專利名稱：寬粘度范圍液體以及液體懸浮物的混合與混勻用葉輪與葉輪系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供混合與混勻用的葉輪與葉輪系統(tǒng)，特別是適用于混合與混勻?qū)捳扯确秶囊后w與液體懸浮物的葉輪與葉輪系統(tǒng)，使得由此種葉輪與葉輪系統(tǒng)所形成的液流能夠處于紊流、不穩(wěn)流與層流狀態(tài)。
本發(fā)明尤其適合提供一種尺寸較小(例如直徑≤16英寸)且能用于輕便式混合器中的葉輪。這樣的混合器有可能遇上各種粘度的液體與液體懸浮物，而由于它們的尺寸小就可能碰到不穩(wěn)流與層流的狀態(tài)。本發(fā)明的葉輪與葉輪系統(tǒng)能夠如此有效地進行混合與混勻，以至可使功率需求減至最低水平同時避免了需采用將會限制輕便性的大型馬達。本發(fā)明所具備的能在從紊流，經(jīng)不穩(wěn)流到層流狀態(tài)的寬范圍流動條件下提供有效流動的特點，以及此種葉輪與葉輪系統(tǒng)的高效率，使之也可用于其它需要較大尺寸的場合。但是，本發(fā)明能在大范圍的液流狀態(tài)(即所混合的媒質(zhì)影響到不等的粘度)下快速而完全地混合與混勻，而混勻的時間則是較大型的常規(guī)葉輪用于層流狀態(tài)下的時間，然而功率輸入則較小。
混合葉輪在液流中所形成的流動狀態(tài)，取決于媒質(zhì)(限定于罐或槽中之液體或液體懸浮物)的慣性力對粘性力之比。這一比例可表示為混合雷諾數(shù)，由下式計算NRe= (10.76 NRPM D2in (SG))/(μcps)式中的SG為媒質(zhì)的比重而μcps乃是以厘泊表示的粘度。在紊流范圍，雷諾數(shù)約為2×105。在不穩(wěn)流狀態(tài)，雷諾數(shù)從10至1000。對于10以下的雷諾數(shù)，此葉輪則形成層流。一般地說，水流和類似水之低粘度物質(zhì)的液流是處于紊流狀態(tài)。具有輕油之類粘度的液體，當驅(qū)動葉輪后，會在不穩(wěn)流狀態(tài)下流動。較為粘滯的液體，例如粘度相當于甘油的液體，受驅(qū)動后通常產(chǎn)生相當于在不穩(wěn)流狀態(tài)的下端與進入層流狀態(tài)時的混合雷諾數(shù)。
葉輪的比重、直徑與轉(zhuǎn)速影響到慣性力，而媒質(zhì)的粘度則影響到粘性力。但在小型的容器中而又采用小型的葉輪時，上述混合雷諾數(shù)即使對于類似輕油類的低粘度液體，也能擴展到不穩(wěn)流狀態(tài)中。這樣，例如對于3英寸的小直徑葉輪，這種混合雷諾數(shù)即使對于粘滯性極弱的媒質(zhì)，也是在不穩(wěn)流區(qū)內(nèi)并可延伸到層流范圍內(nèi)。于是，當采用小直徑的葉輪時，在不穩(wěn)流與層流區(qū)中的混合與混勻問題就會惡化。
為了能有效地混合與快速地混勻，希望此種葉輪能產(chǎn)生軸向流。隨著這一雷諾數(shù)的減小，媒質(zhì)對流動的阻力加大，而軸流式葉輪的排出則更呈徑向。在層流區(qū)，從這種葉輪排出的液流是徑向式的。于是，液流便在一側(cè)(于一向下抽吸式葉輪裝置之葉輪的下方)反向，而遺留下來未能有效混合或混勻的區(qū)域。此外還形成了渦流，要是此種渦流緩慢地流動，那就會加大混勻時間。參看R、J.Weetman等的著作“流體翼式(fluidfoil)葉輪于粘性混合流中的應(yīng)用”，該文于1989年11月5-10日在美國加州舊金山的召開的AICHE年會上提出。在紊流狀態(tài)下能進行高效混合與混勻的軸流式葉輪，例如1984年8月28日公布的美國專利4468130號中所描述的葉輪(A310型由美國，紐約州，羅契斯特區(qū)的混合設(shè)備公司出售)，該公司為通用信號公司名為“MIXCO”的一單位);美國專利4722608號中的(A6000型由MIXCO出售)，美國專利號4802771的(C104型由MIXCO出售);以及美國專利號4896971號的(A315型與A320型同樣由MIXCO出售)，所有這些葉輪都有近似恒定的螺距，或形成斜坡以便保持一基本恒定的沖角(即媒質(zhì)的速度矢量與葉片弦所構(gòu)成的角)。應(yīng)用這種軸流葉輪，甚至于應(yīng)用那種俯仰葉片的渦輪(例如MIXCO A200)，由此類葉輪所排出的液流方向，在不穩(wěn)流狀態(tài)中變成徑向，同時在層流狀態(tài)中也成為徑向。這樣的葉輪能高效地運行(流量對輸入功率之比很高)。但由于逆流與渦流的生成，混勻的時間延長了，混勻工作進展緩慢或甚至于不發(fā)生勻混，即使是葉輪連續(xù)工作長時間(例如約1小時)后。
為了測量其有效的混勻時間，有理由將一種葉輪或葉輪系統(tǒng)與標準的葉輪加以比較。曾被長期采用的這樣一種軸流式葉輪是一種恒定螺距的流體翼式葉輪(具有折轉(zhuǎn)角與扭曲角)，它有三個按120°分隔的葉片。這種葉輪的外形與常規(guī)的船用推進螺旋漿類似。這樣一種標準的葉輪屬A100型，也可從MI×CO購到。
具有扭曲角的一種流體翼式葉輪由它的螺距一直徑比(PR)表征。這里的螺距乃是葉輪葉片上的一個點，在葉輪轉(zhuǎn)動一圈中，按螺紋行進方式，沿此葉輪的轉(zhuǎn)動軸線所運動的距離。PR定義為此螺距時葉輪直徑D之比，這一直徑乃是葉片未稍掃掠過的直徑。
從代數(shù)上看，PR＝螺距/D;
從幾何上看，PR＝ (r)/(R) πtan (Br)/(R)式中，r為葉輪轉(zhuǎn)動軸線至葉片剖面上確定PR處的半徑，R為此軸線至葉梢的半徑(葉輪最大直徑)，而β是以度表示的螺旋角或葉片角。
上述螺旋角或葉片角定義為葉片弦與垂直葉輪轉(zhuǎn)動軸線之平面間構(gòu)成的角。此螺旋角乃是螺距-直徑比除以π與測量此螺距-直徑比處之半徑比的積取反正切(tan-1)的結(jié)果。在恒定螺距的葉輪中，上述螺旋角要使得此種螺距與螺距-直徑比從葉片梢至其靠近葉片連至傳動軸時之底部(或輪轂)的一點保持不變。此傳動軸的軸線即是葉輪被驅(qū)動繞之轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動軸線。上述直徑，則是從此軸線至測量螺距-直徑比的點掃掠直徑。在葉梢，這一直徑便是整個葉輪的掃掠直徑。對于典型的軸流式葉輪，有恒定或不恒定的螺距，其中在靠近輪轂處螺距-直徑比(例如在0.4R處，R為葉輪之半徑或掃掠直徑之半)小于葉梢處的螺距-直徑比。
根據(jù)本發(fā)明，公開了這樣一種葉輪的構(gòu)型，它在紊流狀態(tài)中能提供有效的軸向流，并抑制了所排出的液流于不穩(wěn)狀態(tài)中變?yōu)閺较虻内厔?同時在不穩(wěn)流狀態(tài)下保持有效地運轉(zhuǎn))。本發(fā)明之葉輪的葉片已然扭曲到能提供一種超螺距狀態(tài)。這種狀態(tài)表現(xiàn)為靠近輪轂處0.4R)處的葉片之螺距-直徑比大于葉梢的螺距-直徑比。此外，依據(jù)本發(fā)明，由于在葉梢部所采用的葉片角大于傳統(tǒng)軸流式葉輪中的，且最佳情形是處在18°至30°的范圍內(nèi)，從而抑制葉輪在不穩(wěn)定狀態(tài)中和至層流狀態(tài)中排出徑向流的性質(zhì)得到了提高。本發(fā)明的另一特點是采用了一對相關(guān)的葉輪(它們相互耦聯(lián)，使得驅(qū)動這對葉輪所需的功率小于在相同條件下分別驅(qū)動各葉輪之功率的和)。這種相關(guān)關(guān)系可以通過使此兩個葉輪的間距小于其中較大一個葉輪的直徑而能最佳地實現(xiàn)。這樣的配置方式在不穩(wěn)定范圍和層流范圍中提高了軸向流，同時進一步抑制了徑向流。另有一個特點是，提供了在葉梢具有不同葉片角的葉輪。例如，這種葉輪可以是葉片式的葉輪，其中兩個沿徑向相對的葉片(與前兩個分隔90°)在葉梢取不同的葉片角。
本發(fā)明并未限定于任何運行理論，確信前述的超螺距狀態(tài)與在葉輪葉梢采用不同的葉片角，抑制了由此葉輪排出的液流取徑向的趨勢，同時提高了軸向流，這是由于造成了在流速中引起振蕩的非對稱性，極其類似于紊流范圍中的固有特性。此種振蕩現(xiàn)象已用數(shù)據(jù)形式，由Ronald J.Weetman在1988年5月24-26日于意大利帕維亞城召開的第六屆有關(guān)混合問題的歐洲會議上，以“混合用葉輪的功率流與歷變特性”為題的論文中給出。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供改進型的葉輪與葉輪系統(tǒng)，它們與傳統(tǒng)的軸流式葉輪系統(tǒng)相比，不僅在紊流狀態(tài)中，而且還在不穩(wěn)定狀態(tài)與進入層流狀態(tài)中時，能進行更好地混合與更快和更有效地混勻。
本發(fā)明的另一個目的是提供改進型的混合葉輪，它能在寬范圍的液流條件(粘滯的和粘滯性小的液體與液體懸浮物)下，進行有效的混合與混勻，同時與傳統(tǒng)的軸流式混合葉輪相比，只要求較有限范圍的葉輪尺寸。
本發(fā)明上述的和其它的目的、特點與優(yōu)點，以及根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有的最佳實施例所設(shè)計的葉輪與葉輪系統(tǒng)，將通過閱讀下面聯(lián)系附圖所作的描述，了解得更清楚。在附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明之混合葉輪的透視圖;
圖2是圖1所示葉輪的平面圖;
圖3是圖1與2所示攪拌葉輪的立面圖，圖中沿此葉輪的一個葉片部分剖開，此剖面是沿圖2中3-3線截取的;
圖4是圖1至3所示葉輪的端視圖;
圖5示明了在離葉輪軸線不同徑向距離處，通過此葉輪各翼的剖面，上述徑向距離處即在葉梢，在0.7R與0.4R處(其中R是從葉梢至轉(zhuǎn)動軸線的徑向距離，亦即葉輪直徑D7以2除)，此圖表明了葉輪的扭曲角。
圖6為一曲線圖，用葉片角或螺旋角示明了此葉輪的扭曲角(上述角乃是葉片的弦通過一剖面對徑向所成的角);
圖7為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的混合葉輪的平面圖;
圖8與9為端視圖，示明了在圖7所示葉輪的各對葉片梢端處的不同葉片角;
圖10為平面圖，示明了與圖1至4中所示葉輪相似的一種葉輪，在其中葉片的低壓(頂)面上設(shè)有導(dǎo)流槽;
圖11與圖10類似，示明了將紊流發(fā)生器楔用在此種葉片的低壓(頂)面上;
圖12是圖10所示之葉輪的底視圖，示明了葉片的高壓面或底面上的導(dǎo)流槽;
圖13表明了圖10與12所示之葉輪的端視圖以及圖11所示之葉輪的端視圖;
圖14是本發(fā)明之葉輪系統(tǒng)，特別是一對葉輪的透視圖，這對葉輪的直徑大小不等，外形類似于圖1至5所示的葉輪，兩個葉輪相互關(guān)聯(lián);而圖15所示為一曲線，表明的是在一種提供的混合雷諾數(shù)近似200的媒質(zhì)中，用圖1至5所示的一種7英寸葉輪所獲得的混勻時間比(與標準的A100型葉輪相比較)，實驗設(shè)備與RonardJ.Weetman等人1989年的論文“流體翼式葉輪于粘性混合流中的應(yīng)用》中所采用與描述到的類似，該文在前面已然述及。
參看圖1至5，其中示明的一種混合葉輪10，它有三塊按120°間隔組裝于輪轂10上的葉片12，14與16，此輪轂18裝設(shè)于軸20之上。當葉片由金屬制成時，它們可由螺栓與固定夾接裝到上述輪轂上，此種葉片與輪轂是交錯地由纖維增強塑料之類的復(fù)合材料，例如由含有纖維與塑料樹脂的混合物經(jīng)注射成型或加壓成型所得的復(fù)合材料，經(jīng)模制成形。這種模具于是便確定了葉片與輪轂的外形。輪轂可以裝附到直接通至或經(jīng)傳動齒輪通至一馬達的軸20之上。此馬達與軸可以是一輕便式混合器組件的部件，而這種混合器則可夾裝于含有待混合之液體以及液體懸浮物之槽子的壁上?；蛘?，上述馬達與其傳動組件以及與此相關(guān)聯(lián)的軸，可用一架子或其它支承機構(gòu)支承。
各葉片12，14與16完全一致。這種葉片的葉梢可以分布在界定出此葉輪掃掠直徑之圓周上。此種葉片還有前緣26與后緣28，且為流體翼，除在沿著葉片鄰近葉梢約10%的徑向長度處，還有折轉(zhuǎn)角與扭曲角(參看圖6)。這樣就可使葉片的梢端急速轉(zhuǎn)向，而得以在必要時縮短葉輪的直徑，由此來減少所需模制成形的葉輪尺寸數(shù)。對于固定的螺旋角，這些葉片可以進一步延伸到超過其名義徑向長度R(例如，超過100%)。此種流體翼式的葉片具有相對的頂面30與底面32，它們分別是葉片的低壓面與高壓面。葉片的高壓或壓力面乃是面朝流體被驅(qū)動方向的表面。因此，當葉輪依順時針走向繞軸線34轉(zhuǎn)動時，在槽中媒質(zhì)的下行方向(下向抽吸)就會產(chǎn)生一軸向流。從上述傳動軸呈輻射狀延伸出一批線道36，它們在弦(40)上最高折轉(zhuǎn)點的附近界定出葉片的軸線。此最高折轉(zhuǎn)點近似位于該弦(圖5)(距前緣)40%的一點處。上述這條弦引自通過葉片橫剖面的中線與該前緣和后緣(參看圖5中翼48上的中線53)之交點間。這里的葉片角或螺旋角乃是此弦同垂直于葉片軸線34之平面間的角。圖5中的線42即處于這樣一個平面中。圖5中所示的三種翼形表示通過前緣26與后緣28上，如圖2中所示2掃掠半徑R、0.7R與0.4R處之點的橫剖面。各葉梢處的翼形示明于44處。0.7R處的翼形示明在46，而0.4R處的翼形示明在48。葉梢處的弦表明在40處，同時示明了翼46在0.7R處的以及翼48在0.4R處的弦50與52。用來形成制造此種葉輪的模具的圖樣可以這樣地構(gòu)成，即將覆蓋住翼44，46與48間過渡段的一列翼形疊置或夾層布置在一起，或者采用立體式石板印刷技術(shù)。
葉片的寬度從葉梢起增大到0.4R處，然后減小，在葉片與輪轂18之間形成過渡段。葉片的主要工作面是從葉梢起至0.4R處，然后減小，正是在這一工作面中，存在著能提供超螺距狀態(tài)的扭曲角。
上述扭曲角定義為葉梢處之螺旋角與0.4R處之螺旋角二者的差，即由以下方程定義｜△β＝tan-1(PR′)/(0.4π) -tan-1(PR)/(π) ｜這里的PR′是0.4R處的螺距一直徑比，它大于在葉梢處的提供超螺距狀態(tài)的螺距一直徑比。
上述的扭曲角△β最好在34°與38°之間，但可以處在30°到45°之間。葉梢處的葉片角也稱之為梢弦角(TCA)，可以在18°-30°，但最好取為20°。
葉片的寬度從葉梢均勻地增至0.4R。業(yè)已證明，均勻地增加此寬度能在紊流條件下提高此種葉輪的效率。用葉梢處弦長對葉輪直徑的比來表征，則上述寬度變化最好是從葉梢處的0.25變定至0.4R處的0.33。這相當于寬度改變了約30%。此種寬度變化可以從葉梢處的約0.15變化到0.4R處的0.40。
葉片的厚度，同樣可從葉梢起朝葉片在輪轂18處的底部增大，作為低、高壓面30與32間之最大距離對弦長之比的函數(shù)，則最好是在葉梢處為0.1，在0.4R處為0.14。然而，此種葉片也可在其整個長度上取近似相同的厚度。用低、高壓面30與32間最大距離對弦長的比來描述時，此葉片在0.4R處的厚度可增至0.22，而當需要增強葉片時輪轂的連接時，對于從葉片至輪轂的剩余長度，也可如此。對于有馬達直接帶動用來驅(qū)動葉輪的軸時，上述這種增強可能是必須的，盡管示明的是三塊葉片，但對葉片的塊數(shù)并無限制。
表示為從中線(圖5中例示為通過翼48的線53)至弦的最大距離除以弦長的葉片折轉(zhuǎn)角，最好可取作為常量，在一最佳實施例中，這一數(shù)值為60%。
葉片角β隨扭曲角變化，對于圖1至5中所示的最佳實施例，此種變化可以如圖6中表明的那種均勻平滑形式。
通過采用充分的螺距來提供超螺距狀態(tài)所獲得的驚奇結(jié)果，示明于圖15中，其中的混勻時間是相對于一般用推器型的葉輪A100相比較的結(jié)果。從圖中看出，隨著扭曲角的增大，這一混勻時間比急劇地減少。以上結(jié)果可以用類似Weetman等在有關(guān)粘滯性混合液中的應(yīng)用一文中所描述的實驗觀察到。著色的示蹤劑表明了，盡管是在槽中的不穩(wěn)流與層流狀態(tài)下，與傳統(tǒng)的葉輪相比，這里的液流保持著更具軸向性，使得混勻作用進行得并不緩慢。
參看圖7、8與9，其中示明了一混合葉輪60，上面有沿徑向相對配置的第一對葉片62和64，以及也沿徑向相對配置的第二對葉片66與68。這些個葉片的形狀可與葉片12，14與16類似。第一對葉片60與62同葉片66與68分隔90°，但它們的梢弦角則不同。葉片對66與68如圖8中對葉片66所表明的，它們的梢弦角小于葉片62與64的。徑向相對的葉片具有相同的梢弦角，以減少流體的力對葉輪之軸70的致彎作用。這種不同的角取向在葉輪產(chǎn)生的流型中導(dǎo)致了不對稱性，進一步防止了在不穩(wěn)流與層流范圍形成渦流。
引進不對稱性能改進混合槽不穩(wěn)流中的混合與混勻作業(yè)。這是由于當環(huán)繞葉輪緊鄰區(qū)中的液流為不紊流時，槽中的其它部分則可以處于層流狀態(tài)，而在槽中部分地存在有層流時，就會形成穩(wěn)定的渦流或環(huán)流型，它們將抑制著混合作業(yè)特別是混勻作業(yè)，同時，渦流與環(huán)流在上述部分內(nèi)是不會緩慢發(fā)生的。這種效應(yīng)已在前述R.J.Weetman等人1989年的著作中得到證明。因此，重要的是在此種液流場中引進非對性來分布穩(wěn)定的環(huán)流型或渦流。這種改進的葉輪在圖7至9的實施例是所謂超螺距型的，且同樣具有不同的梢弦角來實現(xiàn)這種重要功能。通過提供具有不同扭曲角、折轉(zhuǎn)角和/或長度的相對峙的成對葉片，也能在液流場中引進不對稱性。如圖7、8與9所示，以上談到的這種不同，在數(shù)量級上可以是同一的，這里，葉片52、64這一對的梢弦角相對于另一對葉片66、68說來，使葉片對62、64的驅(qū)動功率，較驅(qū)動另一對葉片的功率高出約25%至50%。盡管上面討論的葉片特性對于另一對葉片是相似的，但只要流體的力并不限制葉輪運轉(zhuǎn)，每一對中的各個葉片可以不同(例如在梢弦角或任何其它特性方面)。
圖10、12與13A所示的葉輪與圖1至5中所示的葉輪，在設(shè)計上相似，并以相同的參考號數(shù)表征相同的部件。沿著中心位于軸20之轉(zhuǎn)動軸線上的一批圓上，設(shè)有一批肋條72、74來界定出導(dǎo)流槽。底部或高壓面32上的肋條74沿葉片軸線36的兩側(cè)延伸。它們抑制了不穩(wěn)流狀態(tài)中在輪轂附近發(fā)生的強徑向流。葉片上表面30上的肋條72實質(zhì)上完全處于葉片軸線36與葉片的后緣之間。上述導(dǎo)流槽進一步抑制了徑向流和使紊流范圍分隔。
圖11與13B所示的葉輪與圖1至5中所示的相似，并用相同的參考數(shù)號代表相同的部件。在葉片頂面的底壓側(cè)設(shè)有一批紊流發(fā)生楔，這些突起的楔減少了液流分開的機會并形成了能在紊流態(tài)中改進混合過程的紊流。也可采用小的肋條來代替這種楔。這類楔可以與圖12所示的導(dǎo)流槽相結(jié)合，具種導(dǎo)流槽是由高壓面32上的那批肋條74所形成(參看圖13A)。紊流發(fā)生楔76示明于圖11中的低壓面30之上，同時還示明于圖13B中。
參看圖14，其中示明了共軸裝配于公用傳動軸84上的一個大直徑葉輪80與一小直徑葉輪82。這兩個葉輪各有三個葉片，上下葉輪上相對應(yīng)之葉片一般準直。葉片的形狀最好取圖1至5中所描述的形式。這兩組葉片在沿著軸84的軸向分開時，要充分地靠近便于相互關(guān)聯(lián)。當增設(shè)有第二個葉輪時，為了轉(zhuǎn)動這兩個葉輪并不要求顯著地增加驅(qū)動功率，這就說明了它們在運行過程中有相關(guān)性。例如，要是這兩個葉輪相隔距離超過大葉輪的直徑，則用來驅(qū)動這兩個葉輪所需的功率將近似于分別驅(qū)動各個葉輪所需之功率的和。相關(guān)的這兩個葉輪，在相同流速的情況下所需用的功率，類似于或小于只用單個葉輪時所需的功率。在排流中的葉輪(圖14中下方的小葉輪)改變著上部葉輪的流型。在不穩(wěn)流和層流狀態(tài)下，在上部葉輪80高壓面86處產(chǎn)生的釋出流常會改變成徑向流，但由于下部的小葉輪所產(chǎn)生的流型發(fā)生了變化，這種徑向流便被抑制。比起分別采用葉輪80或82時，這里的總的流型將在較長的軸向距離上保持著軸向。因此，小葉輪的采用進一步提高了上述葉輪系統(tǒng)的軸流特性。
在一最佳實施例中，上部葉輪的直徑為7英寸，下部葉輪的直徑為5英寸;兩個葉輪都能在從圖14看去的下行方向提供一軸向的排出流。兩葉輪的間距約為上部葉輪直徑之半(3.5英寸)。上述偶聯(lián)系統(tǒng)使得“流動數(shù)”NQ約增加60%，同時使得“功率數(shù)”Np減小，至于NQ與NP的定義，可參看前述Weetman等有關(guān)粘滯性混合流中應(yīng)用的一文。盡管上面所示的這對葉輪，上下方的相應(yīng)葉片準直，但在必要時，它們可在上下方向上錯開。把小葉輪設(shè)置于大葉輪之上或許會成為優(yōu)點。這些優(yōu)點也可在上行抽吸以及在前示的下行抽吸例子中取得。
據(jù)上面的描述可以得知，已然提供了改進型的混合葉輪以及混合葉輪系統(tǒng)，它們能在紊流態(tài)、不穩(wěn)流態(tài)和進至層流態(tài)時有效地運轉(zhuǎn)。這里所述之葉輪與葉輪系統(tǒng)，對于熟悉本項工藝的人，無疑可在本發(fā)明的范圍內(nèi)提出它的各種改型和對之作出種種變動。因而，上面的描述應(yīng)視作為解釋性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種能在液體與液體懸浮物中產(chǎn)生從紊流至層流的液流，且能有效地混合與混勻此種液體與懸浮物的葉輪，此種葉輪有一批可繞軸線轉(zhuǎn)動的葉片，葉片上有界定此葉輪半徑(R)的葉梢，葉片從葉梢沿徑向朝上述軸線延伸，特征在于上述葉片具有由其相對于垂直前述軸線之一平面所成之傾角界定出的扭曲角，此種角度沿此葉片朝所說軸線方向均勻增大，以提供一種超螺距狀態(tài)，使葉片在其距該軸線0.4R處一剖面上的螺距-直徑比(PR)大于前述葉梢處的PR，這里的PR由下述方程定義PR= (r)/(R) π tanβ (r)/(R)式中r為從轉(zhuǎn)動軸線至依據(jù)上述方程計算PR處的半徑，而β為上述剖面處以度數(shù)計算的傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的葉輪，其特征在于所述扭曲角△β定義為△β＝tan-1(PR′)/(0.4π) -tan-1(PR)/(π)式中PR′為徑向距約為0.4R處的螺距-直徑比，而PR為葉梢處的螺距-直徑比，同時PR′大于PR。
3.如權(quán)利要求1或2所述的葉輪，特征在于上述△β在30°至45°的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的葉輪，特征在于葉片在葉梢處的傾角在18°至30°的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的葉輪，特征在于上述葉片的傾角在從前述葉梢至所說軸線約10%的徑向距離上保持不變。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的葉輪，特征在于前述葉片為具有折轉(zhuǎn)角以及前述扭曲角的流體翼，而且所說的扭曲角是在這些葉片之葉梢上的一點與0.4R處的一點上的弦之間測量的。
7.如權(quán)利要求6所述的葉輪，特征在于前述葉梢上的弦在距所說軸線之長度為R的徑向線與葉片上前緣與后緣之交點間延伸，而所說的在0.4R處的弦是在距所說軸線之長度為0.4R之徑向線與前述前緣與后緣之交點間延伸。
8.如權(quán)利要求6或7所述的葉輪，特征在于所說葉片寬度用葉梢處弦長(W)對葉輪直徑(D)之比(W/D)來表征時，在葉梢處約為0.25，在0.4R處約為0.33。
9.如權(quán)利要求8所述的葉輪，特征在于上述厚度對所說葉梢處弦長之比約為0.1，而上述厚度對0.4R處弦長之比約0.14至0.22。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的葉輪，特征在于所說的葉片具有相對的兩個表面，各自在此葉片上產(chǎn)生較高和較低的壓力，此種葉片還有在上述表面上界定出導(dǎo)流槽的突起部。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的葉輪，特征在于所說葉片具有相對的兩個表面，它們在此葉片上形成較低和較高的壓力，葉片上還有配置在低壓面上用于形成紊流的裝置。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的葉輪，特征在于具有第二種葉輪，此第二種葉輪上有一批可轉(zhuǎn)動的葉片共軸配置，并以相關(guān)聯(lián)的關(guān)系分隔開。
13.如權(quán)利要求12所述的葉輪，特征在于所說的稱之為第一批的葉片與前述第二種葉輪上的葉片都具有相對峙的表面，后者在相應(yīng)葉片上形成較高和較低的壓力，以上兩種葉輪配置成，使第二種葉輪之葉片上的較低壓力面與稱之為第一批葉片上的較低壓力面相鄰。
全文摘要
在液體及其懸浮物中能形成紊流至層流且能使前者混勻的葉輪及其系統(tǒng)。葉輪上可繞一轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動之葉片上有界定葉輪半徑R之葉梢，此種葉片具有由其相對于與該軸線垂直之一平面所成傾角界定出的導(dǎo)曲角，該角度沿葉表朝該軸線方向增大，使葉片在距離軸線0.4R處一剖面上的螺距—直徑比PR大于葉梢處的PR，
文檔編號B01F15/00GK1058355SQ91105048
公開日1992年2月5日 申請日期1991年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月26日
發(fā)明者羅那爾德·J·威特曼 申請人:通用信號公司