本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于管路內(nèi)氣液兩相流混合與傳質(zhì)的內(nèi)插件裝置，特別是一種受流體沖擊繞軸旋轉(zhuǎn)的氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

管路中的氣液兩相流混合廣泛地應(yīng)用于化工、能源、醫(yī)藥、生物等行業(yè)，由此產(chǎn)生的成果或生產(chǎn)的產(chǎn)品與我們的日常生活息息相關(guān)。因此研究能夠高效、節(jié)能進(jìn)行氣液混合與傳質(zhì)的設(shè)備意義重大。特別是近年來由于化石能源日漸短缺、環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，人們開始更多地關(guān)注新型可再生清潔能源，在研究中發(fā)現(xiàn)，生物柴油是一種與化石能源性能相接近的極佳的可再生清潔能源。用于大規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的最佳原材料是微藻，除此之外，由微藻產(chǎn)出的高附加值產(chǎn)物也廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等方面。為此，大規(guī)模、高效率的進(jìn)行微藻工業(yè)化養(yǎng)殖生產(chǎn)具有重要意義。微藻的生長依賴光照、溫度、pH、碳源和其它營養(yǎng)物質(zhì)等因素，因此在微藻培養(yǎng)中一般會主動添加二氧化碳?xì)怏w作為碳源。管式光生物反應(yīng)器是用于微藻大規(guī)模培養(yǎng)的理想設(shè)備，具有比表面積大、封閉抗污染、可操控性較好等優(yōu)點，盡管如此，它仍存在一些不足：混合傳質(zhì)效果不佳、溶氧積累嚴(yán)重、清洗維修較難等。為此人們對現(xiàn)有管式光生物反應(yīng)器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。中國專利公開號CN204417511U公開了名稱為“基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器”的實用新型專利，該專利提供了一種在透明管內(nèi)安裝流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子組，并使用發(fā)光中心軸的管式光生物反應(yīng)系統(tǒng)。利用藻液流動為轉(zhuǎn)子提供動力，使轉(zhuǎn)子繞中心軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而促進(jìn)液體的周向和徑向流動，水流沖擊管壁，防止微藻附壁生長，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動促進(jìn)了養(yǎng)分均布，使培養(yǎng)的藻細(xì)胞保持運動狀態(tài)，提高了對二氧化碳的交換和吸收效率。但是，通過模擬以及實驗發(fā)現(xiàn)，對于水平放置的管式光生物反應(yīng)器，在距離曝氣裝置稍遠(yuǎn)距離后，氣體由于密度低，大量集中在管道上部，盡管普通轉(zhuǎn)子對流體有一定的攪拌混合作用，但仍不能很好地處理該部分氣體，因此，導(dǎo)致氣液接觸面減少，混合和傳質(zhì)能力下降，通入的二氧化碳?xì)怏w大量耗散，造成了資源的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計一種用于管路中氣液兩相流混合傳質(zhì)的螺旋轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子在受到流體沖擊繞軸旋轉(zhuǎn)中，能夠?qū)性诠苈飞喜康臍怏w進(jìn)行收集，再重新分布于液體中，從而增加氣液兩相的接觸面積，促進(jìn)混合，提高氣液傳質(zhì)效率與流體的湍動程度。

為實現(xiàn)上述目的，提出的方案是：一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，主要由翼片、葉片、錐形凸臺、轉(zhuǎn)軸以及錐形凹臺組成，轉(zhuǎn)軸置于轉(zhuǎn)子中心，內(nèi)部開有同心圓通孔，錐形凸臺置于轉(zhuǎn)軸一端，另一端設(shè)有錐形凹臺，凹臺外側(cè)均布開有三個徑向通孔，葉片、翼片依次對稱排布于轉(zhuǎn)軸外表面，各個部分一體成型或通過粘接、焊接等方式連接，葉片結(jié)構(gòu)與中心轉(zhuǎn)軸呈螺旋狀扭曲并且在內(nèi)側(cè)開有導(dǎo)流槽，導(dǎo)流槽沿軸向逐漸收窄，翼片為對應(yīng)一定圓心角的圓弧狀薄片，圓弧與中心轉(zhuǎn)軸同心，翼片位于葉片邊緣外側(cè)且沿周向延伸，翼片位于葉片的迎水側(cè)，翼片與葉片形成的夾角可以使滯留在換熱管上端的氣體被輸運到換熱管的下端，使氣體與液體得到混合；多個轉(zhuǎn)子通過一根直徑略小于空心軸的剛性或柔性長軸連接，不同轉(zhuǎn)子間通過凸臺與凹臺接觸配合，保證了同軸度，減少了磨損。管路中混合流體沖擊轉(zhuǎn)子葉片表面，推動轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子又反作用于混合流體，使流體產(chǎn)生徑向速度，沖擊破壞流體邊界層，增加了流體的湍動程度，同時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使葉片和翼片形成的夾角結(jié)構(gòu)帶動管路頂部存留的氣體，使其再次沉入底部，增加了氣液兩相流體的接觸面積，在夾角結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成渦流，促進(jìn)了流體的混合，增加了氣液傳質(zhì)效率。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，沿轉(zhuǎn)軸外表面均勻分布的翼片與葉片的組合結(jié)構(gòu)數(shù)量為兩個、三個或多個。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，每個葉片上都有翼片，翼片與葉片在軸向?qū)R，即翼片在軸向上與葉片的軸向長度相等。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，翼片的數(shù)量可以少于葉片的數(shù)量，即部分葉片上有翼片，這樣既有利于其他混合，又使轉(zhuǎn)動阻力不至于太大。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，各個葉片上的翼片軸向長度總和與葉片軸向長度相等，每個葉片上有一段翼片，各個翼片錯開。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時沿軸向翼片分別接觸管路上端，即能實現(xiàn)混合，阻力也小，翼片錯開，混合攪拌作用更強。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，翼片是和中心轉(zhuǎn)軸同心的圓弧結(jié)構(gòu)，其外緣直徑略小于管路內(nèi)徑。翼片置于葉片邊緣，隨葉片與中心轉(zhuǎn)軸呈螺旋狀扭曲，葉片和翼片相交處的切線垂直。翼片的圓弧結(jié)構(gòu)所形成的弧度角為25°-45°?；《冉窃酱髣t所形成的翼片面積越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時所能帶動的氣體體積越大，但轉(zhuǎn)子用料也越多，流動阻力也較大，反之亦然。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子翼片表面光滑，為完整一體或開設(shè)有若干圓形通孔。轉(zhuǎn)子翼片使葉片轉(zhuǎn)動的阻力增大，某些情況下，在翼片表面開設(shè)若干圓形通孔能夠降低轉(zhuǎn)動阻力，夾角結(jié)構(gòu)中的氣體由于密度輕，可通過圓孔細(xì)化溢出，細(xì)小氣泡上浮攪動液體，增加了氣液接觸面積，提高了氣液傳質(zhì)效率。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子葉片導(dǎo)流槽后部表面光滑，為完整一體或開設(shè)有若干圓形通孔。當(dāng)管路內(nèi)氣體含量較大時，在葉片與翼片結(jié)合處葉片側(cè)開設(shè)若干圓形通孔有助于氣體沿周向排出并能降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動阻力。葉片運動方向與氣泡運動方向相反，能夠使大量氣體通過圓孔細(xì)化溢出，降低了排氣阻力，提高了氣液傳質(zhì)效率。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子葉片的迎水側(cè)端面、導(dǎo)流槽端面以及翼片轉(zhuǎn)動方向的迎水端面設(shè)有圓弧倒角，能夠減小轉(zhuǎn)子對流體的阻力。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸置于轉(zhuǎn)子中心，內(nèi)部開有同心圓通孔，錐形凸臺置于轉(zhuǎn)軸一端，另一端設(shè)有錐形凹臺，凹臺外側(cè)均布開有三個徑向通孔。在應(yīng)用中，不同轉(zhuǎn)子間通過凸臺與凹臺接觸配合，保證轉(zhuǎn)子同軸，減少與管路內(nèi)壁摩擦損耗；凹臺外側(cè)的徑向通孔能夠排出空心轉(zhuǎn)軸中積存的流體，降低轉(zhuǎn)子對流體的阻力。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)軸、葉片、翼片由高分子材料、高分子基復(fù)合材料制成。

本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，葉片、翼片及轉(zhuǎn)軸一體成型或通過粘接、焊接等方式連接。

本發(fā)明能夠帶來的有益效果是：葉片與翼片形成的夾角結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)中能夠收集密度輕而浮在管路頂部的氣體并再次帶入管路底部，從而增加氣液兩相的接觸面積，促進(jìn)混合，提高氣液傳質(zhì)效率與流體的湍動程度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子弧度角為45°的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子弧度角為25°的迎水側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子翼片及葉片開孔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-翼片，2-帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片，3-錐形凸臺，4-轉(zhuǎn)軸，5-錐形凹臺，6-圓形通孔，7-定位件，8-固定件，9-管路，10-長軸。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明一種管路內(nèi)氣體收集再分布翼片轉(zhuǎn)子，主要由翼片1、帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2、錐形凸臺3、轉(zhuǎn)軸4、錐形凹臺5組成，轉(zhuǎn)軸4置于轉(zhuǎn)子中心，為空心圓筒結(jié)構(gòu)，錐形凸臺3置于轉(zhuǎn)軸4一端，錐形凹臺5置于轉(zhuǎn)軸4另一端，帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2、翼片1依次對稱排布于轉(zhuǎn)軸4的外表面，帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2沿中心軸呈螺旋狀扭曲，翼片1呈一定角度的弧形置于帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2邊緣外側(cè)，沿周向延伸，不同轉(zhuǎn)子之間通過長軸10串連，錐形凸臺3與錐形凹臺5之間接觸配合，保證了轉(zhuǎn)子間的同軸度，減輕了轉(zhuǎn)子與管路內(nèi)壁間的磨損。

轉(zhuǎn)軸4外表面均勻分布的帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2與翼片1數(shù)量為兩個、三個或多個，根據(jù)流體流速、管道直徑、混合效果、壓降大小等情況具體確定。

如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)子翼片1置于帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2頂端邊緣外側(cè)與對稱軸所成弧度角為25°-45°?；《冉谴髣t所形成的翼片1面積大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時所能攜帶的氣體體積越大，混合效果越佳，但轉(zhuǎn)子用料也越多，流動阻力也較大，反之亦然。具體情況根據(jù)流體流速、氣體體積、混合效果、壓降大小等確定。

轉(zhuǎn)子翼片1與帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2表面光滑或開設(shè)有若干圓形通孔,如圖3所示，在翼片1與帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2結(jié)合處，翼片1上均勻一字排列著八個圓形通孔6，帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2上均勻一字排列著七個圓形通孔6，在轉(zhuǎn)子繞軸旋轉(zhuǎn)中，夾角結(jié)構(gòu)攜帶的氣體由于密度較輕,可通過圓孔細(xì)化溢出，細(xì)小氣泡上浮攪動液體，增加了氣液接觸面積，提高了氣液傳質(zhì)效率。

帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2的迎水側(cè)端面、導(dǎo)流槽端面以及翼片1轉(zhuǎn)動方向的迎水端面設(shè)有圓弧倒角，能夠減小轉(zhuǎn)子對流體流動的阻力，降低管路壓降。

組裝時，如圖4所示，將一定數(shù)量的轉(zhuǎn)子通過長軸10串連，為減小轉(zhuǎn)子間軸向力引起的摩擦力增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不暢和磨損增大的問題，將轉(zhuǎn)子分成若干組，每組之間通過固定件8隔開，固定件8固定在長軸10上，長軸10兩端通過定位件7安裝在管路9中。作業(yè)時，混合流體從轉(zhuǎn)子迎水面?zhèn)攘魅耄瑳_擊轉(zhuǎn)子葉片表面，推動轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子又反作用于混合流體，使流體產(chǎn)生徑向速度，沖擊破壞流體邊界層，增加了流體的湍動程度，同時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使帶導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu)的葉片2和翼片1形成的夾角結(jié)構(gòu)帶動管路頂部存留的氣體，使其再次沉入底部，增加了氣液兩相流體的接觸面積，在夾角結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成渦流，促進(jìn)了流體的混合，增加了氣液傳質(zhì)效率。