行星輪式攪拌器的製作方法
2023-05-26 09:44:56 1
專利名稱：行星輪式攪拌器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於塑料、纖維、橡膠及高分子材料的合成、 乳化、醫藥、塗料、農藥、化肥、染料、食品、冶金、廢水處理等領 域中的液態物質混合及加氣混合的攪拌裝置，特別是一種行星輪式攪 拌器。
技術背景
攪拌混合設備廣泛應用於化工、冶金、醫藥、食品、環保、汙水 處理等領域。攪拌操作是工業反應過程的重要環節，它的原理涉及流 體力學、傳熱、傳質及化學反應等多個方面，攪拌器是攪拌混合設備 中的關鍵部件之一，是將機械能轉變為介質的動能，使介質獲得適宜 的流動場的裝置。攪拌器有兩大功能:①使液體產生強大的總體流動， 以保證裝置內不存在靜止區，達到宏觀均勻；②產生強大的湍動，使 液體微團尺寸減小，利於進行快速化學反應。
攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪。攪拌器的流型與攪拌效果、攪拌 功率的關係十分密切， 一直是攪拌過程所研究的主要課題。
攪拌容器內的流型取決於攪拌器的形式、攪拌器的結構尺寸、攪 拌容器、流體性質以及攪拌器轉速等因素。對於攪拌機頂插式中心安 裝的立式容器，有三種基本流型，分別是徑向流、軸向流和切向流。 徑向流是指流體的流動方向垂直於攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器壁 面，分成兩股流體分別向上、向下流動，再回到葉端，不穿過葉片， 形成上下兩個循環流動；軸向流是指流體的流動方向平行於攪拌軸， 流體由槳葉推動，使流體向下流動，遇到容器底面再翻上，形成上下 循環流動；切向流是指在無擋板的容器內，流體繞軸作旋轉流動，高 速時液體表面會形成漩渦，此時流體從槳葉周圍周向巻吸至槳葉區的 流量很小，混合效果很差。上述三種流型通常同時存在，其中軸向流 與徑向流對混合起主要作用，而切向流應加以抑制，採用擋板可削弱切向流，增強軸向流和徑向流。
攪拌器的型式很多，但使用中均受局限。槳式攪拌器是攪拌器中
結構最簡單的一種攪拌器，攪拌器直徑d與釜徑D之比d/ D為 0.35 0.8，其運轉速度為IO 100r/min，為大型低速攪拌器,適用 於低、中等粘度物料的混合、促進傳熱及可溶固體的混合與溶解等場 合。推進式攪拌器(又稱船用推進器)常用於低粘度液體中，標準推 進式攪拌器有三瓣葉片，其螺距與槳直徑d相等。攪拌時，流體由槳 葉上方吸入，下方排出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成 軸向流動。推進式攪拌器攪拌時的流體湍動程度不高，但循環量大。 容器內裝擋板、攪拌軸偏心安裝或攪拌器傾斜，可防止漩渦形成。攪 拌器直徑d與釜徑D之比d/ D為0.2 0.5 ，轉速較高，為100 800r/ min。運轉時產生較大的軸向循環流，宏觀混合效果較好，適用 於均相液體混合等攪拌不是非常強烈的以宏觀混合為目的的攪拌場 合，常用於低粘度料液(小於2000mPa，s)的混合。利用其較小的攪拌 功率，通過高速轉動的槳葉能獲得較好的攪拌效果，主要用於液一液 系混合、使溫度均勻，在低濃度固一液系中防止淤泥沉降等。
渦輪式攪拌器(又稱透平式葉輪)，是應用廣泛的一種攪拌器。 攪拌器直徑d與釜徑D之比d/ D為0.17 0.5 ,轉速為30 500r/ min。旋轉時有較高的局部剪切作用，能得到高分散度微團，適用於氣 一液混合及液一液混合或強烈攪拌的場合，常用於低中等粘度物料。
錨式攪拌器結構簡單，轉速為1 100r/min,為低速攪拌器，只 產生切向流，剪切作用小，無軸向混合，適用於粘度在100 Pa's以下的 流體攪拌，錨式或框式槳葉的混合效果並不理想,只適用於對混合效 果要求不太高的場合。
螺帶式攪拌器是把一定螺距的螺旋形鋼帶固定在攪拌軸上，螺 帶外緣很接近釜壁。攪拌時，物料沿釜壁上升，沿軸向下運動。適用 於高粘度料液的混合。
綜上所述，現有的液態物質混合用攪拌器普遍存在周向方向流 大，應用場合單一，結構原理簡單，難以在各種不同濃度液體混合時實現節省能源和時間的目的。 發明內容
本實用新型的目的在於克服現有攪拌器技術中存在的缺點，尋求 設計一種結構原理可靠、節省能源且混合快速、攪拌均勻度好的行星 輪式攪拌器，該攪拌器能較好的改善容器內的液體流場，廣泛適用於 中、低速、高粘度攪拌，以及加氣反應攪拌，釜高與釜徑之比為0.8 1.5，是一種綜合性能好、高效節能、轉動平穩、結構簡單的新型葉 輪。
為了實現上述發明目的，本實用新型的主體結構由傳動軸、行星 葉輪、行星輪架聯接套、行星葉輪輪轂、葉片、聯結件和緊固裝置等 部件組合而成，葉片焊接在行星葉輪輪轂上，葉片與輪轂共同構成行 星葉輪，行星葉輪以自由轉動方式安裝在行星輪架的轉軸上，行星輪 架與聯接套製成一體，聯接套通過聯結件和緊固裝置與傳動軸連接在 一起，傳動軸頂端與外動力聯接。
本實用新型的行星輪架為錨式、倒錨式或框式結構，輪架上對稱 安裝2 4個行星葉輪，行星葉輪軸線與傳動軸軸線平行，行星葉輪 直徑小於攪拌器直徑的0.5倍，行星輪攪拌器直徑與容器直徑之比為 0.3 0.9。行星葉輪上對稱安裝3 8個葉片，行星葉輪高度小於或等 於容器介質的液面高度。當攪拌器旋轉時，由於沿徑向方向各點的切 線速度不同，所以，行星葉輪葉片內外緣所受的阻力不同，在內外緣 阻力差的作用下，行星葉輪便會繞其軸自行轉動，轉動方向與行星輪 架轉動方向相反。行星葉輪在行星輪架的拖動和流體阻力的共同作用 下，既隨傳動軸公轉，還相對行星輪軸自轉。在行星輪式攪拌器行星 輪自轉時，葉片將流體沿徑向方向推出，沿徑向方向運動的流體在器 壁的阻擋下，轉向攪拌器上下兩端再流入中心部，從而形成高湍動的 充分混和區，且流體質點的軸向流線為高速螺旋線，徹底改變了傳統 攪拌器的缺點，使介質在低轉速下同時產生較好的徑向流和軸向流， 消除了死角，介質混合更均勻，反應時間顯著降低。
本實用新型適用於立式攪拌和斜插時攪拌，液體粘度範圍為0 10000 m Pa's。
本實用新型集各類攪拌器的優點，結構原理新穎，適用範圍廣泛， 傳動力強，流量大、攪拌效果好，節省能量，特別是在要求快速化學 反應的場合，其攪拌效果更佳。
圖1為本實用新型的結構原理示意圖。
圖2為本實用新型的結構示意俯視圖。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖做進一步描述。
本實施例的主體結構由傳動軸l、行星葉輪2、行星輪架3、聯 結套4、緊固裝置5、聯接件6、葉片7和輪轂8等部件組合而成， 葉片7焊接在行星葉輪輪轂8上，葉片7與輪轂8共同構成行星葉輪 2，行星葉輪2以自由轉動方式安裝在行星輪架3的轉軸上，行星輪 架3與聯接套4製成一體，聯接套4通過緊固裝置5和聯接件6與傳 動軸l連接在一起，聯接件6用於傳遞扭矩，可以為鍵或銷等，底端 的緊固裝置5用於鎖緊並承重，傳動軸1頂端與外動力聯接。
本實施例的傳動軸1主要用於傳遞動力;聯接件6用於傳遞扭矩; 行星輪架3可以製作成錨式、倒錨式或框式，其上的軸用於支撐和安 裝行星葉輪2，同時與聯接套4製成一體；聯接套4與傳動軸1配合 並傳遞扭矩，聯接套4與傳動軸1的配合為過渡配合，並藉助聯接件 6和緊固裝置5將聯接套4固緊在傳動軸1上；行星葉輪2將機械能 傳遞給液體，通過軸承或軸套與行星輪架3上的軸相聯接，行星葉輪 2由葉片7與輪轂8構成一體，葉片7相對於輪轂8軸線平行安裝， 也可以傾斜一定角度安裝，葉片7製成平面葉片，也可以製成曲面葉 片。
本實施例的行星輪式攪拌器對稱安裝2 4個行星葉輪2，行星 葉輪2的直徑小於攪拌器直徑的0.5倍，行星輪攪拌器直徑與容器直 徑之比為0.3 0.9，行星葉輪2上對稱安裝3 8個葉片7，行星葉輪 2的高度小於或等於容器介質的液面高度。實施例1:採用本實用新型，行星輪攪拌器的直徑為106mm，行 星葉輪2個，直徑為40mm，高為40mm，葉片4個，葉片為平型， 對稱且平行安裝在輪轂上，攪拌介質為甘油，粘度為450mPa，s，液 面高度130mm,容器直徑為190mm。通過數值模擬，得到行星輪式攪 拌器的軸向截面數值模擬速度矢量圖和橫向截面數值模擬速度矢量 圖。速度矢量圖與實驗觀察結果十分吻合攪拌器的流型包含了徑向 流、軸向流和切向流三種基本的流體流型，但是前兩種流型構成了流 型主體，而切向流也是呈螺旋線型。這三種流體流型徹底消除了攪拌 過程中的攪拌死角，使液體混合達到充分均勻。
實施例2:採用本實用新型，行星輪式攪拌器直徑為55mm，行 星葉輪2個，直徑為20mm，高為40mm，葉片4個，葉片為平型， 對稱且平行安裝在輪轂上，攪拌介質為甘油，粘度為450mP^s，容 器直徑為100mm，液面高度100mm。在每分鐘250轉時與相同尺寸的 攪拌器相比，實測攪拌功率為4.267瓦，比錨式攪拌器的功率(4.424 瓦)小，比推進式(3.93瓦)略大。
實施例3:採用本實用新型，行星輪式攪拌器直徑為55mm，行 星葉輪2個，直徑為20mm,高為40mm，葉片4個，葉片為平型，對 稱且平行安裝在輪轂上，攪拌介質為甘油，粘度為450mPa，s，容器 直徑為100mm,液面高度100mm。在每分鐘250轉時與相同尺寸的攪 拌器比較。實測行星輪式攪拌器的攪拌反應時間為95.4秒，錨式攪 拌器為134.4秒，推進式攪拌器為658秒，考慮單位體積耗功的影響， 其相對混合效率數分別為行星輪式攪拌器38837，錨式攪拌器 79967，推進式攪拌器2491425。因此，在相同的攪拌條件下，行星 輪式攪拌器的攪拌效率是錨式攪拌器的2.1倍，是推進式攪拌器的64 倍。
權利要求1、一種行星輪式攪拌器，主體結構由傳動軸、行星葉輪、行星輪架、聯接套、行星葉輪輪轂、葉片、聯結件和緊固裝置組合而成，其特徵在於葉片焊接在行星葉輪輪轂上，葉片與輪轂共同構成行星葉輪，行星葉輪以自由轉動方式安裝在行星輪架的轉軸上，行星輪架與聯接套製成一體，聯接套通過聯結件和緊固裝置與傳動軸連接在一起，傳動軸頂端與外動力聯接。
2、 根據權利要求1所述的行星輪式攪拌器，其特徵在於行星輪 架可為錨式、倒錨式或框式結構，輪架上對稱安裝2 4個行星葉輪， 行星葉輪軸線與傳動軸軸線平行，行星葉輪直徑小於攪袢器直徑的 0.5倍，行星輪攪拌器直徑與容器直徑之比為0.3 0.9，行星葉輪上 對稱安裝3 8個葉片，行星葉輪高度小於或等於容器介質的液面高 度。
3、 根據權利要求1所述的行星輪式攪拌器，其特徵在於葉片相 對於輪轂軸線平行安裝，或傾斜安裝；葉片製成平面或曲面。
專利摘要本實用新型涉及一種用於橡塑、高分子合成、醫藥化工、冶金、廢水處理等領域中的液態物質混合及加氣混合裝置，即行星輪式攪拌器，主體結構由傳動軸、聯結件、行星輪架、聯結套、行星葉輪、葉片和緊固裝置組合而成，當攪拌器旋轉時，由於沿徑向各點的切線速度不同，行星葉輪葉片內外緣所受的阻力也不同，在行星葉輪葉片內外緣阻力差的作用下，行星葉輪便會繞其軸自行轉動，轉動方向與行星輪架轉動方向相反；行星葉輪在行星輪架的帶動和流體介質阻力的共同作用下，既隨傳動軸公轉，又相對於行星輪架自轉，該攪拌器能較好的改善容器內的液體流場，適用於中、低速、高粘度攪拌與加氣反應攪拌，綜合性能好、高效節能、轉動平穩、結構簡單。
文檔編號B01F7/16GK201150850SQ20082001637
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月19日 優先權日2008年1月19日
發明者崔趙蕾, 張祥光, 楊洪順, 靚 梁, 暐 陳, 陳明義 申請人:青島科技大學