轴流式叶轮制造技术

一种轴流式叶轮，其最大叶片宽度小于叶轮直径的２０％，径向位置０．６处的倾斜角是１２～２２°，叶片顶端部分处的宽度是径向位置０．６处宽度的１２～７５％，叶片顶端部分处的倾斜角比径向位置０．６处的倾斜角小５～１０°，叶片根部处的宽度是径向位置０．６处宽度的４０％或更多，叶片根部处的倾斜角是２５～５０°。该叶轮具有结构紧凑等特点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种造成轴流的搅拌叶轮，更特别的是涉及一种在贮液罐中使用的一搅拌叶轮，此叶轮用于低或中粘度液体的混合，还用于在低或中粘度液体中的液滴或颗粒分散。在叶轮轴的方向上能排出流体的搅拌叶轮(以下称作“轴流式叶轮”)通常用来搅拌流体，如低或中粘度液体的混合及在低或中粘度液体中的液滴或颗粒分散。这种叶轮能以较小的扭矩提供较大的排放流量，并且其能量消耗比其它叶轮少，因此在设备成本和操作成本方面是有经济优势的。对于这种叶轮，通常使用倾斜的桨翼叶轮和螺旋桨。倾斜的桨翼叶轮能够以最低的成本最容易地制造出来，但与螺旋桨相比，它们需要较大的扭矩和更多的能量来获得流量，即它们的排出率低。还已知倾斜的桨翼叶轮根据倾斜角在轴向流和径向流之间产生中间流态。如果以这样一种方式制造叶轮叶片，即改变一翼型剖面从前缘至后缘的厚度，像船舶螺旋桨叶片那样，可以获得高排出率。但随之而来的是制造成本变得相当高。另一方面，已使用的制造方法是用一模具把均匀厚度的叶轮叶片弯曲成一曲面，而该曲面在径向上具有不变的倾斜高度。已提出了提高升阻比的方法，其中将叶片扭转以使相连的流动角度在这些叶片的每个径向位置处保持不变。为了进一步提高升阻比，使叶轮叶片截面在从它们的前缘至后缘的部分内具有适当的曲率。由于这些螺旋桨基本上是用模具进行制造的，所以对于不同尺寸的叶轮必须制作不同的模具。在叶轮小且能批量生产时，它们能用此方法经济地制造出来，但制作用于各种大尺寸的叶轮的模具是相当昂贵的。如下描述的各种轴流式叶轮是公知的。美国专利NO.5052892公开了一种用于传递曲率效果的技术，它是通过把此倾斜的桨翼叶轮的叶片21沿径向中心线弯曲，如在附图说明图19中所示，来提高排出率和叶片的机械强度。在所述专利中，描述的这些叶片最好应是均匀宽度的板，且最好应有25～30°的平均倾斜角，并且其折痕最好应是在此叶片顶端相交的两个折痕，而且整个折痕角最好应是20～30°(以下称作“传统叶轮A”)。在美国专利NO.4468130中，如图20所示，公开了通过调节从叶片22的顶端至根部的曲率和倾斜角，能使最大排出率达到将发生分流的临界值，并且描述了具体例子，此曲率的变化从顶端叶片宽度的8％至根的0％不等，并且倾斜角的变化从顶端的22°至根部的38°。此叶片宽度将是叶轮直径的1/8，并且在顶端侧稍窄在根部侧稍宽。根据该专利，所描述的叶轮比螺旋桨价廉，但需要同步形成曲率连续变化的弯曲和扭转，并且认为为了获得精确的制造对于叶轮的每个尺寸均需要不同的模具(以下称作“传统叶轮B”)。另外，德国专利申请NO.373042中，如图21所示，设法通过把副叶片24在轴向上与一主叶片23相连来提高排出率。由于用这种方法附加副叶片同样增加了扭矩和能量的消耗，所以认为使扭矩和能量消耗增加的过多的流量增量是由图21的叶轮产生的。但因为主叶片是一简单倾斜的桨翼，如图21所示，所以即使提高它的排出率也很难获得与螺旋桨等同的效率，(以下称作“传统叶轮C”)。再者，英国专利NO.1454277公开了适当切割圆柱表面能产生一具有曲率为叶片宽度的5～15％和在径向上几乎不变的倾斜高度的叶片(以下称作“传统叶轮D”)。总之，对于轴流式叶轮搅拌器而言，所需要的是降低设备成本和操作成本并且能获得专门的搅拌目的。尤其是，在一低粘性液体的混合或固体颗粒的分散中，搅拌器的性能经常是由排出流量或流动速度和排出流量的乘积来决定的，并且需要能以低成本制作和具有高排出率的轴流式叶轮。根据Nagase和Winardi的研究(日本化学工程期刊，Vol.24 NO.2，PP.243-249(1991))，当在搅拌罐中使用船舶螺旋桨时，在涡轮或倾斜的翼桨叶轮的情况下流量是不稳定的，并且已经得知在叶轮附近的排出流，其圆周流速脉动竟达其量值的两倍。涡流量大到20～50％。因此，叶轮的进流和出流周期性的变化这一事实不仅提出了问题，即保持此流动倾斜角不变的这样一种螺旋桨设计方法是否真能提高搅拌叶轮的排出率，而且还在轴流式叶轮的设计方法上持同样观点，这里采用机翼或水翼理论提高它们的性能。这是因为翼型(翼形物)理论研究的流动是流线型均匀流动，并且这与在搅动罐中的流动有很大不同。轴流式叶轮包括螺旋桨的性能设计中的重点在于怎样在径向上分配叶片宽度，倾斜角和曲率，以便获得最大排出率。最可靠的技术是改变这些特征的每一个，并且测量排出率来优选特征。但在此类研究方面几乎没有报告。因此，本专利技术者用相同的搅拌罐并且安装上述每个搅拌叶轮(传统叶轮A～D，倾斜的桨翼叶轮，和一螺旋桨)至相同位置，并且在相同水量，相同旋转速度，相同扭矩和相同能量消耗的情况下测量排出流量。叶轮扭矩，旋转速度和排出流量分别用一应变仪扭矩计，一电磁流速计和一激光多普勒速度计测量。使用两种类型的倾斜桨翼叶轮，一种是45°-倾斜四叶片桨翼叶轮，另一种是30°-倾斜三叶片桨翼叶轮。使用的螺旋桨有等同于此叶轮直径的倾斜高度，而此叶轮直径具有均匀叶片厚度并在叶片上无曲率。在上述测量状态下，除去搅拌器的叶轮外，在基本上同样的操作成本和同样的设备成本情况下比较叶轮是可能的。两种类型的叶轮的比较状态是在同样的能量消耗但在不同的扭矩和旋转速度的情况下，这在文献中是可以看到的，但这样的比较不适于评价经济性。例如，当在同样类型的叶轮中叶轮直径增加时，同样的能量消耗能获得较大的排出流量。但是，增大的直径使叶轮扭矩更大，并且搅拌器的设备成本增加了，这样仅使能量消耗达到同一水平是不能从经济观点出发来进行公平比较的。通过上述专利技术人的方法比较每个搅拌叶轮的排出流量的结果表明，排出流量的减少是按照这样的次序，即螺旋桨，传统叶轮A，传统叶轮B，30°-倾斜的桨翼叶轮，传统的叶轮D，传统的叶轮C，和45°-倾斜的桨翼叶轮，而且当从排列中除去传统叶轮A和D时，在排列中相临两个叶轮之间的排出流量之差是此螺旋桨的排出流量的8～11％。也就是说，公知的传统轴流式叶轮有比上述螺旋桨低的排出流量，而上述螺旋桨在现有螺旋桨中能较容易地设计和制作。当需要再多的流量时，叶轮直径或旋转速度必须增加，以使其在大扭矩和大能量消耗的情况下运行。结果，即使叶轮的制作成本能比传统叶轮的低，但搅拌器的设备成本和操作成本有所增加，因此抵消了经济优势。另一方面，具有均匀厚度叶片和无曲率的螺旋桨需要用高精度制作的模具。再有，如果叶轮的尺寸变化了，必须制作不同的模具，这样成本就提高了。不仅螺旋桨而且叶轮均需扭转叶片，如传统叶轮B，对每个尺寸的叶轮均需不同的模具。值得注意的是在上述搅拌叶轮中，传统的叶轮A有近于螺旋桨的排出流量，它具有在两个位置弯曲的简单的矩形。与此相比，传统叶轮B和D采用了翼型理论构思，传统叶轮C使用了叶栅的干涉效果，尽管它们有比传统叶轮A复杂的形状但获得了比传统叶轮A小的排出流量。这可能是因为两种尺寸的翼型(翼形物)理论对于三种尺寸的旋转体的运用结果，还可能是因为条件的不同，即在此搅拌罐中的流动是在闭密空间中的循环流动并且涡流很强，此流进叶片的一流束与由此翼型(翼状物)理论讨论的统一定义的流束有极大的不同。概述上述调查结果，经济的轴流式叶轮应是这样的，即包括均匀厚度的叶片，此叶片具有一自由扭转的简单曲面或一在几个位置弯曲的平面，并且提供了等同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴流式叶轮，其特征在于其叶片包括：（ａ）最大叶片宽度小于叶轮直径的２０％；（ｂ）在径向位置０．６处的倾斜角是１２～２２°；（ｃ）叶片顶端部分处的宽度是径向位置０．６处宽度的１２～７５％，同时叶片顶端部分处的倾斜角比径向位置０ ．６处的倾斜角小５～１０°；和（ｄ）叶片根部处的宽度是径向位置０．６处宽度的４０％或更多，同时叶片根部处的倾斜角为２５～５０°。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本昌史，冈本幸道，
申请(专利权)人：神钢凡技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]