的轮毂部分的端视图，是在图2中从右面观察得到的视图;

图3A是图2，2A和3所示的轮毂部分的放大的局部剖视图，是沿图2A中剖切线3A-3A所得的视图;

图4是一个局部正视图，显示安装在轴上的叶轮轮毂和从其上延伸出来的叶片;

图5是沿图4中剖切线5-5所得的俯视剖面图;

图4A和5A是局部剖视图，分别是正视图和沿图4A中剖切线5A-5A所得的剖视图，并显示按照本发明的其他实施例的用于将叶轮装配到轴上的构件;

图6是图2和3中所示的叶轮的梢部和小翼的局部视图，它是沿图3中剖切线6-6得到的剖视图;

图7是图2和3中所示的叶轮部分的局部端视图，它是沿图2中剖切线7-7并按其箭头所示的方向得到的剖视图;

图8是图1中所示的轴的正视图;

图9是一个轮毂环的俯视图，它提供部分将轮毂安装到轴上的构件;

图10是图9中所示的轮毂环的沿剖切线10-10所得的剖视图;

图11是按照本发明的另一个实施例的轴的一部分和可安装叶轮的部分的局部剖视图;

图12，13和14是一些曲线图，表示图1，1A，2和3中所示的叶轮叶片在厚度，宽度和扭曲度方面目前提出的变化情况。

参考图1，其中显示了一个容器，它可以是一个具有侧壁14和肩16的罐10。该罐在顶部可以是开口的也可以是闭合的，根据使用何种混合物的加工过程，容器内充有液体或液体悬浮介质。容器内介质的搅拌是由一个叶轮系统18来完成的。该系统包括一根轴20，它由一台合适的电动机通过一个传动系统（齿轮传动）来驱动，以根据搅拌过程调整和控制轴20的转速。该轴有一个扩大的安装部位22，一个叶轮24被安装固定在其上。叶轮具有三个叶片26，28和30，以及一个轮毂32，该轮毂将叶片装配和固定到轴20的安装部位22上。轮毂具有三个部分34，35和36，各对应于一个叶片。图1中显示了其中两个部分34和36。轮毂环38和41以螺纹和轮毂部分连接并将它们紧固在轴20的安装部位22上。叶梢装有小翼40，42和44。

轴20，它的安装部位22和包括叶片26，28和30的叶轮24，轮毂32和小翼40，42和44全部都由纤维和塑料复合材料也叫纤维增强塑料（FRP）制成的。压力成型法或树脂转移成型法都可用来制造叶轮24和扩大的安装部位22。与常规的由金属制造的叶轮系统相比，使用纤维增强塑料可大大减小叶轮系统的重量，较轻的重量能够在系统18达到临介速度前提供较高的转速，因而能使用较高速度、较低扭矩（更轻和更便宜）的齿轮传动系统或其他传动系统。轴和叶轮的重量较轻使得使用长度更长的轴成为可能，这对于高的    罐    或其他容器来说是一个重要的优点。

按照本发明，所有这些优点都可获得，因为它的构造使其能使用复合材料，尽管这些材料的结构性能有弱点。虽然这样的材料的极限强度和抗腐蚀性（化学的）是高的，在某些方面可以与金属相比甚至更好，但它们的结构刚度却是低的。它们还容易受到加速的化学腐蚀的损害，并在过载时，特别在载荷集中时易受到破坏。这样的过载引起应力分布集中的部位应力上升，从而产生裂纹和破坏。

按照本发明，由于叶片26、28和30的形状，将反作用负载分布到轴上的轮毂的形状，轴的扩大的安装部分22以及叶片，轮毂，小翼，轴和轴的安装部位的内部结构形状，叶轮系统18上的载荷得到控制。小翼40、42及44帮助控制流场。

图1A，2，2A和3中显示了叶片（它们是完全相同的）中的一个典型叶片28。叶片28从其在轮毂部分36的基底46延伸到叶梢48（也可参看图6）。叶片有一个前缘50和一个尾缘52。一条从轴的轴心56沿径向延伸的线54是叶片的轴线，当叶轮转动时，在叶片上的反作用负载大致分布在其上。这一条线可沿翼弦（穿过叶片横截面的中线与前缘50和尾缘52交点之间的线58）测量而确定位置。离前缘50是弦长的40%，离尾缘52是弦长的60%。叶片的中线离上表面70和下表面74的距离相等。

叶片28是一个具有连续曲面的翼形。叶片的宽度（沿翼弦的尾缘和前缘之间的距离）从叶基46到叶梢48，在叶片的主体部分上逐渐减小，该主体部分在图3中表示，在叶基部分60和叶梢部分62之间，叶基部分在沿叶片轴线54距离为 (X)/(D) ＝0.2的点上终止，叶梢部分62的起始点位于沿叶片轴线54距离 (X)/(D) ＝0.45的点上。这一主体部分以参考数字64表示。在上述的 (X)/(D) 的表示中，D为叶轮的直径，并且是沿叶片轴线测得的从轴心56到小翼40的中线68的距离的两倍。距离X决定于叶轮的直径D。按照本发明，叶轮可以很大以适合于工业和商业的应用。例如，叶轮直径可在2英尺至10英尺之间变化。叶片26还有扭曲，它可以以翼弦58和垂直于轴的轴线的平面之间的夹角来测定。在整个叶基部分60和叶梢部分62内，扭曲度是基本不变的。而在整个主体部分64内，沿着从基部至梢部（在叶轮叶片的外侧）的方向扭曲度是减小的。

图12，13和14各自表现了目前在厚度，宽度和扭曲度方面提出的变化情况。应当注意，在叶基部分60和中间主体部分64之间以及在中间主体部分64和叶梢部分62之间没有急剧的变化以提供一个平滑的表面。因而厚度变化延伸至叶基部分内 (X)/(D) 大约等于0.1的地方。主体部分的叶片厚度变化大约在靠近轮毂处的3.2%至靠近叶尖处的1.26%的范围内，这个百分比等于 (T)/(D) （厚度比），这儿，T是厚度，D是叶轮直径。与此相类似，宽度在大约 (X)/(D) ＝0.15的地方开始变化，叶片宽度的变化以弦长与叶轮直径之比（ (C)/(D) ）来表示，从靠近轮毂处的15.5%降至在梢部处的9.5%。应当看到，在中间主体部分64上的扭曲度的变化约为13°。对于一类叶轮来说，叶片角度与弦长之比对所有直径的叶轮都是非常相似的。叶片厚度比可根据设计负载和可允许的挠曲变形而进行调整。在极端情况下，厚度比可由于两个因素中的一个而增加，例如，非常大直径的叶轮。

应当注意，叶片的前缘50在中间主体部分64和叶梢部分62上，是略微后掠的（约为4.5°），而在叶基部分60上，则大致与叶片轴线54平行。尾缘52在中间实质部分64上是前掠的，而在叶梢部分62上则略微后掠（相对于叶片轴线为4.5°）。如图3所示，这一后掠使叶片轴线维持在40%和60%的位置上。尾缘在叶基部分60上大致与叶片轴线54平行。

这个结构形状使叶片在基底46和叶梢48之间，刚度增加。这一增加的刚度增强了抵抗由于反作用负载而产生的挠曲的能力。复合材料的刚度可在钢的刚度的3%至15%（典型值是6.7%）的范围内（钢的挠性模数为30，000，000，与之相比，复合材料的挠性模数为2，000，000）。因此，结构形状在提供刚度特性上是重要的，这种刚度特性使反作用载荷容易分布，并使沿叶片长度，特别是在轮毂与叶片交界处的应力集中减至最小。

叶片28的结构刚度还由于其内部结构的优点而得到增强。叶片28和它的轮毂部分36被模塑成型成一个整体，这种模型成型最好是压力成型或树脂转移成型。用树脂转移成型法时，一个模型被制成具有叶片28和它的轮毂36的形状。这模型可有两部分。在其中一部分上，在其底部铺设一层粘结的多股玻璃纤维织物。这种织物是薄的并可在市场上购到。这层玻璃纤维布然后用一层含有碎玻璃纤维的衬垫或者用玻璃纤维织成的衬垫作为背衬。这种或其他类似的结构构成抗腐蚀的屏障。然后，一些结构层，例如三层主要由单轴的连续的玻璃纤维粗纱构成的结构层被铺设，使玻璃纤维沿叶片轴线54径向延伸。衬垫和单轴纤维层延伸超过叶片的叶基部分然后朝轮毂部分的一端折迭。另外一些单轴玻璃纤维层被用来朝轮毂部分的相对一端折迭。为保持第二组单轴纤维层之间的关系并当树脂被注入模型时，防止它们运动，几层纤维材料，它们可以是双轴纤维层或是织物，被插入以填充叶片的增加厚度的部分以及填充构成轮毂部分的模型。朝着轮毂部分相对的端部向上和向下折迭的单轴纤维层，用另外的衬垫和一层纤维布复盖。

包含单轴和双轴纤维的片材以及玻璃纤维布和其他衬垫都可在市场上购到，它们被切成适当大小并被插入模型。模型然后被封闭起来并被加热。一种热固性树脂被注入。所用的树脂可以是环氧树脂，聚脂，或更好的是带有合适添加剂（催化剂）的乙烯基酯树脂。这些树脂可以从米德兰，密执安的Dow化学公司（他们的Derakaner乙烯基酯树脂）或其他公司购到。纤维材料层既提供了抗腐蚀层，又提高了复合材料制成的叶片和轮毂部分的刚度和强度。最终的复合构造和叶片及其轮毂的形状是一个刚性结构，它在载荷下可有轻微的挠曲，但不会有大的挠曲以致在内部产生过大的应力集中。当叶片在设计载荷下的挠曲小于叶片直径的1%时，其结构具有足够的刚性。叶轮结构可使用压力成型法来制造，在此描述的这种制造过程和方法在目前是优先采用的。

轮毂的各个部分，包括轮毂36，都占据围绕着轴的安装部位的园周的一部分。其最好小于120°，例如118°。应当知道，叶片可以比图示的更宽或更窄一些，可比它的轮毂部分占据更少或更多的位置。当叶片在基底处更宽一些的情况下，它可朝里稍微收缩以适合其轮毂部分，并与其相邻的叶片的边缘不接触。

叶片具有低压表面即它的顶面，在横截面上是向外凸起的曲线。叶片还有一个高压表面，即与低压表面相对的表面。在低压面上，液体或液体悬浮物必须通过比高压面更长的距离。因而对介质产生升力和泵力。如图1所示安装的叶片，向下泵动液体，产生朝着容器10的底部16的轴向流动。在图2A中，高压表面被表示为70，而在图7中，被表示为72。在图2A中，低压表面被表示为74，而在图7中被表示为76。应当知道，图2A表示的是叶片基底46的横截面的投影，而图7表示的是叶梢部分的横截面的投影。当叶轮旋转时，作用在其上的力相对于轴的中心线成20°至30°的角度并朝着小翼的方向。这些力转化为推力（其作用是给叶轮一个升力）和扭矩的合力。业经发现，控制这种流动和因之提高工作效率，关键取决于小翼相对于叶片的压力表面的位置，这将在下面讨论。

关于轮毂部分，可参考图2，2A，3，4和5。三个轮毂部分34，35和36被装配和固定到轴的安装部位22上。各个部分都有沿着一个空心园柱体一部分的中心部分80。该部分有一个内表面82，还有一个外表面，叶片基底46被连接到这外表面上。为了将轮毂部分紧固在轴的安装部位22上以抵抗由于叶片上的反作用负载而产生的扭矩和推力，并将推力和扭矩负载分布到轴的安装部位，有一些区域从内表面沿轴向和园周方向延伸，这些在轮毂上的区域是键84和86。这些键具有半园形的横截面，以消除键上或该键凸出在轮毂部分上的集中载荷或者过载。轴向的或者垂直的键抵抗扭矩负载被称为扭矩键84。水平的或园周的键抵抗推力负载，被称作推力键86。

图3A的放大视图进一步表示了键86的横截面。如图4所示，扭矩键的中心位于叶片轴线54的投影上，推力键86被放置在叶片轴线之上，并最好如图那样，在叶片低压表面之上。该推力键紧靠着轮毂的上端。当轮毂部分相连接时，推力键86围绕轮毂部分的内表面82，处在同一园周上。由于推力键在叶片轴线之上，反作用负载趋向于迫使键进入而不是脱出安装部位上的相应的键槽。键将反作用负载传出至安装部位22上。

如图1及图8所示，安装部位22上具有一些制成槽形的轴向区域，它们提供了抗扭矩键槽90。安装部位具有一个或更多的沿轴向分开的槽形区域，它们提供了抗推力键槽92和94。使用多个推力键槽，可使叶轮24被放置在沿轴的轴向互相分开的，即与容器底部16（图1）分开的所选择的距离的位置上。安装部位22可以被扩大，并在叶轮的定位需要更大灵活性的情况下，可以增加使用推力键槽。还应看到，具有不同部分的轮毂部分的可拆卸性和可更换性，可使叶轮被变换而无须变换轴20。因而，可以使用更大或更小直径的叶轮来满足拟完成的特殊搅拌过程的需要。

轮毂环38和41，在其用螺纹拧到位于轮毂部分的相对的两端的部位96和98上时，便将轮毂部分紧固。每一个这样的端部具有一根单头阴螺纹100，它盘旋穿过这一部位直到位于轮毂部分的中间区域80的相对两端上的台阶102和104为止。在相对的两端的部位96和98上的螺纹100被设计成一样的，因此，在顶部和底部之间，螺帽是可以互换的。轮毂环还在图9和10中表示，这些图表示的是上轮毂环38。这个轮毂环具有三条阳螺纹106，108和110。每一条这样的螺纹，与轮毂的不同部分34，35和36上的阴螺纹100相啮合。部位96和98以及轮毂环的内表面制成一致的锥形，从而，在安装部位22的直径和轮毂部分的厚度所能承受的范围内，产生一个很大的紧固力。当轮毂环向下拧动时，锥形内表面在轮毂环和轮毂部分之间施加一压力负载，它将轮毂紧固到轴上。扭矩键86和扭矩键槽90与推力键84和所选择的推力键槽92或94互相纵横交叉。作用在轮毂环上的负载仅仅是紧固负载，任何作用在它上面的反作用负载是微不足道的，轮毂环可不需要补充任何连接方法将其连接到轮毂部分或安装部位上。然而，开一个如图10中所表示的112那样的孔可能是理想的，通过这个孔，一个销子可插入轮毂部分以防止螺扣松开。

如同叶片和它们的轮毂部分一样，轮毂环由纤维和塑料复合材料制成。可将几层玻璃纤维缠绕起来（以螺旋状）以形成轮毂环的结构核心，将其放入模型内，在模型内注入热固性树脂，这样，就如已描述过的叶片和轮毂一样，轮毂环被用树脂转移成型法制成。作为替代方法，也可使用树脂纤维复合材料的压力成型法。为使轮毂环容易从模型中取出，可开出凹槽114，以便用一个板手伸入件内转动轮毂环，因而从模型中松开螺扣，将其从模型中取出。

轴20最好是一根带有扩大的安装部位22的管子，安装部位的直径比轴的其他部位大。轴的上端由一个构件120连接到叶轮驱动系统，它可以是电动机和传动系统，例如齿轮传动系统（未表示），传动系统被安装在容器10的顶部（图1）。

轴最好也用与叶轮24同样的材料制成，即纤维增强环氧树脂，聚酯或最好是乙烯基酯。轴可以由经过树脂处理过的单轴纤维片材，缠绕在一根芯棒上而制成。为使轴的刚度最大，连续的纤维的轴向应处在轴的轴向位置。轴用几层材料构成。玻璃纤维丝被螺旋状地缠在芯棒上，处在玻璃纤维片材的上面。这儿使用多层缠绕。缠绕的角度可以是一个相当大的角度，例如与轴的轴心线成50°至70°，以改善扭矩的传递和增强轴的箍紧力。然后，继续用几层单轴纤维来构成轴。安装部位进一步用浸有树脂的玻璃纤维构成，一直达到所要求的直径。推力和扭矩键槽90，92和94可在树脂固化后，用机械加工的办法在安装部位上加工而成。作为一种替代方式，安装部位可在一根予制的轴上用模塑成型的办法制成。在模型成型时，推力和扭矩键槽同时在安装部位上制成。

应该看到，特别在图2A和图8中，推力和扭矩键86和84在各个轮毂部分的内表面82上形成一十字形。推力和扭力键槽92，94和90的交点在安装部位形成一些在轴向上分开的十字形。这些十字形的键和键槽用来将载荷分布到安装部位上并预防构成轮毂部分34，35和36和安装部位22的纤维和塑料复合材料过载。

参考图4A和5A，图中显示了一个实施例，在该实施例中，为叶轮在叶轮传动轴132的安装部位130上提供了极多数量和位置。轮毂部分134、136和138被轮毂环140和142固定在安装部位上，正好在图1和前面讨论过的图中表示的叶轮24的情况一样。轮毂部分的内表面做有凸起和槽，它们在轴向和圆周方向呈波浪形，在较理想情况下，呈正弦曲线的形状。因比安装部位的外表面和轮毂部分的内表面都呈现为波纹形。这些波纹形能在极多的位置上啮合，每个位置相隔一个周波的距离。然后，叶轮可被放置并用轮毂环140和142固定在轴向的许多位置上。扭矩和推力被均匀地分布在整个波形上，不会产生过载的条件。应当知道，其他不同的形式的键和键槽可被用来选择叶轮在轴上的轴向位置，只要能抵抗反作用载荷的扭矩和推力而不会导致轮毂或安装部位过载，因此防止纤维和塑料复合材料的破坏即可。使用十字形的键和键槽优先得到考虑，因它在载荷分布和容易制造方面都具有优点。

使用空心管状轴被优先考虑，因为它可减轻叶轮系统的重量。理想的情况是被搅拌的介质不进入轴心内。为达到此目的，用一个堵头93插入轴20的下端是比较理想的。

参考图11，它显示了轴150和它的安装部位152的另一个实施例。轴最好是用纤维和塑料复合材料制成的空心轴，如同轴20一样。为了减轻轴在安装部位的重量，它最好是用一层复合泡沫材料154成型而成。这是一种泡沫塑料材料，材料中包含有微气泡。玻璃或塑料以形成泡沫。所以复合泡沫材料重量很轻。泡沫层154可被夹在由纤维和塑料合成材料构成的外层156之间。通过将复合泡沫层154围绕轴150放置并用玻璃纤维片材复盖在上面，整个安装部位可被做成层迭式的。安装部位然后被放在模型内成型，它形成园周的，环形的推力键槽158和160以及扭矩键槽，其中，一个162示于图11。

参考图2，3，6和7，它们显示了一个典型的小翼40，小翼使进入叶轮的流动（进口流）以及被叶轮从其高压表面泵出的流动，基本上是轴向的。提供这样的轴向流动导致沿叶片的速度分布更加均匀并产生更高的泵液效率。小翼还可降低在叶轮叶梢48处的涡流。与不使用小翼的情况相比，小翼被用来提高泵液效率（对于一定的输入功率，提供更大的流量）。

业经发现，为了获得小翼的优点，至关重要的是，小翼应被安装在叶片的低压侧上。应当看到，小翼40在低于叶片低压侧的地方，没有什么大的凸起，小翼在叶片的低压面上向上凸起并与叶片轴线54基本垂直。小翼的高度最好是这样的;它的朝轴线的方向的凸起延伸到叶片的前缘之上，也延伸到超过尾缘的地方。小翼的宽度，对于获得流场的控制，降低涡流和希望提高的泵液效率来讲也是重要的。小翼在连接点上，至少应当与叶片一样宽（在平面图上）。为达此目的，在叶片梢部48处，小翼延伸超出叶片的尾缘。

同样至关重要的是，小翼是一个具有中和升力的翼形。换句话说，小翼的曲面与其所在的叶轮处的曲率半径是相等的。为达此目的，中线68位于中心在叶片轴线上的园的园周上。

小翼的前缘最好是后掠的。后掠角在叶片梢部48处，相对于叶轮叶片28的翼弦是55°。尾缘162，比较理想的情况也是后掠的。后掠角相对于弦的投影是81°。由从小翼的前缘和尾缘延伸的线形成的夹角，比较理想的是26°。小翼的凸起部分具有大致与叶片宽度（大约为10%的叶轮直径）相等的平均宽度与高度。小翼的纵横比（沿其尾缘的高度与沿叶片在叶梢48处的翼弦宽度之比）大约为1∶1。

本发明的一个特点是，叶轮直径可以调整。这一特点是使用横截面和扭曲度不变的叶梢部分62来实现的。通过仅仅缩短叶梢部分62的长度来进行调整，叶轮可被制成合手需要的直径。叶梢部分被装入在小翼的基部166处的承窝164内。小翼使用销子或粘结剂，例如环氧树脂等，可被固定到位置上。

象叶轮部分的其余部分一样，小翼最好也由纤维和塑料复合材料制成。它可通过树脂转移成型法，绕着由衬垫和抗腐蚀层所包裹的玻璃纤维片材核心进行模塑成型。比较好的是使用乙烯树脂。小翼也可通过包含纤维和塑料树脂的压力成型法制得。

从上所述，很明显，提供了一个改进了的搅拌装置，它能使搅拌叶轮系统用纤维和塑料复合材料制成。在本发明的范围内，制造该装置时，将毫无疑问地使那些技术熟练的人想到结构的变化和材料的使用。因而，上述的描述不应作为限制，而仅仅是个说明。

Claims (20)

1、用于搅拌装在一个容器内的液体或液体悬浮介质的装置，其特点是一根纤维和塑料复合材料的轴，一个也是由纤维和塑料复合材料制成的具有一具轮毂和一些叶片的叶轮，上述叶片由其分布在上述轮毂上的基部一直延伸到叶梢部上述叶片从梢部到基部刚性逐渐增强，以抵抗在上述叶轮旋转时，由于上述介质对于上述叶轮的反作用负载而产生的挠曲，上述轮毂安装在上述轴的安装部位上，将上述轮毂安装到上述轴上的构件将该轮毂紧固在上述轴上以抵抗由于上述反作用负载而产生的沿轴的轴线方向的推力和绕轴的园周方向的扭矩，从而将上述推力和扭矩分布到上述的安装部位。

2、按照权利要求1的装置，其特点是上述叶片在其相对两侧有高压和低压表面，具有产生中和升力的形状的小翼被连接到上述叶片的叶梢部，该小翼在沿轴的轴线方向的凸起，仅仅在离开上述高压表面，靠近上述低压表面方向上，向外高出上述叶片。

3、按照权利要求2的装置，其特点是在上述叶梢位置，上述小翼从上述叶片的低压表面向外延伸一段距离，该距离大于上述叶片的厚度。

4、按照权利要求3的装置，其特点是上述小翼具有尾缘，该尾缘在上述低压表面之上延伸至一个位置，在这位置上，上述小翼的梢部朝着轴的方向的凸起延伸到上述叶片的前缘之上。

5、按照权利要求1的装置，其特点是上述的安装部位具有比上述轴更大的直径，并沿轴向延伸一段距离，这段距离至少与上述轮毂的轴向长度一样，在该部位，上述的装配构件，包括在上述的安装部位上的装配构件，能将上述的轮毂在轴的沿轴向互相分开的一些位置上装配到上述的安装部位并加以紧固以抵抗上述的推力和扭矩。

6、按照权利要求5的装置，其特点是上述的装配构件，包括一个位于上述安装部位表面上的，相对于每个叶片的并沿轴向延伸的抗扭矩的区域，还有至少一个位于上述安装区域表面上的并沿园周延伸的抗推力的区域。

7、按照权利要求5的装置，其特点是上述的抗推力和抗扭矩区域互相交叉形成在园周上互相分开的一些十字形。

8、按照权利要求1的装置，其特点是上述的叶片和轮毂是整体结构，上述轮毂的内表面和上述安装部位的外表面带有上述装配构件并包含一些互锁的，沿上述轴线互相分开和抗推力键和键槽，以及对于每个叶片来说至少一个抗扭矩键以及一个键槽，其中一个在上述的安装部位，另一个在上述轮毂上，该键和键槽沿上述轴线延伸。

9、按照权利要求8的装置，其特点是上述叶片每一个都有一条沿径向延伸的叶片轴线，该叶片轴线大致沿着上述叶片上的反作用负载的轨迹，在上述轮毂和安装部位，还有一些抗扭矩键和键槽，每个都分布在不同的叶片轴线的投影的交点上。

10、按照权利要求1的装置，其特点是上述的轴是管状的，其中，上述安装部位是由一层复合泡沫层，一层纤维和塑料复合材料的外层构成的，上述泡沫层分布在上述轴和上述外层之间，与之形成一种迭层结构。

11、按照权利要求8的装置，其特点是上述轮毂具有几个部分，每一个被包含在以上述的轴的轴心为中心的园周内的相邻的一部分内。在上述部分的相对的两端，每一个都有一条螺纹，一对具有几条螺纹的轮毂环，其螺纹的数量与上述的轮毂部分的数量相等，这些螺纹与上述的轮毂部分的螺纹啮合，并将这些部分装配到上述的安装部位上，上述轮毂环和螺纹被包括在装配构件内，该轮毂环或者与轮毂环啮合的上述的轮毂部分的端部的表面是锥形的。

12、按照权利要求1的装置，其特点是上述的每一个叶片都带有曲面的扭曲，该叶片的厚度在其径向长度的主体部分上朝叶梢方向减少，上述叶片的宽度，扭曲度和横截面形状，在上述径向长度的一部分上是不变的，这一部分从叶梢开始，朝基部方向延伸，到上述的主体部分的一端，通过改变这一叶梢部分的长度，就能调整上述的叶片的直径。

13、按照权利要求1的装置，其特点是上述轮毂具有一些部分，这些部分在其两端带有螺纹，轮毂环在其内表面上带有螺纹，与上述轮毂部分的螺纹相配合，上述轮毂部分分布在上述轴的周围以形成螺纹环区，在此，上述的相对两端互相连接，上述的螺纹环区或上述的轮毂环的内表面是锥形的，以使上述的轮毂环将上述的轮毂部分紧固在上述的轴上，因而提供了上述的装配构件。

14、用于液体和液体悬浮介质的搅拌装置，其特点是一个带有一些叶片的叶轮，在其相对两侧具有高压和低压表面，具有中和升力的翼形截面的小翼被固定在上述叶片的梢部并仅仅和全部地在上述低压表面之上延伸。

15、按照权利要求14的装置，进一步的特点是，用于将上述的小翼沿上述叶片在径向所选择的距离上固定到上述叶片上的构件向叶轮提供所选择的直径，上述叶片和小翼是由纤维和塑料复合材料制成的。

16、搅拌装置具有一个带有一些叶片，一个轮毂和一根轴的叶轮，其特点是，为了将上述的叶轮安装到上述的轴上，该装置至少有一个抗推力键和一个抗推力键槽，一个上述的抗推力键或键槽在一个与上述轴相垂直的平面上，围绕上述轮毂的内表面沿园周延伸，而另一个上述的抗推力键或键槽在上述轴的用于安装叶轮的部位，围绕上述轴的外表面沿园周延伸，还至少有一个抗扭矩键和抗扭矩键槽，其中一个抗扭矩键或键槽在上述轮毂的内表面沿上述轴的轴向延伸，而另一个上述抗扭矩键或键槽在上述的安装部位上，沿轴的轴向延伸，上述的抗推力键和抗扭矩键相交形成一个十字形，而上述的抗推力键槽和抗扭矩键槽也相交形成一个相应的十字形，一些在轴向上互相分开的上述推力键和键槽被提供并在上述的一些轴向上分开的位置上和抗扭矩键和键槽相交，从而使上述叶轮能彼安装在上述轴的所选择的轴向位置上。

17、按照权利要求16的装置，其特点是每一个上述的叶片具有一条沿径向延伸的叶片轴线，叶片上的反作用负载的轨迹大致分布在该叶片轴线上，上述轮毂在其每一部分的内表面上的一个扭矩键和键槽，在与该部分的上述的叶片轴线相垂直的方向上延伸，并与上述叶片轴向上述叶片轴线的方向的投影相交，在装置中，上述叶片在相对两侧具有高压和低压表面，在上述轮毂的内表面上的上述推力键和键槽分布在朝上述的低压表面方向的，上述叶片轴线与上述内表面的交点之外的地方。

18、用于搅拌一个容器内的液体或液体悬浮介质的叶轮装置，其特点是一些由纤维和塑料复合材料制成的叶片，每一叶片在其相对两端具有一个基底和一个叶梢，每一叶片是一个带有曲面和扭曲的翼形，上述叶片的厚度在其径向长度上的主体部分逐渐减少，上述叶片的宽度和横截面形状在上述的径向长度上的一个部分内是不变的，该部分从各个叶梢起延伸一段距离到上述的主体部分的一端为止。通过减少上述的叶梢部分的长度，使上述叶片和叶轮的直径就可被调整。

19、按照权利要求18的装置，其特点是上述叶片的宽度在其径向长度的主体部分上，朝上述叶梢方向减少，在上述的叶梢部分上其宽度是不变的。

20、按照权利要求19的装置，其特点是在翼弦和与其相交的并与上述轴的轴线相垂直的平面之间测得的上述叶片的翼弦角，朝叶尖的方向逐渐减小，而在上述的叶尖部分内，该翼弦角是一个常数。

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