專利名稱：垂直攪拌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在罐中攪拌各種流體、半固態(tài)流體、粉末等的攪拌裝置，更具體地說涉及一種適合用在尖錐底形攪拌罐中的垂直攪拌裝置。
在這類攪拌裝置中，轉(zhuǎn)軸通常與攪拌葉片相連，并且樞轉(zhuǎn)地連接在攪拌罐中心上，轉(zhuǎn)軸從罐中伸出，由罐外的驅(qū)動裝置驅(qū)動，從而使攪拌葉片在罐中轉(zhuǎn)動以攪動和混合物質(zhì)，攪拌葉片又在待處理物質(zhì)(待攪拌物質(zhì))中產(chǎn)生渦流和垂直的循環(huán)流動。通常已知的攪拌葉片包括透平葉片、漿葉、推進(jìn)器等的排出型后掠式葉片，以及閘門、螺旋形帶狀葉片、螺狀葉片或錨片等的剪切型攪拌葉片。
參看圖7，它是一個剖視圖，示出一個應(yīng)用傳統(tǒng)的兩級透平葉片的攪拌裝置，攪拌罐20的底部分是一個圓錐形底面，其半頂角為α，還有一個可被罐外的驅(qū)動裝置帶動而轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸21，它沿罐的整個長度延伸，在轉(zhuǎn)軸21的中間部分上安裝有一個或多個攪拌葉片23。攪拌葉片23通過轉(zhuǎn)軸21的轉(zhuǎn)動將液體排向罐的周邊部分，從而形成的排放流使罐中流體循環(huán)?？梢栽诠薜膬?nèi)周部分安裝線圈24。
(1)在較深的攪拌罐中(L/D＞1.5，其中L是指液體表面到罐底的深度，D是罐的內(nèi)徑)，傳統(tǒng)的攪拌葉片無法得到垂直方向上的均勻混合。(2)此外，如圖7所示，在半頂角小于60度的尖錐底形攪拌罐中，在轉(zhuǎn)軸21的下部只安裝了一對與罐直筒部分的攪拌葉片23相似的橫臂形葉片30，因而就不可避免地在國錐底部的頂端上產(chǎn)生一個液體靜滯區(qū)27，在該處不產(chǎn)生混合。特別是當(dāng)在罐內(nèi)部的周邊部分安裝線圈時，上述的缺陷(1)和(2)就變得更明顯了。
參看圖7到

圖11，下面詳細(xì)解釋上述缺陷。如圖8所示，如果上述的排出型攪拌葉片23為單級應(yīng)用時，攪拌葉片23通常位于TL(罐的圓筒部分和錐形底部分的交接線)附近，由于從罐的底部20a到液體表面25的路徑較長，在較深液體處排出液體在移動路徑中的流速就變慢(圖8中A部分所示)。這樣就在圖8的B部分出現(xiàn)停滯，無法到達(dá)垂直均勻混合。
為了消除這種非均勻狀態(tài)，可以應(yīng)用圖9中所示的帶有兩級以上的攪拌葉片的多級構(gòu)型。然而在葉片23a和葉片23b之間，排出流體相互沖擊，使得罐中的流體在罐垂直方向的中部似乎有一堵如標(biāo)號26所示的分隔壁存在，因而，由于這個分隔壁狀的液體相的存在，就更難于達(dá)到垂直均勻混合。
如圖7、10、11所示，在半頂角小于60度的尖錐底形攪拌罐2中，距離錐形底越近，截面積越小，在流體中就易于產(chǎn)生流動阻力。因此，嚴(yán)格地說，流體無法達(dá)到錐形底的端部，而是沿著流動阻力較小的方向流動。這樣就產(chǎn)生了所謂的流體分離。結(jié)果是在錐形底的端部產(chǎn)生流體靜滯部分27，流體粘度越大，這種傾向越大。即使在罐底部分采用槳形攪拌葉片30，也無法消除這種靜滯?？梢宰⒁獾綀D7中的陰影部分展示的就是液體流動較差的部分。
此外，在使用閘閘門、螺旋形帶狀葉片、螺狀葉片或錨片等剪切型攪拌葉片的攪拌罐中，一般說來，葉片轉(zhuǎn)速通常較低，以便刮動并抬升流體促使其混合。然而此時流體流動的雷諾數(shù)應(yīng)當(dāng)小于Re=100，從而使剪切葉片能夠達(dá)到額定性能，也就是說，液體流動必須在層流區(qū)。超出了這個區(qū)域，產(chǎn)生垂直循環(huán)的能力就特別低。也就是說，如果雷諾數(shù)超過100，在垂直方向很難進(jìn)行混合?？梢宰⒁獾?，雷諾數(shù)也即Re的數(shù)值是由d2nρ/μ表示的，其中d(m)是攪拌葉片的直徑，n(1/s)是葉片的轉(zhuǎn)速，ρ(kg/m3)是液體密度，μ(kg/m.s)是液體粘度。
此外，大多數(shù)傳統(tǒng)攪拌葉片的形狀和組合常使得流體靠近罐壁表面向上流動(指圖7中標(biāo)號28、29)，這樣這種傳統(tǒng)葉片形狀無法在罐尖錐底的中部產(chǎn)生上升流動。此外，在深的流體或錐形底中由于流速在途中降低，這樣在罐中不只產(chǎn)生一股而且還產(chǎn)生多股側(cè)流28、29(獨(dú)立于主流之外)，這樣，在罐中的整體均勻混合就明顯惡化了。
設(shè)計本發(fā)明是為了克服上述傳統(tǒng)缺陷的，因而本發(fā)明的第一個目的是提供一種垂直攪拌裝置，它能夠縮短垂直均勻混合所要求的時間，使得如較深液體的攪拌罐之類的攪拌罐中垂直方向的流速一致，并且能夠縮短熱傳導(dǎo)時間，并防止在半頂角小于60度的錐底形攪拌罐中產(chǎn)生液體靜滯。
本發(fā)明的第一方面是提供一種垂直攪拌裝置，它包括一個帶有中心線并且底部呈半頂角小于60度錐形的攪拌罐；一個安裝在攪拌罐中心上的攪拌軸，該攪拌軸可由罐外的驅(qū)動裝置驅(qū)動而轉(zhuǎn)動；以及安裝在攪拌軸上的攪拌葉片，攪拌葉片帶有圓錐底槳形部分，它位于攪拌罐的底部處，其形狀與攪拌罐圓錐形底部的半頂角相一致。
本發(fā)明的第二個方面提供了一種垂直攪拌裝置，它包括一個帶有中心線的攪拌罐；一個帶有下部的攪拌軸，攪拌軸安裝在罐的中心處并由攪拌罐外的驅(qū)動裝置驅(qū)動而轉(zhuǎn)動；還帶有圓錐底槳形葉片，安裝在轉(zhuǎn)軸的下部，柵狀葉片由垂直柵和水平臂組合而成，每個垂直柵都帶有一個外棱，水平臂帶有一個最外側(cè)面，它安裝在圓錐底槳形部分上方的轉(zhuǎn)軸上，柵狀葉片最外側(cè)的外棱與轉(zhuǎn)軸中心線的距離大于底部槳形葉片。
通過參看附圖并閱讀下面的詳細(xì)說明之后，將能夠充分了解本發(fā)明的上述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡介圖1是一個垂直縱剖面簡圖，示意了本發(fā)明一個最佳實(shí)施例中的垂直攪拌裝置，其中在圓錐底形攪拌罐中采用的攪拌葉片結(jié)構(gòu)有對本發(fā)明至關(guān)重要的圓錐底槳形部分；圖2是沿圖1中線A-A所作的截面圖；圖3是本發(fā)明另一個實(shí)施例中垂直攪拌裝置的側(cè)視圖；圖4a和4b為平面圖，示出一個安裝在水平臂上的垂直柵，它相對于水平臂傾斜，并向后掠；圖5a和5b為正視圖，示出本發(fā)明中垂直柵寬度變化的幾個構(gòu)型例子；
圖6為一個側(cè)視圖，簡明示出圖3所示實(shí)施例中攪拌罐操作時液體的流動。
圖7是采用兩級透平葉片的傳統(tǒng)型攪拌裝置的剖視圖；圖8是采用排出型單級葉片的傳統(tǒng)型攪拌裝置的簡圖；圖9是采用兩級葉片的傳統(tǒng)攪拌裝置中流體垂直分離的狀態(tài)；圖10是在傳統(tǒng)圓錐底形攪拌罐中底部產(chǎn)生流體靜滯部分的狀態(tài)；圖11是在傳統(tǒng)圓錐底形攪拌罐中底部產(chǎn)生流體靜滯部分的狀態(tài)。
最佳實(shí)施例下面，將參照附圖對本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。參看圖1，它是一個垂直截面圖，顯示出在本發(fā)明的第一個實(shí)施例中垂直攪拌裝置的下部。在本實(shí)施例中，攪拌葉片由安裝在攪拌軸8(旋轉(zhuǎn)軸)下部的圓錐底槳形部分31組成，它的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖7中所示的傳統(tǒng)攪拌罐中底部的臂形攪拌葉片30的面積。此外，它的外部形狀使得它能緊靠攪拌罐32的圓錐底部分7，它的側(cè)部形狀31與圓錐底部分7的半頂角一致。槳形部分31的上棱31b位于攪拌罐32的圓錐底部分7和直筒部分6之間的接合處附近。
此外，在本實(shí)施例中，如圖2所示，在槳形部分31中四個攪拌葉片以90度角繞著攪拌軸8安裝。然而本發(fā)明并不限定葉片的數(shù)目。這樣，也可以采用兩個葉片在直徑方向成一條直線，或者是三個攪拌葉片安裝成相互等夾角。盡管在圓錐底槳形部分31上方的轉(zhuǎn)軸上沒有安裝葉片，但是在圓錐底槳形部分31上方的轉(zhuǎn)軸上也可以安裝適當(dāng)?shù)娜~片。此外圓錐底槳形部分31的結(jié)構(gòu)可以是這樣的，即圓錐底槳形部分31是傾斜的，或彎曲的，或后掠的，可以注意到，在圓錐底槳形部分31中的葉片在垂直和水平方向上看都是傾斜的，而彎曲錐底槳形部分從垂直方向上看是彎曲的，而后掠圓錐底槳形部分中的葉片是彎曲的。
在圖1所示的實(shí)施例中，當(dāng)攪拌軸8由罐外的驅(qū)動裝置(圖中未顯示)帶動而轉(zhuǎn)動時，待處理流體被槳形部分垂直地從圓錐形底部31的側(cè)面31a處推出，其方向垂直于罐的底部7的內(nèi)壁7a，沿著罐的內(nèi)壁7a的傾斜表面向下流動。然后它沿著攪拌軸8在軸8附近從罐底端部7b處上升，然后從罐32的中間和頂部沿著罐的內(nèi)壁表面再次向下。因此，待處理流體能夠在罐中反復(fù)循環(huán)，因而就有可能使待處理流體均勻混合，在罐的底部不產(chǎn)生靜滯，而在傳統(tǒng)類型中是必然有這種靜滯的。
參看圖3，它示意了本發(fā)明另一個實(shí)施例中的垂直攪拌裝置，為了簡明起見，在圖中罐殼10的外殼用虛線表示，攪拌罐32帶有一個包括直筒部分6和內(nèi)錐底部分的罐殼10；用于密封直筒部分6頂部的蓋13；以及一個攪拌軸(旋轉(zhuǎn)軸)8，它從罐的底部伸向罐殼10的中部并穿過蓋子13。從蓋子13向上伸出的攪拌軸8與安裝在蓋子頂部的電機(jī)9和減速器18的輸出軸配合，它可以由通電的電機(jī)9帶動。熱傳導(dǎo)線圈11由合適的線圈支撐12安裝在罐殼10的內(nèi)壁附近，從罐殼的直筒部分6的上端延伸到底部7的下端。在所示的實(shí)施例中，線圈是雙層設(shè)置的，然而它也可以是單層設(shè)置的或多層設(shè)置的。根據(jù)需要可以在罐殼10的內(nèi)壁上安裝折流板，在所示實(shí)施例中，線圈支撐也可以起折流板的作用。應(yīng)注意到，安裝噴嘴14，以便向線圈11中供入冷卻水或熱介質(zhì)。
攪拌軸8樞軸連接在底部7的底板15以及罐頂處的蓋子13上，攪拌軸8上還安裝有下面將要詳細(xì)介紹的柵狀葉片部分3，柵狀葉片部分3沿徑向向外伸展，其位置處于直筒部分6中，帶有較大水平伸出面積的圓錐底槳形部分31安裝在攪拌軸8上，其位置在底部7的位置處。在本實(shí)施例中，攪拌葉片的結(jié)構(gòu)包括位于底部7處的圓錐底槳形部分31和位于直筒部分6處的柵狀葉片部分3。錐形底槳形部分31的下部31a是尖形的，沿底部7的內(nèi)錐形伸展，而在上部帶有垂直側(cè)部31c，槳形部分31可以是傾斜的、彎曲的、或后掠的，如圖1中所示那樣。當(dāng)兩個葉片在直徑方向呈一條直線時，柵狀葉片部分3和圓錐底槳形部分31都可以這樣安裝，使得柵狀葉片部分3的垂直柵1與圓錐底槳形部分31上的葉片周向間隔90度。
在圓錐底槳形部分31附近，柵狀葉片部分3安裝在圓錐底槳形部分31上方的攪拌軸8上，它包括多個安裝在攪拌軸8上的水平臂7，垂直柵1安裝在水平臂7的頂端，并且平行于攪拌軸8而伸展。參看圖3、4a、4b、5a、5b，在側(cè)壁2外端，垂直柵1的最外棱1a與攪拌軸8的中心之間的距離L大于安裝在轉(zhuǎn)軸下部上的大槳形部分31一側(cè)的最大寬度W(參看圖3)。此外，每一個垂直柵1都制作成上部寬下部窄。通過這種設(shè)計，攪拌葉片就具有這樣的構(gòu)型，在圖3所示的單級結(jié)構(gòu)中切割掉下部內(nèi)側(cè)，而在多級結(jié)構(gòu)中切割內(nèi)邊，從而形成圖5a所示的在垂直方向連續(xù)變化的梯形，或者切割內(nèi)邊使它從底部到頂部連續(xù)變化形成如圖5b所示的向底部逐漸變窄的形狀。
在攪拌軸8和臂最外端的垂直柵1之間的水平臂2上，安裝一個或多個中間垂直柵4。在臂最外側(cè)的垂直柵1，能夠安裝成相對于流體而傾斜，如圖4a所示，或者是后掠的，如圖4b所示。應(yīng)該注意到，圖4a和圖4b中所有的箭頭都顯示攪拌軸8的旋轉(zhuǎn)方向。
參看圖6，它是一個側(cè)視簡圖，顯示了圖3所示的實(shí)施例中在攪拌時攪拌罐中液體的流動。如上所述，由于垂直柵1的寬度上部大于下部，所有的液體流16在罐直筒部分6的內(nèi)壁表面附近垂直向下。較大體積的槳形部分31的側(cè)部31a從接近端部的位置到其底部附近沿著圓錐底部7伸展，這樣在該區(qū)域就產(chǎn)生了直接朝向罐的底面的液體流17，同時，在槳形部分31的中心就得到從底部供入向上流體的效果(參見標(biāo)號19)。在直筒部分的側(cè)壁上向下流動16與大槳形部分31的作用相互結(jié)合，以便將罐底部7中的流體向上吸，中間沒有干擾，產(chǎn)生了所謂的單股流動的循環(huán)流動(連續(xù)流動而沒有支流)，這樣就有可能縮短在罐中的均勻混合所需時間，使罐中的流速一致。
而且，在本發(fā)明中，因?yàn)樵跂艩钊~片部分3的下方處，安裝有一個具有較大的突出區(qū)域的底部槳形部分31，圓錐底槳形部分處的較大葉片的抽吸作用就能夠起作用，使得在罐底端部不產(chǎn)生靜滯區(qū)，這樣即使半頂角小于60度的圓錐底攪拌罐中也能夠垂直均勻混合。
此外，即使攪拌罐的底部為半頂角小于60度的圓錐形，并且液體深度較深(從底部到液體表面之間的液體深度L與罐的直徑D之間的比值L/D大于1.5)，可以攪動的液體量范圍較廣，在最大液體量的1/200的液體中也能適應(yīng)。就是說，只采用一個攪拌罐，本發(fā)明的攪拌裝置就能夠適應(yīng)液體量變化較大的場合，這樣，如果最初體積設(shè)為1，在操作中液體體積可以最終增大到200，與之相比，傳統(tǒng)型攪拌罐需要一大一小兩個罐結(jié)合使用。
當(dāng)攪拌罐帶有線圈時，如果根據(jù)本發(fā)明，在上部柵狀葉片中垂直柵的外徑值大于內(nèi)線圈11的纏繞直徑dc的0.7倍，這樣，垂直柵就安裝得靠近線圈11，由于從葉片中的排出流動，在熱傳導(dǎo)套或線圈附近的流體的流速就明顯地高于傳統(tǒng)攪拌葉片中的速度，因此，就可能明顯提高熱傳導(dǎo)功能。
盡管上述實(shí)施例中進(jìn)行了示意性的說明，其攪拌部分的底部是一個尖錐形部分，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。如果采用的柵狀葉片部分3沒有圓錐底槳形部分，攪拌罐可以只帶有直筒部分，此時，在整個罐中，有稱為單股流動所帶動的流體流動，就有可能縮短罐中垂直均勻混合的時間，使垂直方向流速一致，縮短熱傳導(dǎo)時間。
如上所述，通過在罐底的轉(zhuǎn)軸下部安裝圓錐底槳形部分，并使圓錐底槳形部分與攪拌罐的錐底一致，且?guī)в休^大面積，就能夠獲得滿意的攪拌，而不會在罐的底部待處理流體產(chǎn)生靜滯。此外，當(dāng)在圓錐底槳形部分上方安裝額外的柵狀葉片部分時，柵狀葉片部分中的垂直柵的寬度設(shè)置成上寬下窄，此外，在最外棱處的垂直柵的直徑大于槳形部分。這樣沿著罐的直筒部分的內(nèi)表面產(chǎn)生向下的液體流動，而在底部的液體被在罐的錐底部分的大槳形部分抽吸，因此就產(chǎn)生由單股流所帶動的循環(huán)，它在罐的壁表面附近向下流動。這樣就能夠達(dá)到以下效果在半頂角小于60度的錐底攪拌罐中，縮短了垂直均勻混合的時間，使得垂直方向流速一致，縮短了熱傳導(dǎo)時間。
權(quán)利要求
1.一種垂直攪拌裝置，它包括一個攪拌罐，攪拌罐有一個中心線以及一個半頂角小于60度的錐形底部；一個安裝在攪拌罐的中心線上的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸由罐外的驅(qū)動裝置帶動；以及安裝在攪拌軸上的攪拌葉片，攪拌葉片具有一個錐底槳形部分，其外形與錐底部的半頂角一致。
2.如權(quán)利要求1所述的攪拌裝置，其特征在于，所述的攪拌葉片帶有柵狀葉片部分，其直徑大于圓錐底槳形部分，它由垂直柵和水平臂共同組成。
3.一種垂直攪拌裝置，它包括一個帶有中心線的攪拌罐；一個轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸有下部并位于罐的中心線上，以便由罐外的驅(qū)動裝置帶動；安裝在轉(zhuǎn)軸下部的底部槳形葉片；由垂直柵和水平臂組成的柵狀葉片，每個垂直柵都有一個外棱，每個水平臂都有一個最外端，一個上部和下部，在水平臂最外端處的垂直柵外棱與轉(zhuǎn)軸中心之間的距離大于底部槳形葉片。
4.如權(quán)利要求3所述的垂直攪拌裝置，其特征在于，垂直柵的寬度設(shè)置成上部寬下部窄。
5.如權(quán)利要求3或4所述的垂直攪拌裝置，其特征在于，位于柵狀葉片最外端的垂直柵在攪拌罐的圓周方向上相對于水平臂傾斜。
6.如權(quán)利要求3到5中的任意一個所述的攪拌裝置，其特征在于，柵狀葉片最外端的垂直柵在攪拌罐的圓周方向上沿著攪拌液體的流動相對于垂直壁彎曲和傾斜。
7.如權(quán)利要求3到6中的任意一個所述的攪拌裝置，其特征在于，攪拌罐的底部是半頂角小于60度的圓錐形，轉(zhuǎn)軸安裝在其下部，帶有外形與罐錐形底半頂角一致的圓錐底槳形葉片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直攪拌裝置,在一個較深液體攪拌罐、帶有半頂角小于60度的錐形底的攪拌罐中或者是前述兩種罐的組合型罐中,它能夠縮短垂直均勻混合的時間,使垂直方向的流速一致,縮短熱傳導(dǎo)時間,其中,轉(zhuǎn)軸安裝在罐中,以便能夠被罐外的驅(qū)動裝置帶動,底部槳形葉片面積較大,安裝在轉(zhuǎn)軸的下部,由垂直柵和水平臂組成的柵狀葉片安裝在底部槳形葉片上方的轉(zhuǎn)軸上,柵狀葉片最外側(cè)的垂直葉片的外棱與轉(zhuǎn)軸中心的距離設(shè)置成比底部槳形葉片大。
文檔編號B01F15/00GK1233524SQ9910452
公開日1999年11月3日 申請日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月31日
發(fā)明者彌富隆一, 倉津正文, 山岡正男, 中野峰夫 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社