弹柔型刚柔组合搅拌桨.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010008163.X (22)申请日 2020.01.06 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号 (72)发明人 刘作华孙伟陶长元刘仁龙 谢昭明杜军范兴孔令峰 吴丙山唐金晶熊黠王靓 王闯杨林荣魏红军 (74)专利代理机构 重庆缙云专利代理事务所 (特殊普通合伙) 50237 代理人 王翔 (51)Int.Cl. B01F 7/18(2006.01) B01F 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种弹柔型刚柔组合搅拌桨 (。

2、57)摘要 本发明公开了一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 包括电机、 搅拌轴、 若干刚性搅拌桨、 若干弹簧和 若干柔性片。 搅拌轴上设置有A个刚性搅拌桨组， 刚性搅拌桨组包括连接在搅拌轴外表面的B个刚 性搅拌桨， B个刚性搅拌桨在搅拌轴的截面上呈 辐射状均匀分布。 相邻两个刚性搅拌桨组上的刚 性搅拌桨之间连接有柔性片和两个弹簧， 电机带 动搅拌轴轴转， 若干刚性搅拌桨在搅拌槽中运 动。 本发明结构的弹簧和柔性片接受刚性搅拌桨 传递来的机械能后， 由于柔性材料多体运动形式 的存在， 能够进行无规随机振动， 有效破坏了流 场中存在的混合隔离区， 强化了流体的混沌混 合， 提高了流体的混合效率； 同时， 。

3、本发明中的桨 能够节省电耗成本。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 111036120 A 2020.04.21 CN 111036120 A 1.一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 其特征在于： 包括所述电机(1)、 搅拌轴(2)、 若干刚性 搅拌桨(3)、 若干弹簧(6)和若干柔性片(7)； 所述搅拌轴(2)为圆柱体结构， 搅拌轴(2)上设置有A个刚性搅拌桨组， A个刚性搅拌桨 组沿搅拌轴(2)的轴向等间距布置， A2； 每个所述刚性搅拌桨组包括B个刚性搅拌桨(3)， B 个刚性搅拌桨(3)的端部连接到搅拌轴(2)的外壁上， 每个刚性搅拌桨组的B个刚性搅拌桨 (3)在搅拌轴(2)的截面上。

4、呈辐射状均匀分布， B3； 所述刚性搅拌桨(3)远离搅拌轴(2)的一端记为a端， 任意一个刚性搅拌桨组记为刚性 搅拌桨组 ， 与刚性搅拌桨组 相邻的刚性搅拌桨组记为刚性搅拌桨组， 刚性搅拌桨组 中 的任意一个刚性搅拌桨(3)对应着刚性搅拌桨组中的一个刚性搅拌桨(3)， 这两个刚性搅 拌桨(3)的a端的连线平行于搅拌轴(2)的轴线； 所述刚性搅拌桨组 与刚性搅拌桨组中相对应的两个刚性搅拌桨(3)之间连接有柔 性片(7)和两个弹簧(6)， 两个弹簧(6)的端部分别连接到相对应的两个刚性搅拌桨(3)的a 端， 两个弹簧(6)之间通过柔性片(7)连接； 所述电机(1)带动搅拌轴(2)轴转， 若干刚性搅。

5、拌桨(3)在搅拌槽(9)中运动。 2.根据权利要求1所述的一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 其特征在于： 每个所述刚性搅拌 桨组包括一个连接装置(5)， 刚性搅拌桨(3)通过连接装置(5)连接到搅拌轴(2)上； 所述连接装置(5)为两端敞口且内部中空的圆柱体结构， A个连接装置(5)固定套设在 搅拌轴(2)上， A个连接装置(5)沿搅拌轴(2)的轴向等间距布置； B个所述刚性搅拌桨(3)的 端部连接到连接装置(5)的外壁上， 每个连接装置(5)上的B个刚性搅拌桨(3)沿连接装置 (5)的周向均匀分布。 3.根据权利要求2所述的一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 其特征在于： 每个所述刚性搅拌 桨(3)的a端。

6、均设置有供连接环(8)穿过的通孔 ， 柔性片(7)的两端均设置有供连接环(8)穿 过的通孔； 所述连接环(8)为闭合的圆环形结构， 每个弹簧(6)的两端均连接有连接环 (8)， 弹簧(6)一端的连接环(8)穿过通孔 后与刚性搅拌桨(3)的a端连接， 另一端的连接环 (8)穿过通孔后与柔性片(7)连接。 4.根据权利要求1所述的一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 其特征在于： 所述连接环(8)由 904L钢材或304钢材制成； 所述弹簧(6)由不锈钢弹簧钢丝、 碳素弹簧钢丝或合金弹簧钢丝 制成； 所述柔性片(7)由硅胶、 硅橡胶或PVC片制成。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111036120 A 。

7、2 一种弹柔型刚柔组合搅拌桨 技术领域 0001 本发明涉及过程强化搅拌桨领域， 具体涉及一种弹柔型刚柔组合搅拌桨。 背景技术 0002 搅拌反应器有着广泛的应用， 从生活中的打蛋器到科研项目的试验研究， 到化学 工业、 有色冶金、 污水处理等领域的工业生产， 各行业各领域都需用到搅拌反应器。 0003 搅拌桨作为搅拌反应器的关键部件， 直接影响着流体的混合行为， 其流体的混合 效果直接影响着工业生产的经济性、 安全性。 传统搅拌反应器内的搅拌桨大多为刚性搅拌 桨， 在流体的混合过程中约70的搅拌桨输入能量消耗在刚性搅拌桨外缘和刚性搅拌桨后 的尾涡处， 其流场呈现出高度对称性与周期性， 流体的。

8、混合效率较低， 造成了严重的经济损 失。 0004 因此， 有必要研发一种弹柔型刚柔组合搅拌桨。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种能解决现有技术缺陷的弹柔型刚柔组合搅拌桨。 0006 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的， 一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 包 括电机、 搅拌轴、 若干刚性搅拌桨、 若干弹簧和若干柔性片。 0007 所述搅拌轴为圆柱体结构， 搅拌轴上设置有A个刚性搅拌桨组， A个刚性搅拌桨组 沿搅拌轴的轴向等间距布置， A2。 每个所述刚性搅拌桨组包括B个刚性搅拌桨， B个刚性搅 拌桨的端部连接到搅拌轴的外壁上， 每个刚性搅拌桨组的B个刚性搅拌桨在搅拌轴的截面 上呈辐射。

9、状均匀分布， B3。 0008 所述刚性搅拌桨远离搅拌轴的一端记为a端， 任意一个刚性搅拌桨组记为刚性搅 拌桨组 ， 与刚性搅拌桨组 相邻的刚性搅拌桨组记为刚性搅拌桨组， 刚性搅拌桨组 中的 任意一个刚性搅拌桨对应着刚性搅拌桨组中的一个刚性搅拌桨， 这两个刚性搅拌桨的a 端的连线平行于搅拌轴的轴线。 0009 所述刚性搅拌桨组 与刚性搅拌桨组中相对应的两个刚性搅拌桨之间连接有柔 性片和两个弹簧， 两个弹簧的端部分别连接到相对应的两个刚性搅拌桨的a端， 两个弹簧之 间通过柔性片连接。 0010 所述电机带动搅拌轴轴转， 若干刚性搅拌桨在搅拌槽中运动。 0011 进一步， 每个所述刚性搅拌桨组包括。

10、一个连接装置， 刚性搅拌桨通过连接装置连 接到搅拌轴上。 0012 所述连接装置为两端敞口且内部中空的圆柱体结构， A个连接装置固定套设在搅 拌轴上， A个连接装置沿搅拌轴的轴向等间距布置。 B个所述刚性搅拌桨的端部连接到连接 装置的外壁上， 每个连接装置上的B个刚性搅拌桨沿连接装置的周向均匀分布。 0013 进一步， 每个所述刚性搅拌桨的a端均设置有供连接环穿过的通孔 ， 柔性片的两 端均设置有供连接环穿过的通孔。 所述连接环为闭合的圆环形结构， 每个弹簧的两端均 说明书 1/6 页 3 CN 111036120 A 3 连接有连接环， 弹簧一端的连接环穿过通孔 后与刚性搅拌桨的a端连接， 。

11、另一端的连接环 穿过通孔后与柔性片连接。 0014 进一步， 所述连接环由904L钢材或304钢材制成。 所述弹簧由不锈钢弹簧钢丝、 碳 素弹簧钢丝或合金弹簧钢丝制成。 所述柔性片由硅胶、 硅橡胶或PVC片制成。 0015 本发明的有益效果在于： 0016 1.本发明的桨在搅拌槽运动的过程中， 弹簧和柔性片接受刚性搅拌桨传递来的机 械能后， 由于柔性材料多体运动形式的存在， 能够进行无规随机振动， 有效破坏了流场中存 在的混合隔离区， 强化了流体的混沌混合； 0017 2.由于弹簧的 “充能” 特性， 使得弹簧在流体中能很好地带动柔性片进行收缩运 动， 从而增加了流体的湍动程度， 实现了搅拌桨。

12、对能量的高效利用， 提高了流体的混合效 率； 0018 3.本发明中的桨能够节省电耗成本。 附图说明 0019 图1为本发明的新型弹柔型刚柔组合搅拌桨的搅拌装置示意图。 0020 图中： 电机1、 搅拌轴2、 刚性搅拌桨3、 连接装置5、 弹簧6、 柔性片7、 连接环8和搅拌 槽9。 具体实施方式 0021 下面结合实施例对本发明作进一步说明， 但不应该理解为本发明上述主题范围仅 限于下述实施例。 在不脱离本发明上述技术思想的情况下， 根据本领域普通技术知识和惯 用手段， 做出各种替换和变更， 均应包括在本发明的保护范围内。 0022 实施例1： 0023 本实施例公开了一种弹柔型刚柔组合搅拌。

13、桨， 包括电机1、 搅拌轴2、 若干刚性搅拌 桨3、 若干弹簧6和若干柔性片7。 0024 参见如1， 所述搅拌轴2为圆柱体结构， 搅拌轴2上设置有两个个刚性搅拌桨组， 每 个刚性搅拌桨组包括三个刚性搅拌桨3和一个连接装置5， 刚性搅拌桨3通过连接装置5连接 到搅拌轴2上。 0025 所述连接装置5为两端敞口且内部中空的圆柱体结构， 两个连接装置5固定套设在 搅拌轴2上， 三个刚性搅拌桨3的端部连接到连接装置5的外壁上， 每个连接装置5上的三个 刚性搅拌桨3沿连接装置5的周向均匀分布。 0026 所述刚性搅拌桨3远离搅拌轴2的一端记为a端， 两个刚性搅拌桨组分别记为刚性 搅拌桨组 和刚性搅拌桨。

14、组， 刚性搅拌桨组 中的任意一个刚性搅拌桨3对应着刚性搅拌 桨组中的一个刚性搅拌桨3， 这两个刚性搅拌桨3的a端的连线平行于搅拌轴2的轴线。 0027 所述刚性搅拌桨组 与刚性搅拌桨组中相对应的两个刚性搅拌桨3之间连接有 柔性片7和两个弹簧6， 两个弹簧6的端部分别连接到相对应的两个刚性搅拌桨3的a端， 两个 弹簧6之间通过柔性片7连接。 所述弹簧6由不锈钢弹簧钢丝、 碳素弹簧钢丝或合金弹簧钢丝 制成。 所述柔性片7由硅胶、 硅橡胶或PVC片制成。 0028 所述刚性搅拌桨组的旋转半径为0.5D， 弹簧6的直径为d， d(1/151/10)D。 所 说明书 2/6 页 4 CN 1110361。

15、20 A 4 述弹簧6的线径尺寸为0.8mm1.2mm， 弹簧6的弹簧间距尺寸为1.0mm3.0mm， 弹簧6自然状 态的轴向长度为L1。 所述刚性搅拌桨组 与刚性搅拌桨组之间的距离为S， L1(1.11.4) S3。 0029 参见图1， 每个所述刚性搅拌桨3的a端均设置有供连接环8穿过的通孔 ， 柔性片7 的两端均设置有供连接环8穿过的通孔。 所述连接环8为闭合的圆环形结构， 连接环8由 904L钢材或304钢材制成。 每个所述弹簧6的两端均连接有连接环8， 弹簧6一端的连接环8穿 过通孔 后与刚性搅拌桨3的a端连接， 另一端的连接环8穿过通孔后与柔性片7连接。 0030 所述柔性片7的宽。

16、度尺寸为d， 柔性片7的厚度尺寸为1.0mm3.0mm， 柔性片7的长 度为L2， L2(1.11.4)S3。 0031 所述连接环8的直径为， 所述刚性搅拌桨3的叶片长度为w， (1/201/10) w。 0032 所述电机1带动搅拌轴2轴转， 若干刚性搅拌桨3在搅拌槽9中运动。 0033 在本实施例中， 各个部件的优选尺寸的说明： 0034 1.所述刚性搅拌桨组的旋转直径为D， 弹簧6的直径为d， d(1/151/10)D： 0035 当所述弹簧6的直径过小， 有利于弹簧6的 “储能” 能力增强， 随机振动效果提高， 但 能量传递效率变差； 当所述弹簧6的直径过大， 不利于弹簧6的 “储能。

17、” 能力增强， 随机振动效 果减弱， 能量耗散较大。 所述弹簧6的直径d(1/151/10)D， 搅拌系统可以达到更好的 混合效果。 0036 2.所述弹簧6的自然长度为L1， 相邻两个刚性搅拌桨组的高度为S， L1(1.1 1.4)S3。 0037 当所述弹簧6的长度过长， 刚性搅拌桨3 “横扫” 流体的范围较大， 弹簧6的随机振动 能力减弱， 且增加了不必要的功耗； 当所述弹簧6的长度过短， 刚性搅拌桨3 “横扫” 流体的范 围较小， 弹簧6的随机振动能力增强， 但难以将能量传递之槽内其他部位。 所述当弹簧6的自 然长度L1(1.11.4)S3时， 体系的效果较好。 0038 3.所述弹簧。

18、6的线径尺寸为0.8mm1.2mm： 0039 当线径过小， 剪切力减小， 不能造成流体全槽内的流动， 能量利用率不高； 当线径 过大， 剪切力增大， 但使得弹簧与流体的阻力增大， 能耗增加， 能量利用率不高。 所以所述弹 簧6的线径尺寸为0.8mm1.2mm时， 体系的混合效果较好。 0040 4.所述弹簧6的弹簧间距尺寸为1.0mm3.0mm： 0041 当间距过小， 剪切力较大， 搅拌桨所受的力较大， 不利于搅拌桨的长期使用且能量 利用率不高； 当间距过大， 剪切力较小， 弹簧6随机振动能力减弱， 流体混沌混合效果差。 所 以所述弹簧6的间距尺寸为1.0mm3.0mm时， 体系的混合效果。

19、较好。 0042 5.所述柔性片7的轴向长度为L2， L2(1.11.4)S3： 0043 当所述柔性片7长度过长， 整体上来看， 整个柔性部件过长， 易发生 “扭卷” 现象， 不 利于搅拌过程； 当所述柔性片7长度过短， 整体上来看， 整个柔性部件与刚性部件差异减小， 其功耗增大且不利于消除刚性搅拌桨3背后的尾涡， 不利于体系的混合。 所述当所述柔性片 7长度L2(1.11.4)S3时， 体系混合效果较好。 0044 6.所述柔性片7的宽度尺寸等于弹簧6的直径大小d： 0045 当带动柔性片7宽度较大， 搅拌桨转动时阻力骤升， 不利于电机1的使用； 当所述柔 说明书 3/6 页 5 CN 1。

20、11036120 A 5 性片7宽度较小， 柔性片7 “扫略” 领域减小， 使得柔性片7打破混合隔离区的能力减弱， 不利 于混合。 所以当柔性片7的宽度尺寸为等于弹簧6的直径大小d时， 体系混合效果好。 0046 7.所述柔性片7的厚度尺寸为1.0mm3.0mm： 0047 当所述柔性片7厚度较大， 柔性片7的随机振动能力减弱， 不利于体系的混合； 当所 述柔性片7厚度较小， 柔性部件易发生 “扭卷” 现象， 不利于电机1及搅拌桨正常运行。 0048 对本实施例中的搅拌桨进行混合性能测试： 0049 所述搅拌轴2由电机1驱动， 搅拌轴2在搅拌槽中9， 搅拌槽9为一端敞口一段闭口的 圆筒型搅拌槽。

21、9； 所述槽径0.20m， 槽高0.30m； 0050 所述搅拌槽9中加入质量分数为0.8的CMC-羧甲基纤维素钠溶液， CMC溶液液面 高度为0.25m。 0051 将搅拌转速控制到160rpm； 通过酸碱反应显色进行可视化实验， 确定其混合时间， 以此表征搅拌桨的混合型能。 实验结果见表1。 0052 表1混合时间对比实验 0053 0054 从表一实验结果可以看出， 在相同搅拌转速与相同的搅拌溶液体系中， 本发明公 开的弹柔型刚柔组合搅拌桨与现有技术的弹簧型组合搅拌桨相比， 体系的混合时间大大减 少。 0055 对本实施例中的搅拌桨进行混沌性能测试： 0056 所述搅拌轴2由电机1驱动，。

22、 搅拌轴2在搅拌槽中9， 搅拌槽9为一端敞口一段闭口的 圆筒型搅拌槽9； 所述槽径0.20m， 槽高0.30m； 0057 所述搅拌槽9中加入连续相水溶液， 水溶液液面高度为0.25m。 0058 将搅拌转速控制到60rpm； 通过数据采集卡收集搅拌槽9内壁的压力脉动信号， 导 入Matlab计算其李雅普诺夫指数， 以此表征搅拌桨的混沌性能。 实验结果见表2。 0059 表2混沌性能对比实验 0060 0061 从表二实验结果可以看出， 在相同搅拌转速与相同的搅拌溶液体系中， 本发明公 开的弹柔型刚柔组合搅拌桨与现有技术的弹簧型组合搅拌桨相比， 混沌参数LLE增大了 10.7， 表明弹柔型刚柔。

23、组合搅拌桨能增大体系的混沌特性， 流体混乱程度高， 其混合效果 较好。 0062 对本实施例中的搅拌桨在固液体系进行固液悬浮性能测试： 说明书 4/6 页 6 CN 111036120 A 6 0063 所述搅拌轴2由电机1驱动， 搅拌轴2在搅拌槽中9， 搅拌槽9为一端敞口一段闭口的 圆筒型搅拌槽9； 所述槽径0.20m， 槽高0.30m； 0064 所述搅拌槽9中加入连续相水溶液与分散相红色玻璃砂颗粒， 混合体系液面高度 为0.25m。 0065 将搅拌转速控制到30rpm； 通过红色玻璃砂轴向分散最大范围表征搅拌桨的固液 悬浮性能。 实验结果见表3。 0066 表3固液悬浮性能对比实验 0。

24、067 0068 从表三实验结果可以看出， 在相同搅拌转速与相同的搅拌溶液体系中， 本发明公 开的弹柔型刚柔组合搅拌桨与现有技术的弹簧型组合搅拌桨相比， 固相分散宽度提升 16.1， 表明弹柔型刚柔组合搅拌桨能增大固液两相体系的固液悬浮范围， 固液两相混合 效果提升。 0069 实施例2： 0070 本实施例公开了一种弹柔型刚柔组合搅拌桨， 包括电机1、 搅拌轴2、 若干刚性搅拌 桨3、 若干弹簧6和若干柔性片7。 0071 参见图1， 所述搅拌轴2为圆柱体结构， 搅拌轴2上设置有A个刚性搅拌桨组， A个刚 性搅拌桨组沿搅拌轴2的轴向等间距布置， A2。 每个所述刚性搅拌桨组包括B个刚性搅拌 。

25、桨3， B个刚性搅拌桨3的端部连接到搅拌轴2的外壁上， 每个刚性搅拌桨组的B个刚性搅拌桨 3在搅拌轴2的截面上呈辐射状均匀分布， B3。 0072 所述刚性搅拌桨3远离搅拌轴2的一端记为a端， 任意一个刚性搅拌桨组记为刚性 搅拌桨组 ， 与刚性搅拌桨组 相邻的刚性搅拌桨组记为刚性搅拌桨组， 刚性搅拌桨组 中 的任意一个刚性搅拌桨3对应着刚性搅拌桨组中的一个刚性搅拌桨3， 这两个刚性搅拌桨 3的a端的连线平行于搅拌轴2的轴线。 0073 所述刚性搅拌桨组 与刚性搅拌桨组中相对应的两个刚性搅拌桨3之间连接有 柔性片7和两个弹簧6， 两个弹簧6的端部分别连接到相对应的两个刚性搅拌桨3的a端， 两个 。

26、弹簧6之间通过柔性片7连接。 所述弹簧6的数量为N， NAB。 所述柔性片7数量为O， O(A- 1)B。 0074 所述电机1带动搅拌轴2轴转， 若干刚性搅拌桨3在搅拌槽9中运动。 0075 实施例3： 0076 本实施例主要结构同实施例2， 进一步， 参见图1， 每个所述刚性搅拌桨组包括一个 连接装置5， 刚性搅拌桨3通过连接装置5连接到搅拌轴2上。 0077 所述连接装置5为两端敞口且内部中空的圆柱体结构， A个连接装置5固定套设在 搅拌轴2上， A个连接装置5沿搅拌轴2的轴向等间距布置。 B个所述刚性搅拌桨3的端部连接 到连接装置5的外壁上， 每个连接装置5上的B个刚性搅拌桨3沿连接装。

27、置5的周向均匀分布。 0078 实施例4： 0079 本实施例主要结构同实施例3， 进一步， 参见图1， 每个所述刚性搅拌桨3的a端均设 说明书 5/6 页 7 CN 111036120 A 7 置有供连接环8穿过的通孔 ， 柔性片7的两端均设置有供连接环8穿过的通孔。 所述连接 环8为闭合的圆环形结构， 每个弹簧6的两端均连接有连接环8， 弹簧6一端的连接环8穿过通 孔 后与刚性搅拌桨3的a端连接， 另一端的连接环8穿过通孔后与柔性片7连接。 所述连接 环8数量为M， MAB2。 0080 实施例5： 0081 本实施例主要结构同实施例4， 进一步， 所述连接环8由904L钢材或304钢材制成。 所述弹簧6由不锈钢弹簧钢丝、 碳素弹簧钢丝或合金弹簧钢丝制成。 所述柔性片7由硅胶、 硅 橡胶或PVC片制成。 说明书 6/6 页 8 CN 111036120 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 111036120 A 9 。