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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Rührvorrichtung und ein Verfahren
zum Mischen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen
Rührer
zum Mischen und Vermengen von Materialien wie z.B. Gasen, Flüssigkeiten
und flüssigen
Suspensionen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Misch-
und Vermengungsanwendungen, insbesondere das Mischen und Vermengen
von Flüssigkeiten,
flüssigen
Suspensionen und Gasen, sind oft durch den Durchmesser des Tanks,
in dem das Mischen durchgeführt
wird, und durch den Durchmesser des Rührers Einschränkungen
unterworfen. Einige hochfeste Rührerkonstruktionen
(oder „Tragflächen") kompensieren die
oben genannten Einschränkungen,
indem sie Rührer
mit drei oder vier Blättern verwenden,
die jeweils eine große
Projektionsfläche aufweisen.
Zum Beispiel ist es bei bestehenden hochfesten Rührerblättern bekannt, dass sie 80%
ihres gesamten bestrichenen Bereichs einnehmen. Darüber hinaus
verwenden einige bestehende Rührerkonstruktionen
Rührerdurchmesser,
die typischerweise 45% bis 65% des Tankdurchmessers betragen. Für einen
Behälter
mit einem Durchmesser von 6,1 m (240'')
(20 Fuß)
beträgt
der Rührerdurchmesser
in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen etwa –3,05 m (120'') (10 Fuß), und die Blätter sind etwa –1,52 m
(60'') lang und mindestens
0,97 m (38'') breit.
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Die
Rührerblätter müssen durch
ein Mannloch zum Einbau in den Behälter eingeführt werden. In einigen bedeckten
Mischbehältern
weisen die Mannlöcher
gewöhnlich
eine Größe von 0,61
m (24'') auf und können im
besten Fall Rührerblätter mit
einer Breite von bis zu 0,58 m (23'')
passieren lassen. Um größere Blätter einzuführen, müssen die
Benutzer entweder ein übergroßes Mannloch
mit einer Größe von –1,02 m
(40'') für einen
Tank) mit einem Durchmesser von 6,1 m (240'')
installieren, oder die Blätter müssen in
einer in Längsrichtung
geteilten Konfiguration geliefert und dann im Behälter zusammengebaut werden.
Das Teilen der Rührerblätter ist
ein teurer Vorgang, insbesondere bei Blättern mit abgerundeter Vorderkante,
Verdrehung und Krümmung.
Darüber hinaus
sind zahlreiche Bolzen zusammen mit einer entsprechenden Markierung
erforderlich, um ein ordnungsgemäßes, lückenloses
Wiederzusammenbauen zu gewährleisten.
Dieser Vorgang kann sehr schwierig und zeitaufwendig sein, da die
inneren und äußeren Blattkomponenten
korrekt in eine Linie gebracht werden müssen, so dass das Gleichgewicht des
Rührers
und die Blattgeometrie nicht beeinträchtigt werden.
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Darüber hinaus
verwenden einige Blätter
mit bekannter Rührerkonstruktion
eine „Blatt
zu Ösen"-Bolzenverbindung,
um für
eine Übertragung des
Drehmoments, eine Axialdruckreakton und einen Halt des Blatts zu
sorgen, wobei die Blätter
jeweils mit einer Öse
verbunden sind, die sich von der Achse erstreckt. Die Blätter verwenden
symmetrische Bolzenmuster mit 4, 5, 7 oder mehr Bolzen, um das Blatt mit
der Öse
der Nabe zu verbinden. Diese Verbindung muss sorgfältig konzipiert,
hergestellt und zusammengefügt
werden, um einen problemfreien Einbau der Blätter zu gewährleisten.
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Bekannte
Rührerkonstruktionen
sehen auch gewöhnlich
3 bis 4 Blätter
pro Rührer
vor. Auf diese Weise werden zum Anfügen der Blätter 12 bis 28 Bolzen benötigt, wobei
oft Bolzen aus Legierungen erforderlich sind. Bolzen aus Legierungen
sind teuer und je nach dem Material eingeschränkt erhältlich. Viele Benutzer verlangen
die Verwendung einer starren Verriegelung von Rührerbolzen und Kleinteilen
durch die Anwendung von Sicherungsblechen, doppelten Muttern und/oder
Sicherungsdraht, was die Gesamtkosten jedes Bolzens erhöht. Auf
Grund der großen Menge
an Bolzen ist es gewöhnlich
für den
Endbenutzer nicht praktisch, die Kleinteile des Rührers nach
der anfänglichen
Betriebszeit nachzuziehen, was zu einem Verlust an Vorspannung und
einem vorzeitigen Versagen der Bolzenverbindungen führen kann.
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Daher
ist es wünschenswert,
einen hochfesten Rührer
zum Mischen von Gas und flüssigen
Materialien zu schaffen, der eine verbesserte Zuverlässigkeit,
eine Reduktion der Kosten und einen leichten Einbau bietet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Rührer
und Rührersysteme
für Misch-
und Vermengungsanwendungen. Die Erfindung ist besonders geeignet
zur Verwendung bei Anwendungen, bei denen die Behälter geschlossen
sind und einen relativ großen
Durchmesser aufweisen.
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Die
Erfindung offenbart ein Verfahren zum Zusammenbau eines Rührers, wie
es in den beiliegenden Ansprüchen
definiert ist.
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Es
wurden daher die wichtigeren Merkmale der Erfindung in relativ groben
Zügen zusammengefasst,
damit die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich wird
und damit der vorliegende Beitrag zum Fachgebiet besser eingeschätzt werden kann.
Es gibt selbstverständlich
zusätzliche
Merkmale der Erfindung, die unten beschrieben werden und die den
Gegenstand der daran angefügten
Ansprüche
bilden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht eines achtblättrigen Rührers, der
vier einteilige Blattpaare gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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2 ist
eine Draufsicht eines einteiligen Blattes mit einer Mitnehmerscheiben-Nabe.
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3 ist
eine seitliche Schnittperspektive des Rührers von 1,
die vier an einer Achse montierte Blattpaare zeigt.
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4 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
mit einer Gleitsitznabe mit einem einstückigen Flansch gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
eine Seitenansicht eines Rührers gemäß einer
Ausführungsform,
in der zwei Achsen durch Flansche verbunden sind.
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GENAUE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Nun
soll auf die Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wobei 1–5 gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
eines achtblättrigen
Tragflächen-Rührers zeigen.
Obwohl in der dargestellten Ausführungsform
der Rührer
für die
Verarbeitung von Gasen und/oder Flüssigkeiten in Rührgefäßen verwendet
wird, sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung in
ihrer Anwendung nicht auf das Vermengen und Mischen von Gasen und/oder
Flüssigkeiten
beschränkt
ist.
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In 1 und 2 wird
ein Rührer 10 zum Mischen
dargestellt, der vier einteilige Blattpaare 12, d.h. insgesamt
acht Blätter 14 aufweist.
Um die Blattpaare 12 zu bilden, werden einzelne Blätter 14 im
Abstand von 180° direkt
auf eine Mitnehmer-Nabe 16 geschweißt. Wie in 3 zu
sehen ist, ist jede Mitnehmer-Nabe 16 auf gestapelte Weise
mittels Bolzen mit einem starren Flansch 18 verbunden,
der an eine Achse 20 geschweißt ist. Dies macht die normale Blatt-zu-Ösen-Bolzenverbindung der gegenwärtigen Rührerkonstruktion
unnötig
und kann auf diese Weise durch die Befestigung der gestapelten Mitnehmer-Naben 16 an
dem geschweißten
Achsflansch 18 für
eine verbesserte Drehmomentübertragung,
Axialdruckreaktion und Halterung des Blatts sorgen.
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Die
Mitnehmer-Naben 16 werden mittels acht Legierungsbolzen 21 durch
Bolzenöffnungen 22 in
den Naben 16 am geschweißten Achsflansch 18 befestigt.
Diese Bolzenverbindung sorgt für
eine regelmäßige Verteilung
der Blätter 14,
um einen ordnungsgemäßen Abstand
von Spitze zu Spitze aufrechtzuerhalten, und kann die Montage am
Einsatzort vereinfachen. Auf diese Weise ist eine Senkung der Anzahl
an Bolzen im Vergleich zu Ösenkonstruktionen
möglich,
wobei dies auf Grund der beträchtlichen
Kosten von Legierungsbolzen, ihrer begrenzten Verfügbarkeit
und der Tatsache, dass viele Anwendungen eine starre Verriegelung
der Bolzen mittels Verriegelungsplatten, doppelten Muttern und/oder
Sicherungsdraht erfordern, wünschenswert
sein mag.
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In
der Ausführungsform
von 3 erfolgt die Verbindung der Blätter 14 mit
der Achse 20 in Form einteiliger Blattpaare 12,
wobei die Mitnehmer-Naben 16 gestapelt und mit Bolzen am
geschweißten
Achsflansch 18 befestigt werden. Diese Verbindung ist nicht
anfällig
für Abnutzung, Korrosion
oder Festfressen an der Achse 20 infolge einer „Aufnahme" von Material. Diese
Verbindung ist auch für
eine Aufrechterhaltung der Leistung nicht von engen Toleranzen abhängig. Daher
kann der Rührer 10 der
vorliegenden Erfindung eine dauerhaftere und zuverlässigere Achsen/Blatt-Verbindung
bieten als frühere
Konstruktionen.
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Die
oben genannte Blatt/Achsen-Verbindung ist auch insofern vorteilhaft,
als die vorliegende Konstruktion ein Stärkenniveau aufweis, das dem
der Achse gleichwertig ist. Folglich kann sie eine verbesserte Zuverlässigkeit
bieten, wenn der Rührer 10 überlastet
ist, weil sich die Blätter 14 biegen,
bevor die Überbelastungskräfte die
Achse 20 beschädigen. Darüber hinaus
sorgt die Verbindung für
eine Drehmomentübertragung
primär
durch Reibung zwischen benachbarten Blattpaaren 12, die
zueinander und zum Flansch 18 hin gedrückt werden, anstatt primär durch
Zugbeanspruchung/Vorbelastung bei den Bolzen. Dadurch wird ein Problem
mancher gegenwärtiger
Rührerkonstruktionen
vermieden, bei denen von den Bolzen, die die Blätter über eine Öse mit der Achse verbinden,
was als Belastungsteilung bekannt ist, einige Bolzen signifikant
höhere
Belastungen als andere erfahren können. Dies trägt zu der
Tatsache bei, dass diese gegenwärtigen
Rührer
eine Neigung zu einem selektiven Bolzenversagen aufweisen.
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Ein
Vorteil der Konstruktion mit einteiligen Blattpaaren 12 in
Kombination mit dem geschweißten
Achsflansch 18 ist es, dass sie die Belastungen gleichförmig auf
alle Bolzen 21 verteilt, und wenn die einteilige Konstruktion
verwendet wird, bei der zwei Blätter 14 verbunden
sind, ist jedes Blatt 14 50% der Belastung ausgesetzt,
die in vierblättrigen
Konstruktionen vorhanden ist.
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In 2 sind
die Blätter 14 mit
der Mitnehmer-Nabe 16 verbunden dargestellt, um die einteiligen
Blattpaare 12 zu bilden. Nach dem Einbau dreht sich das
Blattpaar 12 zum Beispiel in der Richtung A um seine Mittelachse.
Jedes der Blätter 14 kann identisch
sein und in einer Presse geformt werden. Die Blätter 14 haben eine
Spitze 23, eine Vorderkante und eine Hinterkante. Eine
optionale Form der Spitze 25 ist mit punktierten Linien
dargestellt. Wenn die Blätter 14 eingebaut
sind, liegen die Spitzen 23 entlang dem Umfang eines Kreises,
der den vom Rührer 10 bestrichenen
Durchmesser definiert. Die Vorderkante kann wie in 2 dargestellt
gerade oder gekrümmt
sein.
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Die
Blätter 14 der
Paare sind direkt an die Mitnehmer-Nabe 16 aufgeschweißt, wodurch
vermieden wird, dass zahlreiche Bolzen und Öffnungen notwendig sind, die
in den Achsen und Blättern
des Rührers
gebildet sind. Die Blätter 14 sind
Tragflächen,
die außer
am Nabenende, an dem sie mit der Mitnehmer-Nabe 16 verbunden
sind, eine Wölbung
und eine Verdrehung aufweisen. Durch die Blätter 14, die an die
Mitnehmer-Nabe 16 geschweißt sind, kann auf einfache
Weise ein Aufwärts-
und/oder Abwärtspumpen
erzielt werden. D.h. wenn der Rührer 10 wie
dargestellt im Uhrzeigersinn A gedreht wird, wird in der Flüssigkeit
oder flüssigen
Suspension im Mischbehälter
eine Axialströmung
in Abwärtsrichtung
erzielt (Abwärtspumpen).
Alternativ dazu können,
wenn der Mischerantrieb eine umgekehrte Drehung erlaubt, die Blätter 14 selektiv
eingebaut und der Antrieb umgekehrt werden, um die Strömungsrichtung
zu ändern,
ohne dass zusätzliche
oder neue Teile erforderlich sind.
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Rührer zum
Mischen werden in einem offenen Strömungsfeld betrieben, was zu
Asymmetrien der Saugseitengeschwindigkeiten und der Richtung führt. Wie
in 2 dargestellt ist, verwendet die vorliegende Erfindung
ein Blatt 14, das nur etwa 30% der Breite einiger derzeit
bekannter Rührerblätter aufweist.
Zudem reduziert die Erhöhung
der Blattanzahl auf acht (im Vergleich zu weniger Blättern) den Auftrieb
und den Widerstand bei jedem Blatt, was den Bedarf nach größeren Achsen
und größeren Antrieben
senkt.
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Das
einteilige Blattpaar 12, wie es in 2 dargestellt
ist, hat eine Form, die einen Einbau mit geringem Materialabfall
erlauben soll. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des
Blattes 14 gleich 15% des Durchmessers des Rührers 10,
was es dem einteiligen Blattpaar 12 erlaubt, leicht ein Standard-Mannloch
zu passieren. Darüber
hinaus beträgt
der Durchmesser D der Mitnehmer-Nabe etwa 18% bis 20% des Gesamtdurchmessers
des Rührers.
Bei einem Rührer
mit einem Durchmesser von 120'' würde der
Durchmesser der Mitnehmer-Nabe zum Beispiel etwa 22,8'' betragen. Diese Abmessungen ermöglichen
es dem einteiligen Blattpaar 12 in diesem Beispiel, durch
das Standard-Mannloch zu gelangen und machen es geeignet, an Flanschkonstruktionen
von Rohren bis zu 20'' befestigt zu werden. Achsen
mit kleinerem Durchmesser, insbesondere jene, die die Kriterien
bezüglich
Geschwindigkeit und Schaftstärke
erfüllen,
besitzen typischerweise einen Durchmesser von 5'' bis
8'' und sind ebenfalls
gut für den
Betrieb mit der einteiligen Konstruktion geeignet. Dadurch ist der
Einbau des Rührers 10 auf
Grund der Geometrie des Rührers
vereinfacht. Die Blattpaare können
leicht durch Standard-Mannlöcher
bewegt werden, ohne dass der Benutzer die Blätter zum Einführen durch
das Mannloch teilen und sodann in den Mischbehältern wieder zusammenbauen
muss.
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Die
Blattpaare 12 können
durch einen Zwischenraum zwischen dem Innendurchmesser des Loches
in der Mitnehmer-Nabe 16 und dem Außendurchmesser der Achse 20 leicht
an der Achse nach oben gehoben werden. Darüber hinaus kann die einteilige
Blattpaarkonstruktion eingebaut werden, indem nur acht Bolzen verwendet
werden, um die achtblättrige
Anordnung über
die Bolzenlöcher 22 an
der Achse zu befestigen.
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung und illustriert, wie die vier Blattpaare 12 an
der Achse 20 befestigt werden. In der in 3 dargestellten
Ausführungsform
wird ein Achsflansch 18 an die Achse 20 geschweißt. Der
Flansch 18 kann auch als Mitnehmerscheibe bezeichnet werden.
Bolzen 21 erstrecken sich durch jeweilige in einer Linie
befindliche Löcher 22 im
Flansch 18, in den Blattpaaren 14 und einer Klemmplatte 30,
um die Blattpaare 13 zu halten, so dass sie sich zusammen mit
dem Flansch 18 und der Achse 20 drehen. In dieser
Ausführungsform
werden acht Bolzen 21 verwendet, um die Blattpaare 14 an
der Nabe 18 zu befestigen. Die Klemmplatte 32 kann
eine einzige scheibenförmige
Klemmplatte sein, oder sie kann eine Vielzahl einzelner Klemmplatten
sein, wobei jeweils eine einem Bolzen 21 zugeordnet ist.
Alternativ dazu kann die Klemmplatte eine geeignete Art von Unterlegscheibe
sein, oder sie kann zur Gänze
weggelassen werden. Wenn eine Klemmplatte 32 verwendet
wird, kann die Klemmplatte 32 für eine gleichförmige Verteilung
der Klemmlast der Bolzen sorgen. Für Anwendungen, die einen präzisen Ausgleich
entweder in einer einzigen Ebene („statisch") oder in zwei Ebenen („dynamisch") erfordern, kann
zur Wiederholbarkeit ein Ausrichtungsstift (nicht dargestellt) durch
entsprechende Löcher
in den Elementen 18, 14 und 32 eingefügt werden.
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Der
Flansch 18 wird gewöhnlich
bearbeitet, um für
Winkelhaltigkeit und Konzentrizität zur Mittellinie der Achse 20 zu
sorgen und um die notwendige Ebenheit zu erzielen, die eine gute
Bolzenverbindung zu den Blattpaaren 12 gewährleistet.
Die Verwendung von acht Bolzen 21, die die Mitnehmerscheibe 18 mit
den Blattpaaren 12 verbinden, sorgt für eine Winkelverteilung der
Blätter,
um einen ordnungsgemäßen Abstand
von Spitze zu Spitze aufrechtzuerhalten, und vereinfacht die Montage
am Einsatzort.
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4 illustriert
eine andere Ausführungsform,
bei der eine Gleitsitznabe 34 verwendet wird, die einen
Hakenschlüssel 36 verwendet,
der gegen die Nabe 34 angezogen wird, um für einen
Reibsitz an der Achse 20 zu sorgen. Der Schlüssel 36 ist
ein keilförmiges
Element und hat eine winkelförmige Oberfläche, die
zu einer winkelförmigen
Oberfläche in
der Nabe 34 passt, wobei das Anziehen eines Bolzens 38,
der sich durch den Schlüssel 36 erstreckt und
in die Nabe 34 geschraubt wird, den Schlüssel 36 nach
unten und somit radial einwärts
zwingt, um für
eine feste Reibhaftung am Umfang der Achse 20 zu sorgen.
Ein unterer Ring 40 ist mit Bolzen an der Gleitsitznabe 34 befestigt,
wie dies durch die Bolzen 21 dargestellt ist, um die Blattpaare 12 zu
halten. Die Gleitsitznabenanordnung 34 erlaubt es den Rührern, an
beliebiger Stelle entlang der Länge
einer Achse montiert zu werden, und erlaubt daher eine vertikale Einstellung
des Orts der Rührer
je nach Wunsch.
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5 illustriert
eine andere Ausführungsform
der Erfindung, die eine kombinierte Schaftkopplung und Rührerverbindung
vorsieht. In dieser Ausführungsform
weist eine obere Achse 20 einen Flansch 44 auf,
und eine untere Achse 42 weist einen Flansch 46 auf.
Jeder dieser Flansche ist an das Ende seiner jeweiligen Achse geschweißt. In der
in 5 dargestellten Anordnung werden Bolzen 21 verwendet,
die sich durch entsprechende, in einer Linie befindliche Löcher 22 im
Flansch 44, Im Flansch 46, in den Blattpaaren 12 und
einer Klemmplatte 32 zum Halten erstrecken, um alle diese
Elemente miteinander zu verbinden, so dass sie sich zusammen mit
den Achsen 20 und 42 drehen. Auf diese Weise sind
die Achsen 20 und 42 miteinander verbunden, und
auch die Blattpaare 12 sind an dieser Stelle montiert.