EA038757B1 - Mixing apparatus with stator and method - Google Patents
Mixing apparatus with stator and method Download PDFInfo
- Publication number
- EA038757B1 EA038757B1 EA201691737A EA201691737A EA038757B1 EA 038757 B1 EA038757 B1 EA 038757B1 EA 201691737 A EA201691737 A EA 201691737A EA 201691737 A EA201691737 A EA 201691737A EA 038757 B1 EA038757 B1 EA 038757B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fluid
- impeller
- inlet
- reflector
- mixer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/50—Mixing liquids with solids
- B01F23/53—Mixing liquids with solids using driven stirrers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/80—Falling particle mixers, e.g. with repeated agitation along a vertical axis
- B01F25/85—Falling particle mixers, e.g. with repeated agitation along a vertical axis wherein the particles fall onto a film that flows along the inner wall of a mixer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/05—Stirrers
- B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
- B01F27/19—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis
- B01F27/192—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis with dissimilar elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
- B01F27/805—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis wherein the stirrers or the receptacles are moved in order to bring them into operative position; Means for fixing the receptacle
- B01F27/807—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis wherein the stirrers or the receptacles are moved in order to bring them into operative position; Means for fixing the receptacle with the stirrer-head pivoting about a horizontal axis to bring it in and out of operative position, e.g. with receptacles pivoting about a horizontal axis for emptying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
- B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
- B01F27/811—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump
- B01F27/8111—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump the stirrers co-operating with stationary guiding elements, e.g. surrounding stators or intermeshing stators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
- B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
- B01F27/812—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow the stirrers co-operating with surrounding stators, or with intermeshing stators, e.g. comprising slits, orifices or screens
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
- B01F2101/49—Mixing drilled material or ingredients for well-drilling, earth-drilling or deep-drilling compositions with liquids to obtain slurries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
Смесители (иногда альтернативно называемые блендерами), как правило, применяют для диспергирования порошкообразных химических веществ в текучей среде. Один из вариантов применения смесителей в скважинных операциях, например, состоит в приготовлении текучей среды гидроразрыва для закачивания в подземную формацию. Как правило, текучая среда для гидроразрыва содержит гелеобразующие вещества, порошкообразные вещества и другие гранулированные материалы, например гуаровую камедь, которые сначала диспергируют в текучую среду с помощью смесителя, а впоследствии гидратируют, например, в резервуарах, для получения текучей среды требуемой вязкости.Mixers (sometimes alternatively called blenders) are typically used to disperse powdered chemicals in a fluid. One application of the mixers in downhole operations, for example, is to prepare a fracturing fluid for injection into a subterranean formation. Typically, the fracturing fluid contains gelling agents, powders, and other granular materials such as guar gum, which are first dispersed into the fluid using a mixer and subsequently hydrated, such as in tanks, to obtain the desired fluid viscosity.
Некоторые смесители для порошкообразного вещества и гранулированного материала содержат центробежный насос и эжектор, или центробежный сдвигающий блендер, или блендер с сильным или слабым сдвигом для диспергирования порошкообразного вещества и гранулированного материала в текучей среде (например, воде). Как правило, текучую среду накачивают насосом в смесительную камеру. В эжекторных смесителях смесительная камера может быть расположена вблизи горловины сужающегося сопла таким образом, что эжектор втягивает порошкообразное вещество в смесительную камеру за счет эффекта Вентури. В блендерных смесителях блендер расположен в смесительной камере, а порошкообразные вещества и гранулы поступают в нее, например, под действием силы тяжести. В любом из этих случаев материалы, например, в виде сухого порошкообразного вещества, вводят в смесительную камеру и их диспергируют в текучей среде. Для предотвращения засасывания воздуха при диспергировании применяют различные устройства или захваченный воздух могут удалять ниже по технологической цепочке, например, с помощью гидроциклона или воздушного сепаратора другого типа. Смесь текучей среды затем может быть направлена на оборудование, расположенное ниже по технологической цепочке, для дальнейшей гидратации.Some mixers for powder and granular material include a centrifugal pump and ejector, or a centrifugal shear blender, or a high or low shear blender for dispersing the powder and granular material in a fluid (e.g., water). Typically, the fluid is pumped into the mixing chamber. In ejector mixers, the mixing chamber may be located near the throat of the converging nozzle so that the ejector draws the powdery substance into the mixing chamber through the Venturi effect. In blender mixers, the blender is located in the mixing chamber, and powdery substances and granules enter it, for example, by gravity. In either case, the materials, for example in the form of a dry powdery substance, are introduced into the mixing chamber and dispersed in the fluid. Various devices are used to prevent air from being sucked in during dispersion, or the entrained air can be removed downstream, for example, using a hydrocyclone or another type of air separator. The fluid mixture can then be directed to downstream equipment for further hydration.
Одна из проблем диспергирования порошкообразных дополнительных компонентов, например гелеобразующих веществ, заключается в том, что порошкообразные вещества могут иметь предрасположенность к слипанию в комки, иногда называемые рыбий глаз (fisheyes). Порошкообразные вещества могут иметь когезионные свойства, из-за которых формируются частично гидрированные шарики, например, в виде сухого порошкообразного вещества, окруженного коркой частично гидратированного порошкообразного вещества. Эта корка предотвращает гидратацию сухого порошкообразного вещества внутри них, что приводит к устойчивому сохранению рыбьего глаза в текучей среде вместо равномерного диспергирования порошкообразного вещества.One problem with dispersing powdered additional components, such as gelling agents, is that the powdered substances may have a tendency to clump together, sometimes called fisheyes. Powdered substances can have cohesive properties that form partially hydrogenated beads, for example, as a dry powdery substance surrounded by a crust of partially hydrated powdery substance. This crust prevents the dry powdery substance within them from being hydrated, which results in the fish eye being stably retained in the fluid instead of evenly dispersing the powdery substance.
Соответственно недостаточное смешивание может оказывать влияние на операции, расположенные ниже по технологической цепочке. Кроме того, существует дополнительный риск наслоения и/или налипания материала, например, в различных горловинах системы, если материалы недостаточно смачивают в точке введения в смеситель.Accordingly, insufficient mixing can affect downstream operations. In addition, there is an additional risk of material build-up and / or adhesion, for example, in different system throats if the materials are not sufficiently wetted at the point of entry into the mixer.
Соответственно в некоторых случаях для снижения риска образования таких комков могут применять предварительное смачивание. Устройства предварительного смачивания обычно подают текучую среду к месту подачи порошкообразного вещества, расположенному перед местом смешивания. Однако для устройств предварительного смачивания требуется отдельный насос для подачи текучей среды к порошкообразному веществу перед впуском в смесительную камеру. Таким образом, дополнительное насосное оборудование (т.е. центробежные насосы, подающие текучую среду для предварительного смачивания) могут усложнять всю систему, добавляя расходы, необходимость технического обслуживания и места вероятных отказов. Кроме того, различные части оборудования могут ограничивать диапазон достижимых для системы значений расхода, ограничивая количество вариантов применения, для которых подходит определенный размер или конфигурация смесителя.Accordingly, in some cases, pre-wetting may be used to reduce the risk of such lumps forming. Pre-wetters typically supply fluid to a powder feed point upstream of the mixing point. However, pre-wetting devices require a separate pump to supply fluid to the powder before entering the mixing chamber. Thus, additional pumping equipment (ie, centrifugal pumps delivering fluid for pre-wetting) can add complexity to the overall system, adding costs, maintenance, and potential failures. In addition, various pieces of equipment can limit the range of flow rates achievable by the system, limiting the number of applications for which a particular mixer size or configuration is suitable.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Варианты осуществления настоящего изобретения могут включать смеситель, который содержит рабочее колесо, отражатель и промывочный канал. Рабочее колесо и отражатель могут быть расположены в соответствии с конфигурацией задняя сторона к задней стороне и являться составными частями узла рабочее колесо/отражатель, и их могут поворачивать с помощью вала, к которому они присоединены. Рабочее колесо втягивает текучую среду в смесительную камеру через впускной канал для текучей среды, нагнетает текучую среду и выталкивает ее вниз и наружу. Затем текучую среду направляют к отражателю. Отражатель может через впускной канал для дополнительного компонента принимать дополнительные компоненты, которые будут смешивать с текучей средой, и может проталкивать дополнительные компоненты в радиальном направлении наружу для их смешивания с текучей средой.Embodiments of the present invention may include a mixer that includes an impeller, a deflector, and a flush channel. The impeller and deflector can be arranged in a back-to-back configuration and are part of the impeller / deflector assembly and can be rotated by the shaft to which they are attached. The impeller draws fluid into the mixing chamber through the fluid inlet, injects the fluid and pushes it down and out. The fluid is then directed towards the reflector. The deflector can, through the additional component inlet, receive additional components to be mixed with the fluid, and can push the additional components radially outward to mix with the fluid.
Промывочный канал может включать отверстие в смесительной камере в области относительно высокого давления смесительной камеры, например вблизи рабочего колеса. Область относительно высокого давления также может представлять собой область относительно чистой текучей среды (например, с низкой концентрацией дополнительных компонентов), которую могут отводить по промывочному каналу. Промывочный канал может проходить в конструкцию, направляющую дополнительный компонент (например, в виде конуса или бункера другого типа), через которую дополнительные компоненты поступают во впускной канал для дополнительных компонентов. За счет давления текучей среды в смесительной камере, которое создает рабочее колесо, промывочный канал может направлять относительно чис- 1 038757 тую текучую среду из смесительной камеры в конструкцию, направляющую дополнительный компонент, таким образом, чтобы предварительно смачивать дополнительный компонент, тем самым снижая вероятность слипания.The flush channel may include an opening in the mixing chamber in the relatively high pressure region of the mixing chamber, such as near the impeller. The region of relatively high pressure can also be an area of relatively clean fluid (eg, with a low concentration of additional components) that can be vented through the flush channel. The flush passage may extend into an additional component guiding structure (eg, a cone or other type of hopper) through which the additional components enter the additional component inlet. Due to the fluid pressure in the mixing chamber created by the impeller, the flush channel can direct relatively clean fluid from the mixing chamber to the additional component guiding structure so as to pre-wet the additional component, thereby reducing the likelihood of sticking ...
Хотя в вышеприведенном кратком изложении приведен один или большее количество аспектов настоящего изобретения, эти и другие аспекты будут рассмотрены более подробно со ссылкой на следующие чертежи и подробное описание. Соответственно данное краткое изложение не предполагает ограничения настоящего изобретения.While the above summary has described one or more aspects of the present invention, these and other aspects will be discussed in more detail with reference to the following drawings and detailed description. Accordingly, this summary is not intended to limit the present invention.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Прилагаемые чертежи, которые включены в данное описание и являются составной частью данного описания, иллюстрируют один из вариантов осуществления идей настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов идей настоящего изобретения. На этих фигурах:The accompanying drawings, which are included in this description and are an integral part of this description, illustrate one of the embodiments of the ideas of the present invention and together with the description serve to explain the principles of the ideas of the present invention. In these figures:
на фиг. 1 показано схематическое изображение системы для смешивания, соответствующей одному из вариантов осуществления;in fig. 1 is a schematic diagram of a mixing system according to one embodiment;
на фиг. 2 представлен развернутый вид в перспективе смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 2 is an exploded perspective view of a mixer in accordance with one embodiment;
на фиг. 3 показан увеличенный вид части статора смесителя, показанного на фиг. 2, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 3 is an enlarged view of a portion of the stator of the mixer of FIG. 2 corresponding to one of the embodiments;
на фиг. 4 представлено перспективное изображение секции смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 4 is a perspective view of a mixer section according to one embodiment;
на фиг. 5 представлен вид сбоку в поперечном сечении смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 5 is a cross-sectional side view of a mixer in accordance with one embodiment;
на фиг. 6 представлен схематический вид сбоку смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 6 is a schematic side view of a mixer in accordance with one embodiment;
на фиг. 7 показан график зависимости давления и чистоты текучей среды от радиуса в соответствии с одним из вариантов осуществления;in fig. 7 is a graph showing pressure and fluid purity versus radius in accordance with one embodiment;
на фиг. 8 представлено перспективное изображение узла рабочего колеса/отражателя смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 8 is a perspective view of a mixer impeller / reflector assembly in accordance with one embodiment;
на фиг. 9 представлено другое перспективное изображение узла рабочего колеса/отражателя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 9 is another perspective view of an impeller / reflector assembly in accordance with one embodiment;
на фиг. 10 представлено перспективное изображение отражателя смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 10 is a perspective view of a reflector of a mixer in accordance with one embodiment;
на фиг. 11 представлено перспективное изображение статора смесителя, соответствующего одному из вариантов осуществления;in fig. 11 is a perspective view of a mixer stator according to one embodiment;
на фиг. 12 показан вид сбоку в поперечном сечении смесителя, соответствующего другому варианту осуществления;in fig. 12 is a cross-sectional side view of a mixer according to another embodiment;
на фиг. 13 показана блок-схема способа диспергирования дополнительного компонента в текучей среде в соответствии с вариантом осуществления.in fig. 13 is a flow diagram of a method for dispersing an additional component in a fluid in accordance with an embodiment.
Следует отметить, что некоторые детали на фигурах были упрощены и нанесены для облегчения понимания вариантов осуществления, а не для точной передачи конструкции, деталей конструкции и масштаба.It should be noted that some of the details in the figures have been simplified and drawn to facilitate understanding of the embodiments and not to accurately convey design, details of construction, and scale.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Далее приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. На чертежах и в приведенном ниже описании одинаковые ссылочные позиции применены для обозначения одинаковых элементов, где это целесообразно. Следует принять во внимание, что последующим описанием не исчерпываются все возможные примеры, а оно является исключительно иллюстративным.The following is a detailed description of embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the drawings and the following description, like reference numbers have been used to indicate like elements where appropriate. It should be appreciated that the following description does not exhaust all possible examples, but is purely illustrative.
На фиг. 1 показано схематическое изображение системы 100 для смешивания, соответствующей одному из вариантов осуществления. Как правило, система 100 для смешивания может содержать источник 102 технологической текучей среды, смеситель 104 и оборудование 106, расположенное ниже по технологической цепочке, среди других потенциально возможных компонентов. Источник 102 технологической текучей среды может представлять собой (или может содержать его) резервуар с водой, раствором на водной основе с подходящим значением кислотности (рН) и/или раствором любого другого типа или любым, по существу, жидким веществом. Кроме того, источник 102 может содержать один или большее количество насосов для подачи текучей среды в смеситель 104 или может быть соединен с ними; однако в других вариантах осуществления, в которых, например, накачивание осуществляет смеситель 104, такие насосы могут быть исключены. Оборудование 106, расположенное ниже по технологической цепочке, может включать любое количество резервуаров для гидратирования, сепараторов, других смесителей/систем для смешивания, насосов и т.д. для преобразования суспензии, выходящей из смесителя 104, в текучую среду с требуемой вязкостью и/или составом.FIG. 1 shows a schematic diagram of a mixing system 100 in accordance with one embodiment. Typically, the mixing system 100 may include a process fluid source 102, a mixer 104, and downstream equipment 106, among other potential components. Process fluid source 102 may be (or may contain) a reservoir of water, an aqueous solution with a suitable acidity (pH) and / or any other type of solution, or any substantially liquid substance. In addition, the source 102 may include one or more pumps for supplying fluid to the mixer 104, or may be connected to them; however, in other embodiments, in which, for example, the mixer 104 is pumping, such pumps may be omitted. Downstream equipment 106 may include any number of hydration tanks, separators, other mixers / mixing systems, pumps, etc. to convert the slurry exiting the mixer 104 into a fluid of the desired viscosity and / or composition.
Как схематически изображено на фигуре, смеситель 104 может содержать корпус 107, а также впускной канал 108 для текучей среды и впускной канал 110 для дополнительного компонента, проходящие через корпус 107. Впускной канал 108 для текучей среды может быть соединен с источником 102 теку- 2 038757 чей среды и может быть выполнен с возможностью приема из него текучей среды (т.е. технологической текучей среды). Впускной канал 110 для дополнительного компонента может, как правило, включать конструкцию 111 для приема дополнительного компонента, которая может представлять собой/содержать конус, камеру, чашу, бункер или т.п., с внутренней поверхностью 115, выполненной с возможностью приема дополнительного компонента 113, который может представлять собой сухое порошкообразное вещество, и его направления в корпус 107, например, под действием силы тяжести.As schematically depicted in the figure, the mixer 104 may include a housing 107 as well as a fluid inlet 108 and an additional component inlet 110 extending through the housing 107. The fluid inlet 108 may be connected to a fluid source 102. whose medium and can be configured to receive a fluid (i.e., process fluid) therefrom. The accessory inlet 110 may typically include an accessory receiving structure 111, which can / may include a cone, chamber, bowl, hopper, or the like, with an interior surface 115 configured to receive an accessory 113 , which can be a dry powdery substance, and guiding it into the housing 107, for example, by gravity.
Следует учитывать, что любой сухой, частично сухой, кристаллизованный, суспендированный, жидкий или гранулированный и/или пакетированный дополнительный компонент может быть диспергирован в текучей среде или иным образом смешан с нею с помощью смесителя 104 через впускной канал 110 для дополнительного компонента, схематически изображенный на фигуре. Кроме того, как будет описано более подробно ниже, дополнительные компоненты, принимаемые через впускной канал 110 для дополнительного компонента, могут предварительно смачивать в частичной суспензии, например, чтобы избежать образования рыбьих глаз (комков) и/или любого наслоения материала. В частности, в различных вариантах осуществления смеситель 104 может быть выполнен с возможностью применения при смешивании песка, гуара, других порошкообразных веществ и т.д. с текучей средой. Кроме того, в некоторых случаях смеситель 104 может быть выполнен с возможностью применения в качестве измельчителя, который может разрывать волокна, пакеты, содержащие порошкообразные вещества, гранулы и т.д., для диспергирования их содержимого в текучей среде. По меньшей мере в одном случае смеситель 104 может быть выполнен с возможностью применения для приготовления геля, применяемого в операциях гидравлического разрыва пласта, например, в стволе скважины; однако в соответствии с настоящим изобретением количество различных применений смесителя 104 не ограничено.It will be appreciated that any dry, partially dry, crystallized, suspended, liquid or granular and / or pouched accessory can be dispersed in or otherwise mixed with the fluid by means of mixer 104 through the accessory inlet 110, schematically depicted in figure. In addition, as will be described in more detail below, additional components received through the additional component inlet 110 may be pre-wetted in a partial slurry, for example, to avoid the formation of fish eyes (clumps) and / or any build-up of material. In particular, in various embodiments, the mixer 104 may be configured to be used when mixing sand, guar, other powdered substances, etc. with a fluid medium. In addition, in some cases, the mixer 104 can be configured to be used as a chopper that can break fibers, bags containing powders, granules, etc., to disperse their contents in a fluid. In at least one instance, mixer 104 may be configured to be used to prepare a gel for use in fracturing operations, such as in a wellbore; however, in accordance with the present invention, the number of different applications of the mixer 104 is not limited.
Смеситель 104 может также содержать узел 112 рабочего колеса/отражателя, который могут приводить в движение с помощью вала 114. Корпус 107 может образовывать смесительную камеру 118, которая сообщается с впускными каналами 108, 110. Узел 112 рабочего колеса/отражателя может быть расположен в смесительной камере 118. Поворачивание узла 112 рабочего колеса/отражателя позволяет перекачивать текучую среду из источника 102 через смесительную камеру 118 и в выпускной канал 121.The mixer 104 may also include an impeller / deflector assembly 112 that can be driven by a shaft 114. The housing 107 may form a mixing chamber 118 that communicates with the inlets 108, 110. The impeller / deflector assembly 112 may be located in the mixing chamber 118. Rotating impeller / deflector assembly 112 allows fluid to be pumped from source 102 through mixing chamber 118 and into outlet 121.
Как показано на фигуре, вал 114 может проходить вверх через впускной канал 110 и за пределы конструкции 111 для приема дополнительного компонента; однако это лишь один из многих возможных примеров. В другом примере узел 112 рабочего колеса/отражателя может проходить вниз через нижнюю часть корпуса 116, может иметь магнитный привод, привод, расположенный внутри смесительной камеры 118, или может быть иным образом расположен в корпусе 107. Вал 114 может быть соединен с узлом 112 рабочего колеса/отражателя таким образом, что при повороте вала 114 поворачивается узел 112 рабочего колеса/отражателя. В ряде случаев вал 114 может быть непосредственно соединен с узлом 112 рабочего колеса/отражателя, например, с помощью болта; однако в других случаях для соединения вала 114 с узлом 112 рабочего колеса/отражателя могут применять зубчатые колеса, передаточные механизмы, другие устройства для изменения частоты вращения или соединительные устройства.As shown in the figure, shaft 114 may extend upwardly through inlet 110 and out of structure 111 to receive an additional component; however, this is just one of many possible examples. In another example, the impeller / deflector assembly 112 may extend downwardly through the bottom of housing 116, may have a magnetic actuator located within the mixing chamber 118, or may otherwise be located in the housing 107. Shaft 114 may be coupled to the actuator assembly 112. wheel / deflector so that when the shaft 114 rotates, the impeller / deflector assembly 112 rotates. In some cases, the shaft 114 can be directly connected to the impeller / deflector assembly 112, for example, using a bolt; however, in other cases, gears, transmissions, other speed varying devices, or couplings may be used to connect the shaft 114 to the impeller / deflector assembly 112.
Смеситель 104 также может содержать статор 120, который может быть выполнен в форме кольца, дугообразного элемента и т.д., который может быть расположен вокруг узла 112 рабочего колеса/отражателя, как будет более подробно описано ниже. Кроме того, смеситель 104 может содержать выпускной канал 121 и промывочный канал 122. Через выпускной канал 121 может выходить суспензия, образованная из комбинации дополнительного компонента, принимаемого через впускной канал 110 для дополнительного компонента, и текучей среды, принимаемой через впускной канал 108 для текучей среды. Выпускной канал 121 может направлять суспензию в один или большее количество трубопроводов 124, которые могут переносить текучую среду к оборудованию 106, расположенному ниже по технологической цепочке.The mixer 104 may also include a stator 120, which may be in the form of a ring, arcuate, etc., which may be positioned around the impeller / deflector assembly 112, as will be described in more detail below. In addition, the mixer 104 may include an outlet 121 and a flush channel 122. A slurry formed from a combination of a complementary component received through an additional component inlet 110 and a fluid received through a fluid inlet 108 may exit through the outlet 121. ... Outlet 121 may direct slurry into one or more conduits 124 that may carry fluid to downstream equipment 106.
Один конец промывочного канала 122 может быть соединен с областью смесительной камеры 118, которая расположена вблизи узла 112 рабочего колеса/отражателя, а другой конец - с конструкцией 111 для приема дополнительного компонента. Соответственно промывочный канал 122 может отводить технологическую текучую среду из смесительной камеры 118 в области относительно высокого давления и подавать ее на внутреннюю стенку конструкции 111 для приема дополнительного компонента, где давление может быть пониженным (например, равным давлению окружающей среды). Помимо того, что текучая среда отводится через промывочный канал 122 под относительно высоким давлением, она может быть относительно чистой (то есть с относительно низким содержанием дополнительного компонента, как это будет описано ниже) с тем, чтобы предварительно смачивать текучей средой конструкцию 111 для приема дополнительного компонента и не допускать комкования дополнительных компонентов. В некоторых случаях промывочный канал 122 может обеспечивать предварительное смачивание текучей средой, не требуя применения дополнительных устройств для накачивания (кроме механизма накачивания, который обеспечивает узел 112 рабочего колеса/отражателя) или дополнительных источников текучей среды или трубопроводов от источника 102. В других примерах в дополнение к отводу текучей среды из смесительной камеры 118 или вместо него могут быть предусмотрены подкачивающие насосы и т.д.One end of the flush passage 122 may be connected to an area of the mixing chamber 118 that is located adjacent to the impeller / deflector assembly 112, and the other end to a structure 111 for receiving an additional component. Accordingly, the flush channel 122 can draw process fluid from the mixing chamber 118 in a relatively high pressure region and supply it to the inner wall of the structure 111 to receive an additional component where the pressure can be reduced (eg, equal to the ambient pressure). In addition to being vented through the flush port 122 at a relatively high pressure, fluid may be relatively clean (i.e., relatively low in additive content, as described below) in order to pre-fluidize the structure 111 to receive additional component and avoid clumping of additional components. In some cases, flush port 122 may provide fluid pre-wetting without requiring additional inflating devices (other than the inflating mechanism that provides impeller / deflector assembly 112) or additional fluid sources or piping from source 102. In other examples, in addition booster pumps, etc. may be provided to drain fluid from mixing chamber 118 or instead.
На фиг. 2 представлен развернутый вид в перспективе смесителя 104, соответствующего одному изFIG. 2 is an exploded perspective view of a mixer 104 corresponding to one of
- 3 038757 вариантов осуществления. Как было отмечено выше, смеситель 104 может содержать корпус 107, который изображен на фиг. 2 как образованный из двух частей: первой или верхней части 126 корпуса и второй или нижней части 128 корпуса. Верхняя и нижняя части 126, 128 корпуса могут быть соединены друг с другом, например, с помощью болтов, скоб, других крепежных элементов, клеевых соединений, сварных соединений и т.д., с образованием между ними смесительной камеры 118 (фиг. 1) . В одном конкретном примере нижняя часть 128 корпуса может представлять собой область 130 смешивания, а верхняя часть 126 корпуса может представлять собой область 132 смешивания (показана пунктиром), которые обычно могут быть выровнены. Области 130, 132 смешивания вместе могут образовывать смесительную камеру 118 (фиг. 1), в которой могут быть расположены узел 112 рабочего колеса/отражателя и статор 120. Нижняя часть 128 корпуса также может содержать внутреннюю поверхность 139, например, образующую нижнюю часть области 130 смешивания. Следует иметь в виду, что предполагается возможность применения различных конфигураций корпуса 107, в том числе цельных и сегментированных вариантов осуществления, вариантов осуществления с дверцами и т.д.- 3,038757 embodiments. As noted above, mixer 104 may include a housing 107, which is depicted in FIG. 2 as formed from two parts: a first or upper body portion 126 and a second or lower body portion 128. The upper and lower body parts 126, 128 can be connected to each other, for example, using bolts, brackets, other fasteners, adhesive joints, welded joints, etc., to form a mixing chamber 118 between them (Fig. 1) ... In one particular example, the lower body portion 128 may be a blending region 130 and the upper body 126 may be a blending region 132 (shown in dashed lines), which may typically be aligned. Mixing regions 130, 132 may together form a mixing chamber 118 (FIG. 1) in which impeller / deflector assembly 112 and stator 120 may be located. The lower housing portion 128 may also include an interior surface 139, for example defining the lower portion of region 130 mixing. It will be appreciated that it is contemplated that various configurations of housing 107 can be applied, including one-piece and segmented embodiments, door embodiments, and so on.
Верхняя часть 126 корпуса может быть соединена с конструкцией 111 для приема дополнительного компонента и может содержать впускной канал 110 для дополнительного компонента. Нижняя часть 128 корпуса может содержать впускной канал 108 для текучей среды, который может проходить через отверстие 133, которое обычно расположено по центру нижней части 128 корпуса. В одном из вариантов осуществления отверстие 133 может быть образовано во внутренней поверхности 139. Кроме того, выпускной канал 121 может проходить из области 130 смешивания, например, может включать, по существу, направленный по касательной к ней трубопровод 135, проходящий от отверстия 137, которое сообщается с областью 130 смешивания.The upper body portion 126 may be coupled to the structure 111 for receiving an additional component and may include an inlet 110 for the additional component. The lower body portion 128 may include a fluid inlet 108 that can pass through an opening 133, which is typically located in the center of the lower body portion 128. In one embodiment, an opening 133 may be formed in the inner surface 139. In addition, the outlet 121 may extend from the mixing region 130, for example, may include a substantially tangential conduit 135 extending from the opening 137 which communicates with a mixing area 130.
Узел 112 рабочего колеса/отражателя, расположенный в смесительной камере 118, может содержать отражатель 134 и рабочее колесо 136. Отражатель 134 и рабочее колесо 136 могут иметь впускные торцы 134-1, 136-1 соответственно и задние поверхности 134-2, 136-2 соответственно. Каждый из впускных торцов 134-1, 136-1 может открыт (как показано на фигуре) или, по меньшей мере, частично закрыт бандажом, который образует впускной канал в радиальной внутренней части отражателя 134 и/или рабочего колеса 136. Кроме того, впускные торцы 134-1, 136-1 могут быть ориентированы в противоположных направлениях, например, для приема текучей среды и/или сухих компонентов. Задние поверхности 134-2, 136-2 могут расположены рядом друг с другом и, например, соединяться друг с другом таким образом, чтобы, например, рабочее колесо 136 и отражатель 134 располагались в конфигурации задняя сторона к задней стороне.The impeller / deflector assembly 112 located in the mixing chamber 118 may include a deflector 134 and an impeller 136. The deflector 134 and impeller 136 may have inlet ends 134-1, 136-1, respectively, and rear surfaces 134-2, 136-2 respectively. Each of the inlet ends 134-1, 136-1 may be open (as shown in the figure) or at least partially covered by a shroud that defines an inlet in the radial interior of the reflector 134 and / or impeller 136. In addition, the inlet the ends 134-1, 136-1 may be oriented in opposite directions, for example, to receive fluid and / or dry components. The rear surfaces 134-2, 136-2 may be located adjacent to each other and, for example, connected to each other such that, for example, the impeller 136 and the deflector 134 are located in a rear-to-rear configuration.
В одном из вариантов осуществления впускной торец 134-1 отражателя 134 может быть обращен к впускному каналу 110 для дополнительного компонента (например, конструкции 111 для приема дополнительного компонента), а впускной торец 136-1 рабочего колеса 136 может быть обращен к впускному каналу 108 для текучей среды (например, отверстию 133), как показано на фигуре. Например, впускной торец 136-1 рабочего колеса 136 может быть обращен к внутренней поверхности 139 с отверстием 133, образованным на внутренней поверхности 139, которое выровнено с радиальным центром рабочего колеса 136.In one embodiment, the inlet end 134-1 of the reflector 134 may face the inlet 110 for an additional component (e.g., a structure 111 for receiving the additional component), and the inlet end 136-1 of the impeller 136 may face the inlet 108 for fluid (eg, port 133) as shown in the figure. For example, the inlet end 136-1 of the impeller 136 may face an inner surface 139 with an opening 133 formed on the inner surface 139 that is aligned with the radial center of the impeller 136.
Соответственно, как показано на фигуре, отражатель 134 может быть обращен вверх, что определяется направлением, в котором ориентированы впускные торцы 134-1, 136-1, но в других вариантах осуществления он может быть обращен вниз или в боковом направлении. Аналогично, рабочее колесо 136 может быть обращено вниз, как показано на фигуре, но в других вариантах осуществления оно может быть обращено вверх или в боковом направлении. Кроме того, как отражатель 134, так и рабочее колесо 136 может иметь радиус, причем радиус отражателя 134 больше, чем радиус рабочего колеса 136. Радиусы отражателя 134 и рабочего колеса 136 могут зависеть от друг от друга с тем, чтобы можно было управлять положением границы текучая среда-воздух, как будет описано более подробно ниже.Accordingly, as shown in the figure, the reflector 134 may face upward as determined by the direction in which the inlet ends 134-1, 136-1 are oriented, but in other embodiments it may face downward or laterally. Likewise, the impeller 136 may be facing downward as shown in the figure, but in other embodiments it may be facing upward or laterally. In addition, both the deflector 134 and the impeller 136 may have a radius, the radius of the deflector 134 being greater than the radius of the impeller 136. The radii of the deflector 134 and the impeller 136 may be dependent on each other so that the boundary position can be controlled. fluid-air, as will be described in more detail below.
Отражатель 134 также может иметь блюдцеобразную форму, показанную на фигуре, т.е., как правило, сформирован пологим (или плоским) посередине с дугообразными боковыми сторонами и впускным торцом 134-1. В одном из вариантов осуществления боковые стороны могут быть выполнены, например, в виде тора или части тора, которая проходит вокруг средней части отражателя 134. В другом варианте осуществления отражатель 134 может быть чашеобразным (например, как правило, в виде части сферы). Кроме того, на впускном торце 134-1 отражатель 134 может содержать лопасти 138 отражателя. Количество лопастей 138 могут выбирать из диапазона от приблизительно двух лопастей до приблизительно 20 лопастей, например, оно может составлять приблизительно девять лопастей. В некоторых случаях лопасти 138 могут быть изогнуты по окружности, проходя в радиальном направлении наружу от вала 114, но в других случаях лопасти 138 могут быть прямыми, как показанные на фигуре. Отражатель 134 может быть выполнен с возможностью при его поворачивании проталкивать текучую среду и/или сухие дополнительные компоненты, принятые из впускного канала 110, в радиальном направлении наружу в результате взаимодействия с лопастями 138 и вверх (как показано на фигуре), например, из-за формы отражателя 134.The reflector 134 may also have the saucer-like shape shown in the figure, i.e., it is generally formed shallow (or flat) in the middle with arcuate sides and an inlet end 134-1. In one embodiment, the sides may be formed, for example, in the form of a torus or a portion of a torus that extends around the middle portion of the reflector 134. In another embodiment, the reflector 134 may be cup-shaped (eg, typically a portion of a sphere). In addition, the deflector 134 may include deflector blades 138 at the inlet end 134-1. The number of blades 138 can be selected from the range of about two blades to about 20 blades, for example, it can be about nine blades. In some cases, the vanes 138 may be curved around the circumference, extending radially outward from the shaft 114, but in other cases, the vanes 138 may be straight, as shown in the figure. The deflector 134 may be configured, when rotated, to push the fluid and / or dry additional components received from the inlet 110 radially outward as a result of interaction with the blades 138 and upward (as shown in the figure), for example, due to reflector shape 134.
Хотя это и не видно на фиг. 2, рабочее колесо 136 также может содержать множество лопастей на впускном торце 136-1, который обычно может быть выровнен с отверстием 133. Когда вал 114 поворачи- 4 038757 вают, лопасти рабочего колеса могут втягивать текучую среду через отверстие 133 впускного канала 108 для текучей среды, а затем проталкивать ее вниз и в радиальном направлении наружу. Таким образом, между нижней частью корпуса 128 и рабочим колесом 136 может возникать область относительного высокого давления, которое может обуславливать перемещение текучей среды по окружности смесительной камеры 118 и в направлении отражателя 134.Although not visible in FIG. 2, the impeller 136 may also include a plurality of vanes at the inlet end 136-1, which may typically be aligned with bore 133. When the shaft 114 is pivoted, the impeller vanes may draw fluid through the aperture 133 of the fluid inlet 108. medium, and then push it downward and radially outward. Thus, a region of relative high pressure can develop between the bottom of the housing 128 and the impeller 136, which can cause the fluid to move around the circumference of the mixing chamber 118 and towards the deflector 134.
Промывочный канал 122 может содержать отверстие 140, образованное в нижней части 128 корпуса, рядом с этой областью высокого давления. Например, отверстие 140 может быть образовано на внутренней поверхности 139 в месте между наружным радиальным контуром рабочего колеса 136 и отверстием 133 впускного канала 110. В других вариантах осуществления отверстие 140 может быть расположено на внутренней поверхности 139 и в радиальном направлении наружу от рабочего колеса 136 и/или в другом месте смесительной камеры 118. Промывочный канал 122 также может содержать трубопровод 142, который может представлять собой одно или большее количество из труб, трубок, шлангов, ограничителей потока, обратных клапанов и т.д. или содержать их. Трубопровод 142 может быть соединен с впускным каналом 144 конуса, который расположен, например, по существу, по касательной к конструкции 111 для приема дополнительного компонента таким образом, что текучую среду перекачивают из отверстия 140 по трубопроводу 142 через впускной канал 144 конуса и в конструкцию 111 для приема дополнительного компонента. Затем текучая среда может двигаться в основном по спиралеобразной траектории вдоль внутренней части конструкции 111 для приема дополнительного компонента до тех пор, пока не попадет через впускной канал 110 для дополнительного компонента на отражатель 134. Таким образом, текучая среда, поступившая через впускной канал 144 конуса, обычно может образовывать стенку текучей среды вдоль внутренней поверхности 115 конструкции 111 для приема дополнительного компонента.The flush passage 122 may include an opening 140 formed in the lower body portion 128 adjacent to this high pressure region. For example, an opening 140 may be formed on the inner surface 139 at a location between the outer radial contour of the impeller 136 and the opening 133 of the inlet 110. In other embodiments, the opening 140 may be located on the inner surface 139 and radially outward from the impeller 136 and / or elsewhere in mixing chamber 118. Flush passage 122 may also include conduit 142, which may be one or more of pipes, tubes, hoses, flow restrictors, check valves, and so on. or contain them. Conduit 142 may be connected to cone inlet 144, which is positioned, for example, substantially tangential to complementary component structure 111, such that fluid is pumped from port 140 through conduit 142 through cone inlet 144 and into structure 111 to receive an additional component. The fluid can then move in a generally helical path along the interior of the structure 111 to receive the additional component until it enters the deflector 134 through the additional component inlet 110. Thus, the fluid entering through the cone inlet 144, typically can form a fluid wall along the interior surface 115 of structure 111 to receive an additional component.
По меньшей мере в одном конкретном варианте осуществления между рабочим колесом 136 и нижней частью 128 корпуса может возникать перепад давления, причем давление в текучей среде нарастает по мере продвижения в радиальном направлении наружу от отверстия 133. Кроме того, в этой области может возникать еще один перепад, связанный с концентрацией дополнительных компонентов в текучей среде, причем концентрация дополнительных компонентов увеличивается по мере продвижения наружу в радиальном направлении. В некоторых случаях для подачи потока относительно чистой текучей среды через промывочный канал 122, создаваемого узлом 112 рабочего колеса/отражателя, могут потребоваться сильный напор и низкая концентрация. Соответственно отверстие 140 промывочного канала 122 может быть расположено в такой точке вдоль этой области, чтобы можно было достичь оптимального соотношения между напором текучей среды и концентрацией дополнительных компонентов в текучей среде, поступающей в промывочный канал 122. Дополнительные подробности, касающиеся этого оптимального соотношения, приведены ниже.In at least one particular embodiment, a pressure drop may occur between the impeller 136 and the lower housing portion 128, with the pressure in the fluid increasing as it moves radially outward from the orifice 133. In addition, another differential may occur in this area. associated with the concentration of additional components in the fluid, and the concentration of additional components increases as it moves outward in the radial direction. In some cases, a high head and low concentration may be required to deliver a relatively clean fluid flow through the flush port 122 created by the impeller / deflector assembly 112. Accordingly, the opening 140 of the flush channel 122 may be positioned at a point along this region such that an optimal ratio between the fluid head and the concentration of additional components in the fluid entering the flush channel 122 can be achieved. Further details regarding this optimum ratio are provided below. ...
Статор 120 может представлять собой сдвиговое кольцо, которое может быть установлено в смесительной камере 118 по окружности радиальной наружной стороны узла 112 рабочего колеса/отражателя (фиг. 1). В одном из примеров статор 120 может быть соединен с верхней частью 126 корпуса, например, с помощью болтов, других крепежных элементов, клеевых соединений, сварного соединения и т.д.The stator 120 may be a shear ring that may be positioned within the mixing chamber 118 around the circumference of the radial outer side of the impeller / deflector assembly 112 (FIG. 1). In one example, the stator 120 may be connected to the upper housing portion 126, for example, using bolts, other fasteners, adhesives, welds, and so on.
На фиг. 3 показан увеличенный вид в разрезе статора 120 по фиг. 2 в соответствии с одним из вариантов осуществления. Как показано на фиг. 2 и 3, статор 120 может содержать первую и вторую кольцевые части 146, 148, которые могут установлены одна на другую с образованием статора 120. Статор 120 могут удерживать в основном неподвижно относительно способного поворачиваться узла 112 рабочего колеса/отражателя, например, за счет прикрепления к верхней части 126 корпуса. В другом варианте осуществления статор 120 может опираться на узел 112 рабочего колеса/отражателя и может поворачиваться вместе с ним. В любом из примеров статор 120 может перемещаться по впускному торцу 134-1 отражателя 134 или может быть отделен от него.FIG. 3 is an enlarged sectional view of stator 120 of FIG. 2 in accordance with one embodiment. As shown in FIG. 2 and 3, stator 120 may include first and second annular portions 146, 148 that may be stacked to form stator 120. Stator 120 may be held substantially stationary relative to rotatable impeller / reflector assembly 112, for example, by attaching to the top of the body 126. In another embodiment, the stator 120 may be supported by and rotated with the impeller / deflector assembly 112. In any of the examples, the stator 120 may move along the inlet end 134-1 of the reflector 134 or may be separated from it.
Первая кольцевая часть 146 может быть выполнена с возможностью минимизации блокирования потока. Как показано на фигуре, в некоторых случаях первая кольцевая часть 146 может содержать бандаж 150 и поперечины 152, которые образуют относительно широкие щели 154, позволяющие потоку текучей среды относительно свободно проходить через нее. В других вариантах осуществления первая кольцевая часть 146 может не содержать бандаж 150, как будет описано более подробно ниже.The first annular portion 146 may be configured to minimize flow blockage. As shown in the figure, in some cases, the first annular portion 146 may include a band 150 and cross members 152 that define relatively wide slots 154 to allow fluid flow to flow relatively freely therethrough. In other embodiments, the first annular portion 146 may not include a band 150, as will be described in more detail below.
В то время как первая кольцевая часть 146 может минимизировать блокирование потока, вторая кольцевая часть 148 может быть выполнена с возможностью максимального сдвига потока для обеспечения возможности турбулентного перемешивания и, таким образом, может содержать ряд лопаток 156 статора, которые расположены близко друг к другу по окружности статора 120. Между лопатками 156 статора могут находиться узкие протоки 158; причем сумма площадей проток 158 может быть меньше, чем сумма площадей лопаток 156 статора. В различных вариантах осуществления отношение площади поперечного сечения лопатки 156 статора (т.е. области, которая препятствует прохождению потока) к площади протоков 158 может составлять от приблизительно 1:2 до приблизительно 4:1, например приблизительно 1,5:1. Кроме того, площадь каждой из лопаток 156 статора может быть большей, чем площадь каждой из протоков 158. Кроме того, лопатки 156 статора могут быть расположены под любым углом наклона по отношению к окружности статора 120. Например, лопатки 156 статора могут быть ори- 5 038757 ентированы прямо в радиальном направлении в сторону, противоположную вращению (например, для увеличения сдвига), или в направлении вращения. В примере, показанном на фиг. 2 (а также на фиг. 3 иWhile the first annular portion 146 can minimize blockage of flow, the second annular portion 148 can be configured to maximize flow shear to allow for turbulent mixing and thus can comprise a series of stator blades 156 that are close to each other around the circumference. stator 120. Between the stator blades 156 there may be narrow ducts 158; wherein the sum of the areas of the duct 158 may be less than the sum of the areas of the stator blades 156. In various embodiments, the ratio of the cross-sectional area of the stator vane 156 (i.e., the area that obstructs flow) to the area of the ducts 158 can be from about 1: 2 to about 4: 1, such as about 1.5: 1. In addition, the area of each of the stator vanes 156 may be greater than the area of each of the ducts 158. In addition, the stator vanes 156 may be located at any angle of inclination with respect to the circumference of the stator 120. For example, the stator vanes 156 may be roughly 5 038757 are oriented straight in the radial direction in the opposite direction of rotation (for example, to increase shear), or in the direction of rotation. In the example shown in FIG. 2 (as well as in Fig. 3 and
4, описанных ниже), лопатки 156 статора могут иметь бандаж 157, который разделяет секции 146, 148. В других вариантах осуществления, которые будут описаны более подробно ниже, статор 120 может не содержать один из бандажей 150, 157 или может не содержать ни один из бандажей.4, described below), the stator blades 156 may have a shroud 157 that separates the sections 146, 148. In other embodiments, which will be described in more detail below, the stator 120 may not include one of the shrouds 150, 157, or may not contain any from bandages.
На фиг. 4 представлено перспективное изображение секции смесителя 104, соответствующего одному из вариантов осуществления. На фиг. 5 представлен вид сбоку в поперечном разрезе смесителя 104 со схематически изображенным промывочным каналом 122, соответствующего одному из вариантов осуществления. Согласно фиг. 4 и 5 вал 114 проходит через впускной канал 110 для дополнительного компонента и соединен с узлом 112 рабочего колеса/отражателя. Рабочее колесо 136 ориентировано к отверстию 133 таким образом, что лопасти 160 рабочего колеса 136 втягивают текучую среду через отверстие 133 впускного канала 108.FIG. 4 is a perspective view of a section of a mixer 104 according to one embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional side view of a mixer 104 with a schematic flush passage 122, in accordance with one embodiment. As shown in FIG. 4 and 5, shaft 114 extends through the accessory inlet 110 and is coupled to the impeller / deflector assembly 112. The impeller 136 is oriented towards the opening 133 such that the vanes 160 of the impeller 136 draw in fluid through the opening 133 of the inlet 108.
Со ссылкой на фиг. 4 и 5 на фиг. 6 схематически показан упрощенный вид поперечного сечения смесителя 104, соответствующего одному из вариантов осуществления. Как показано на фигуре, рабочее колесо 136 может втягивать текучую среду вверх от внутренней поверхности 139, а затем выталкивать ее вниз (по направлению к внутренней поверхности 139) и в радиальном направлении наружу. Затем текучая среда может перемещаться вверх по смесительной камере 118, например, вдоль наружной стенки корпуса 107 к верху верхней части 126 корпуса, где она может поворачивать в радиальном направлении внутрь. Затем текучая среда может проходить через первую кольцевую часть 146 статора 120 до отражателя 134, а затем выталкиваться в радиальном направлении наружу, а также вверх, обратно к верхней части 126 корпуса. За счет этого может возникать турбулентное завихрение, а также гидродинамически устойчивая граница раздела между текучей средой и воздухом, которая обычно проявляется в виде кольцеобразной границы воздух-текучая среда или кольца 161 (фиг. 5) между хвостовиком 138-1 и концом 138-2 лопастей 138 отражателя. Таким образом, отражатель 134 имеет предрасположенность к созданию эффекта вихревого разделения, в результате чего предотвращается засасывание воздуха, поступающего через впускной канал 110, в текучую среду, поступающую от рабочего колеса 136.With reference to FIG. 4 and 5 in FIG. 6 is a schematic, simplified cross-sectional view of a mixer 104 according to one embodiment. As shown in the figure, the impeller 136 can draw fluid upward from the inner surface 139 and then push it down (towards the inner surface 139) and radially outward. The fluid can then move up the mixing chamber 118, for example along the outer wall of the housing 107 to the top of the upper housing portion 126 where it can pivot radially inward. The fluid may then pass through the first annular portion 146 of the stator 120 to the deflector 134, and then be pushed radially outward and also upwardly back to the top portion 126 of the housing. Due to this, turbulent vortex can occur, as well as a hydrodynamically stable interface between fluid and air, which usually appears as an annular air-fluid interface or ring 161 (Fig. 5) between the shank 138-1 and the end 138-2 of the blades 138 reflectors. Thus, the deflector 134 tends to create a vortex separation effect, thereby preventing the air entering through the inlet 110 from being sucked into the fluid from the impeller 136.
При этом дополнительные компоненты 113, которые насыпают или иным образом принимают через впускной канал 110, например, перемещаются под действием силы тяжести, но также они могут продвигаться за счет перепадов давления, вакуумирования, применения нагнетателей, насосов и т.д. Затем дополнительные компоненты поступают на впускной торец отражателя 134, например, с воздушной стороны границы воздух-текучая среда. Дополнительные компоненты сталкиваются с лопастями 138 и отбрасываются наружу в радиальном направлении в текучую среду, поступающую от рабочего колеса 136, при этом создается тангенциальная составляющая скорости перемещения текучей среды и сухих дополнительных компонентов. Движимые по окружности и в радиальном направлении сухие дополнительные компоненты и текучая среда затем проходят через вторую кольцевую часть 148 статора 120, где эта комбинация претерпевает сильный сдвиг при взаимодействии с лопатками 156 статора, проходя через протоки 158. Сдвиг, создаваемый за счет взаимодействия с лопастями 138 и лопатками 156 статора, и турбулентный поток, создаваемый узлом 112 рабочего колеса/отражателя, позволяют обеспечить в основном однородное диспергирование дополнительных компонентов в текучей среде из источника 102, в результате чего получают суспензию.In this case, additional components 113, which are poured or otherwise received through the inlet channel 110, for example, are moved by gravity, but they can also move due to pressure drops, evacuation, the use of blowers, pumps, etc. Additional components then enter the inlet end of the reflector 134, such as the air side of the air-fluid interface. The additional components collide with the blades 138 and are projected outward in a radial direction into the fluid from the impeller 136, thereby creating a tangential component of the velocity of movement of the fluid and dry additional components. The circumferentially and radially movable dry complementary components and fluid then pass through the second annular portion 148 of the stator 120, where the combination undergoes a strong shear when interacting with the stator vanes 156, passing through the ducts 158. Shear created by interaction with the vanes 138 and the stator vanes 156 and the turbulent flow generated by the impeller / deflector assembly 112 allow for substantially uniform dispersion of the additional components in the fluid from the source 102, resulting in a slurry.
В частности, первая секция 146 статора 120 расположена на небольшом радиальном удалении от лопастей 138 отражателя (например, в радиальном направлении наружу от них) таким образом, что суспензионная смесь дополнительных компонентов 113 (например, порошкообразных химических веществ) и текучей среды, отбрасываемая наружу лопастями 136 отражателя, на первом этапе сдвигается в зазоре за счет относительного перемещения лопастей 134 и лопаток 156 статора. Затем начинается второй этап сдвига суспензии, когда она находится между соседними лопатками 156 статора и проталкивается в радиальном направлении наружу через протоки 158 под действием отражателя 134. Кроме того, внезапное расширение площади поперечного сечения потока в радиальном направлении наружу от статора 120 приводит к возникновению кавитационного разрежения, что дополнительно способствует смешиванию. Таким образом, в ходе эксплуатации смеситель 104 обеспечивает двухэтапное смешивание с сильным сдвигом и зональным кавитационным разрежением. Вторая секция 148 статора 120 может иметь, по существу, большие отверстия и располагаться над лопастями отражателя таким образом, что позволяет текучей среде поступать в отражатель 134 через щели 154 или иным образом минимизирует блокирование потока через статор 120.In particular, the first section 146 of the stator 120 is located at a small radial distance from the blades 138 of the reflector (for example, in a radial direction outward from them) such that the slurry mixture of additional components 113 (for example, powdered chemicals) and fluid, projected outward by the blades 136 of the reflector, at the first stage is shifted in the gap due to the relative movement of the blades 134 and the stator blades 156. A second stage of shearing of the slurry then begins as it is between adjacent stator vanes 156 and is pushed radially outward through the ducts 158 by the action of the deflector 134. In addition, the sudden expansion of the flow cross-sectional area radially outward from the stator 120 results in a cavitation vacuum. which further aids in mixing. Thus, during operation, the mixer 104 provides a two-stage high shear mixing and zonal cavitation vacuum. The second section 148 of stator 120 may have substantially large openings and be positioned above the blades of the reflector such that it allows fluid to enter the reflector 134 through slots 154 or otherwise minimizes blockage of flow through the stator 120.
Суспензию могут многократно подвергать такому перемешиванию, перемещая ее за счет завихрения назад через части отражателя 134 для осуществления дальнейшего диспергирования дополнительных компонентов в текучую среду, и в конечном итоге суспензия достигает выпускного канала 121, показанного на фиг. 5. Суспензию, достигающую выпускного канала 121, направляют из смесительной камеры 118, например, на оборудование 106, расположенное ниже по технологической цепочке (фиг. 1) для дальнейшей гидратации, подготовки к применению, обработки и т.д. Кроме того, как схематически показано на фиг. 5, смеситель 104 также может осуществлять автоматически регулируемое предварительное смачивание с помощью промывочного канала 122. Отверстие 140 может быть расположено на внутрен- 6 038757 ней поверхности 139 нижней части 128 корпуса, например, в радиальном направлении внутрь или наружу от наружного радиального контура рабочего колеса 136. Это место может представлять собой область высокого давления в смесительной камере 118, в которой текучая среда является более чистой по сравнению с текучей средой в других частях смесительной камеры 118, например ближе к выпускному каналу 121 и/или в отражателе 134.The slurry can be repeatedly subjected to this agitation by swirling it backward through portions of the deflector 134 to further disperse additional components into the fluid, and eventually the slurry reaches the outlet 121 shown in FIG. 5. The slurry reaching the outlet 121 is directed from the mixing chamber 118 to, for example, downstream equipment 106 (FIG. 1) for further hydration, preparation for use, processing, etc. In addition, as schematically shown in FIG. 5, the mixer 104 can also perform an automatically controlled pre-wetting by means of the flush channel 122. The opening 140 can be located on the inner surface 139 of the lower body portion 128, for example, radially inward or outward from the outer radial contour of the impeller 136. This location may be a high pressure region in mixing chamber 118 where fluid is cleaner than fluid elsewhere in mixing chamber 118, such as closer to outlet 121 and / or baffle 134.
Отводимая относительно чистая текучая среда, поступающая через отверстие 140, может проходить через промывочный канал 122 в конструкцию 111 для приема дополнительного компонента. Затем текучая среда для предварительного смачивания может, например, под действием силы тяжести протекать по внутренней поверхности конструкции 111 для приема дополнительного компонента через впускной канал 110 и обратно на отражатель 134. Таким образом, дополнительные компоненты могут перемещать вдоль конструкции 111 для приема дополнительного компонента в направлении отражателя 134, одновременно осуществляя их предварительное смачивание. Это позволяет минимизировать комкование на поверхности конструкции 111 для приема дополнительного компонента.Discharged relatively clean fluid entering through opening 140 may pass through flush passage 122 into structure 111 to receive additional component. The pre-wetting fluid can then, for example, by gravity flow along the inner surface of the complementary component 111 through the inlet 110 and back to the reflector 134. Thus, the additional components can be moved along the 111 to receive the complementary component in the direction reflector 134, while simultaneously pre-wetting them. This minimizes clumping at the surface of the structure 111 to receive the additional component.
На фиг. 7 показан график зависимости давления и чистоты текучей среды в смесительной камере 118 от радиуса от центра отверстия 133, которое выровнено с центром рабочего колеса 136. Как показано на фигуре, при перемещении в радиальном направлении наружу по отношению к рабочему колесу 136 давление может изменяться от атмосферного (т.е. ноль фунт/кв.дюйм изб.) до максимального давления накачивания, создаваемого рабочим колесом 136. Соотношение между радиальным положением и напором может быть в основном экспоненциальным, пока указанное положение не достигнет радиального контура рабочего колеса 136.FIG. 7 is a graph of pressure and fluid purity in mixing chamber 118 versus radius from the center of bore 133, which is aligned with the center of impeller 136. As shown, when moving radially outward with respect to impeller 136, pressure can vary from atmospheric pressure. (i.e., zero psig) to the maximum inflation pressure generated by the impeller 136. The relationship between the radial position and the head may be substantially exponential until the specified position reaches the radial contour of the impeller 136.
И наоборот, чистота, т.е. величина, обратная концентрации дополнительных компонентов в текучей среде, или, другими словами, степень чистоты текучей среды, может уменьшаться при перемещении в радиальном направлении наружу, где текучая среда, поступающая через впускной канал 108, смешивается с дополнительными компонентами. Соответственно область 141 отвода можно рассчитать, определив оптимальное соотношение между напором и чистотой текучей среды, отводимой в промывочный канал 122 через отверстие 140.Conversely, purity, i.e. the reciprocal of the concentration of additional components in the fluid, or in other words, the purity of the fluid, may decrease as it moves radially outward, where fluid entering through inlet 108 mixes with the additional components. Accordingly, the retraction area 141 can be calculated by determining the optimal relationship between the head and the purity of the fluid discharged into the flush channel 122 through the opening 140.
Кроме того, расход относительно чистой текучей среды через промывочный канал 122 можно регулировать, например, путем подбора местоположения или размера отверстия 140, трубопровода 142 и/или впускного канала 144 конуса по отношению к напору, создаваемому рабочим колесом 136. При известном падении давления через промывочный канал 122 такое регулирование может позволить оптимизировать количество текучей среды, протекающей через промывочный канал 122. Кроме того, промывочный канал 122 может содержать одно или большее количество устройств для регулирования расхода, с помощью которых также можно регулировать расход через промывочный канал 122.In addition, the flow rate of relatively clean fluid through the flush channel 122 can be controlled, for example, by adjusting the location or size of the opening 140, conduit 142, and / or cone inlet 144 with respect to the head created by the impeller 136. With a known pressure drop across the flush channel 122 may allow such adjustment to optimize the amount of fluid flowing through flush channel 122. In addition, flush channel 122 may include one or more flow control devices that also control the flow through flush channel 122.
На фиг. 8 представлено перспективное изображение узла 112 рабочего колеса/отражателя и статора 120, соответствующих одному из вариантов осуществления. Статор 120 может содержать первую и вторую кольцевые части 146, 148, описанные выше. Однако вторая кольцевая часть 148 может содержать множество поперечин 170, которые могут проходить вверх от первой кольцевой части 146, но могут не содержать бандаж. Например, поперечины 170 могут быть соединены с верхней частью 126 корпуса (фиг. 2). Поперечины 170 могут иметь любую форму, в том числе цилиндрическую, аэродинамическую и т.д., и могут быть разнесены на некоторое расстояние друг от друга, которое определяет широкие каналы между ними. Соответственно вторая кольцевая часть 148 может быть выполнена с возможностью минимизации блокирования проходящего через нее потока.FIG. 8 is a perspective view of an impeller / reflector assembly 112 and a stator 120 in one embodiment. Stator 120 may include the first and second annular portions 146, 148 described above. However, the second annular portion 148 may include a plurality of cross members 170 that may extend upwardly from the first annular portion 146, but may not include a band. For example, the cross members 170 may be coupled to the upper body 126 (FIG. 2). The crossbeams 170 can be of any shape, including cylindrical, aerodynamic, etc., and can be spaced apart from each other, which defines wide channels between them. Accordingly, the second annular portion 148 can be configured to minimize blockage of the flow therethrough.
Кроме того, как показано на фигуре, лопатки 156 статора могут быть установлены под углом относительно окружности статора 120, например, противодействуя вращению, чтобы максимизировать сдвиг. Аналогично, лопасти 138 отражателя могут быть изогнуты по окружности, например, для облегчения выталкивания текучей среды и дополнительных компонентов в радиальном направлении наружу и, таким образом, осуществления сдвига за счет тангенциальной составляющей скорости.In addition, as shown in the figure, the stator vanes 156 can be angled with respect to the circumference of the stator 120, for example, counteracting rotation to maximize shear. Likewise, the deflector vanes 138 can be circumferentially curved, for example, to facilitate pushing the fluid and additional components radially outward and thus shear by the tangential velocity component.
Статор 120, показанный на фиг. 8, может выступать в качестве диффузора. По меньшей мере в одном варианте осуществления лопатки 156 статора, показанные на фигуре, могут быть ориентированы таким образом, чтобы обеспечивать возможность восстановления давления, и/или могут облегчать примешивание воздуха в суспензию, например, при осуществлении операций вспенивания.The stator 120 shown in FIG. 8, can act as a diffuser. In at least one embodiment, the stator vanes 156 shown in the figure may be oriented to allow pressure build-up and / or may facilitate mixing of air into the slurry, for example during foaming operations.
На фиг. 9 представлено другое перспективное изображение узла 112 рабочего колеса/отражателя, иллюстрирующее впускной торец 136-1 рабочего колеса 136, соответствующего одному из вариантов осуществления. Как показано на фигуре, лопасти 160 рабочего колеса 136, которые могут быть изогнутыми, прямыми или могут иметь любую другую подходящую геометрическую форму, могут втягивать текучую среду вверх, а затем выталкивать ее в радиальном направлении наружу в смесительную камеру 118 (см., например, фиг. 3) . Следует учитывать, что рабочее колесо 136 может быть выполнено с возможностью высокооборотного (например, между приблизительно 300 об/мин и приблизительно 20000 об/мин) применения и может быть способно осуществлять перекачивание с напором между приблизительно 5 фунт/кв. дюйм (около 34 кПа) и приблизительно 150 фунт/кв. дюйм (приблизительно 1000 кПа), например приблизительно 60 фунт/кв. дюйм (приблизительно 414 кПа).FIG. 9 is another perspective view of the impeller / deflector assembly 112 illustrating the inlet end 136-1 of the impeller 136 according to one embodiment. As shown in the figure, blades 160 of impeller 136, which may be curved, straight, or any other suitable geometry, may draw fluid upward and then expel it radially outward into mixing chamber 118 (see, for example, Fig. 3). It will be appreciated that impeller 136 may be capable of high speed (eg, between about 300 rpm and about 20,000 rpm) and may be capable of pumping between about 5 psi. inch (about 34 kPa) and about 150 psi. inch (approximately 1000 kPa), for example approximately 60 psi. inch (approximately 414 kPa).
На фиг. 10 представлено перспективное изображение другого отражателя 200 смесителя 104, соот- 7 038757 ветствующего одному из вариантов осуществления. В некоторых случаях лопасти ротора (например, лопасти 138, показанные на фиг. 1), могут осуществлять диспергирование, степень которого превышена по сравнению с требуемой степенью, например, в отношении специальных частиц, например инкапсулированного разжижителя геля. В некоторых случаях это может привести к преждевременному высвобождению химических веществ в текучую среду. Соответственно в одном из вариантов осуществления отражатель 200 может обеспечивать дисперсию со слабым или управляемым сдвигом, что позволяет обрабатывать такие деликатные химические вещества, которые имеют предрасположенность к повреждению или иным образом становятся непригодными для применения в вариантах осуществления отражателя с более интенсивным действием. В частности, отражатель 200 может осуществлять относительно постепенное диспергирование в случае применения в основном концентрических кольцевых дисков 202, которые установлены один поверх другого вверх от ступицы 204. Кольцевой диск 202-1, расположенный ближе всего к ступице 204, может иметь меньший внутренний диаметр, чем примыкающий к нему кольцевой диск 202-2, который, в свою очередь, может иметь меньший внутренний диаметр, чем кольцевой диск 202-3. Эта зависимость между соседними дисками 202 может повторяться и дальше от ступицы 204, таким образом формируют впускной торец 205 отражателя 200, через который могут принимать и проталкивать наружу текучую среду и/или дополнительные компоненты. Следует понимать, что могут применять любое количество кольцевых дисков 202.FIG. 10 is a perspective view of another reflector 200 of mixer 104 corresponding to one embodiment. In some cases, the rotor blades (eg, blades 138 shown in FIG. 1) may exhibit dispersion beyond the desired degree, such as for specialty particles such as an encapsulated gel breaker. In some cases, this can lead to the premature release of chemicals into the fluid. Accordingly, in one embodiment, the reflector 200 can provide a low or controlled shear dispersion to handle such delicate chemicals that are prone to damage or otherwise become unsuitable for use in more intense reflector embodiments. In particular, the deflector 200 can be relatively gradual in dispersion when using mainly concentric annular discs 202 that are mounted one on top of the other upward from the hub 204. The annular disc 202-1 located closest to the hub 204 may have a smaller inner diameter than an adjacent annular disc 202-2, which in turn may have a smaller inner diameter than annular disc 202-3. This relationship between adjacent discs 202 can be repeated further away from hub 204, thus forming an inlet face 205 of reflector 200 through which fluid and / or additional components can be received and pushed outward. It should be understood that any number of annular discs 202 may be used.
В одном из вариантов осуществления диски 202 могут быть разделены лопатками 206 с образованием между дисками 202 узких протоков. Лопатки 206 могут иметь щели, по одной на каждом из кольцевых дисков 202, в которые кольцевые диски 202 могут входить и в которых их могут соединять с лопатками 206. Соответственно узкие каналы могут проходить в радиальном направлении наружу, например, преграждаемые в радиальном направлении только узкими лопатками 206. В других вариантах осуществления отдельные лопатки могут проходить между каждой парой смежных дисков 202 вместо лопаток 206, которые проходят через всю группу дисков 202, или в дополнение к ним. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления лопатки 206 могут соединять с одной или большим количеством подгрупп из общего количества дисков 202. В некоторых случаях лопатки 206 могут быть исключены, при этом расположенные на некотором расстоянии друг от друга диски 202 соединяют любым другим подходящим способом.In one embodiment, the discs 202 may be separated by vanes 206 to form narrow ducts between the discs 202. The vanes 206 may have slots, one at each of the annular disks 202, into which the annular disks 202 can enter and in which they can be connected to the vanes 206. Accordingly, narrow channels can extend radially outward, for example, blocked in the radial direction only by narrow vanes 206. In other embodiments, individual vanes may extend between each pair of adjacent discs 202 instead of vanes 206 that extend through, or in addition to, the entire set of discs 202. Additionally, in some embodiments, the vanes 206 may be coupled to one or more subgroups of the total number of discs 202. In some cases, the vanes 206 may be omitted, with spaced discs 202 connected in any other suitable manner.
Большая площадь поверхности кольцевых дисков 202, которые образуют протоки, и узость протоков могут приводить к возникновению в них сдвига и турбулентного потока текучей среды. Такой сдвиг может оказывать такое же воздействие, что и отражатель 134 и статор 120, которые обсуждались выше, и может способствовать диспергированию сухих дополнительных компонентов в текучую среду, которую выталкивают через них в радиальном направлении наружу, при этом сводя к минимуму ударное воздействие лопаток 204, которые могут повредить деликатный материал. В некоторых случаях вследствие создания сдвига отражателем 200 статор 120 может быть исключен; однако в других случаях могут комбинировать сдвиговое воздействие статора 120 и отражателя 200.The large surface area of the annular discs 202 that define the ducts and the narrowness of the ducts can lead to shear and turbulent fluid flow therein. Such shear can have the same effect as the deflector 134 and stator 120 discussed above, and can help to disperse the dry additional components into the fluid, which is pushed radially outward through them, while minimizing the impact of the blades 204. which can damage delicate material. In some cases, due to the shear created by the reflector 200, the stator 120 may be eliminated; however, in other cases, the shear effect of stator 120 and reflector 200 may be combined.
На фиг. 11 представлено перспективное изображение небандажированного статора 300, соответствующего одному из вариантов осуществления. Как показано на фигуре, статор 300 содержит первую и вторую кольцевые части 302, 304, причем они обе, как показано на фигуре, могут быть небандажированными. Первая кольцевая часть 302 может содержать основание 306 и ряд лопаток 308, проходящих вверх от основания 306 и расположенных с интервалами по окружности первой кольцевой части 302. Протоки 310 образованы между смежными лопатками 308.FIG. 11 is a perspective view of an unshielded stator 300 according to one embodiment. As shown in the figure, the stator 300 includes first and second annular portions 302, 304, both of which, as shown in the figure, can be unshielded. The first annular portion 302 may include a base 306 and a series of vanes 308 extending upwardly from the base 306 and spaced around the circumference of the first annular portion 302. Passages 310 are formed between adjacent vanes 308.
В случае если статор 300 не содержит бандаж, верхние части протоков 310 могут быть открыты во вторую кольцевую часть 304 статора 120. Вторая кольцевая часть 304 может содержать выступы 312, проходящие вверх от первой кольцевой части 302. Выступы 312 могут быть толще в окружном направлении, чем лопатки 308, например, каждый из них перекрывает две лопатки 308 и один из протоков 310; однако могут применять лопатки 308 и выступы 312 с любыми относительными размерами. Применение конфигурации без бандажа может сводить к минимуму блокирование потока от рабочего колеса 136, повышая производительность смесителя 104.If the stator 300 does not include a shroud, the tops of the ducts 310 may open into the second annular portion 304 of the stator 120. The second annular portion 304 may include protrusions 312 extending upwardly from the first annular portion 302. The protrusions 312 may be thicker in the circumferential direction, than the vanes 308, for example, each of them overlaps two vanes 308 and one of the ducts 310; however, vanes 308 and projections 312 of any relative size may be used. The use of a no-shroud configuration can minimize blockage of flow from the impeller 136, increasing the performance of the mixer 104.
На фиг. 12 показан вид сбоку в поперечном сечении смесителя 104, соответствующего другому варианту осуществления. Вариант осуществления, показанный на фиг. 12, может быть в целом аналогичен варианту осуществления смесителя 104, показанному на одной или большем количестве из фиг. 1-8, причем одинаковые компоненты указаны с одинаковыми ссылочными позициями, а дублирующее описание опущено. Однако смеситель 104, показанный на фиг. 12, может содержать статор 400, который выполнен как одно целое с корпусом 107, например с нижней частью 128 корпуса. Соответственно статор 400 может быть смещен в радиальном направлении относительно узла 112 рабочего колеса/отражателя и может окружать его, причем выпускной канал 121 расположен в радиальном направлении наружу от статора 400. Поддержка статора 400 нижней частью 128 корпуса (и/или их выполнение как одного целого) может обуславливать поворачивание узла 112 рабочего колеса/отражателя с малым трением, поскольку статор 400 и узел 112 рабочего колеса/отражателя могут не соприкасаться друг с другом. В другом варианте осуществления для достижения подобного эффекта статор 400 может быть подвешен к верхней части 126 корпуса и/или выполнен с нею как одно целое.FIG. 12 shows a cross-sectional side view of a mixer 104 according to another embodiment. The embodiment shown in FIG. 12 may be broadly similar to the embodiment of mixer 104 shown in one or more of FIGS. 1-8, where the same components are indicated with the same reference numbers, and duplicate descriptions are omitted. However, the mixer 104 shown in FIG. 12 may include a stator 400 that is integral with the housing 107, such as the lower housing portion 128. Accordingly, the stator 400 can be radially displaced with respect to the impeller / deflector assembly 112 and can surround it, with the outlet 121 disposed radially outward of the stator 400. Supporting the stator 400 with the lower housing portion 128 (and / or being integrally formed ) can cause the impeller / deflector assembly 112 to rotate with low friction because the stator 400 and impeller / deflector assembly 112 may not be in contact with each other. In another embodiment, to achieve a similar effect, the stator 400 may be suspended from and / or integral with the upper housing portion 126.
- 8 038757- 8 038757
Этот вариант осуществления смесителя 104 в некоторых случаях позволяет обеспечить смешивание всей или, по существу, всей поступающей текучей среды с дополнительным химическим веществом перед тем, как она выйдет из смесителя 104. Например, при смешивании цемента смеситель 104 может равномерно перемешивать порошкообразное вещество с тем, чтобы избежать зависимости от турбулентности в трубе на выходе смесителя 104 для осуществления такого перемешивания.This embodiment of the mixer 104 in some cases allows all or substantially all of the incoming fluid to be mixed with the additional chemical before it exits the mixer 104. For example, when mixing cement, the mixer 104 may uniformly mix the particulate matter so that to avoid dependence on turbulence in the tube downstream of the mixer 104 to effect such mixing.
Статор 400 аналогично статору 120 может содержать бандаж или может не содержать его и может содержать две или большее количество кольцевых частей (например, одну для блокирования слабого потока и одну для блокирования сильного потока). Однако статор 400 может быть выполнен с возможностью приема, по существу, всего потока текучей среды из возможного объема текучей среды, что может позволить улучшить смешивание сухого вещества. Такой вариант осуществления смесителя 104 с применением статора 400 может подходить для диспергирования порошкообразного вещества в очень вязкую текучую среду, а также при высокой объемной доле порошкообразного вещества в смеси, например при приготовлении цементной смеси. Кроме того, хотя это и не показано, смеситель 104, соответствующий вариантам осуществления, показанным на фиг. 12, может содержать промывочный канал 122, например, аналогичный описанному выше.Stator 400, like stator 120, may or may not have a shroud and may contain two or more annular portions (eg, one for blocking low flow and one for blocking high flow). However, the stator 400 can be configured to receive substantially all of the fluid flow from a possible volume of fluid, which can improve the mixing of the dry matter. Such an embodiment of the mixer 104 using the stator 400 may be suitable for dispersing a powdery substance into a highly viscous fluid, as well as a high volume fraction of the powdery substance in the mixture, for example when preparing a cement mixture. In addition, although not shown, the mixer 104 according to the embodiments shown in FIGS. 12 may include a flushing channel 122 such as described above.
На фиг. 13 показана блок-схема способа 1000 диспергирования дополнительного компонента, например сухого дополнительного компонента (например, порошкообразного вещества, гранул и т.д.) в текучей среде в соответствии с вариантом осуществления. Способ 1000 может быть осуществлен с применением одного или большего количества вариантов осуществления системы 100 для смешивания и/или смесителя 104 и, таким образом, описан в данном документе со ссылками на них. Однако следует понимать, что способ 1000 не ограничивается какой-либо конкретной конструкцией, если в настоящем документе не указано иное.FIG. 13 shows a flow diagram of a method 1000 for dispersing an additional component, such as a dry additional component (eg, a powdery substance, granules, etc.) in a fluid, in accordance with an embodiment. Method 1000 may be performed using one or more embodiments of mixing system 100 and / or mixer 104 and is thus described herein with reference to them. However, it should be understood that method 1000 is not limited to any particular design unless otherwise indicated herein.
Способ 1000 может включать подачу текучей среды в смесительную камеру 118 смесителя 104 через впускной канал 108 для текучей среды (этап 1002). Например, смесительная камера 118 может находиться внутри корпуса 107, который может иметь впускной канал 108 для текучей среды, который принимает текучую среду, поступающую от источника 102. Кроме того, способ 1000 может включать подачу дополнительного компонента в смесительную камеру 118 через впускной канал 110 для дополнительного компонента (этап 1004). Материал, подаваемый на этапе 1004, может продвигаться под действием силы тяжести, например, при насыпании дополнительного компонента в конструкцию 111 для приема дополнительного компонента впускного канала 110 для дополнительного компонента, хотя предполагается возможность применения и других способов подачи дополнительного компонента.Method 1000 can include supplying fluid to mixing chamber 118 of mixer 104 through fluid inlet 108 (step 1002). For example, mixing chamber 118 may be located within housing 107, which may have a fluid inlet 108 that receives fluid from source 102. In addition, method 1000 may include feeding additional component into mixing chamber 118 through inlet 110 to additional component (block 1004). Material supplied in step 1004 may be propelled by gravity, such as pouring an additional component into the structure 111 to receive an additional component in the inlet 110 for the additional component, although other methods of supplying the additional component are contemplated.
Кроме того, способ 1000 может включать поворачивание узла 112 рабочего колеса/отражателя, расположенного в смесительной камере 118 (этап 1006). При поворачивании узел 112 рабочего колеса/отражателя может втягивать текучую среду из впускного канала 108 для текучей среды (например, вверх) и в радиальном направлении наружу, например, за счет действия рабочего колеса 136, впускной торец 136-1 которого расположен вблизи внутренней поверхности 139. Поворачивание узла 112 рабочего колеса/отражателя может дополнительно обуславливать выталкивание текучей среды, например, поступающей от рабочего колеса 136, вместе с дополнительным компонентом, принятым через впускной канал 110 для дополнительного компонента, в радиальном направлении наружу. В одном из примеров выталкивание наружу может осуществлять отражатель 134 узла 112 рабочего колеса/отражателя, который может содержать лопасти 138 и/или диски 202. Кроме того, отражатель 134 может иметь впускной торец 134-1, который может, например, быть ориентирован в направлении впускного канала 110 для дополнительного компонента. Когда дополнительный компонент подают через впускной канал 110 для дополнительного компонента, дополнительный компонент может сталкиваться с лопастями 138 и/или дисками 202 и перемещаться наружу в радиальном направлении.In addition, method 1000 may include rotating the impeller / deflector assembly 112 located within mixing chamber 118 (block 1006). When rotated, the impeller / deflector assembly 112 can draw fluid from the fluid inlet 108 (e.g., upward) and radially outward, for example, by the action of the impeller 136, the inlet end 136-1 of which is located near the inner surface 139 Rotation of the impeller / deflector assembly 112 may further expel fluid, such as from the impeller 136, along with the accessory received through the accessory inlet 110, radially outward. In one example, the outward pushing can be performed by the deflector 134 of the impeller / deflector assembly 112, which may include blades 138 and / or discs 202. In addition, the deflector 134 may have an inlet end 134-1 that may, for example, be oriented in the direction inlet 110 for additional component. When the additional component is fed through the additional component inlet 110, the additional component may collide with the vanes 138 and / or discs 202 and move outward in a radial direction.
Применение комбинации рабочего колеса 136 и отражателя 134, например, в конфигурации задняя сторона к задней стороне, может обуславливать возникновение в отражателе 134 кольца, определяемого гидродинамически устойчивой границей текучая среда-воздух. Например, эта граница может радиально присутствовать между ступицей 138-1 и концом 138-2 лопастей 138 отражателя 134. Выталкивание дополнительного компонента (а также текучей среды, поступающей от рабочего колеса 136) в радиальном направлении наружу под действием отражателя 134 может обуславливать пересечение дополнительным компонентом границы воздух-текучая среда, и, таким образом, по меньшей мере его частичное диспергирование в текучей среде с образованием суспензии. В некоторых случаях функционирование узла 112 рабочего колеса/отражателя может создавать гидродинамически устойчивое кольцо, образующее границу текучая среда-воздух, благодаря чему предотвращают засасывание воздуха в текучую среду. Однако в некоторых случаях воздух могут намеренно вводить в смесь, например, при осуществлении операций вспенивания, например, с помощью статора 120 по фиг. 8.The use of a combination of impeller 136 and deflector 134, for example, in a back-to-back configuration, can cause a ring in the deflector 134 defined by a hydrodynamically stable fluid-air interface. For example, this boundary may be radially present between the hub 138-1 and the end 138-2 of the vanes 138 of the deflector 134. Pushing the additional component (as well as the fluid from the impeller 136) radially outward by the deflector 134 may cause the additional component to cross air-fluid interface, and thus at least partially dispersing it in the fluid to form a suspension. In some cases, the operation of the impeller / deflector assembly 112 can create a hydrodynamically stable ring that forms a fluid-air interface thereby preventing air from being sucked into the fluid. However, in some cases, air may be deliberately introduced into the mixture, for example, during foaming operations, for example, using the stator 120 of FIG. eight.
Дополнительный компонент может быть дополнительно диспергирован в текучей среде (с повышением гомогенизации суспензии) за счет прохождения суспензии через статор 120 (этап 1008). Выше описаны различные варианты осуществления статора 120, например, с первым и вторым кольцевыми участками 146, 148, предусмотренными для минимизации и максимизации сдвига текучей среды соответственно. Как правило, статор 120 может содержать множество лопаток 156, образующих протоки междуThe additional component can be further dispersed in the fluid (to increase the homogenization of the slurry) by passing the slurry through the stator 120 (step 1008). Various embodiments of stator 120 have been described above, for example, with first and second annular portions 146, 148 provided to minimize and maximize fluid shear, respectively. Typically, stator 120 may include a plurality of blades 156 defining flow paths between
- 9 038757 ними, через которые поступает суспензия. Взаимодействие завихренного турбулентного потока суспензии с лопатками 156 статора может приводить к увеличению сдвига текучей среды, за счет чего может повышаться эффективность смешивания, осуществляемого смесителем 104. После смешивания до требуемой степени суспензию с определенной концентрацией дополнительных компонентов могут выталкивать из смесителя 104 (этап 1010) через выпускной канал 121, который может быть расположен радиально снаружи относительно узла 112 рабочего колеса/отражателя.- 9 038757 them, through which the suspension enters. The interaction of the swirling turbulent flow of the slurry with the stator vanes 156 can increase the shear of the fluid, thereby increasing the mixing efficiency of the mixer 104. After mixing to the desired extent, the slurry with a certain concentration of additional components can be pushed out of the mixer 104 (step 1010) through an outlet 121 that may be radially outwardly relative to the impeller / deflector assembly 112.
Кроме того, способ 1000 может включать протекание, обусловленное, например, поворачиванием узла 112 рабочего колеса/отражателя на этапе 1006, части текучей среды или суспензии (например, с относительно низкой концентрацией по сравнению с потоком через выпускной канал 121) в промывочный канал 122 и во впускной канал 110 для дополнительного компонента для предварительного смачивания дополнительного компонента (этап 1012). Например, промывочный канал 122 может содержать отверстие 140, которое может быть расположено таким образом и/или выполнено с такими размерами, чтобы оно могло принимать суспензию с заданной (например, минимизированной) концентрацией дополнительных компонентов при заданном (например, максимизированном) давлении в смесительной камере 118. Подбор размеров промывочного канала 122, размещение его отверстия 140 и/или применение устройств для регулирования расхода в промывочном канале 122 и т.д. могут позволить регулировать количество текучей среды, которая протекает через промывочный канал 122, и ее состав.In addition, method 1000 may include, for example, pivoting of the impeller / deflector assembly 112 at 1006, a portion of the fluid or slurry (eg, at a relatively low concentration compared to flow through outlet 121) into flush channel 122, and into the accessory inlet 110 to pre-wet the accessory (step 1012). For example, the flush channel 122 can include an opening 140 that can be positioned and / or sized to receive a slurry with a predetermined (eg, minimized) concentration of additional components at a predetermined (eg, maximized) mixing chamber pressure. 118. Sizing the flushing channel 122, placing its opening 140 and / or using devices to control the flow rate in the flushing channel 122, etc. may allow the amount and composition of fluid that flows through the flush channel 122 to be controlled.
Следует понимать, что термины, указывающие направление или ориентацию, например выше, ниже, вверх, вниз, над, под, сбоку и т.п., применены исключительно для удобства, чтобы указать относительное позиционирование компонентов, изображенных на различных фигурах, по отношению друг к другу. Однако для среднего специалиста в данной области техники будет очевидно, что эти термины не предназначены для ограничения смесителя 104 какой-либо конкретной ориентацией.It should be understood that terms indicating a direction or orientation, such as above, below, up, down, above, below, on the side, etc., are used solely for convenience to indicate the relative positioning of components depicted in the various figures with respect to each other. to friend. However, those of ordinary skill in the art will appreciate that these terms are not intended to limit mixer 104 to any particular orientation.
Кроме того, хотя идеи настоящего изобретения были проиллюстрированы применительно к одному или большему количеству вариантов, для проиллюстрированных примеров могут быть предложены изменения и/или модификации без отступления от сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, хотя конкретный признак идей настоящего изобретения мог быть раскрыт в отношении только одной из нескольких реализаций, такой признак может быть объединен с одним или большим количеством других признаков других реализаций, которые могут быть желательными и предпочтительными для любой заданной или конкретной функции. Кроме того, в тех случаях, когда термины включающий, включает, имеющий, имеет, с помощью или их варианты применяют в подробном описании и в формуле изобретения, такие термины предназначены для обозначения включения в способ аналогичного термину содержащий. Кроме того, в обсуждении и в формуле изобретения термин приблизительно указывает на то, что приведенное значение может быть незначительно изменено, причем это изменение возможно до той меры, пока оно не приводит к несоответствию способа или конструкции проиллюстрированному варианту осуществления. И, наконец, термин иллюстративный указывает на то, описание приведено в качестве примера, а не подразумевает, что оно является наиболее подходящим.In addition, although the teachings of the present invention have been illustrated in relation to one or more variations, changes and / or modifications may be suggested to the illustrated examples without departing from the spirit and scope of the appended claims. In addition, although a particular feature of the teachings of the present invention could be disclosed in relation to only one of several implementations, such a feature may be combined with one or more other features of other implementations that may be desirable and preferred for any given or specific function. In addition, in cases where the terms including, includes, having, has, with, or variations thereof are used in the detailed description and in the claims, such terms are intended to mean the inclusion in the method of a similar term containing. In addition, in the discussion and in the claims, the term “approximately” indicates that the recited value may be slightly changed, and this change is possible to the extent that it does not lead to a discrepancy between the method or design of the illustrated embodiment. Finally, the term illustrative indicates that the description is given as an example, and does not imply that it is the most appropriate.
Другие варианты осуществления идей настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники после изучения описания и практического осуществления идей настоящего изобретения, раскрытых в этом документе. Предполагается, что описание и примеры следует рассматривать только как иллюстративные, а действительный объем и сущность идей настоящего изобретения указаны в прилагаемой формуле изобретения.Other embodiments of the ideas of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon studying the description and practice of the ideas of the present invention disclosed in this document. The description and examples are intended to be illustrative only, and the true scope and spirit of the teachings of the present invention are set forth in the appended claims.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/192,838 US11819810B2 (en) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | Mixing apparatus with flush line and method |
US14/192,821 US10137420B2 (en) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | Mixing apparatus with stator and method |
PCT/US2015/017175 WO2015130619A1 (en) | 2014-02-27 | 2015-02-24 | Mixing apparatus with stator and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201691737A1 EA201691737A1 (en) | 2016-12-30 |
EA038757B1 true EA038757B1 (en) | 2021-10-14 |
Family
ID=54009531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201691737A EA038757B1 (en) | 2014-02-27 | 2015-02-24 | Mixing apparatus with stator and method |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3110539B1 (en) |
CN (1) | CN106457178B (en) |
CA (1) | CA2939162C (en) |
EA (1) | EA038757B1 (en) |
MX (2) | MX2016011071A (en) |
NO (1) | NO20161286A1 (en) |
SA (1) | SA516371756B1 (en) |
WO (1) | WO2015130619A1 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111005710B (en) * | 2019-12-19 | 2022-03-18 | 中石化四机石油机械有限公司 | Sand conveying and mixing system and control method |
WO2021146769A1 (en) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Apparatus and method for preparing metal matrix composites |
MX2023001106A (en) * | 2020-07-28 | 2023-05-15 | Schlumberger Technology Bv | System and methodology for mixing materials at a wellsite. |
CN112282983B (en) * | 2020-10-29 | 2023-05-12 | 东风商用车有限公司 | Turbulent flow type integrated mixer for natural gas engine |
CN117561444A (en) * | 2021-05-19 | 2024-02-13 | 福斯分析仪器公司 | Method and apparatus for determining dietary fiber and sample container system for use therein |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1985000046A1 (en) * | 1983-06-14 | 1985-01-03 | Weyerhaeuser Company | Low consistency ozone bleaching reactor |
US4671665A (en) * | 1985-03-21 | 1987-06-09 | Dowell Schlumberger Incorporated | Machine for mixing particles with a fluid composition |
US5795062A (en) * | 1996-10-03 | 1998-08-18 | Hamilton Beach/Proctor-Silex, Inc. | Milkshake machine |
US6000840A (en) * | 1997-12-17 | 1999-12-14 | Charles Ross & Son Company | Rotors and stators for mixers and emulsifiers |
US20030227817A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-12-11 | Mobius Technologies, Inc., A California Corporation | Mixer |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1560826A (en) * | 1924-04-24 | 1925-11-10 | Kirschbraun Lester | Apparatus for making bituminous emulsion |
JPS5715828A (en) * | 1980-07-03 | 1982-01-27 | Yamato Boring Kk | Continuous type mixer for powder and liquid |
EP0048312A1 (en) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Nemo Ivarson | Method and apparatus for continuously mixing a liquid and powder |
FR2596290B1 (en) * | 1986-03-27 | 1990-09-14 | Schlumberger Cie Dowell | DEVICE FOR MIXING A POWDER MATERIAL AND A LIQUID, OR LIQUID-LIQUID |
JP2013132575A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Jtekt Corp | Mixing and dispersing system |
JP2013132572A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Jtekt Corp | Mixing and dispersing device |
-
2015
- 2015-02-24 MX MX2016011071A patent/MX2016011071A/en active IP Right Grant
- 2015-02-24 WO PCT/US2015/017175 patent/WO2015130619A1/en active Application Filing
- 2015-02-24 EA EA201691737A patent/EA038757B1/en unknown
- 2015-02-24 CA CA2939162A patent/CA2939162C/en active Active
- 2015-02-24 CN CN201580010979.3A patent/CN106457178B/en active Active
- 2015-02-24 EP EP15755550.9A patent/EP3110539B1/en active Active
-
2016
- 2016-08-10 NO NO20161286A patent/NO20161286A1/en not_active Application Discontinuation
- 2016-08-25 MX MX2019014917A patent/MX2019014917A/en unknown
- 2016-08-28 SA SA516371756A patent/SA516371756B1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1985000046A1 (en) * | 1983-06-14 | 1985-01-03 | Weyerhaeuser Company | Low consistency ozone bleaching reactor |
US4671665A (en) * | 1985-03-21 | 1987-06-09 | Dowell Schlumberger Incorporated | Machine for mixing particles with a fluid composition |
US5795062A (en) * | 1996-10-03 | 1998-08-18 | Hamilton Beach/Proctor-Silex, Inc. | Milkshake machine |
US6000840A (en) * | 1997-12-17 | 1999-12-14 | Charles Ross & Son Company | Rotors and stators for mixers and emulsifiers |
US20030227817A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-12-11 | Mobius Technologies, Inc., A California Corporation | Mixer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MX2019014917A (en) | 2020-02-07 |
EP3110539A4 (en) | 2017-11-08 |
MX2016011071A (en) | 2016-11-30 |
EP3110539A1 (en) | 2017-01-04 |
NO20161286A1 (en) | 2016-08-10 |
CN106457178A (en) | 2017-02-22 |
CA2939162C (en) | 2023-10-24 |
WO2015130619A1 (en) | 2015-09-03 |
EP3110539B1 (en) | 2021-07-07 |
CN106457178B (en) | 2020-11-06 |
CA2939162A1 (en) | 2015-09-03 |
EA201691737A1 (en) | 2016-12-30 |
SA516371756B1 (en) | 2021-09-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20240033695A1 (en) | Mixing apparatus with flush line and method | |
US10137420B2 (en) | Mixing apparatus with stator and method | |
EA038757B1 (en) | Mixing apparatus with stator and method | |
KR101658410B1 (en) | Dispersing and emulsifying apparatus for high viscosity fluid | |
US6749330B2 (en) | Cement mixing system for oil well cementing | |
JPH0533092B2 (en) | ||
US4808004A (en) | Mixing apparatus | |
US7401973B1 (en) | Dust-free low pressure mixing system | |
CN108671789A (en) | A kind of powder and liquid premixing machine | |
US10780406B2 (en) | Mixing device with integrated delivery pump | |
JP4310426B2 (en) | Gas mixing structure of pressurized centrifugal pump | |
CS200233B2 (en) | Device continuous production of explosive | |
CN108355569B (en) | Solid-liquid mixing device for preparing superfine slurry | |
CN102806028A (en) | Dispersing method and dispersing system | |
JP2662104B2 (en) | Method and apparatus for mixing liquid and granular solids | |
KR101707814B1 (en) | Dispersing and emulsifying apparatus for low viscosity fluid | |
CN208449107U (en) | Powder and liquid premixing machine | |
US7618182B1 (en) | Dust-free low pressure mixing system with jet ring adapter | |
OA17834A (en) | Mixing apparatus with stator and method | |
CN107715777B (en) | A kind of manufacturing equipment and preparation method of multifunctional modification aromatic hydrocarbons | |
CN215463379U (en) | Liquid-solid mixing and conveying system | |
CN210674889U (en) | Mixing device and mixing tank | |
CN219711805U (en) | Semi-open centrifugal impeller pump for conveying solid-liquid two-phase mixture | |
JP3392756B2 (en) | Spiral flow processing method and apparatus | |
JP2020097013A (en) | Powder liquid mixer |