CS256144B1

CS256144B1 - Rotary axial stirrer

Info

Publication number: CS256144B1
Application number: CS862792A
Authority: CS
Inventors: Konstantin Hruban; Jan Kvasnicka; Jiri Ledl
Original assignee: Konstantin Hruban; Jan Kvasnicka; Jiri Ledl
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS279286A1

Abstract

Míchadlo je tvořeno nábojem a nejméně dvěma šikmo umístěnými radiálními lopatkami, pevně spojenými s nábojem, a na vnějším konci opatřenými tangenciálními lopatkami a je charakterizováno tím, že tangenciální lopatky tvoří nedílnou, jednostranně rozšířenou část radiálních lopatek, která leží v téže rovině jako radiální lopatky a jejíž osa svírá s podélnou osou radiálních lopatek úhel*60 až 120°, s výhodou však 90°. Šířka radiálních i tangenciálních lopatek se volí v rozmezí 0,1 až 0,3 jmenovitého průměru míchadla, délka tangenciální lopatky odpovídá 1,5 až 4,0násobku šířky radiální lopatky. Tangenciální část lopatek může být přitom orientována směrem nahoru či dolů, popřípadě se střídají tangenciální lopatky orientované směrem nahoru s lopatkami orientovanými směrem dolů. Hrany obou typů lopatek jsou s výhodou zaobleny, přičemž poloměr zaoblení je vyšší než 8 mm.The mixer consists of a hub and at least two radial blades arranged at an angle, firmly connected to the hub, and provided with tangential blades at the outer end, and is characterized in that the tangential blades form an integral, one-sidedly widened part of the radial blades, which lies in the same plane as the radial blades and whose axis forms an angle of 60 to 120°, preferably 90°, with the longitudinal axis of the radial blades. The width of the radial and tangential blades is selected in the range of 0.1 to 0.3 of the nominal diameter of the mixer, the length of the tangential blade corresponds to 1.5 to 4.0 times the width of the radial blade. The tangential part of the blades can be oriented upwards or downwards, or tangential blades oriented upwards alternate with blades oriented downwards. The edges of both types of blades are preferably rounded, with the radius of curvature being greater than 8 mm.

Description

Vynález se týká rotačního lopatkového míchadla se zvýšeným průtokem kapaliny a s tvarem lopatek vhodným pro povrchovou ochranu míchadla smaltováním, případně nanášením hmot odolávajících abrazi. Míchadlo je vhodné pro použití ve smaltovaných míchacích zařízeních anebo v zařízeních vyrobených z antikorozních materiálů, jaká jsou používána v chemickém^potravinářském, farmaceutickém či hydrometalurgickém průmyslu, popřípadě v biotechnologických výrobách a to převážně v aparátech pro malotonážní výrobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rotary paddle stirrer with increased liquid flow and a paddle shape suitable for surface protection of the stirrer by enameling or by applying abrasion resistant materials. The stirrer is suitable for use in enamel mixers or in devices made of anti-corrosion materials such as used in the chemical food, pharmaceutical or hydrometallurgical industry, or in biotechnology, mainly in small-scale production equipment.

Známá lopatková míchadla, určená pro vytváření převážně axiálního toku míchané kapaliny, jsou obvykle opatřena dvěma či více rovnými, šikmo uloženými radiálními lopatkami. Kromě toho jsou pro vyvolání axiálního proudění kapaliny užívána i míchadla vrtulová, at již provedená ve tvaru lodního šroubu anebo v jednodušším případě opatřená lopatkami se zaoblenými konci, tvořícími část šroubovice s konstantním stoupáním šroubovicové plochy.Known paddle stirrers designed to generate a predominantly axial flow of mixed liquid are usually provided with two or more straight, oblique radial blades. In addition, propeller stirrers, whether in the form of a propeller or in a simpler case, with blades with rounded ends forming part of a helix with a constant pitch of the helical surface, are also used to induce axial fluid flow.

Jsou rovněž známa a užívána míchadla s tvarovanými lopatkami, tvořícími část válcové plochy. V jednom ze známých provedení je tato plocha rovnoběžná s podélnou osou lopatky, přičemž odtoková hrana lopatky má přibližně tvar paraboly, u jiného uspořádáni (čs. AO 182 028) je osa válcové plochy u lopatky ve tvaru lichoběžníku rovnoběžná s kratší úhlopříčkou lichoběžníku.Agitators with shaped vanes forming part of the cylindrical surface are also known and used. In one known embodiment, this surface is parallel to the longitudinal axis of the blade and the trailing edge of the blade is approximately parabola-shaped, in another arrangement (No. AO 182 028) the axis of the cylindrical surface of the trapezoid blade is parallel to the shorter trapezoidal diagonal.

Vrtulové míchadlo ve tvaru lodního šroubu má tvar výhodný pro vyvození axiální síly při nízké turbulenci, neni však vhodné pro homogenizační míchání, kdy je naopak žádoucí vyšší turbulence. Nevýhodou tohoto typu míchadla je kromě toho i nákladná výroba lisováním či odléváním. Z hlediska pracnosti je nevýhodná i výroba míchadel s lopatkami tvarovanými ohýbáním, která vyžaduje lisovací a ohýbací přípravky.The propeller stirrer in the shape of a propeller has a shape advantageous for exerting axial force at low turbulence, but is not suitable for homogenizing mixing, where higher turbulence is desirable. A disadvantage of this type of agitator is, moreover, the expensive production by pressing or casting. From the labor-intensive point of view, it is also disadvantageous to manufacture stirrers with blades shaped by bending, which requires pressing and bending jigs.

Nevýhodou míchadel se šikmo umístěnými rovnými lopatkami, popřípadě s lopatkami vytvořenými jako část válcové plochy s osou souměrnosti rovnoběžnou s podélnou osou lopatky je, že při zvýšených,požadavcích na přenos energie michadlem do kapaliny, zejména při zvýšených požadavcích na přenos energie michadlem do kapaliny, zejména při mícháni suspenzi s abrazivními účinky a při vysokých obvodových rychlostech, dochází k rychlému opotřebení lopatek, popřípadě ke vzniku vibrací a kavitací, které rovněž vyvolávají místní porušení tvaru lopatek a ztrátu jejich účinnosti.A disadvantage of stirrers with obliquely positioned straight blades or blades formed as part of a cylindrical surface with an axis of symmetry parallel to the longitudinal axis of the blade is that, with increased requirements for transferring energy through the agitator to the liquid, when stirring the suspension with abrasive effects and at high peripheral speeds, the blades wear rapidly, eventually vibrations and cavitations are generated, which also cause local blade failure and loss of efficiency.

Uvedené nevýhody jsou do značné míry potlačeny u rotačního axiálního míchadla podle čs. autorského osvědčení č. 249 840, u něhož jsou šikmo uložené radiální lopatky opatřeny na koncích tangenciálními lopatkami, jejiohž podélná osa svírá s vertikální rovinou úhel 5° až 85° a s podélnou osou radiálních lopatek úhel 30° až 150°. Předností takto uspořádaného míchadla je, že při relativně nízké frekvenci otáčení předává do kapaliny větší energii a není tudíž vystaveno riziku nadměrného opotřebení vlivem abraze. Míchadlo v tomto provedení není však, stejně jako ostatně i dříve popsaná míchadla, vhodné pro povrchovou úpravu, kupříkladu smaltováním, která je u mnoha případů průmyslových aplikací, zejména v malotonážních výrobách, nutná at již z hlediska ochrany proti korozivním účinkům zpracovávané kapalné soustavy anebo z hlediska vlivu jakosti materiálu míchadla na míchané prostředí. Posledně jmenované hledisko se zejména často uplatňuje v potravinářské výrobě, ve farmaceutickém průmyslu či v biotechnologii.These disadvantages are largely suppressed in the rotary axial agitator according to U.S. Pat. No. 249 840, in which the inclined radial vanes are provided with tangential vanes at their ends, the longitudinal axis of which forms an angle of 5 ° to 85 ° with the vertical plane and an angle of 30 ° to 150 ° with the longitudinal axis of the radial vanes. An advantage of such an agitator is that it transmits more energy to the liquid at a relatively low rotational speed and is therefore not exposed to the risk of excessive wear due to abrasion. However, the stirrer in this embodiment is not suitable for surface treatment, such as enameling, which is necessary in many cases of industrial applications, especially in small-scale production, whether in terms of protection against the corrosive effects of the treated liquid system or in terms of the influence of the agitator material quality on the mixing environment. The latter aspect is particularly often applied in the food industry, in the pharmaceutical industry or in biotechnology.

Dobré' předpoklady pro provedeni trvanlivé povrchové ochrany jsou naproti tomu vytvořeny u rotačního axiálního míchadla podle vynálezu, které je tvořeno nábojem a nejméně dvěma šikmo umístěnými radiálními lopatkami, pevně spojenými s nábojem a na vnějším konci opatřenými tangenciálními lopatkami, a jehq^ podstata spočívá v tom, že tangenciální lopatky tvoří nedílnou, jednostranně rozšířenou část radiálních lopatek, která leží v téže rovině jako radiální lopatky a jejíž osa svírá s podélnou osou radiálních lopatek úhel 60° až 120°, s výhodou však 90°. Sklon obou lopatek vůči vodorovné rovině činí přitom 15° až 75 . Úhel, který svírají tangenciální lopatky s podélnou osou radiálních lopatek, stejně jako úhel, který svírají obě lopatky s horizontální rovinou, se volí v závislosti na požadovaném průběhu proudění kapaliny v nádobě a na technologických požadavcích. Podobně se také v závislosti’ na technologických podmínkách a na požadovaném hydrodynamickém režimu volí šířka radiálních i tangenciálních lopatek, která činí obvykle 0,1 až 0,3 jmenovitého průměru míchadla, jakož i délka tangenciální lopatky, která se pohybuje v rozmezí 1,5 až 4násobku šířky radiální lopatky.On the other hand, good prerequisites for providing durable surface protection are provided in the rotary axial agitator according to the invention, which consists of a hub and at least two inclined radial blades fixedly coupled to the hub and provided with tangential blades at the outer end. 2. The method according to claim 1, characterized in that the tangential vanes form an integral part of the radial vanes extending on one side and which lie in the same plane as the radial vanes and whose axis forms an angle of 60 [deg.] to 120 [deg.]. The inclination of the two vanes with respect to the horizontal is 15 to 75. The angle between the tangential vanes and the longitudinal axis of the radial vanes, as well as the angle between the vanes with the horizontal plane, is selected depending on the desired flow of the liquid in the vessel and the technological requirements. Similarly, depending on the technological conditions and the desired hydrodynamic regime, the width of the radial and tangential blades is chosen, which is usually 0.1 to 0.3 of the nominal stirrer diameter, as well as the length of the tangential blade, which ranges from 1.5 to 0.3. 4 times the width of the radial blade.

Podle požadavků na dynamiku míchání a podle technologických podmínek se volí rovněž orientace rozšířené tangenciální části radiálních lopatek. Při zvýšených požadavcích na homogenizační a čerpací účinky míchadla je výhodné uspořádání, při němž jsou tangenciální lopatky orientovány směrem nahoru. Při nízké hladině kapaliny a v případě potřeby míchání kapaliny během vypouštění z nádoby je naopak výhodnější uspořádání, při němž jsou tangenciální lopatky orientovány směrem dolů. Oba požadavky současně splňuje provedení, při němž se střídají tangenciální lopatky orientované směrem nahoru s tangenciálními lopatkami orientovanými směrem dolů. Požadavkům na snadnou realizaci povrchové ochrany míchadla je zejména přizpůsobeno uspořádání, při němž jsou všechny hrany jak radiálních, tak i tangenciálních lopatek zaobleny, přičemž poloměr zaoblení je vyšší než 8 mm.Depending on the mixing dynamics requirements and technological conditions, the orientation of the extended tangential portion of the radial vanes is also chosen. In the case of increased requirements for the homogenization and pumping effects of the agitator, an arrangement in which the tangential blades are oriented upwards is advantageous. On the other hand, at a low liquid level and, if necessary, mixing of the liquid during discharge from the container, the arrangement in which the tangential vanes are oriented downwards is preferable. At the same time, both the upward tangential blades alternate with downward tangential blades meet both requirements. In particular, the arrangement in which all edges of both the radial and tangential blades are rounded, with a radius of curvature greater than 8 mm, is adapted to the requirements for easy realization of the surface protection of the agitator.

Výsledný tvar míchadla v uspořádání podle vynálezu se zaoblenými hranami a zvětšenými plochami lopatek vyvolává při rotaci axiální proudění vhodné pro vznos partikulární fáze v kapalině a pro homogenizační míchání, přičemž zajištuje účinné a šetrné proudění v místech hran a konců lopatek. Zachovává přitom i přednosti míchadla v provedení podle čs. autorského osvědčení č. 249 840, spočívající v tom, že i při rotaci s frekvencí otáčení nižší než u dosud známých rychloběžných axiálních lopatkových míchadel předává do kapaliny vyšší energii a je tedy méně vystaveno abrazivním účinkům míchaného prostředí.The resulting shape of the stirrer according to the invention with rounded edges and enlarged surfaces of the blades causes an axial flow during rotation suitable for floating the particulate phase in the liquid and for homogenizing mixing, while ensuring efficient and gentle flow at the edges and ends of the blades. It also maintains the advantages of the stirrer in the design according to the art. No. 249,840, characterized in that, even when rotating with a rotational speed lower than that of the prior art high-speed axial impeller stirrers, it imparts higher energy to the liquid and is thus less exposed to the abrasive effects of the agitation environment.

Předností rotačního axiálního míchadla v provedení podle vynálezu je kromě toho i nenáročná výroba. Míchadlo lze snadno vyrobit svařováním z plochého tyčového materiálu nebo z bezešvých ocelových plochooválných trubek, v kombinaci s plechem či plochým tyčovým materiá lem.The rotary agitator according to the invention also has the advantage of being easy to manufacture. The stirrer can be easily manufactured by welding from a flat bar material or seamless steel flat oval tubes, in combination with a sheet metal or flat bar material.

Příkladné provedení rotačního axiálního míchadla podle vynálezu je blíže znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje v nárysu míchadlo se šesti radiálními lopatkami, jejichž tangenciální část je orientována směrem dolů, obr. 2 odpovídající půdorysný pohled na míchadlo podle obr. 1, obr. 3 obdobné míchadlo se šesti radiálními lopatkami, u nichž je rozšířená tangenciální část orientována směrem nahoru a obr. 4 půdorysný pohled na míchadlo podle obr. 3.An exemplary embodiment of a rotary axial agitator according to the invention is illustrated in more detail in the accompanying drawing, wherein FIG. 1 is a front elevational view of a stirrer with six radial vanes, the tangential portion of which is oriented downwards; FIG. 3 shows a similar stirrer with six radial vanes in which the extended tangential portion is oriented upwards; and FIG. 4 is a plan view of the stirrer of FIG. 3.

U všech znázorněných provedení je na náboji 2 míchadlo přivařeno šest skloněných radiálních lopatek 2/ na něž navazuje ve formě prodloužení stejný počet tangenciálních lopatek 2· Jak radiální lopatky 2 tak tangenciální lopatky 3 mají v průřezu tvar obdélníku se zaoblenými vrcholy. Šířka obou typů lopatek se voli' v rozmezí 0,1 až 0,3 jmenovitého průměru 4 míchadla. Jmenovitým (smluvním) průměrem 2 přitom rozumí délkový rozměr koncových bodů tangenciální části radiální lopatky 2 ^v ose souměrnosti radiální lopatky 2· Tento průměr je užíván pro značení průměru míchadla a vychází se z něho při výpočtu chemicko-jnženýrských dat. Skutečný průměr 2 míchadla odpovídá naproti tomu průměru kružnice opsané pří rotaci míchadla koncovými body tangenciálních lopatek 2·In all the embodiments shown, six inclined radial vanes 2 are welded to the stirrer hub 2 and are followed by an equal number of tangential vanes 2 in extension. The width of both blade types is chosen in the range of 0.1 to 0.3 nominal stirrer diameter 4. The nominal (contract) diameter 2 is understood to mean the length dimension of the endpoints of the tangential portion of the radial vane 2 ^{in the} axis of symmetry of the radial vane 2. The actual stirrer diameter 2, on the other hand, corresponds to the diameter of the circle described when the stirrer rotates with the endpoints of the tangential blades 2 ·

Radiální lopatky 2 svírají ve znázorněném provedení s vodorovnou rovinou úhel 45°, zatímco úhel, který svírá podélná osa tangenciálních lopatek 2 ^s podélnou osou radiálních lopatek 2 činí 90°.In the illustrated embodiment, the radial vanes 2 form an angle of 45 ° with the horizontal plane, while the angle between the longitudinal axis of the tangential vanes 2 ^{and the} longitudinal axis of the radial vanes 2 is 90 °.

Závěrem je možno shrnout, že vzhledem ke svému účinku je rotační axiální míchadlo podle vynálezu obecně vhodné pro míchání nízkoviskozních kapalin a homogenizaci suspenzí, zejména pak pro šetrné míchání v biotechnologických a farmaceutických výrobách.In summary, due to its effect, the rotary agitator of the present invention is generally suitable for mixing low viscosity liquids and homogenizing suspensions, particularly for gentle mixing in biotechnology and pharmaceutical products.

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Rotary axial agitator consisting of a hub and at least two inclined radial vanes fixedly coupled to the hub and provided with tangential vanes at the outer end, characterized in that the tangential vanes (3) form an integral, unilaterally extended portion of the radial vanes (2) lying in in the same plane as the radial vanes (2) and whose axis forms an angle of 60 ° to 120 °, preferably 90 °, with the longitudinal axis of the radial vanes (2), wherein the inclination of the two vanes (2, 3) with respect to the horizontal is 15 ° to 75 °.

2. Rotary axial agitator according to claim 1, characterized in that the width of the radial vanes (2) and the width of the tangential vanes (3) are chosen between 0.1 and 0.3 of the nominal stirrer diameter (4), the length of the tangential vane (3). ) corresponds to 1.5 to 4.0 times the width of the radial blade (2).

3. The rotary axial stirrer according to items 1 and 2, (3) are oriented upwards.

4. The rotary axial stirrer according to items 1 and 2, (3) are oriented downwards.

characterized in that the tangential vanes are characterized by the tangential vanes

Rotary axial agitator according to Claims 1 and 2, characterized in that the tangential blades (3) oriented upwards alternate with the tangential blades (3) directed downwards.

Rotary axial agitator according to Claims 1 to 5, characterized in that all the edges of the blades (2, 3) are rounded, the radius of curvature being greater than 8 mm.

2 drawings