WO2012038054A1 - Rührblatt und rührvorrichtung - Google Patents

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WO2012038054A1 PCT/EP2011/004673 EP2011004673W WO2012038054A1 WO 2012038054 A1 WO2012038054 A1 WO 2012038054A1 EP 2011004673 W EP2011004673 W EP 2011004673W WO 2012038054 A1 WO2012038054 A1 WO 2012038054A1
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stirring device
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Inventor
Nicole Rohn
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EKATO Rühr- und Mischtechnik GmbH
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Classifications

    • 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
    • B01F27/113—Propeller-shaped stirrers for producing an axial flow, e.g. shaped like a ship or aircraft propeller

Definitions

  • the invention generally relates to a stirring device used in industrial stirring, and more particularly relates to a stirring blade for such a stirring device.
  • Stirrers are classified according to their primary conveyor technology in industrial mixing technology. For example, there are radial conveyors and axial conveyors. Axial conveyors generate a flow mainly parallel to the stirrer shaft. In this case, the energy required to achieve a process result by mixing liquids or suspending solids depends on the efficiency, namely the ratio of the pump power to the shaft power of the agitator.
  • Previous agitators have simply designed agitator blades that have a shape that can be realized with existing methods for processing and deformation of sheet metal parts. Meanwhile, there are new methods for producing agitator blades based on numerically controlled machines. These methods open up completely new possibilities for the design of stirring blades.
  • the agitating blade according to the invention which is particularly suitable for use in a stirring device designed as an axial conveyor, has over its entire length a profile shape that changes in cross section, which has a rounded front edge at each cross section and then merges into a convex pressure and suction side, which to unite in a blunt trailing edge.
  • Winglets are preferably attached to the tip of the stirrer blade.
  • the shape of the cross-sections of the stirring blade is preferably based on the mathematical definition of the NACA profiles, wherein the profile curvature and the thickness distribution along the skeleton line are adapted according to a rotationally symmetrical flow.
  • the profile shape has in particular a variable over the length of the stirring blade maximum profile thickness relative to the profile length d / l between 0.01 and 0.4, preferably between 0.03 and 0.2, a thickness reserve based on the profile length x d / l in between 0.1 and 0.5, preferably between 0.2 and 0.4, a profile curvature based on the profile length f / l between 0.01 and 0.4, preferably between 0.05 and 0.2, and a curvature reserve based on the profile length Xf / I between 0.1 and 0.75, preferably between 0.3 and 0.5, on.
  • the inventive special design of the profile shape of the stirring blade leads, instead of a nearly linear course in previous embodiments, to a concave profile of the (dimensionless) shape of the specific Shovel work over the radius.
  • the concomitant reduced load of the tip section ie lower flow deflection at the blade tip, supports the effect of the winglets attached to the blade tip to suppress the pressure compensation eddies.
  • the resulting greater reduction of the secondary vortices, in combination with the improved radial course of the specific vane work leads to beam bundling. By this measure, the susceptibility to wear of the blade tip area is simultaneously reduced.
  • a load number (CA * t / s, where CA is the lift coefficient, t / s is the split ratio, t is the pitch and s is the chord length) is chosen in particular between 0.1 and 7, preferably between 0.4 and 4.
  • Their course along the stirring blade has in particular a logarithmic shape.
  • the profile shape is designed so that a free transfer overflow of the entire stirring blade is achieved.
  • a stirring device comprises a stirring container and at least one stirring element, the stirring element having a shaft with a hub and at least two stirring blades attached to the hub according to the invention.
  • a blade adjustment on the leading edge is designed so that an ideal flow is ensured over the entire radius.
  • the stirring blade merges into a hub of the stirring device such that the gradient at the connection lies between 0.5 and 5.
  • the radius of the hub is in particular less than 20%, preferably less than 12%, of the diameter of a stirring element of the stirring device.
  • Fig. 1 shows a geometry of a profile of a stirring blade.
  • FIG. 1 shows the geometry of a profile of a stirring blade according to the invention in an xy coordinate system.
  • a thickness reserve with Xd a bulge reserve with Xf, a profile length with I, a maximum profile thickness with d and a profile curvature with f are designated.
  • the stirring blade according to FIG. 1 has a varying profile thickness over its entire length I. Over the radius, the stirring blade has different cross sections according to Figure 1, each cross section has a rounded front edge and then merges into a convex pressure and suction side, which unite in a blunt trailing edge.
  • winglets are preferably attached to the tip of the stirring blade.
  • the sizes shown in FIG. 1 are decisive for the properties of a profile, which is why NACA profiles are described on the basis of these variables.
  • the shape of the cross-sections of the stirring blade is based on the mathematical definition of the NACA profiles. However, they are not due to existing NACA profiles, but according to the invention, the profile curvature and the thickness distribution along the skeleton line are designed according to their fluidic task as an axial conveyor.
  • the profile shape of the stirring blade of the invention has in particular a variable over the length of the stirring blade maximum profile thickness relative to the profile length d / l between 0.01 and 0.4, preferably between 0.03 and 0.2, a thickness reserve based on the profile length x d / l between 0.1 and 0.5, preferably between 0.2 and 0.4, a profile curvature based on the profile length f / l between 0.01 and 0.4, preferably between 0.05 and 0.2, and a buckling reserve based on the profile length Xf / I between 0.1 and 0.75, preferably between 0.3 and 0.5, on.
  • this particular profile form of the stirring blade of the invention results in a concave course of the (dimensionless) shape of the specific blade work over the radius. This reduces the stress on the tip section, i. There is a lower flow deflection at the blade tip. This supports the action of the winglets attached to the blade tip to suppress the pressure balance swirls. This achieves a greater reduction of the secondary vortices and, together with the improved radial course of the specific vane work, this results in beam bundling. This also reduces the susceptibility to wear of the blade tip area at the same time.
  • a load number (CA * t / s, where CA is the lift coefficient, t / s is the split ratio, t is the pitch and s is the chord length), in particular between 0, 1 and 7, preferably between 0.4 and 4, is selected.
  • Their course along the stirring blade has in particular a logarithmic shape. The profile shape is thus designed so that a free transfer overflow of the entire stirring blade is achieved.
  • a stirring blade with a profile shape is used in particular in a stirring device designed as an axial conveyor, which has a stirring container and at least one stirring element. organ, wherein the stirring member has a shaft with hub and at least two mounted on the hub agitator blades.
  • a blade adjustment on the leading edge is designed so that an ideal flow is ensured over the entire radius.
  • the agitating blade should in particular go over into a hub of the stirring device such that the gradient at the connection lies between 0.5 and 5.
  • the radius of the hub is in particular less than 20%, preferably less than 12%, of the diameter of a stirring element of the stirring device.
  • an axial promotion can be achieved with highly concentrated beam and appropriate range.
  • the efficiency as the ratio of pump power to shaft power of a stirring element can be increased by 10-20% over the prior art.
  • the susceptibility to wear of the stirring blade is reduced according to the invention.

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Abstract

Es wird ein Rührblatt zum Einsatz in einer als Axialförderer ausgebildeten Rührvorrichtung und eine Rührvorrichtung mit wenigstens zwei Rührblättern zur Verfügung gestellt, wobei das Rührblatt auf seiner gesamten Länge eine sich im Querschnitt verändernde Profilform aufweist, die an jedem Querschnitt eine abgerundete Vorderkante besitzt und dann in eine konvexe Druck- und Saugseite übergeht, die sich in einer stumpfen Hinterkante vereinen.

Description

Rührblatt und Rührvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein eine in der industriellen Rührtechnik eingesetzte Rührvorrichtung und betrifft insbesondere ein Rührblatt für eine solche Rührvorrichtung.
In der industriellen Rührtechnik sind Rührorgane nach ihrer primären Fördertechnik klassifiziert. Es gibt beispielsweise Radialförderer und Axialförderer. Axialförderer erzeugen eine Strömung hauptsächlich parallel zur Rührwelle. Dabei hängt der erforderliche Energiebedarf zum Erzielen eines Prozessergebnisses durch das Vermischen von Flüssigkeiten oder das Suspendieren von Feststoffen vom Wirkungsgrad, nämlich dem Verhältnis von der Pumpleistung zu der Wellenleistung, des Rührorgans ab.
Bisherige Rührorgane weisen einfach ausgestaltete Rührblätter auf, die eine Form haben, die mit bestehenden Verfahren zur Bearbeitung und Verformung von Blechteilen realisierbar sind. Inzwischen gibt es neue Methoden zum Herstellen von Rührblättern auf der Basis numerisch gesteuerter Maschinen. Diese Methoden eröffnen ganz neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Rührblättern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, unter Verwendung der neuen Methoden ein Rührblatt zur Verfügung zu stellen, dessen Form, wie Profilwölbung, Sehnenlänge, Blattstaffelungswinkel, Blattdicke usw., derart ist, dass der Wirkungsgrad eines Rührorgans bzw. seine aerodynamische Leistungsfähigkeit erhöht werden kann und dass das Rührorgan weniger anfällig für einen Verschleiß ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Rührblatt gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 5 zeigen spezielle Ausführungsformen des Rührblatts gemäß Anspruch 1. Der Anspruch 6 beschreibt eine Rührvorrichtung mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Rührblättern und die Ansprüche 7 bis 9 zeigen spezielle Ausführungsformen der Rührvorrichtung gemäß Anspruch 6.
Das erfindungsgemäße Rührblatt, das insbesondere zum Einsatz in einer als Axialförderer ausgebildeten Rührvorrichtung geeignet ist, weist auf seiner gesamten Länge eine sich im Querschnitt verändernde Profilform auf, die an jedem Querschnitt eine abgerundete Vorderkante besitzt und dann in eine konvexe Druck- und Saugseite übergeht, die sich in einer stumpfen Hinterkante vereinen.
An der Spitze des Rührblatts sind vorzugsweise Winglets angebracht.
Bevorzugt basiert die Form der Querschnitte des Rührblatts auf der mathematischen Definition der NACA-Profile, wobei die Profilwölbung und die Dickenverteilung entlang der Skelettlinie gemäß einer rotationssymmetrischen Anströmung angepasst sind.
Die Profilform weist insbesondere eine über die Länge des Rührblatts veränderliche maximale Profildicke bezogen auf die Profillänge d/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,03 und 0,2, eine Dickenrücklage bezogen auf die Profillänge xd/l zwischen 0,1 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4, eine Profilwölbung bezogen auf die Profillänge f/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2, und eine Wölbungsrücklage bezogen auf die Profillänge Xf/I zwischen 0,1 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5, auf.
Die erfindungsgemäße spezielle Ausgestaltung der Profilform des Rührblatts führt, anstatt zu einem nahezu linearen Verlauf bei bisherigen Ausgestaltungen, zu einem konkaven Verlauf der (dimensionslosen) Form der spezifischen Schaufelarbeit über dem Radius. Die damit einhergehende reduzierte Belastung des Spitzenabschnitts, d.h. geringere Strömungsumlenkung an der Blattspitze, unterstützt die Wirkung des an der Blattspitze zur Unterdrückung der Druckausgleichswirbel angebrachten Winglets. Die damit erzielte stärkere Reduktion der Sekundärwirbel führt im Verein mit dem verbesserten radialen Verlauf der spezifischen Schaufelarbeit zur Strahlbündelung. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig die Verschleißanfälligkeit des Blattspitzenbereichs reduziert.
Eine Belastungszahl (CA*t/s, wobei CA der Auftriebsbeiwert, t/s das Teilungsverhältnis, t die Teilung und s die Sehnenlänge ist) ist insbesondere zwischen 0,1 und 7, bevorzugt zwischen 0,4 und 4, gewählt. Ihr Verlauf entlang des Rührblatts weist insbesondere eine logarithmische Form auf. Somit ist die Profilform so gestaltet, dass eine ablösefreie Überströmung des gesamten Rührblatts erzielt wird.
Weiterhin weist eine erfindungsgemäße Rührvorrichtung einen Rührbehälter und mindestens ein Rührorgan auf, wobei das Rührorgan eine Welle mit Nabe und wenigstens zwei an der Nabe angebrachte Rührblatter gemäß der Erfindung aufweist.
Dabei ist insbesondere eine Blattanstellung an der vorlaufenden Kante so ausgebildet, dass über den gesamten Radius eine ideale Anströmung gewährleistet ist.
Das Rührblatt geht insbesondere so in eine Nabe der Rührvorrichtung über, dass die Steigung an der Anbindung zwischen 0,5 und 5 liegt. Der Radius der Nabe beträgt insbesondere unter 20%, bevorzugt unter 12%, des Durchmessers eines Rührorgans der Rührvorrichtung. Durch Wahl einer solchen speziellen Nabenform wird eine axialfördernde Wirkung über einen möglichst großen Bereich des Rührblatts erzielt. Die angegebenen und weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden einem Fachmann auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung klarer werden, die Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels darstellt und wobei:
Fig. 1 eine Geometrie eines Profils eines Rührblatts zeigt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert erklärt.
Die Figur 1 zeigt die Geometrie eines Profils eines erfindungsgemäßen Rührblatts in einem xy-Koordinatensystem. Wie es in der Figur 1 angegeben ist, ist dabei eine Dickenrücklage mit Xd, eine Wölbungsrücklage mit Xf, eine Profillänge mit I, eine maximale Profildicke mit d und eine Profilwölbung mit f bezeichnet.
Das Rührblatt gemäß der Figur 1 weist auf seiner gesamten Länge I eine sich ändernde Profildicke auf. Über den Radius weist das Rührblatt unterschiedliche Querschnitte gemäß Figur 1 auf, wobei jeder Querschnitt eine abgerundete Vorderkante besitzt und dann in eine konvexe Druck- und Saugseite übergeht, die sich in einer stumpfen Hinterkante vereinen.
Es ist anzumerken, dass an der Spitze des Rührblatts vorzugsweise Winglets angebracht sind.
Die in Figur 1 dargestellten Größen sind für die Eigenschaften eines Profils ausschlaggebend, weshalb NACA-Profile anhand dieser Größen beschrieben werden. Die Form der Querschnitte des Rührblatts basiert jeweils auf der mathematischen Definition der NACA-Profile. Allerdings sind sie nicht auf bereits existierende NACA-Profile zurückzuführen, sondern erfindungsgemäß sind die Profilwölbung und die Dickenverteilung entlang der Skelettlinie gemäß ihrer strömungstechnischen Aufgabe als Axialförderer ausgelegt. Die Profilform des Rührblatts der Erfindung weist insbesondere eine über die Länge des Rührblatts veränderliche maximale Profildicke bezogen auf die Profillänge d/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,03 und 0,2, eine Dickenrücklage bezogen auf die Profillänge xd/l zwischen 0,1 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4, eine Profilwölbung bezogen auf die Profillänge f/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2, und eine Wölbungsrücklage bezogen auf die Profillänge Xf/I zwischen 0,1 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5, auf.
Anstatt zu einem nahezu linearen Verlauf bei bisherigen Ausgestaltungen, führt diese spezielle Profilform des Rührblatts der Erfindung zu einem konkaven Verlauf der (dimensionslosen) Form der spezifischen Schaufelarbeit über dem Radius. Damit wird die Belastung des Spitzenabschnitts reduziert, d.h. es erfolgt eine geringere Strömungsumlenkung an der Blattspitze. Dies unterstützt die Wirkung des an der Blattspitze zur Unterdrückung der Druckausgleichswirbel angebrachten Winglets. Damit wird eine stärkere Reduktion der Sekundärwirbel erreicht und dies führt zusammen mit dem verbesserten radialen Verlauf der spezifischen Schaufelarbeit zur Strahlbündelung. Dadurch wird auch gleichzeitig die Verschleißanfälligkeit des Blattspitzenbereichs reduziert.
Weiterhin ist eine Belastungszahl (CA*t/s, wobei CA der Auftriebsbeiwert, t/s das Teilungsverhältnis, t die Teilung und s die Sehnenlänge ist) insbesondere zwischen 0, 1 und 7, bevorzugt zwischen 0,4 und 4, gewählt. Ihr Verlauf entlang des Rührblatts weist insbesondere eine logarithmische Form auf. Die Profilform ist somit so gestaltet, dass eine ablösefreie Überströmung des gesamten Rührblatts erzielt wird.
Ein Rührblatt mit einer Profilform, wie sie in Figur 1 gezeigt und vorangehend beschrieben ist, wird insbesondere bei einer als Axialförderer ausgebildeten Rührvorrichtung eingesetzt, die einen Rührbehälter und mindestens ein Rühr- organ aufweist, wobei das Rührorgan eine Welle mit Nabe und wenigstens zwei an der Nabe angebrachte Rührblätter aufweist.
Zur Verbesserung der Rührvorrichtung ist eine Blattanstellung an der vorlaufenden Kante so gestaltet, dass über den gesamten Radius eine ideale Anströmung gewährleistet ist.
Das Rührblatt soll insbesondere so in eine Nabe der Rührvorrichtung übergehen, dass die Steigung an der Anbindung zwischen 0,5 und 5 liegt. Der Radius der Nabe beträgt insbesondere unter 20%, bevorzugt unter 12%, des Durchmessers eines Rührorgans der Rührvorrichtung. Durch die Wahl einer solchen speziellen Nabenform wird eine axialfördernde Wirkung über einen möglichst großen Bereich des Rührblatts erzielt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rührblatts gemäß der Erfindung kann eine axiale Förderung mit stark gebündeltem Strahl und entsprechender Reichweite erzielt werden. Der Wirkungsgrad als das Verhältnis von Pumpleistung zu Wellenleistung eines Rührorgans kann gegenüber dem Stand der Technik um 10-20% erhöht werden. Zusätzlich zur verbesserten aerodynamischen Leistungsfähigkeit des Rührblatts der Erfindung wird erfindungsgemäß die Verschleißanfälligkeit des Rührblatts reduziert.
Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Rührblatts in einer Rührvorrichtung kann somit eine wirkungsstarke Rührvorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Diese Wirkung kann noch weiter verbessert werden, indem die Vorrichtung selbst speziell ausgebildet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Rührblatt zum Einsatz in einer als Axialförderer ausgebildeten Rührvorrichtung, das auf seiner gesamten Länge eine sich im Querschnitt verändernde Profilform aufweist, die an jedem Querschnitt eine abgerundete Vorderkante besitzt und dann in eine konvexe Druck- und Saugseite übergeht, die sich in einer stumpfen Hinterkante vereinen.
2. Rührblatt nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an seiner Spitze Winglets angebracht sind.
3. Rührblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Querschnitte des Rührblatts auf der mathematischen Definition der NACA-Profile basiert, wobei die Profilwölbung und die Dickenverteilung entlang der Skelettlinie gemäß einer rotationssymmetrischen Anströmung angepasst sind.
4. Rührblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilform eine über die Länge des Rührblatts veränderliche maximale Profildicke d/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,03 und 0,2, eine Dickenrücklage xd/l zwischen 0,1 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4, eine Profilwölbung f/l zwischen 0,01 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2, und eine Wölbungsrücklage xf/l zwischen 0,1 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5, aufweist.
5. Rührblatt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belastungszahl (cA *t/s, wobei CA der Auftriebsbeiwert, t/s das Teilungsverhältnis, t die Teilung und s die Sehnenlänge ist) zwischen 0,1 und 7, bevorzugt zwischen 0,4 und 4, gewählt ist, deren Verlauf entlang des Rührblatts eine logarithmische Form aufweist.
6. Rührvorrichtung mit einem Rührbehälter und mindestens einem Rührorgan, wobei das Rührorgan eine Welle mit Nabe und wenigstens zwei an der Nabe angebrachte Rührblätter nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
7. Rührvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattanstellung an der vorlaufenden Kante so gestaltet ist, dass über den gesamten Radius eine ideale Anströmung gewährleistet ist.
8. Rührvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührblatt so in eine Nabe der Rührvorrichtung übergeht, dass die Steigung an der Anbindung zwischen 0,5 und 5 liegt.
9. Rührvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Nabe unter 20%, bevorzugt unter 12%, des Durchmessers eines Rührorgans der Rührvorrichtung beträgt.
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