本發(fā)明涉及化工、石化、輕工、醫(yī)藥、冶金、水處理等生產(chǎn)工藝中流體混合裝置，具體涉及一種高效節(jié)能的新型剛?cè)峤M合攪拌槳。

背景技術(shù)：

機(jī)械攪拌反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、冶金、水處理等行業(yè)中，其工作原理是通過攪拌槳的旋轉(zhuǎn)向攪拌槽內(nèi)混合體系輸入機(jī)械能，強(qiáng)化反應(yīng)過程的傳熱和傳質(zhì)，提高生產(chǎn)效率。攪拌槳作為攪拌反應(yīng)器的重要核心部件之一，它能夠向流體給予所需的適宜能量，從而促使流場多尺度結(jié)構(gòu)的演化、形成、位移及多尺度流場結(jié)構(gòu)間能量和物質(zhì)的傳遞，但攪拌反應(yīng)器通過攪拌槳向流場輸入的總機(jī)械量真正用于流體內(nèi)部混合的不到5％，經(jīng)常需要通過增大攪拌轉(zhuǎn)速來達(dá)到所需的混合狀態(tài)。人們常采取增大轉(zhuǎn)速的方法來提高物料的混合均勻性，但過度攪拌可使攪拌槽內(nèi)流體作圓周運(yùn)動(dòng)，易出現(xiàn)攪拌“死區(qū)”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高流體混合效率，且裝置成本較低的剛?cè)峤M合式攪拌槳。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種高效節(jié)能的新型剛?cè)峤M合攪拌槳，其特征在于，包括攪拌軸，以及若干剛性攪拌槳葉Ⅰ、剛性攪拌槳葉Ⅱ、彈簧Ⅰ、彈簧Ⅱ和穿孔柔性片。

所述攪拌軸上具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接若干剛性攪拌槳葉Ⅰ，這些剛性攪拌槳葉Ⅰ組成剛性攪拌槳Ⅰ。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接若干剛性攪拌槳葉Ⅱ，這些剛性攪拌槳葉Ⅱ組成剛性攪拌槳Ⅱ。

所有的剛性攪拌槳葉Ⅰ呈輻射狀地分布在攪拌軸的周圍。每一個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅰ的端頭均穿有一個(gè)安裝環(huán)Ⅰ。所述每個(gè)安裝環(huán)Ⅰ上均掛有一根彈簧Ⅰ，所述彈簧Ⅰ遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅰ的一端連接有安裝環(huán)Ⅱ。

所有的剛性攪拌槳葉Ⅱ呈輻射狀地分布在攪拌軸的周圍。每一個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅱ的端頭均穿有一個(gè)安裝環(huán)Ⅲ，所述每個(gè)安裝環(huán)Ⅲ上均掛有一根彈簧Ⅱ，所述彈簧Ⅱ遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅲ的一端連接有安裝環(huán)Ⅳ。

所述剛性攪拌槳Ⅰ和剛性攪拌槳Ⅱ之間連接有若干穿孔柔性片。所述每個(gè)穿孔柔性片分別與彈簧Ⅰ的安裝環(huán)Ⅱ和彈簧Ⅱ的安裝環(huán)Ⅳ相連接。

所述穿孔柔性片上開有若干個(gè)通孔。

進(jìn)一步，所述每個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅰ和剛性攪拌槳葉Ⅱ的前端均加工有通孔，所述通孔為安裝孔。所述剛性攪拌槳葉Ⅰ和剛性攪拌槳葉Ⅱ的前端是指遠(yuǎn)離攪拌軸的一端。

進(jìn)一步，所述剛性攪拌槳葉Ⅰ和剛性攪拌槳葉Ⅱ的數(shù)量相等，所述穿孔柔性片的數(shù)量與剛性攪拌槳葉Ⅰ相等。

進(jìn)一步，所述穿孔柔性片的寬度是剛性攪拌槳葉直徑的1/40～1/10。

進(jìn)一步，所述攪拌槳的長度是剛性攪拌槳Ⅰ下邊沿和剛性攪拌槳Ⅱ上邊沿之間距離的0.75～1.2倍。

進(jìn)一步，所述穿孔柔性片的厚度不低于0.5mm。

進(jìn)一步，所述穿孔柔性片的孔隙率為4％～16％，孔徑為2mm～8mm。

進(jìn)一步，所述彈簧Ⅰ和彈簧Ⅱ的長度是上層剛性攪拌槳下邊沿和下層剛性攪拌槳上邊沿之間距離的0.1～0.3倍。

進(jìn)一步，所述穿孔柔性片的材質(zhì)為鋼絲網(wǎng)、四氟乙烯、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅膠或PVC等。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，該槳在旋轉(zhuǎn)過程中，在旋轉(zhuǎn)方向上的截面積由于柔性片打孔而減小，槳葉能耗減小，且剛?cè)峤M合攪拌槳中的連接穿孔柔性片的彈簧在攪拌軸和流體的相互作用下，能夠不斷地作收縮運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)穿孔柔性片作多體運(yùn)動(dòng)，且穿孔柔性片運(yùn)動(dòng)過程中能夠產(chǎn)生許多的高速射流，增大流體的速度梯度，提高流體的湍動(dòng)程度，使槳葉能量以“波渦”耦合的方式在流場中進(jìn)行傳遞，強(qiáng)化槳葉能量傳遞過程，增大槳葉能量利用率，提高流體的混合效率。且還能夠節(jié)約攪拌裝置成本。

附圖說明

圖1為具有新型剛?cè)峤M合攪拌槳的攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：電機(jī)1，攪拌軸2，攪拌槽3，剛性攪拌槳Ⅰ41，剛性攪拌槳Ⅱ42，彈簧Ⅰ6，安裝環(huán)Ⅰ601，安裝環(huán)Ⅱ602，彈簧Ⅱ7，安裝環(huán)Ⅲ701，安裝環(huán)Ⅳ702，穿孔柔性片8。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

一種高效節(jié)能的新型剛?cè)峤M合攪拌槳，其特征在于，包括攪拌軸2，以及若干剛性攪拌槳葉Ⅰ41、剛性攪拌槳葉Ⅱ42、彈簧Ⅰ6、彈簧Ⅱ7和穿孔柔性片8。

所述攪拌軸2上具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接若干剛性攪拌槳葉Ⅰ41，這些剛性攪拌槳葉Ⅰ41組成剛性攪拌槳Ⅰ。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接若干剛性攪拌槳葉Ⅱ42，這些剛性攪拌槳葉Ⅱ42組成剛性攪拌槳Ⅱ。

所有的剛性攪拌槳葉Ⅰ41呈輻射狀地分布在攪拌軸2的周圍。每一個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅰ41的端頭均均加工有一個(gè)通孔，所述通孔中穿有一個(gè)安裝環(huán)Ⅰ601。所述每個(gè)安裝環(huán)Ⅰ601上均掛有一根彈簧Ⅰ6，所述彈簧Ⅰ6為螺旋彈簧，所述螺旋彈簧一端的金屬桿彎成鉤狀(或圓環(huán)狀)；所述彈簧Ⅰ6通過金屬桿的彎鉤(或圓環(huán))掛于安裝環(huán)Ⅰ601上；所述彈簧Ⅰ6遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅰ601的一端的金屬桿彎成鉤狀(或圓環(huán)狀)，所述彈簧Ⅰ6遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅰ601的一端通過金屬桿的彎鉤(或圓環(huán))連接安裝環(huán)Ⅱ602。

所有的剛性攪拌槳葉Ⅱ42呈輻射狀地分布在攪拌軸2的周圍。每一個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅱ42的端頭均加工有一個(gè)通孔，所述通孔中穿有一個(gè)安裝環(huán)Ⅲ701，所述每個(gè)安裝環(huán)Ⅲ701上均掛有一根彈簧Ⅱ7，所述彈簧Ⅱ7為螺旋彈簧，所述螺旋彈簧一端的金屬桿(絲)彎成鉤狀(或圓環(huán)狀)；所述彈簧Ⅱ7通過金屬桿的彎鉤(或圓環(huán))掛于安裝環(huán)Ⅲ701上；所述彈簧Ⅱ7遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅲ701的一端的金屬桿彎成鉤狀(或圓環(huán)狀)，所述彈簧Ⅱ7遠(yuǎn)離安裝環(huán)Ⅲ701的一端通過金屬桿的彎鉤(或圓環(huán))連接安裝環(huán)Ⅳ702。

所述剛性攪拌槳Ⅰ和剛性攪拌槳Ⅱ之間連接有若干穿孔柔性片8。所述每個(gè)穿孔柔性片分別與彈簧Ⅰ6的安裝環(huán)Ⅱ602和彈簧Ⅱ7的安裝環(huán)Ⅳ702相連接。

所述穿孔柔性片8上開有若干個(gè)通孔。

所述每個(gè)剛性攪拌槳葉Ⅰ41和剛性攪拌槳葉Ⅱ42的前端均加工有通孔，所述通孔為安裝孔。所述剛性攪拌槳葉Ⅰ41和剛性攪拌槳葉Ⅱ42的前端是指遠(yuǎn)離攪拌軸2的一端。

所述剛性攪拌槳葉Ⅰ41和剛性攪拌槳葉Ⅱ42的數(shù)量相等，所述穿孔柔性片8的數(shù)量與剛性攪拌槳葉Ⅰ41相等。所述剛性攪拌槳Ⅰ和剛性攪拌槳Ⅱ在攪拌軸2的長度方向上是對齊的，即每片剛性攪拌槳葉Ⅰ41都與一片剛性攪拌槳葉Ⅱ42對齊，所述每對齊的一片剛性攪拌槳葉Ⅰ41和一片剛性攪拌槳葉Ⅱ42之間具有一根穿孔柔性片8。

優(yōu)選地，所述穿孔柔性片8的寬度是剛性攪拌槳葉直徑的1/40～1/10。

所述攪拌槳的長度是上層剛性攪拌槳下邊沿和下層剛性攪拌槳上邊沿之間距離的0.75～1.2倍。

所述穿孔柔性片8的厚度不低于0.5mm。

所述穿孔柔性片8的孔隙率為4％～16％，孔徑為2mm～8mm。

所述彈簧Ⅰ6和彈簧Ⅱ7的長度是上層剛性攪拌槳下邊沿和下層剛性攪拌槳上邊沿之間距離的0.1～0.3倍。

所述穿孔柔性片8的材質(zhì)為鋼絲網(wǎng)、四氟乙烯、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅膠或PVC等。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，進(jìn)一步地：

所述剛性攪拌槳I41與剛性攪拌槳II42的直徑相等。剛性攪拌槳I41的槳葉和剛性攪拌槳II42的槳葉尺寸相同。

所述穿孔柔性片8的寬度是剛性攪拌槳II42直徑D的1/40～1/10。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)穿孔柔性片8的寬度過窄，有利于穿孔柔性片8發(fā)生扭轉(zhuǎn)或抖動(dòng)，但傳遞能量的能力較差；當(dāng)穿孔柔性片8的寬度過寬，不利于穿孔柔性片8發(fā)生扭轉(zhuǎn)或抖動(dòng)，但傳遞能量的能力較強(qiáng)。穿孔柔性片8的寬度為d，當(dāng)d是D的1/40～1/10，體系能夠獲取較好的混合效果。

進(jìn)一步講，剛性攪拌槳I41的槳葉下邊緣和剛性攪拌槳II42的槳葉上邊緣之間的距離為F。穿孔柔性片為f，f是F的0.75～1.2倍。當(dāng)穿孔柔性片8長度過短，槳葉“橫掃”范圍減小，穿孔柔性片8的抖動(dòng)行為減弱，難以將槳葉能量傳遞到流場遠(yuǎn)處；當(dāng)穿孔柔性片8長度過長，槳葉“橫掃”范圍增大，穿孔柔性片8的抖動(dòng)行為增加，但槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大。當(dāng)穿孔柔性片8長度是上層剛性攪拌槳下邊沿和下層剛性攪拌槳上邊沿之間距離的0.75～1.2倍，體系的混合效果較好。

進(jìn)一步講，穿孔柔性片8的厚度不低于0.5mm，且厚度應(yīng)當(dāng)是有上限的，這需根據(jù)混合體系的不同進(jìn)行選擇，例如，對于單相或氣液兩相，厚度可選用稍薄一些；對于固液兩相，厚度可選用稍厚一些。當(dāng)穿孔柔性片8的厚度過薄，它的抖動(dòng)能力增強(qiáng)，但它對槳葉附近流體的分散能力減弱，混合效果變差；當(dāng)穿孔柔性片8厚度過厚，它對槳葉附近流體的分散能力增強(qiáng)，但它的抖動(dòng)能力減弱，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增加。穿孔柔性片8厚度的選擇應(yīng)當(dāng)保證穿孔柔性片8能夠出現(xiàn)抖動(dòng)但分散能力又不會太弱。

進(jìn)一步講，穿孔式柔性片8的孔徑為2～8mm。當(dāng)孔徑過大，孔流速度較小，不能形成足夠的速度梯度，也沒有足夠的剪切應(yīng)力，局部渦流擴(kuò)散強(qiáng)度不足；而孔徑過小，消耗于流體與孔邊邊緣摩擦能量增大，能量利用率下降。穿孔式柔性片8的孔徑為2～8mm時(shí)，體系的物料混合效果較好。

更進(jìn)一步講，穿孔式柔性片8的孔隙率為4～16％?？紫堵蔬^大會降低主體對流擴(kuò)散量，即使渦流擴(kuò)散很強(qiáng)也只局限在槳葉附近，不可能在全槽范圍內(nèi)將固體顆粒完全懸??；開孔率過低不能形成足夠多的小漩渦，達(dá)不到渦流擴(kuò)散的目的。穿孔式柔性片8的孔隙率為6～16％時(shí)，體系的物料混合效果較好。

所述彈簧6的長度均為L。剛性攪拌槳I41的槳葉下邊緣和剛性攪拌槳II42的槳葉上邊緣之間的距離為F，L＝0.1～0.3F。

安裝環(huán)Ⅰ601和安裝環(huán)Ⅱ602的直徑均為Φ，剛性槳葉的長度為w，則Φ＝1/30～1/10w。

所述攪拌軸2由電機(jī)1驅(qū)動(dòng)，并伸入攪拌槽3中旋轉(zhuǎn)。在攪拌槽槽徑為0.48m，槽高為1m，擋板寬度為0.048m的圓柱形敞口攪拌槽內(nèi)，溶液為1％的羧甲基纖維素鈉溶液，液體高度0.5m，攪拌轉(zhuǎn)速60rpm，通過酸堿脫色實(shí)驗(yàn)測定混合時(shí)間，以此表征攪拌槳的混合性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1混合時(shí)間對比實(shí)驗(yàn)

從表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同攪拌轉(zhuǎn)速條件下，本發(fā)明公開的剛?cè)峤M合攪拌槳與現(xiàn)有技術(shù)相比，體系的混合時(shí)間縮短了20％。