專利名稱：軸流式攪拌器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及攪拌器，尤其涉及一種軸流式攪拌器。
背景技術：
軸流式攪拌器已被大量應用于石油化工、精細化工、生物醫(yī)藥、冶金等行 業(yè)中氣一液、氣一液一固、液一固、液一液等中低粘度介質(zhì)的混合過程。常用 的軸流式攪拌器為船用推進式攪拌器和折葉渦輪，推進式攪拌器采用等螺距結(jié) 構，軸向排量大，效率高，但由于采用模具澆注制造，成本高，規(guī)格少，不能
滿足實際工業(yè)應用的需要，尤其是在大型攪拌設備中無法使用。傾斜角在45° 或45°以下的折葉渦輪也是一種軸流式攪拌器，設計簡便，制造成本低，容易 大型化，但由于其葉片剖面為平板形，軸向流速分布不均勻，且切向分速大， 軸向排量小，混合效率低下。 一些攪拌器己經(jīng)基本解決了大規(guī)格、高效率、多 樣化之間的協(xié)調(diào)問題，在工業(yè)上成功應用的有美國LIGHTNIN公司的A310槳 葉、法國ROBIN公司的HPM系列攪拌器、北京化工大學的CBY槳葉、華東 理工大學的翼型軸流攪拌器等。
中國專利(ZL 92242172.2)提供了一種適合低粘度流體和固液懸浮體系的 軸流式攪拌器，攪拌器采用等螺距結(jié)構的葉輪，葉片形狀自葉端至葉根部沿葉 寬呈弧面，葉片近似為流線型，可降低阻力，提高混合效率，能耗比45。斜葉 渦輪降低40%，比HPM等截面為平板形的等螺距攪拌器降低25%。文獻(黃 雄斌，"大型高效軸流式攪拌裝置"，化工進展，1996， 4: 44-45， 71)介紹了 中國專利(ZL 92242172.2)所述的攪拌器的開發(fā)及其在大型工業(yè)裝置中的應用， 并將其命名為CBY攪拌器，攪拌器易于大型化，葉片采用板材加工成型，制 造費用比采用澆注方法制造的船用螺旋槳降低35% 50%，制造中不僅容易滿 足葉輪的平衡要求，且非常容易調(diào)節(jié)葉片的參數(shù)。等螺距結(jié)構的葉片采用板材 加工成型，需要依靠與葉片形狀相同的壓模，不同參數(shù)的葉片需要不同的壓模， 模具數(shù)量大，制造成本仍偏高。
中國專利(ZL92245125.7)提供了一種反應釜用的翼型軸流攪拌槳，葉片 在半徑方向的寬度范圍內(nèi)與任一與輪轂共軸的圓柱面相交所形成的剖面為機翼 型，翼型剖面的最大拱高比、最大翼厚比、以及螺距角及盤面比根據(jù)不同的混 合要求，可采取不同的值。這種葉片造成的流動為軸向流，具有很高的升阻比， 在較小的功率下獲得較大的流量，適用與液固、氣液、液液及氣液固各相物料 間的混合。流線型的翼型葉片同樣需要沖壓模具進行制造。文獻(蔡志武，戴干策，"新型RAF翼型軸流槳的開發(fā)"，華東理工大學學 報，1996，22(2):123-128)設計了一種與中國專利(ZL92245125.7)所述翼型軸 流槳性能接近，且易于加工的新型平直葉翼型軸流槳。葉片剖面的下弧為一直 線，這為葉片的加工帶來了便利。相對簡化的葉片形狀使得泵送效率Nq/Np僅 為0.67，遠比船用推進器的泵送效率Nq/N^1.2小，葉片的加工仍需要模具， 成本較高。
中國專利(ZL96119277.1)提供了一種軸流式葉輪，具有緊湊的形狀，等 同于或大于螺旋槳的排出率的經(jīng)濟的葉輪。葉片具有均勻的厚度，表面可以是 圓柱面，圓錐面，或平面，或在一至二個位置處彎曲的表面，另外，還有帶有 扭轉(zhuǎn)平面的曲面，或這些的組合。由兩個或兩個以上表面組成的葉片在制造過 程中需要測量并控制多個表面之間的空間關系，結(jié)構仍顯復雜，所以并不是最 經(jīng)濟。該專利中第一實施例所提供的例子中也有經(jīng)濟的葉片，如圖2所示，葉 片6由單個圓柱面組成，葉片成形時只需要控制圓柱面曲率半徑，然后安裝在 輪轂7上即可，葉片根部的傾斜角是由焊接在輪轂上的槳葉柄8確定的。為了 使葉片在不同的徑向位置獲得不同的葉片傾斜角，且根部的傾斜角大于葉片頂 部的傾斜角，葉片在不同徑向位置上的截面其起始點和終止點都處于圓柱面的 不同素線上，且寬度不等。顯然，這種結(jié)構的葉輪有兩個缺陷(1)從圖2可 以看出，由于形成葉片的圓柱面的母線與輪轂的中心線9這兩條異面直線互相 垂直，葉片在不同的徑向位置的截面的視圖全部落在同一圓弧上，并不能形成 和推進式攪拌器相似的空間扭轉(zhuǎn)結(jié)構，從而影響其泵送效率；(2)葉片展開后 形狀比較復雜，用于制造葉片的鋼板的利用率下降，不利于節(jié)約成本。
英國專利W1454277公開了適當切割圓柱表面能產(chǎn)生一具有曲率為葉片寬 度的5% 15%和徑向上幾乎不變的傾斜高度的葉片，從剖視圖上看，該葉片雖 加工方便，但泵送效率比具有空間扭轉(zhuǎn)結(jié)構的推進式攪拌器低下。
文獻(沈惠平，張鎖龍，張國忠，葛樂通，畢美華，沈曉延，陳瑜，"高效 節(jié)能型JH軸流式攪拌器的試制"，化工機械，2000,27(1):36-38)研制了一種高 效節(jié)能易于加工的軸流式攪拌器，其特點是槳葉隨半徑增大其葉片的傾斜角和 寬度逐步變化，不僅具有類似于推進式攪拌器的空間扭轉(zhuǎn)結(jié)構，而且具有和推 進式攪拌器所沒有的拱度，這種攪拌器具有較高的排出性能，葉片采用鋼板壓 制，費用比推進式攪拌器節(jié)約，但是需要在數(shù)控銑床上加工出葉片沖壓模具， 不同的攪拌器需要制造不同的模具，提高了攪拌器的制造費用，仍不夠經(jīng)濟。
總之，軸流式攪拌器的設計總是圍繞如何提高排出性能進行優(yōu)化的， 一些 已知的葉輪在考慮提高性能的同時也在努力簡化制造方法以降低制造成本，并希望在性能和成本兩者之間取得協(xié)調(diào)與平衡。但事實上，已知的軸流式攪拌器 并沒有能夠在保持攪拌器高排出性能的同時最大程度地降低制造成本，這是因 為高性能的軸流式攪拌器都是采用空間扭轉(zhuǎn)的形式來改變?nèi)~片在不同徑向位置 的傾斜角，從而提高排出性能。而已知的軸流式攪拌器中的一部分具有空間扭
轉(zhuǎn)結(jié)構，排出性能高，但需要模具壓制；另一部分攪拌器的葉片采用幾個曲面 的組合，不用壓模就可以得到近似于空間扭轉(zhuǎn)的效果，但制造仍顯復雜；還有 一部分攪拌器的葉片采用一個結(jié)構簡單的曲面，如圓柱面，制造簡單，但失去 了空間扭轉(zhuǎn)的結(jié)構特征，從而降低了排出性能。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有軸流式攪拌器的上述缺陷，提供一種軸流式 攪拌器。
軸流式攪拌器包括攪拌軸、輪轂、葉片、緊固件、槳葉柄，在攪拌軸上安 裝有輪轂，葉片經(jīng)槳葉柄通過緊固件與輪轂相連接。
所述葉片呈空間扭轉(zhuǎn)狀，葉片端部的傾斜角(3t為10 30°，葉片根部的傾 斜角&為15 75°,葉片端部的傾斜角卩t小于葉片根部的傾斜角pa。葉片在任 意半徑處的截面為拱形結(jié)構。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果
1) 葉片具有空間扭轉(zhuǎn)結(jié)構，根部的傾斜角大于端部的傾斜角。這種結(jié)構使 流體的軸向速度沿攪拌器半徑方向的分布趨于均勻，有利于優(yōu)化攪拌槽內(nèi)流場 分布，提高混合效率；
2) 葉片的在任意半徑處的截面為拱形結(jié)構，即葉片具有曲率。曲率的存在 更加符合流體力學特征，可減少流體阻力，還可以增加葉片的強度；
3) 葉片寬度與攪拌器直徑的比值可在較大范圍內(nèi)變化，以改變?nèi)~片面積率， 便于適用不同的粘度體系；
4) 葉片具有均勻的厚度，可采用板材制作，降低成本；
5) 葉片展開后的形狀為一矩形，可提高板材的利用率；當攪拌中低粘度物 料時，可在葉片端部與葉片隨邊之間切除一角，以降低流體阻力或優(yōu)化流體力 學性能，葉片經(jīng)切除后葉端處葉片寬度小于葉根處葉片寬度；
6) 葉片的制作不需要模具，可靈活地調(diào)整葉片參數(shù)，利于攪拌器的多樣化 和大型化，并有效降低生產(chǎn)成本；
7) 葉片的表面只由一個容易成型的曲面組成，和由兩個或兩個以上表面組 成的葉片相比，在制造過程中可避免測量并控制多個表面之間的空間關系，提高制造精度，并降低費用。

圖1是本實用新型的軸流式攪拌器的結(jié)構示意圖2是中國專利(ZL96119277.1)第一實施例所提供的例子中的葉片的放 大側(cè)視圖3是本實用新型的軸流式攪拌器的葉片在圓筒體上的切割方法以及輪 轂、槳葉柄與圓筒體的相對位置關系的示意圖4是本實用新型的軸流式攪拌器的葉片的放大側(cè)視圖； 圖5是本實用新型的軸流式攪拌器的平面圖6是本實用新型的不同結(jié)構的軸流式攪拌器的葉片在圓筒體上的切割方 法以及輪轂與圓筒體的相對位置關系的示意圖。相比圖3，該葉片寬度B窄小， 葉片展開后的基礎形狀為一矩形，并在矩形的基礎上適度切除一角，以降低流 體阻力或優(yōu)化流體力學性能；
圖7是本實用新型的不同結(jié)構的軸流式攪拌器的葉片的放大側(cè)視圖8是本實用新型的不同結(jié)構的軸流式攪拌器的平面圖，相比圖5，本攪 拌器有較小的葉片面積率，適合中低粘度介質(zhì)的混合；
圖中攪拌軸l、輪轂2、葉片3、緊固件4、槳葉柄5、輪轂的中心線6、 葉片的導邊7、葉片端部8、葉片的隨邊9、葉片的根部IO、圓筒體ll、葉片 的中心線1具體實施方式
如圖l所示，軸流式攪拌器包括攪拌軸l、輪轂2、葉片3、緊固件4、槳 葉柄5，在攪拌軸1上安裝有輪轂2，葉片3經(jīng)槳葉柄5通過緊固件4與輪轂2 相連接。所述葉片3呈空間扭轉(zhuǎn)狀，葉片端部8的傾斜角(3t為10 30°，葉片 根部(10)的傾斜角&為15 75°，葉片端部8的傾斜角(3t小于葉片根部10的 傾斜角&。葉片3在任意半徑處的截面為拱形結(jié)構。
軸流式攪拌器的制作方法包括如下步驟-
1) 在矩形金屬平板上，勾畫出葉片3的形狀，葉片3的形狀也為矩形，兩 矩形互相傾斜，傾斜角為a為5 45°;
2) 將矩形金屬平板巻制成直徑為R的圓筒體11，或圓筒體11的一部分， 圓筒體11的直徑R與攪拌器直徑dj的比值為0.5 4，更合適的比值為0.75 2.5之間；
3) 按勾畫的葉片3的矩形輪廓切割，得到葉片3的毛坯；4) 將葉片3的毛坯的四個直角倒成圓弧；
5) 當攪拌物料的粘度小于2000 6000cP時，葉片端部8與葉片隨邊9之 間切除一角；
6) 將槳葉柄5傾斜Pa角度焊接在輪轂2上，Pa為15 75。；
7) 將葉片3用緊固件4與槳葉柄5連接，葉片3的數(shù)量為2 6片，圓周 方向呈均勻分布；
8) 把裝有葉片3的輪轂安裝到攪拌軸1上。
本實用新型所述攪拌器的各項參數(shù)R、 B、 L、 a、 pa、卩t及葉片數(shù)量rib等 均可根據(jù)不同的工藝目的進行調(diào)整
1) 構成葉片表面的圓筒體的半徑為R， R值決定了葉片截面的曲率，合適 的曲率使葉片更加符合流體力學特征，可減少流體阻力，并增加葉片的強度。 本實用新型所述的R值與葉輪直徑dj的比值有一個合適的范圍，R/dj值越大， 葉片形狀趨向平面，混合效率下降、葉片強度下降；R/dj值過小，拱度太大，也 不符合流體力學特性，合適的R/dj值為0.5 4，更合適的R/dj值為0.75 2.5 之間；
2) 葉片寬度為B， B值是影響葉片面積率的因素之一，葉片在與輪轂中心 線垂直的水平面上的投影面積之和與以葉輪旋轉(zhuǎn)掃過的圓盤面積之比為葉片面 積率。較大的葉片面積率適合中高粘度流體的混合，也有利于氣液混合中氣泡 停留時間的延長；較小的葉片面積率適合中低粘度流體的混合以及在中低流體 中固體粒子的懸浮。本實用新型所述的攪拌器的合適的葉片面積率為10% 90%，更合適的葉片面積率為15% 75%，葉片面積率的大小取決于介質(zhì)特性 和工藝目的；
3) 葉片數(shù)量為nb，也是影響葉片面積率的因素之一。本實用新型所述的 攪拌器的合適的葉片數(shù)量為2 6片，且在圓周方向上呈均勻分布；
4) 葉片長度為L， L的大小取決于攪拌器直徑dj、輪轂直徑和葉片的安裝 方式。攪拌器直徑dj越大，L越大；輪轂直徑越大，L越小；焊接式葉輪的L 大于拆卸式葉輪的L。
5) 葉片的中心線與圓筒體的素線相交成a角，(x角實質(zhì)是葉片在圓筒體上 切割的傾斜角，傾斜角的大小關系到葉片的扭轉(zhuǎn)程度，傾斜角越大，葉片扭轉(zhuǎn) 程度越大，即葉片端部的傾斜角(3t與葉片根部的傾斜角Pa相差越大，傾斜角越 小，扭轉(zhuǎn)程度越小，即葉片端部的傾斜角(3t與根部的傾斜角&相差越小。 實施例1有效容積為2.5m3的高壓液相催化加氫反應裝置，用于生產(chǎn)維生素H中間 體，采用常規(guī)設計時，底層為推進式攪拌器，用于催化劑的懸浮與物料的宏觀 混合，上層為六直葉圓盤渦輪，用于氫氣的分散，當轉(zhuǎn)速為191rpm時，反應 16個小時后，原料殘留仍超過工藝要求，無法正常使用，在反應過程中多次補 加催化劑的條件下，反應30個小時后，原料殘留方能符合工藝要求。本實施例 是在攪拌功率、轉(zhuǎn)速、催化劑、反應壓力、反應溫度等工藝條件不變的情況下， 將原有的雙層攪拌器改成三層本實用新型所述的軸流式攪拌器，主要技術參數(shù) 如下1) 葉片數(shù)量n^4;2) 葉片面積率=73%;3) 葉片端部的傾斜角卩產(chǎn)22。；4) 葉片根部的傾斜角(3a=39°;采用本攪拌器，不僅可以提高催化劑的懸浮能力、而且可以大幅度延長氫 氣氣泡在液相體系中的停留時間，從而提高反應速率。實際的反應時間是1.5 3小時，與小試反應時間接近，反應時間的不同還與催化劑的套用次數(shù)有關。 實施例2在100kt/a硝基氯苯裝置中，釜式硝化反應器中采用本實用新型所述的高效 軸流式攪拌器替代傳統(tǒng)的推進式攪拌器，可在消耗傳統(tǒng)攪拌器87%的能耗下獲 得相同的單釜轉(zhuǎn)化率和反應效率，而攪拌器重量僅為推進式攪拌器的65%，且 攪拌軸、聯(lián)軸器、機架等相應的造價均下降25%以上。該攪拌器主要技術參數(shù) 如下1) 葉片數(shù)量n^3;2) 葉片面積率=19%;3) 葉片端部的傾斜角(3t=18°;4) 葉片根部的傾斜角pa=43°。
權利要求1. 一種軸流式攪拌器，其特征在于包括攪拌軸(1)、輪轂(2)、葉片(3)、緊固件(4)、槳葉柄(5)，在攪拌軸(1)上安裝有輪轂(2)，葉片(3)經(jīng)槳葉柄(5)通過緊固件(4)與輪轂(2)相連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種軸流式攪拌器，其特征在于所述葉片(3)呈空 間扭轉(zhuǎn)狀，葉片端部(8)的傾斜角Pt為10 30°，葉片根部(10)的傾斜角卩a 為15 75°，葉片端部(8)的傾斜角(3t小于葉片根部(10)的傾斜角Pa。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種軸流式攪拌器，其特征在于所述的葉片(3) 在任意半徑處的截面為拱形結(jié)構。
專利摘要本實用新型公開了一種軸流式攪拌器。它包括攪拌軸、輪轂、葉片、緊固件、槳葉柄，在攪拌軸上安裝有輪轂，葉片經(jīng)槳葉柄通過緊固件與輪轂相連接。攪拌器的葉片呈空間扭轉(zhuǎn)狀，葉片端部的傾斜角β_t小于葉片根部的傾斜角β_a。葉片在任意半徑處的截面為拱形結(jié)構。葉片表面為圓柱面的一部分，可從事先用金屬板材卷制好的圓筒體或圓筒體的一部分上傾斜切割獲得。攪拌器具有排出能力大、制作簡單無需任何模具、節(jié)約材料、參數(shù)調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點。以維生素H中間體催化加氫為例，采用本實用新型的軸流式攪拌器，反應時間由原來的16小時以上縮短到3小時以內(nèi)，能耗小，產(chǎn)品質(zhì)量好，且節(jié)約催化劑。
文檔編號B01F7/00GK201287034SQ200820164190
公開日2009年8月12日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者馮連芳, 趙建明, 黃宣東 申請人:杭州原正化學工程技術裝備有限公司