JP2005270758A - Slurry stirring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スラリー撹拌装置に関するものである。 The present invention relates to a slurry stirring apparatus.
近年、地球温暖化問題の効果的対策としてガスタービンコンバインドサイクル発電が脚光を浴びているが、斯かるガスタービンコンバインドサイクル発電の熱効率向上に必要な耐熱性に優れたタービンブレードは、ロストワックス法等の精密鋳造によって製造されている。 In recent years, gas turbine combined cycle power generation has attracted attention as an effective measure against global warming. However, the turbine blades with excellent heat resistance necessary for improving the thermal efficiency of such gas turbine combined cycle power generation are the lost wax method, etc. Manufactured by precision casting.
ロストワックス法等の精密鋳造によってタービンブレード等の部品を製造する場合、タンク内に貯留されたシリコン等のスラリーを撹拌しつつ、該スラリー中にタービンブレード等の部品モデルを浸漬して鋳型の原型となるモデル型を成形する工程がある。 When manufacturing parts such as turbine blades by precision casting such as the lost wax method, a mold model is prepared by immersing a part model such as turbine blades in the slurry while stirring slurry such as silicon stored in the tank. There is a process of forming a model mold.
通常、タンク内に貯留されたスラリーを撹拌する場合、スラリー中に没入させた撹拌用プロペラを回転駆動することによってスラリーの撹拌を行うことが一般的であるが、前述の如きロストワックス法等の精密鋳造においては、タンク内のスラリー中にタービンブレード等の部品モデルを浸漬して鋳型の原型となるモデル型を製造する関係上、タンク内に撹拌用プロペラを設置することは困難となる。 Usually, when stirring the slurry stored in the tank, it is common to stir the slurry by rotationally driving a stirring propeller immersed in the slurry, such as the lost wax method as described above. In precision casting, it is difficult to install an agitating propeller in the tank because a model model serving as a prototype of a mold is manufactured by immersing a component model such as a turbine blade in slurry in the tank.
このため、従来においては、図4〜図6に示される如く、スラリー1が貯留されたタンク2を上下方向ヘ延びる軸を中心として回転駆動可能に配置すると共に、タンク2内部に、該タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク周方向流を利用してスラリー1を撹拌するための撹拌手段3’を挿入配置してなるスラリー撹拌装置が利用されている。
For this reason, conventionally, as shown in FIGS. 4 to 6, the
前記撹拌手段3’は、タンク2上方からタンク内壁2aに沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられた中実角柱状の垂直撹拌翼部4’と、該垂直撹拌翼部4’の下端からタンク内底面2bに沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設された中実角柱状の水平撹拌翼部5’とからなるL型撹拌部材6’で構成されている。
The stirring means 3 'includes a solid rectangular columnar vertical stirring blade portion 4' suspended from above the
図4〜図6に示される如き従来のスラリー撹拌装置においては、スラリー1が貯留されたタンク2内部に撹拌手段3’としてのL型撹拌部材6’を挿入配置して固定した状態で、タンク2を上下方向ヘ延びる軸を中心として図示していない駆動装置により回転させると、タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク周方向流がL型撹拌部材6’に衝突して乱され、これにより、スラリー1が撹拌されるようになっている。
In the conventional slurry agitation apparatus as shown in FIGS. 4 to 6, the tank is in a state where an L-
尚、図4〜図6に示されるような構造のスラリー撹拌装置は、特許文献、非特許文献には見当たらないが、撹拌装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
ところで、前記スラリー1は、液相と粉末状粒子の固液二相流体であり、常に均一な状態になるよう撹拌し続ける必要があるが、図4〜図6に示される従来のスラリー撹拌装置では、タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク2周方向流は、L型撹拌部材6’に衝突し、ほとんどがタンク2の半径方向へ偏向されて水平循環流となり、タンク内壁2a付近に発生した速い流れが効果的に活用できておらず、しかも、タンク2の極底部(水平撹拌翼部5’とタンク内底面2bとの隙間)において上下方向流が生じにくくなっており、スラリー1の沈殿が懸念されていた。
By the way, the
本発明は、斯かる実情に鑑み、タンク内壁付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリーの沈殿を防いで性能向上を図り得るスラリー撹拌装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a slurry agitation device that can efficiently utilize a fast flow generated in the vicinity of the inner wall of a tank to generate a vertical circulation flow, and can prevent sedimentation of the slurry and improve performance. It is something to be offered.
本発明は、スラリーが貯留されたタンクを上下方向ヘ延びる軸を中心として回転させるスラリー撹拌装置において、
タンク内部に、該タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段を挿入配置したことを特徴とするスラリー撹拌装置にかかるものである。
The present invention, in a slurry agitator that rotates a tank in which slurry is stored around an axis extending in the vertical direction,
The present invention relates to a slurry agitation apparatus in which a stirring means for generating a vertical circulation flow from a circumferential flow of a slurry generated in accordance with the rotation of the tank is inserted in the tank.
前記スラリー撹拌装置においては、撹拌手段を、タンク上方からタンク内壁に沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられ且つタンク内壁への対向面が開放された中空の垂直撹拌翼部と、該垂直撹拌翼部の下端からタンク内底面に沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設され且つタンク内底面への対向面が開放された中空の水平撹拌翼部とからなるL型撹拌部材で構成することができる。 In the slurry agitating apparatus, the agitating means is suspended from above the tank along the inner wall of the tank so as to hang down with a required gap, and has a hollow vertical agitating blade portion whose open surface facing the inner wall of the tank is open. An L-shaped agitating member comprising a hollow horizontal agitating blade portion which is arranged to extend in the radial direction from the lower end of the agitating blade portion along the bottom surface of the tank with a required gap and is open to the surface facing the bottom surface of the tank Can be configured.
前記L型撹拌部材は、
タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーを取り込むよう水平撹拌翼部の端部に形成された入口開口部と、
該入口開口部から取り込まれたスラリーをタンク内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部の内部下側に形成された下段流路部と、
該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーを折り返してタンク内壁側へ導くよう水平撹拌翼部の内部上側に形成された上段流路部と、
該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーを上方へ導くよう垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部と、
該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーを放出するよう垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部と
を備えるようにすることが有効となる。
The L-shaped stirring member is
An inlet opening formed at the end of the horizontal agitating blade to take in the slurry that has settled near the inner wall of the tank at the bottom of the tank;
A lower flow path portion formed on the inner lower side of the horizontal agitating blade portion so as to guide the slurry taken in from the inlet opening portion to the center side of the inner bottom portion of the tank;
An upper flow path portion formed on the inner upper side of the horizontal agitating blade section so as to fold back the slurry guided to the center side in the tank bottom by the lower flow path section and guide it to the tank inner wall side;
A chimney-like channel part formed inside the vertical stirring blade part to guide the slurry guided to the tank inner wall side by the upper channel part upward,
It is effective to provide an outlet opening formed at the upper end of the vertical stirring blade so as to discharge the slurry guided upward by the chimney-shaped channel.
又、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部の側面に入口開口部を形成すると共に、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流の下流側に対応する垂直撹拌翼部の側面に出口開口部を形成することが望ましい。 In addition, an inlet opening is formed on the side surface of the horizontal agitating blade corresponding to the upstream side of the tank circumferential flow of the slurry generated with the rotation of the tank, and the tank circumferential direction of the slurry generated with the rotation of the tank It is desirable to form an outlet opening on the side of the vertical stirring blade corresponding to the downstream side of the flow.
一方、前記スラリー撹拌装置においては、精密鋳造用鋳型の原型となるモデル型を成形するためのスラリーをタンク内に貯留することができる。 On the other hand, in the slurry agitating device, slurry for forming a model mold as a prototype of a precision casting mold can be stored in a tank.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
スラリーが貯留されたタンク内部に撹拌手段としてのL型撹拌部材を挿入配置して固定した状態で、タンクを上下方向ヘ延びる軸を中心として回転させると、タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーは、撹拌手段としてのL型撹拌部材における水平撹拌翼部の入口開口部から下段流路部に取り込まれてタンク内底部中心側へ導かれ、該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーは、折り返すように上段流路部を流れてタンク内壁側へ導かれ、該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーは、垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部に流れ込んで上方へ導かれ、該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーは、垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部から放出される。 When an L-shaped stirring member as a stirring means is inserted and arranged inside the tank in which the slurry is stored and fixed, when the tank is rotated around an axis extending in the vertical direction, the tank settles near the inner wall of the tank at the bottom of the tank. The slurry is taken into the lower flow path portion from the inlet opening of the horizontal stirring blade portion in the L-shaped stirring member as the stirring means, guided to the center side of the tank bottom, and to the center side of the tank bottom by the lower flow path portion. The guided slurry flows to the inner wall side of the tank through the upper flow path part so as to be folded back, and the slurry guided to the inner wall side of the tank by the upper flow path part is formed in the chimney formed inside the vertical stirring blade part. The slurry that has flowed into the channel-like channel part and led upward and is led upward by the chimney-like channel part is discharged from an outlet opening formed at the upper end of the vertical stirring blade part.
この結果、タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流は、L型撹拌部材に衝突し、タンクの半径方向へ偏向されて単に水平循環流となるだけでなく、タンク内壁付近に発生した速い流れが効果的に活用され、上下方向循環流を生じさせることが可能となる。 As a result, the circumferential flow of the slurry generated by the rotation of the tank collides with the L-shaped stirring member and is deflected in the radial direction of the tank to become a horizontal circulation flow, and is generated near the inner wall of the tank. Such a fast flow is effectively utilized, and a vertical circulation flow can be generated.
しかも、前記下段流路部に取り込まれたスラリーの一部が水平撹拌翼部とタンク内底面との隙間から流出しようとすることにより、その流出箇所で大きな下降流が発生するため、タンクの極底部(水平撹拌翼部とタンク内底面との隙間)においても上下方向流が生じ、スラリーが沈殿する心配もない。 In addition, since a part of the slurry taken into the lower flow path portion tries to flow out from the gap between the horizontal stirring blade portion and the bottom surface of the tank, a large downward flow is generated at the outflow portion. Even in the bottom portion (the gap between the horizontal stirring blade portion and the bottom surface in the tank), a vertical flow is generated, and there is no fear that the slurry will settle.
本発明の請求項1〜5記載のスラリー撹拌装置によれば、タンク内壁付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリーの沈殿を防いで性能向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
According to the slurry agitating device of
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1〜図3は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図4〜図6と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図4〜図6に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1〜図3に示す如く、タンク2内部に、該タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク2周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段3を挿入配置した点にある。
1 to 3 show an example of an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 4 to 6 denote the same components, and the basic configuration is shown in FIGS. Although the same as the conventional one shown in FIG. 6, the feature of this example is that, as shown in FIGS. 1 to 3, the
本図示例の場合、前記撹拌手段3は、タンク2上方からタンク内壁2aに沿い所要隙間をあけて垂下するよう吊り下げられ且つタンク内壁2aへの対向面が開放された中空の垂直撹拌翼部4と、該垂直撹拌翼部4の下端からタンク内底面2bに沿い所要隙間をあけて半径方向へ延びるよう配設され且つタンク内底面2bへの対向面が開放された中空の水平撹拌翼部5とからなるL型撹拌部材6で構成してある。
In the case of the illustrated example, the stirring means 3 is a hollow vertical stirring blade portion suspended from above the
前記L型撹拌部材6は、
タンク2内底部におけるタンク内壁2a付近に沈降したスラリー1を取り込むよう水平撹拌翼部5の端部に形成された入口開口部7と、
該入口開口部7から取り込まれたスラリー1をタンク2内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部5の内部下側に形成された下段流路部8と、
該下段流路部8によりタンク2内底部中心側へ導かれたスラリー1を折り返してタンク内壁2a側へ導くよう水平撹拌翼部5の内部上側に形成された上段流路部9と、
該上段流路部9によりタンク内壁2a側へ導かれたスラリー1を上方へ導くよう垂直撹拌翼部4の内部に形成された煙突状流路部10と、
該煙突状流路部10により上方へ導かれたスラリー1を放出するよう垂直撹拌翼部4の上端部に形成された出口開口部11と
を備えるようにしてある。
The L-shaped stirring
An
A lower flow path portion 8 formed on the lower side inside the horizontal
An upper
A chimney-
And an outlet opening 11 formed at the upper end of the vertical stirring blade portion 4 so as to discharge the
前記入口開口部7は、タンク2の回転に伴って発生するスラリーのタンク2周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部5の側面に形成し、又、前記出口開口部11は、タンク2の回転に伴って発生するスラリーのタンク2周方向流の下流側に対応する垂直撹拌翼部4の側面に形成するようにしてある。
The
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
スラリー1が貯留されたタンク2内部に撹拌手段3としてのL型撹拌部材6を挿入配置して固定した状態で、タンク2を上下方向ヘ延びる軸を中心として図示していない駆動装置により回転させると、タンク2内底部におけるタンク内壁2a付近に沈降したスラリー1は、撹拌手段3としてのL型撹拌部材6における水平撹拌翼部5の入口開口部7から下段流路部8に取り込まれてタンク2内底部中心側へ導かれ、該下段流路部8によりタンク2内底部中心側へ導かれたスラリー1は、折り返すように上段流路部9を流れてタンク内壁2a側へ導かれ、該上段流路部9によりタンク内壁2a側へ導かれたスラリー1は、垂直撹拌翼部4の内部に形成された煙突状流路部10に流れ込んで上方へ導かれ、該煙突状流路部10により上方へ導かれたスラリー1は、垂直撹拌翼部4の上端部に形成された出口開口部11から放出される。
With the L-
この結果、タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク2周方向流は、L型撹拌部材6に衝突し、タンク2の半径方向へ偏向されて単に水平循環流となるだけでなく、タンク内壁2a付近に発生した速い流れが効果的に活用され、上下方向循環流を生じさせることが可能となる。
As a result, the
しかも、前記下段流路部8に取り込まれたスラリー1の一部が水平撹拌翼部5とタンク内底面2bとの隙間から流出しようとすることにより、その流出箇所で大きな下降流が発生するため、タンク2の極底部(水平撹拌翼部5とタンク内底面2bとの隙間)においても上下方向流が生じ、スラリー1が沈殿する心配もない。
Moreover, since a part of the
こうして、タンク内壁2a付近に発生した速い流れを効率良く活用して上下方向循環流を生じさせることができ、スラリー1の沈殿を防いで性能向上を図り得る。
Thus, the fast flow generated in the vicinity of the tank
先ず、撹拌性能の比較をするため、液相と粉末状粒子の固液二相流体であるスラリー1が貯留された高さH=1[m]、直径D=1[m]のタンク2を回転速度ω=20[rpm]で回転させた場合に、タンク2全体でのスラリー1の鉛直方向上昇流における最大速度並びに平均速度を算出し、定量的に比較を行った。解析で得られたタンク2全体における鉛直方向上昇速度|w+|(速度成分wの正の値のみ)の最大速度|w+|max並びに平均速度|w+|aveを[表1]にまとめる。
First, in order to compare the stirring performance, a
[表1]から、スラリー1の鉛直方向上昇流における最大速度|w+|max並びに平均速度|w+|aveがともに図1〜図3に示す改良型(本発明)では図4〜図6に示す従来型より向上しており、平均速度|w+|aveで比較すると、従来型と比べ約1割程度の性能向上が確認された。
From [Table 1], the maximum velocity | w + | max and the average velocity | w + | ave in the vertically rising flow of the
鉛直方向上昇速度|w+|の最大速度|w+|maxは、煙突状流路部10内で発生しており、従来型と比較すると改良型(本発明)の方が約1.5倍に向上している。このことから、タンク2内部に挿入配置された撹拌手段3としてのL型撹拌部材6を中空にすることで、タンク2内底部に沈殿したスラリー1が下段流路部8と上段流路部9を経て煙突状流路部10内を上方へ流れ、効果的に上下方向への循環が行われていると推測できる。
The vertical speed | w + | maximum speed | w + | max is generated in the chimney-shaped
従来型の場合、タンク2内底部において、タンク2の回転に伴って発生するスラリー1のタンク2周方向流は、L型撹拌部材6’の水平撹拌翼部5’に衝突し、ほとんどがタンク2の半径方向へ偏向されて水平循環流となり、タンク内壁2a付近に発生した速い流れが効果的に活用できておらず、上昇流への変換効率が悪くなっているが、改良型(本発明)の場合、タンク2の回転に伴って発生するスラリーのタンク2周方向流の上流側に対応する水平撹拌翼部5の側面近傍に小さな循環流が発生しているものの、タンク内壁2a付近に発生した速い流れを効率良く水平撹拌翼部5の入口開口部7に掻き集めることができているのが確認された。
In the case of the conventional type, the flow in the circumferential direction of the
又、改良型(本発明)では、タンク2内底部に沈殿したスラリー1が煙突状流路部10内を上方へ流れるため、沈降性を有するスラリー1を上下方向へ撹拌させる観点からは効果的な撹拌が行われていると推測できる。そのため、鉛直方向上昇速度|w+|の平均速度|w+|aveだけでは評価できない撹拌性能の向上があると考えられる。
Further, in the improved type (the present invention), the
一方、液相と粉末状粒子の固液二相流体であるスラリー1が貯留された高さh=1[m]、直径D=1[m]のタンク2を回転速度ω=20[rpm]で回転させた場合に、従来型におけるタンク2の極底部(水平撹拌翼部5’とタンク内底面2bとの隙間)での撹拌性能と、改良型(本発明)におけるタンク2の極底部(水平撹拌翼部5とタンク内底面2bとの隙間)での撹拌性能との比較をするため、タンク内底面2bから高さh=0.01・Dまでの領域に限定してスラリー1の鉛直方向上昇流の平均速度を算出し、定量的に比較を行った。解析で得られたタンク2の極底部における鉛直方向上昇速度|w+|(速度成分wの正の値のみ)の平均速度|w+|aveを[表2]にまとめる。
On the other hand, a
[表2]から、改良型(本発明)では、従来型に比べ約2倍の平均速度|w+|aveが発生しており、撹拌性能が向上しているのが確認された。 From [Table 2], in the improved type (the present invention), an average speed | w + | ave of about twice that in the conventional type was generated, and it was confirmed that the stirring performance was improved.
従来型では、タンク2の極底部(水平撹拌翼部5’とタンク内底面2bとの隙間)において上下方向流がほとんど発生していないが、改良型(本発明)では、タンク2内底部のスラリー1をL型撹拌部材6内部に掻き集める際に、下段流路部8に一旦取り込まれたスラリー1の一部が水平撹拌翼部5とタンク内底面2bとの隙間から流出しようとするために、その流出箇所で大きな下降流が発生し、ここで発生した下降流はタンク内底面2bに衝突して上昇流となり、タンク2の極底部(水平撹拌翼部5とタンク内底面2bとの隙間)を循環すると考えられる。
In the conventional type, there is almost no vertical flow at the very bottom of the tank 2 (the gap between the horizontal
以上から、これまで問題となっていたタンク2内底部でのスラリー1の沈殿に関しても、改良型(本発明)のL型撹拌部材6の導入により解消されると期待できる。
From the above, it can be expected that the precipitation of the
尚、本発明のスラリー撹拌装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the slurry stirring apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned illustration example, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 スラリー
2 タンク
2a タンク内壁
2b タンク内底面
3 撹拌手段
4 垂直撹拌翼部
5 水平撹拌翼部
6 L型撹拌部材
7 入口開口部
8 下段流路部
9 上段流路部
10 煙突状流路部
11 出口開口部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
タンク内部に、該タンクの回転に伴って発生するスラリーのタンク周方向流から上下方向循環流を生じさせるための撹拌手段を挿入配置したことを特徴とするスラリー撹拌装置。 In a slurry agitating device that rotates a tank storing slurry around an axis extending in the vertical direction,
A slurry agitation apparatus, wherein an agitation means for generating a vertical circulation flow from a circumferential flow of a slurry generated as the tank rotates is inserted and disposed in the tank.
タンク内底部におけるタンク内壁付近に沈降したスラリーを取り込むよう水平撹拌翼部の端部に形成された入口開口部と、
該入口開口部から取り込まれたスラリーをタンク内底部中心側へ導くよう水平撹拌翼部の内部下側に形成された下段流路部と、
該下段流路部によりタンク内底部中心側へ導かれたスラリーを折り返してタンク内壁側へ導くよう水平撹拌翼部の内部上側に形成された上段流路部と、
該上段流路部によりタンク内壁側へ導かれたスラリーを上方へ導くよう垂直撹拌翼部の内部に形成された煙突状流路部と、
該煙突状流路部により上方へ導かれたスラリーを放出するよう垂直撹拌翼部の上端部に形成された出口開口部と
を備えてなる請求項2記載のスラリー撹拌装置。 L-shaped stirring member
An inlet opening formed at the end of the horizontal agitating blade to take in the slurry that has settled near the inner wall of the tank at the bottom of the tank;
A lower flow path portion formed on the inner lower side of the horizontal agitating blade portion so as to guide the slurry taken in from the inlet opening portion to the center side of the inner bottom portion of the tank;
An upper flow path portion formed on the inner upper side of the horizontal agitating blade section so as to fold back the slurry guided to the center side in the tank bottom by the lower flow path section and guide it to the tank inner wall side;
A chimney-like channel part formed inside the vertical stirring blade part to guide the slurry guided to the tank inner wall side by the upper channel part upward,
The slurry stirring apparatus according to claim 2, further comprising: an outlet opening formed at an upper end portion of the vertical stirring blade portion so as to discharge the slurry guided upward by the chimney channel portion.
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