專利名稱：：軸流式葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種造成軸流的攪拌葉輪，更特別的是涉及一種在貯液罐中使用的一攪拌葉輪，此葉輪用于低或中粘度液體的混合，還用于在低或中粘度液體中的液滴或顆粒分散。在葉輪軸的方向上能排出流體的攪拌葉輪(以下稱作“軸流式葉輪”)通常用來攪拌流體，如低或中粘度液體的混合及在低或中粘度液體中的液滴或顆粒分散。這種葉輪能以較小的扭矩提供較大的排放流量，并且其能量消耗比其它葉輪少，因此在設(shè)備成本和操作成本方面是有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的。對于這種葉輪，通常使用傾斜的槳翼葉輪和螺旋槳。傾斜的槳翼葉輪能夠以最低的成本最容易地制造出來，但與螺旋槳相比，它們需要較大的扭矩和更多的能量來獲得流量，即它們的排出率低。還已知傾斜的槳翼葉輪根據(jù)傾斜角在軸向流和徑向流之間產(chǎn)生中間流態(tài)。如果以這樣一種方式制造葉輪葉片，即改變一翼型剖面從前緣至后緣的厚度，像船舶螺旋槳葉片那樣，可以獲得高排出率。但隨之而來的是制造成本變得相當(dāng)高。另一方面，已使用的制造方法是用一模具把均勻厚度的葉輪葉片彎曲成一曲面，而該曲面在徑向上具有不變的傾斜高度。已提出了提高升阻比的方法，其中將葉片扭轉(zhuǎn)以使相連的流動角度在這些葉片的每個徑向位置處保持不變。為了進(jìn)一步提高升阻比，使葉輪葉片截面在從它們的前緣至后緣的部分內(nèi)具有適當(dāng)?shù)那省Ｓ捎谶@些螺旋槳基本上是用模具進(jìn)行制造的，所以對于不同尺寸的葉輪必須制作不同的模具。在葉輪小且能批量生產(chǎn)時，它們能用此方法經(jīng)濟(jì)地制造出來，但制作用于各種大尺寸的葉輪的模具是相當(dāng)昂貴的。如下描述的各種軸流式葉輪是公知的。美國專利NO.5052892公開了一種用于傳遞曲率效果的技術(shù)，它是通過把此傾斜的槳翼葉輪的葉片21沿徑向中心線彎曲，如在圖19中所示，來提高排出率和葉片的機(jī)械強(qiáng)度。在所述專利中，描述的這些葉片最好應(yīng)是均勻?qū)挾鹊陌?，且最好?yīng)有25～30°的平均傾斜角，并且其折痕最好應(yīng)是在此葉片頂端相交的兩個折痕，而且整個折痕角最好應(yīng)是20～30°(以下稱作“傳統(tǒng)葉輪A”)。在美國專利NO.4468130中，如圖20所示，公開了通過調(diào)節(jié)從葉片22的頂端至根部的曲率和傾斜角，能使最大排出率達(dá)到將發(fā)生分流的臨界值，并且描述了具體例子，此曲率的變化從頂端葉片寬度的8％至根的0％不等，并且傾斜角的變化從頂端的22°至根部的38°。此葉片寬度將是葉輪直徑的1/8，并且在頂端側(cè)稍窄在根部側(cè)稍寬。根據(jù)該專利，所描述的葉輪比螺旋槳價廉，但需要同步形成曲率連續(xù)變化的彎曲和扭轉(zhuǎn)，并且認(rèn)為為了獲得精確的制造對于葉輪的每個尺寸均需要不同的模具(以下稱作“傳統(tǒng)葉輪B”)。另外，德國專利申請NO.373042中，如圖21所示，設(shè)法通過把副葉片24在軸向上與一主葉片23相連來提高排出率。由于用這種方法附加副葉片同樣增加了扭矩和能量的消耗，所以認(rèn)為使扭矩和能量消耗增加的過多的流量增量是由圖21的葉輪產(chǎn)生的。但因為主葉片是一簡單傾斜的槳翼，如圖21所示，所以即使提高它的排出率也很難獲得與螺旋槳等同的效率，(以下稱作“傳統(tǒng)葉輪C”)。再者，英國專利NO.1454277公開了適當(dāng)切割圓柱表面能產(chǎn)生一具有曲率為葉片寬度的5～15％和在徑向上幾乎不變的傾斜高度的葉片(以下稱作“傳統(tǒng)葉輪D”)?？傊瑢τ谳S流式葉輪攪拌器而言，所需要的是降低設(shè)備成本和操作成本并且能獲得專門的攪拌目的。尤其是，在一低粘性液體的混合或固體顆粒的分散中，攪拌器的性能經(jīng)常是由排出流量或流動速度和排出流量的乘積來決定的，并且需要能以低成本制作和具有高排出率的軸流式葉輪。根據(jù)Nagase和Winardi的研究(日本化學(xué)工程期刊，Vol.24NO.2，PP.243-249(1991))，當(dāng)在攪拌罐中使用船舶螺旋槳時，在渦輪或傾斜的翼槳葉輪的情況下流量是不穩(wěn)定的，并且已經(jīng)得知在葉輪附近的排出流，其圓周流速脈動竟達(dá)其量值的兩倍。渦流量大到20～50％。因此，葉輪的進(jìn)流和出流周期性的變化這一事實不僅提出了問題，即保持此流動傾斜角不變的這樣一種螺旋槳設(shè)計方法是否真能提高攪拌葉輪的排出率，而且還在軸流式葉輪的設(shè)計方法上持同樣觀點，這里采用機(jī)翼或水翼理論提高它們的性能。這是因為翼型(翼形物)理論研究的流動是流線型均勻流動，并且這與在攪動罐中的流動有很大不同。軸流式葉輪包括螺旋槳的性能設(shè)計中的重點在于怎樣在徑向上分配葉片寬度，傾斜角和曲率，以便獲得最大排出率。最可靠的技術(shù)是改變這些特征的每一個，并且測量排出率來優(yōu)選特征。但在此類研究方面幾乎沒有報告。因此，本發(fā)明者用相同的攪拌罐并且安裝上述每個攪拌葉輪(傳統(tǒng)葉輪A～D，傾斜的槳翼葉輪，和一螺旋槳)至相同位置，并且在相同水量，相同旋轉(zhuǎn)速度，相同扭矩和相同能量消耗的情況下測量排出流量。葉輪扭矩，旋轉(zhuǎn)速度和排出流量分別用一應(yīng)變儀扭矩計，一電磁流速計和一激光多普勒速度計測量。使用兩種類型的傾斜槳翼葉輪，一種是45°-傾斜四葉片槳翼葉輪，另一種是30°-傾斜三葉片槳翼葉輪。使用的螺旋槳有等同于此葉輪直徑的傾斜高度，而此葉輪直徑具有均勻葉片厚度并在葉片上無曲率。在上述測量狀態(tài)下，除去攪拌器的葉輪外，在基本上同樣的操作成本和同樣的設(shè)備成本情況下比較葉輪是可能的。兩種類型的葉輪的比較狀態(tài)是在同樣的能量消耗但在不同的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度的情況下，這在文獻(xiàn)中是可以看到的，但這樣的比較不適于評價經(jīng)濟(jì)性。例如，當(dāng)在同樣類型的葉輪中葉輪直徑增加時，同樣的能量消耗能獲得較大的排出流量。但是，增大的直徑使葉輪扭矩更大，并且攪拌器的設(shè)備成本增加了，這樣僅使能量消耗達(dá)到同一水平是不能從經(jīng)濟(jì)觀點出發(fā)來進(jìn)行公平比較的。通過上述發(fā)明人的方法比較每個攪拌葉輪的排出流量的結(jié)果表明，排出流量的減少是按照這樣的次序，即螺旋槳，傳統(tǒng)葉輪A，傳統(tǒng)葉輪B，30°-傾斜的槳翼葉輪，傳統(tǒng)的葉輪D，傳統(tǒng)的葉輪C，和45°-傾斜的槳翼葉輪，而且當(dāng)從排列中除去傳統(tǒng)葉輪A和D時，在排列中相臨兩個葉輪之間的排出流量之差是此螺旋槳的排出流量的8～11％。也就是說，公知的傳統(tǒng)軸流式葉輪有比上述螺旋槳低的排出流量，而上述螺旋槳在現(xiàn)有螺旋槳中能較容易地設(shè)計和制作。當(dāng)需要再多的流量時，葉輪直徑或旋轉(zhuǎn)速度必須增加，以使其在大扭矩和大能量消耗的情況下運(yùn)行。結(jié)果，即使葉輪的制作成本能比傳統(tǒng)葉輪的低，但攪拌器的設(shè)備成本和操作成本有所增加，因此抵消了經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。另一方面，具有均勻厚度葉片和無曲率的螺旋槳需要用高精度制作的模具。再有，如果葉輪的尺寸變化了，必須制作不同的模具，這樣成本就提高了。不僅螺旋槳而且葉輪均需扭轉(zhuǎn)葉片，如傳統(tǒng)葉輪B，對每個尺寸的葉輪均需不同的模具。值得注意的是在上述攪拌葉輪中，傳統(tǒng)的葉輪A有近于螺旋槳的排出流量，它具有在兩個位置彎曲的簡單的矩形。與此相比，傳統(tǒng)葉輪B和D采用了翼型理論構(gòu)思，傳統(tǒng)葉輪C使用了葉柵的干涉效果，盡管它們有比傳統(tǒng)葉輪A復(fù)雜的形狀但獲得了比傳統(tǒng)葉輪A小的排出流量。這可能是因為兩種尺寸的翼型(翼形物)理論對于三種尺寸的旋轉(zhuǎn)體的運(yùn)用結(jié)果，還可能是因為條件的不同，即在此攪拌罐中的流動是在閉密空間中的循環(huán)流動并且渦流很強(qiáng)，此流進(jìn)葉片的一流束與由此翼型(翼狀物)理論討論的統(tǒng)一定義的流束有極大的不同。概述上述調(diào)查結(jié)果，經(jīng)濟(jì)的軸流式葉輪應(yīng)是這樣的，即包括均勻厚度的葉片，此葉片具有一自由扭轉(zhuǎn)的簡單曲面或一在幾個位置彎曲的平面，并且提供了等同于或大于螺旋槳的排出率。本發(fā)明的目的是提供這樣一種軸流式葉輪，即具有緊湊的形狀和等同于或大于螺旋槳的排出率的經(jīng)濟(jì)的軸流式葉輪。為了解決上述問題和獲得具有滿意的排出率的軸流式葉輪，它每部分的葉片形狀和尺寸均通過實驗優(yōu)選，這里一系列葉輪模型是通過逐步變化葉片形狀和每個葉片尺寸制造出來的，然后實際測量葉輪扭矩、能量消耗和排出流量，以決定在攪拌罐中葉片形狀和尺寸的最佳組合。在初步的實驗中，制造種類繁多的軸流式葉輪；它們在傾斜角，葉片寬度，有和設(shè)有扭轉(zhuǎn)和/或曲率方面是不相同的；然后每一個均設(shè)置在一攪拌罐的給定位置處，此攪拌罐的直徑為D＝400mm，高度為H＝500mm，并且具有在此圓形罐壁上等距的40mm寬的四個擋板，如圖1所示，以便在同樣條件下測量和比較其排出流量，而此同樣條件下水量為58.6升，轉(zhuǎn)速為300rpm，葉輪扭矩為0.43Nm，和能量消耗為0.013KW。該初步實驗的結(jié)果表明“傾斜角的影響最大”，“扭轉(zhuǎn)的影響也是重要的，它相應(yīng)于徑向方向傾斜角的變化”，“曲率的影響不清楚”，“太寬的葉輪明顯減少了排出流量，但在某些范圍內(nèi)，排出流量的變化是小的”，并且“在徑方向改變?nèi)~片寬度能變化排出流量。”對于排出流量的測量方法，所有的葉輪在向下的排出方向旋轉(zhuǎn)，通過激光多普勒速度計在徑向間隔10mm的葉片下邊緣下方5mm處測量葉片下表面的向下流速，并且把所測量的速度歸并以得到排出流量。通過平均20,000個數(shù)據(jù)來獲得在每個測量點處的數(shù)值。然后，就(1)最大葉片寬度；(2)最大寬度部分的徑向位置和傾斜角；(3)在葉片的頂端部分處的寬度和傾斜角；和(4)在葉片的根處的寬度和傾斜角而論，由這些逐漸變化的技術(shù)規(guī)格制作出軸流式葉輪，并且用如在上述初步實驗中同樣的方法測量排出流量。結(jié)果，能夠確認(rèn)制作下述形狀和尺寸的軸流式葉輪能夠獲得等同于和大于螺旋槳的排出率。確定在該技術(shù)規(guī)格中使用的術(shù)語的意義，“徑向位置”的意思是葉輪軸心標(biāo)為0并且葉片頂端標(biāo)為1，在徑向上的位置按指數(shù)標(biāo)明；“葉片寬度”的意思是在同樣的徑向位置處從旋轉(zhuǎn)方向的前緣至后緣的線性距離；“傾斜角”的意思是由限定此寬度的直線和垂直于軸的平面形成的角。圖1顯示了一攪拌罐的橫剖面圖；圖2顯示了排出流量和最大葉片寬度與葉輪直徑的比例之間的關(guān)系；圖3顯示了排出流量和最大葉片寬度的徑向位置之間的關(guān)系；圖4顯示了在徑向位置0.7處具有最大葉片寬度時，排出流量和傾斜角之間的關(guān)系；圖5顯示了排出流量和在葉片的頂端部分的寬度與最大葉片寬度的比率之間的關(guān)系；圖6顯示了排出流量和在徑向位置0.2處葉片寬度(葉片根部處寬度)與最大葉片寬度的比率之間的關(guān)系；圖7顯示了排出流量和在徑向位置0.2處的葉片傾斜角(葉片根部處的傾斜角)之間的關(guān)系；圖8顯示了第一具體實施例的軸流式葉輪的平面圖；圖9(a)顯示了圖8的軸流式葉輪的葉片的放大側(cè)視圖；圖9(b)顯示了圖9(a)中T部分的放大視圖；圖10顯示了圖8所示的軸流式葉輪的葉片的另一例子的放大側(cè)視圖；圖11顯示了圖8所示的軸流式葉輪的再一葉片例子的放大側(cè)視圖；圖12顯示了圖8所示的軸流式葉輪的又一葉片例子的放大側(cè)視圖；圖13(a)顯示了一第二實施例的軸流式葉輪的平面圖；圖13(b)顯示了在圖13(a)的剖面S-S處的剖示圖；圖14顯示了圖13(a)的軸流式葉輪的葉片放大側(cè)視圖；圖15顯示了第三實施例的軸流式葉輪的平面圖；圖16顯示了圖15中的軸流式葉輪的葉片放大側(cè)視圖17顯示了第四實施例的軸流式葉輪的平面圖；圖18顯示了圖17中的軸流式葉輪的葉片放大側(cè)視圖；圖19顯示了傳統(tǒng)葉輪A的平面圖；圖20顯示了傳統(tǒng)葉輪B的透視圖；和圖21顯示了傳統(tǒng)葉輪C的透視圖。參考圖2～7，描述了本發(fā)明用于確定軸流式葉輪的葉片形狀的技術(shù)規(guī)格或特性的技術(shù)，但同樣的圖也顯示了每個試驗葉輪的排出流量，這是通過把傳統(tǒng)葉輪B的排出流量標(biāo)為100來說明的。(1)最大葉片寬度圖2顯示了排出流量和最大葉片寬度(W0見圖8)與葉輪直徑(D見圖8)的比率之間關(guān)系。在這種情況下，葉片的最大寬度部分的徑向位置是0.7，最大寬度部分的傾斜角是20°，在葉片的頂端部分的寬度大約是最大寬度的50％，在葉片的頂端部分的傾斜角是13～16°，葉片的根部處的寬度大約是最大寬度的60％，并且在葉片的根部處的斜傾角是40°。如圖2所示，當(dāng)最大葉片寬度(W0)在葉輪直徑(D)的10％至30％的范圍內(nèi)時，排出流量幾乎沒有變化，并指示為較大數(shù)值，但最大葉片寬度是影響排出流量的重要因素，并且，葉片形狀的設(shè)計原則應(yīng)適用于從具有較大最大寬度(最大寬度≥葉輪直徑的20％)的葉片變化到具有較小最大寬度(最大寬度＜葉輪直徑的20％)的細(xì)長葉片。這是因為對于具有細(xì)長形狀的葉片，最大寬度不能形成較大流體阻力，并且最大寬度部分是處于葉片的頂端部分或是處于根部，都認(rèn)為它對于排出流量沒有任何大的影響，但當(dāng)葉片的最大寬度變得較大(最大寬度≥葉輪直徑的20％)時，最大寬度部分的徑向位置將對于排出流量有大的影響，如以下將要描述的那樣。(2)葉輪最大寬度部分的徑向位置圖3顯示了葉片的最大寬度部分和排出流量之間的關(guān)系。在這種情況下，最大葉片寬度是葉輪直徑的20％，最大寬度部分的傾斜角是17°，葉片頂端部分的寬度大約是最大寬度的50％(但是，當(dāng)最大寬度部分的徑向位置是1.0時，頂端部分處的寬度為最大寬度)，在葉片的頂端部分處的傾斜角是11～17°，葉片根部處的寬度大約是最大寬度的50％，而且葉片的根部處的傾斜角是40°。當(dāng)葉片的最大寬度增加(最大寬度≥此葉輪直徑的20％)時，最大寬度部分的徑向位置在與排出流量的關(guān)系方面是重要的。即，如果最大寬度部分是處于葉片的根部或頂端部分的話，那么它將產(chǎn)生防礙平穩(wěn)攪拌的阻力，但如圖3所示，如果最大寬度部分的徑向位置設(shè)置在0.4～0.8(40～80％)的范圍之內(nèi)，那么排出流量增加。如果徑向位置設(shè)置在0.5～0.7(50～70％)的范圍之內(nèi)時，排出流量還要增加，并且在0.6的徑向位置處此排出流量最大。但是，在葉輪的最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％的情況下，最大寬度部分的徑向位置對排出流量的影響減少了，并且無論最大寬度位置是在頂端部分還是在根部處，排出流量都沒有大的變化。(3)葉片的最大寬度部分的傾斜角圖4顯示了當(dāng)葉片的最大寬度部分處于0.7的徑向位置時，傾斜角和排出流量之間的關(guān)系。在這種情況下，最大葉片寬度定為20％，葉片的頂端部分處的寬度大約是最大寬度的50％，葉片的頂端部分處的傾斜角是0°～27°，葉片的根部處的寬度大約是最大寬度的50％，并且葉片根部處的傾斜角是40°。如圖4所示，當(dāng)最大寬度部分的傾斜角(θ0見圖8)處于12°至22°的范圍內(nèi)時，排出流量增加。當(dāng)所述傾斜角處于15°至20°范圍內(nèi)時，排出流量再次增加。如果此葉片的最大寬度小于葉輪直徑的20％，那么傾斜角也是重要的，并且由于這個較大排出流量是通過使徑向的葉片中心處的傾斜角為了降低流體阻力而保持在適當(dāng)范圍內(nèi)而得到的，所以在徑向位置0.6處的傾斜角最好是在12°至22°的范圍內(nèi)。(4)葉片的頂端部分處的寬度和傾斜角圖5顯示了排出流量和在頂端部分處的寬度(d2見圖8)與最大葉片寬度(W0)的比率之間的關(guān)系。在這種情況下，最大葉片寬度定為20％，最大寬度部分的徑向位置大約是0.6，最大寬度部分的傾斜角是17°，在葉片頂端部分處的傾斜角大約是11°，葉片根部處的寬度大約是最大寬度的50％，并且葉片根部處的傾斜角是40°。如圖5所示，當(dāng)葉片的頂端部分處的寬度在最大寬度的12％至75％的范圍內(nèi)時，排出流量幾乎不變，并指示為一較大數(shù)值，但在特殊情況下，當(dāng)寬度大約是最大寬度的50％時，排出流量成為最大。為了抑制在葉片頂端部分處太大的能量消耗，在此頂端部分處的傾斜角(θ2見圖9)希望比最大寬度部分的傾斜角(θ0)小5°～10°。甚至當(dāng)最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％時，葉片頂端部分處的寬度也是重要的，并且流體阻力和能量消耗能夠通過把與徑向葉片中心處的寬度相關(guān)的頂端部分處的寬度達(dá)到一適當(dāng)范圍來降低，所以頂端部分的寬度最好是徑向位置0.6處寬度的12～75％。再有，該葉片頂端部分的傾斜角最好比徑向位置0.6處的傾斜角小5～10°，這是因為上述同樣的原因，即用于抑制在葉片的頂端部分處的太多的能量消耗。(5)葉片根部的寬度圖6顯示了排出流量和在徑向位置0.2處葉片寬度(葉片根部處寬度)與最大葉片寬度(W0)的比率之間的關(guān)系。在這種情況下，最大葉片寬度定為20％，最大寬度部分的徑向位置大約是0.7，最大寬度部分的傾斜角是17°，在葉片頂端部分處的寬度大約是最大寬度的50％，在葉片頂端部分處的傾斜角大約是11°，并且在葉片根部處的傾斜角是40°。如圖6所示，當(dāng)葉片的寬度是在最大寬度的40～100％的范圍內(nèi)時，排出流量幾乎不變化并且是一較大數(shù)值。甚至在葉輪的最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％的情況下，葉片根部處的寬度是重要的，并且葉片根部處的寬度最好為徑向位置0.6處寬度的40％或更大些，這是為了從葉片的徑向的中心部分至根部獲得平穩(wěn)的排出流量。(6)葉片根部處的傾斜角圖7顯示了排出流量和在徑向位置0.2處的傾斜角(在葉片根部處的傾斜角θ1見圖9)之間的關(guān)系。在這種情況下，最大葉片寬度指定為葉輪直徑的20％，最大寬度部分的徑向位置是0.7，最大寬度部分的傾斜角是17°，葉片的頂端部分處的寬度大約是最大寬度的60％，葉片的頂端部分處的傾斜角是11°，并且葉片的根部處的寬度大約是最大寬度的50％。如圖7所示，當(dāng)葉片根部處的傾斜角超過50°時，排出流量減少，當(dāng)所述傾斜角在25～50°的范圍之內(nèi)時，排出流量增加，并且排出流量在所述傾斜角為40～50°時變?yōu)樽畲?。甚至在葉輪的葉片最大寬度小于葉輪直徑的20％的情況下，葉片根部處的傾斜角是重要的，當(dāng)傾斜角太大時，排出流量降低，因此，最好使傾斜角處于25至50°的范圍之內(nèi)。(7)構(gòu)成葉片的表面此表面可以是圓柱面，圓錐面，或平面，或在一至兩個位置處彎曲的表面，另外，還帶有扭轉(zhuǎn)平面的曲面，或所有這些的組合。(8)葉片的厚度葉片厚度在葉片的整個長度上應(yīng)該是均勻的，并且如果葉片足夠厚的話，便能夠確保所需的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)葉片厚度超過最大寬度的5％時，希望從最大寬度位置至頂端部分的葉片旋轉(zhuǎn)方向上斜切此前端上兩邊緣中的上游側(cè)邊緣(見圖9(a)和圖9(b)，剖面T的放大圖)。(9)葉片的數(shù)量和安裝方法最好用多個葉片并且旋轉(zhuǎn)對稱地安裝它們。當(dāng)葉片寬度的等分線定為中心線時，葉片應(yīng)按與徑向一致的中心線安裝，但當(dāng)葉片由圓柱面或圓錐面構(gòu)成時，葉片中心線可以認(rèn)為是沿旋轉(zhuǎn)方向從根部至最大寬度位置的引線。(10)摘要基于上述調(diào)查研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)具有能夠達(dá)到本發(fā)明目的的滿意的排出率的緊湊和經(jīng)濟(jì)的軸流式葉輪應(yīng)具有下列攪拌葉輪的特性。①當(dāng)最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％時(a)徑向位置0.6處的傾斜角是12～22°；(b)葉片的頂端部分處的寬度是徑向位置0.6處寬度的12～75％，在葉片的頂端部分處的傾斜角比徑向位置0.6處的傾斜角小5～10°；和(c)葉片根部處的寬度是徑向位置0.6處寬度的40％或更多，同時葉片根部處的傾斜角是25～50°。②當(dāng)最大葉片寬度是葉輪直徑的20％或更多時(a)最大寬度部分的徑向位置是0.4～0.8，同時最大寬度部分的傾斜角是12～22°；(b)葉片的頂端部分處的寬度是最大寬度的12～75％，葉片的頂端部分處的傾斜角比最大寬度部分的傾斜角小5～10°；和(c)葉片根部處的寬度是最大寬度的40～100％，同時葉片根部處的傾斜角是25～50°。即，根據(jù)本發(fā)明，軸流式葉輪的特征在于包括下例要素(a)至(d)的葉片被指定為本發(fā)明的第一具體實施例。(a)葉片的最大寬度小于葉輪直徑的20％；(b)徑向位置0.6處的傾斜角是12～22°；(c)葉片的頂端部分處的寬度是徑向位置0.6處寬度的12～75％，葉片的頂端部分處的傾斜角比徑向位置0.6處傾斜角小5～10°；和(d)葉片根部處的寬度是徑向位置0.6處寬度的40％或更多，葉片根部處的傾斜角是25～50°。軸流式葉輪的特征在于包括下列要素(a)至(d)的葉片被指定為本發(fā)明的第二具體實施例。(a)葉片的最大寬度是葉輪直徑的20％或更多；(b)葉片的最大寬度部分的徑向位置是0.4～0.8，最大寬度部分的傾斜角是12～22°；(c)葉片的頂端部分處的寬度是最大寬度的12～75％，葉片頂端部分處的傾斜角比最大寬度部分處的傾斜角小5～10°；和(d)葉根部處的寬度是最大寬度的40～100％，葉片根部處的傾斜角是25～50°。因此本發(fā)明的軸流式葉輪根據(jù)葉片的最大寬度分為兩種類型的葉輪，而葉片的最大寬度對排出流量有顯著的影響細(xì)長形狀的葉輪的最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％；并且葉輪的最大葉片寬度是葉輪直徑的20％或更多，葉片每部分的寬度和傾斜角以這種方法來限定，即在每種情況下都得到最大排出流量，并且當(dāng)流體阻力和能量消耗降低時，較大排出流量能夠得到保證。在攪拌操作中，流體攪拌速度與液體的環(huán)流速度；即排出流量；接近正比關(guān)系。結(jié)果，具有較佳排出率(高排出流量)的本發(fā)明的軸流式葉輪能夠按極好的效率攪拌。在某一種攪拌操作中，不僅排出流量而且葉輪傳至液體的徑向動量也變得重要了，其中的徑向動量即是排出流量與排出流速的乘積。例如，為了浮起罐底沉積的固體顆粒，用于使顆粒運(yùn)動的液體流速和相應(yīng)于罐底面積的流量是必須的。在軸流式葉輪的情況下，軸向流量和流速之和正比于排出流量的平方，而反比于葉輪的旋轉(zhuǎn)面積，結(jié)果，具有較佳排出率的本發(fā)明的軸流式葉輪還提供了用于在軸向上產(chǎn)生液體動量的極好性能，并且能高效地浮起固體顆粒。參照附圖，本發(fā)明的實施例將在下面詳細(xì)地描述。圖8是表示第一具體實施例的軸流式葉輪1的平面圖，圖9(a)顯示了葉片2的放大側(cè)視圖。在此實施例中，葉片2的最大寬度W0是葉輪直徑D的20％，最大寬度部分3的徑向位置是0.6，最大寬度部分3的傾斜角θ0是17°，葉片的頂端部分4處的寬度d2是葉輪直徑D的10％(最大寬度的50％)，葉片的頂端部分4處的傾斜角θ2是11°，徑向位置0.2處葉片的寬度是葉輪直徑D的10％(最大寬度的50％)并且該位置處的傾斜角θ1是40°，葉片由在兩個位置進(jìn)行彎曲具有葉輪直徑D的1％(最大寬度的5％)的厚度的平板而形成，葉片具有兩個平行的折痕5，6，兩個彎曲角度θ3和θ4為14.5°。在該實施例中，葉片的中心線7是從根部沿旋轉(zhuǎn)方向至最大寬度位置的引線。支架9用來把葉輪固定在型架(以下稱作“輪轂”)8上并提高了葉片2的機(jī)械強(qiáng)度。如第一實施例所提供的例子，可以采用從圖9的葉片中除去根部處彎曲的葉片2的形狀，如圖10中所示，或包括圓柱表面的葉片2的形狀，如圖11所示，或者還有包括圓柱表面和平面的葉片2的形狀，如圖12所示。如圖12和11所示的這些葉片的形狀能夠獲得等同于第一實施例的排出率。圖10中所示的葉片形狀稍微降低了排出率，這是因為葉片根部處的傾斜角比優(yōu)選值稍小。圖13(a)顯示了第二實施例的軸流式葉輪的平面圖，圖14顯示了葉片的放大側(cè)視圖。除去葉片頂端部分處的傾斜角為9.5°以外，該實施例的葉片10的最大寬度，葉片頂端部分處的寬度和徑向位置0.2處的葉片的寬度和傾斜角均與第一實施例的相同。在此實施例中，葉片是由沿兩條直線L，L彎曲平面而形成的表面構(gòu)成的，并且此葉片沒有曲率，且此葉片的中心線11恰好與輪轂8的徑向一致。圖15顯示了第三實施例的軸流式葉輪的平面圖，圖16顯示了葉片的放大側(cè)視圖。該實施例的葉片12的最大寬度，最大寬度部分的徑向位置和傾斜角，葉片頂端部分的寬度和傾斜角，徑向位置0.2處葉片的寬度和傾斜角均與第一實施例的相同，并且對于構(gòu)成此葉片的表面和厚度而言，此表面是具有葉輪直徑D36％的曲率半徑R的圓柱形表面，并且厚度是葉輪直徑的1％(最大寬度的5％)。這樣，因為采用了圓柱形葉片，所以便在圓周方向上形成了曲率，然而在這種方法中，有可能代替容易制造的具有圓柱形表面的葉片的扭轉(zhuǎn)效果，并且是經(jīng)濟(jì)的。在此實施例中，葉片中心線13是從根部沿徑向至最大寬度位置的，一支架9用來把葉輪固定在此輪轂8上，并且提高了葉片12的機(jī)械強(qiáng)度。圖17顯示了第四實施例的軸流式葉輪的平面圖，圖18顯示了葉片的放大側(cè)視圖。該實施例的葉片14的最大寬度，最大寬度部分的徑向位置和傾斜角，葉片頂端部分的寬度和傾斜角，和徑向位置0.2處葉片的寬度和傾斜角均與第三實施例的相同。在此實施例中，葉片由簡單扭轉(zhuǎn)平面而成的曲面構(gòu)成，并且葉片沒有曲率，葉片的中心線15恰好與輪轂8的徑向一致。為了把本發(fā)明的軸流式葉輪的排出流量與傳統(tǒng)軸流式葉輪的排出流量相比較，在類似于上述的方法中，采用如圖1所示的攪拌罐，葉輪安裝在同樣的位置，并且在同樣水量(58.6L)，同樣旋轉(zhuǎn)速度(300rpm)，同樣扭矩(0.43Nm)，和同樣能量消耗(0.013KW)的情況下測量排出流量。下面將描述用上述測量方法得出的排出流量的測量結(jié)果。①第一實施例的軸流式葉輪的排出流量比螺旋槳的大24％。當(dāng)?shù)谝粚嵤├妮S流式葉輪的排出流量處于與螺旋槳的同一水平時，旋轉(zhuǎn)速度能降低19％，扭矩降低35％，能量消耗降低48％。②第一實施例的軸流式葉輪的排出流量比傳統(tǒng)葉輪A的大29％。當(dāng)?shù)谝粚嵤├妮S流式葉輪的排出流量與傳統(tǒng)葉輪A的處于同一水平時，旋轉(zhuǎn)速度能夠降低22％，扭矩降低40％，能量消耗降低53％。③第二實施例的軸流式葉輪的排出流量比螺旋槳的大17％。當(dāng)?shù)诙嵤├妮S流式葉輪的排出流量與螺旋槳的處于同一水平時，旋轉(zhuǎn)速度能降低15％，扭矩降低27％，能量消耗降低38％。④第三實施例的軸流式葉輪的排出流量比傳統(tǒng)葉輪B的大35％。當(dāng)?shù)谌龑嵤├妮S流式葉輪的排出流量與傳統(tǒng)葉輪B的處于同一水平時，旋轉(zhuǎn)速度能降低26％，扭矩降低45％，能量消耗降低59％。⑤第三具體實施例的軸流式葉輪的排出流量比傳統(tǒng)葉輪D的大63％。當(dāng)?shù)谌龑嵤├妮S流式葉輪的排出流量與傳統(tǒng)葉輪D的處于同一水平時，旋轉(zhuǎn)速度能降低39％，扭矩降低62％，能量消耗降低77％。下面將對本發(fā)明第一實施例的軸流式葉輪的攪拌性能與傳統(tǒng)軸流式葉輪的進(jìn)行比較。即，用上述同樣的方法，使用圖1所示的攪拌罐，葉輪安裝在同樣位置，并且用一種碘淀粉將攪拌罐中同樣水量(50L)的水著色之后，加入適量的硫代硫酸鈉，并且測量出10秒鐘內(nèi)消除水中顏色所需的轉(zhuǎn)動數(shù)，能量消耗和扭矩的數(shù)值，此結(jié)果顯示在下面的表1中。加入直徑為150μm的玻璃球使攪拌罐的重量增加10％，測量在攪拌罐中用于均勻漂浮玻璃球所需的旋轉(zhuǎn)速度，能量消耗和扭矩，此結(jié)果顯示在以下的表2中?！熬鶆蚱〔Ａ颉币馕吨@樣的狀態(tài)，即在水面附近收集的適量水域中的玻璃球的含量大約是重量的10％。表1</tables>表2</tables>從表1和表2中可以明白，本發(fā)明的軸流式葉輪的攪拌性能與傳統(tǒng)葉輪比較是非常顯著的。因為本發(fā)明是如上所述構(gòu)成的，所以其效果如下所述。(1)因為注意力集中在對排出流量有較大影響的葉片的最大寬度上，且把葉輪分為兩種類型一種具有細(xì)長形狀葉片的葉輪；和一種具有稍寬葉片的葉輪，而且其中葉片每部分的寬度和傾斜角在相應(yīng)的情況下限制在一適當(dāng)范圍內(nèi)，甚至當(dāng)葉輪應(yīng)用于強(qiáng)烈的渦流時，如在攪拌罐中流動時，葉輪也能提供非常突出的排出率并且能夠?qū)崿F(xiàn)充分的攪拌。(2)因為葉輪能夠由簡單形狀的葉片表面，如在一或兩個位置處彎曲一平面構(gòu)成，所以該葉輪不僅制作成本低，而且攪拌器的設(shè)備成本和操作成本都能降低。(3)結(jié)果，在不使用模具的條件下，從試驗室規(guī)模至大尺寸的任選尺寸的葉輪能夠高精度且經(jīng)濟(jì)地制作出來。參考號1軸流式葉輪2葉片3最大寬度部分4頂端部分5折痕6折痕7中心線8輪轂9支架10葉片11中心線12葉片13中心線14葉片15中心線權(quán)利要求1.一種軸流式葉輪，其特征在于其葉片包括(a)最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％；(b)在徑向位置0.6處的傾斜角是12～22°；(c)葉片頂端部分處的寬度是徑向位置0.6處寬度的12～75％，同時葉片頂端部分處的傾斜角比徑向位置0.6處的傾斜角小5～10°；和(d)葉片根部處的寬度是徑向位置0.6處寬度的40％或更多，同時葉片根部處的傾斜角為25～50°。2.一種軸流式葉輪，其特征在于葉片包括(a)最大葉片寬度是葉輪直徑的20％或更多；(b)葉片最大寬度部分的徑向位置是0.4～0.8，同時最大寬度部分的傾斜角是12～22°；(c)葉片頂端部分處的寬度是最大寬度的12～75％，同時葉片頂端部分處的傾斜角比最大寬度部分處的傾斜角小5～10°；和(d)葉片根部處的寬度是最大寬度的40～100％，同時葉片根部處的傾斜角是25～50°。全文摘要一種軸流式葉輪，其最大葉片寬度小于葉輪直徑的20％，徑向位置0.6處的傾斜角是12～22°，葉片頂端部分處的寬度是徑向位置0.6處寬度的12～75％，葉片頂端部分處的傾斜角比徑向位置0.6處的傾斜角小5～10°，葉片根部處的寬度是徑向位置0.6處寬度的40％或更多，葉片根部處的傾斜角是25～50°。該葉輪具有結(jié)構(gòu)緊湊等特點。文檔編號B01F7/00GK1155447SQ9611927公開日1997年7月30日申請日期1996年11月1日優(yōu)先權(quán)日1995年11月1日發(fā)明者山本昌史,岡本幸道申請人:神鋼凡技術(shù)股份有限公司