具有定子的混合設備和方法與流程

混合器(有時替代地稱為“攪拌器”)一般用于將粉末狀化學品分散到流體中。混合器的一種應用是在井筒操作中，例如在制備用于注入到地下地層中的水力壓裂液中。一般來說，壓裂液包括膠凝劑、粉末和其他顆粒狀材料(例如瓜爾膠)，所述壓裂液首先通過混合器分散到流體中，并且隨后水化到例如箱中，以便形成所期望的流體黏度。

某些粉末和顆粒狀材料混合器包括離心泵和噴射器，或者用于將粉末和顆粒狀材料分散到流體(例如水)中的離心攪拌器或者高剪力或低剪力攪拌器。一般來說，泵將流體泵送到混合室中。在噴射器混合器中，混合室可鄰近縮擴噴嘴的喉部，使得噴射器通過文丘里效應(Venturi effect)將粉末抽吸到混合室中。在攪拌器混合器中，攪拌器位于混合室中，并且粉末和顆粒例如通過重力饋送到其中。在任一種情況下，材料(例如呈干粉形態)引入混合室中，并且分散到流體中。采用各種裝置以避免在分散過程中夾雜空氣，或者可例如使用氫氣旋或另一種類型的空氣分離器在下游去除所夾雜空氣。接著，可將流體混合物發送到下游設備以用于進一步水化。

分散粉末添加劑(諸如膠凝劑)的一個挑戰在于粉末可能傾向于聚集成凝塊，有時稱為“晶點(fisheye)”。粉末可具有內聚屬性，使得形成部分水化的球，例如干粉由部分水化的粉末的“外皮”圍繞。此外皮防止內部發生干粉的水化，從而在流體中形成穩定晶點，而不是均勻分散的粉末。由此，可形成次優的混合，這可影響下游應用。此外，如果在將材料引入混合器時未將其充分打濕，那么例如在系統的各個喉部中存在材料積聚和/或堵塞的額外風險。

因此，在一些實例中，可采用預濕器來減輕這種團聚風險。預濕器一般向混合上游的粉末饋料提供流體。然而，預濕器需要單獨的泵來將流體遞送到混合室上游的粉末。因此，額外的泵送設備(即，用于向預濕器提供流體的離心泵)可使整個系統復雜化，從而增加了成本、維護和故障點。此外，設備的不同片段可限制系統可實現的流速的范圍，從而限制單一大小或配置的混合器所適合的應用。

概述

本公開的實施方案可提供一種混合器，所述混合器包括葉輪、拋擲裝置和沖洗管線。葉輪與拋擲裝置可以背靠背布置設置為葉輪/拋擲裝置組件的一部分，并且可通過與軸的連接進行旋轉。葉輪將流體通過流體入口抽吸到混合室中，對流體進行加壓，并且向下和向外排出流體。流體接著轉向拋擲裝置。拋擲裝置可通過添加劑入口接收將要混合到流體中的添加劑，并且可徑向向外推進添加劑，以便使添加劑與流體混合。

沖洗管線可包括在混合室中的開口，所述開口位于混合室的相對高壓區處，例如靠近葉輪。相對高壓區還可為可由沖洗管線分接的相對清潔流體(例如低濃度添加劑)區域。沖洗管線可延伸到添加劑引導結構(例如錐形件或其他類型的漏斗)，添加劑通過所述添加劑引導結構接收到添加劑入口中。使用如由葉輪提供的混合室中的流體的壓力，沖洗管線可將相對清潔流體從混合室引導到添加劑引導結構，以便預濕添加劑，由此減少團聚可能。

雖然上述概述引入本公開的一個或多個方面，但是將參照以下附圖和詳細說明更詳細理解這些和其他方面。因此，此概述并不意圖對本公開進行限制。

附圖簡述

所附附圖并入本說明書并且構成本說明書的一部分，其說明本教義的實施方案，且連同描述一起用來解釋本教義的原理。在圖中：

圖1說明根據實施方案的混合系統的示意圖。

圖2說明根據實施方案的混合器的分解透視圖。

圖3說明根據實施方案的圖2中說明的混合器的定子的一部分的放大視圖。

圖4說明根據實施方案的混合器的一個區段的透視圖。

圖5說明根據實施方案的混合器的側面剖視圖。

圖6說明根據實施方案的混合器的側面示意圖。

圖7說明根據實施方案的流體的壓力和清潔度與半徑的圖。

圖8說明根據實施方案的混合器的葉輪/拋擲裝置組件的透視圖。

圖9說明根據實施方案的葉輪/拋擲裝置組件的另一個透視圖。

圖10說明根據實施方案的混合器的拋擲裝置的透視圖。

圖11說明根據實施方案的混合器的定子的透視圖。

圖12說明混合器的另一個實施方案的側面剖視圖。

圖13說明根據實施方案的用于將添加劑分散在流體中的方法的流程圖。

應注意，附圖的一些細節已經被簡化并且被繪制成有助于理解實施方案而不是保留嚴格的結構準確性、細節和比例。

詳述

現將詳細參考本公開的實施方案，其實例在附圖中予以說明。在附圖和以下說明中，如果方便的話，相同的參考數字用于指代相同的元件。將理解，以下說明并不意圖詳盡地示出所有實例，而僅僅是示例性的。

圖1說明根據實施方案的混合系統100的示意圖。混合系統100一般可包括處理流體源102、混合器104和下游設備106，以及其他潛在部件。處理流體源102可為一箱以下物質或者包括所述一箱物質：水、合適pH值的水基溶液和/或任何其他類型的溶液、或者任何基本呈液態的物質。此外，源102可包括一個或多個泵或者與所述一個或多個泵聯接，以便將流體遞送到混合器104；然而，在其他實施方案中，可省略這種泵，其中例如混合器104提供泵送。下游設備106可包括任何數目的水化箱、分離器、其他混合器/混合系統、泵等，以便將離開混合器104的漿料轉換成所期望的黏度和/或組合流體。

如所示意性描繪的，混合器104可包括外殼107以及流體入口108，以及延伸穿過外殼107的添加劑入口110。流體入口108可與流體源102聯接并且可被配置來接收來自其的流體(即，處理流體)。添加劑入口110一般可包括添加劑接收結構111，所述添加劑接收結構111可為或包括錐形件、腔、碗、漏斗等等，它們具有內表面115，所述內表面115被配置來接收添加劑113(所述添加劑113可以是干粉)并且例如通過重力饋送來將其引導到外殼107中。

將理解，可使用混合器104通過添加劑入口110將任何干燥的、部分干燥的、結晶的漿料、流體或者球狀和/或經封裝添加劑分散或以其他方式混合到流體中，如所示意性描繪的。此外，如以下將更詳細描述的，可將通過添加劑入口110接收的添加劑預濕成部分漿料，例如以避免晶點和/或任何材料積聚。具體地，在各種實施方案中，混合器104可被配置用于在將沙子、瓜爾膠、其他粉末等與流體混合時使用。此外，在一些情況下，混合器104可被配置用作浸漬器，所述浸漬器可撕開纖維、含粉末小袋、球劑等以用于將其內容物分散到流體中。在至少一種情況下，混合器104可被配置用于在產生用于壓裂操作中使用的凝膠時(例如在井筒中)使用；然而，可針對符合本公開的任何數目的不同用途而使用混合器104。

混合器104還可包括葉輪/拋擲裝置組件112，所述葉輪/拋擲裝置組件112可由軸114驅動。外殼107可在其中限定與入口108、110連通的混合室118。葉輪/拋擲裝置組件112可設置在混合室118中。旋轉葉輪/拋擲裝置組件112可將來自源102的流體泵送通過混合室118并且將所述流體泵送到出口121。

如圖所示，軸114可向上延伸，穿過入口110并且延伸出添加劑接收結構111；然而，這只是許多預期實例中的一個實例。在另一個實例中，葉輪/拋擲裝置組件112可向下延伸穿過外殼116的底部，可磁性驅動，在混合室118內驅動，或者可以其他方式設置在外殼107中。軸114可與葉輪/拋擲裝置組件112聯接，使得軸114的旋轉使葉輪/拋擲裝置組件112旋轉。在各種情況下，軸114可例如通過螺栓直接聯接到葉輪/拋擲裝置組件112；然而，在其他情況下，可采用齒輪、連桿機構、其他變速裝置或聯接件將軸114連接到葉輪/拋擲裝置組件112。

混合器104還可包括定子120，所述定子120可呈環、弓形部分等的形式，所述定子120可圍繞葉輪/定子組件112而設置，如以下將更詳細描述的。此外，混合器104可包括出口121和沖洗管線122。出口121可接收由通過添加劑入口110接收的添加劑以及通過流體入口108接收的流體的組合形成的漿料。出口121可將漿料引導到一個或多個導管124，所述一個或多個導管124可將流體攜帶到下游設備106。

沖洗管線122可在一端與混合室118的鄰近于葉輪/拋擲裝置組件112的區域連通，并且在另一端與添加劑接收結構111連通。因此，沖洗管線122可在相對高壓的區域處分接來自混合室118的處理流體并且將其遞送到添加劑接收結構111的內壁，所述內壁可處于減小的(例如周圍)壓力下。除了處于相對高壓下之外，由沖洗管線122分接的流體可以是相對“清潔的”(即，相對低的添加劑內容物，如以下將描述的)，以便預濕進入添加劑接收結構111的流體并且促進避免添加劑的團聚。在一些情況下，沖洗管線122可在不需要額外泵送裝置(除了由葉輪/拋擲裝置組件112提供的泵送之外)或者額外流體源或來自源102的管線的情況下提供預濕流體。在其他實例中，除了或者代替對來自混合室118的流體進行分接之外，可提供增壓泵等。

圖2說明根據實施方案的混合器104的分解透視圖。如以上所指出，混合器104可包括外殼107，所述外殼107在圖2中被描繪為由兩個部分形成：第一或“上部”外殼部分126和第二或“下部”外殼部分128。上部外殼部分126與下部外殼部分128可例如通過螺栓、夾鉗、其他緊固件、粘合劑、焊接等連接在一起，以便在其間限定混合室118(圖1)。在一個特定實例中，下部外殼部分128可限定混合區域130，并且上部外殼部分126可限定混合區域132(以虛線示出)，這兩個區域一般可對準。混合區域130、132可一起限定混合室118(圖1)，葉輪/拋擲裝置組件112和定子120可設置在所述混合室118中。下部外殼部分128還可包括內表面139，所述內表面139例如限定混合區域130的底部。將理解，涵蓋外殼107的多種配置，包括整體和分段實施方案、具有門的實施方案等。

上部外殼部分126可與添加劑接收結構111聯接，并且可提供添加劑入口110。下部外殼部分128可包括流體入口108，所述流體入口108可穿過下部外殼部分128延伸到大體居中設置的開口133。在實施方案中，開口133可限定在內表面139中。另外，出口121可從混合區域130(例如包括從與混合區域130連通的開口137延伸的基本相切的導管135)延伸。

轉到設置在混合室118中的葉輪/拋擲裝置組件112，葉輪/拋擲裝置組件112可包括拋擲裝置134和葉輪136。拋擲裝置134和葉輪136可具有相應入口面134-1、136-1，并且具有相應背部134-2、136-2。入口面134-1、136-1可各自都打開(如圖所示)或者至少部分地由護罩覆蓋，所述入口面134-1、136-1在拋擲裝置134和/或葉輪136的徑向內部部分中形成入口。此外，入口面134-1、136-1可在相反方向上取向，例如以接收流體和/或使部件干燥。背部134-2、136-2可鄰近彼此而設置，并且例如聯接在一起，使得例如葉輪136和拋擲裝置134以“背靠背”配置設置。

在實施方案中，拋擲裝置134的入口面134-1可面向添加劑入口110(例如添加劑接收結構111)，而葉輪136的入口面136-1可面向流體入口108(例如開口133)，如圖所示。例如，葉輪136的入口面136-1可面向內表面139，其中限定在內表面139上的開口133與葉輪136的徑向中間對準。

因此，如由入口面134-1、136-1取向的方向所限定，拋擲裝置134可面朝上(如圖所示)，而在其他實施方案中可面朝下或在橫向方向上。類似地，葉輪136可面朝下(如圖所示)，而在其他實施方案中可面朝上或在橫向方向上。此外，拋擲裝置134和葉輪136各自可具有半徑，其中拋擲裝置134的半徑大于葉輪136的半徑。拋擲裝置134和葉輪136的半徑可相互依賴，以便控制流體-空氣邊界的位置，如以下將更詳細描述的。

拋擲裝置134還可限定碟形(如圖所示)，即，大體形成為具有弓形側面和入口面134-1的較平坦(或平坦)中間。在實施方案中，可形成類似于圍繞拋擲裝置134的中間延伸的圓環的側面，或者所述側面可形成為所述圓環的一部分。在另一個實施方案中，拋擲裝置134可為碗形(例如大體為球的一部分)。此外，拋擲裝置134可包括入口面134-1上的拋擲裝置葉片138。葉片138的數目可從約兩片至約20片變化，例如約九片。在一些情況下，葉片138可圓周彎曲為從軸114徑向向外前進，但是在其他情況下，葉片138可為直的(如圖所示)。當旋轉時，拋擲裝置134可被配置來通過與葉片138交互而徑向向外并且向上(如圖所示)(例如由于拋擲裝置134的形狀的影響)推進流體和/或使從入口110接收的添加劑干燥。

盡管圖2中不可見，但葉輪136還可包括在入口面136-1上的多個葉片，所述多個葉片可與開口133大體對準。當軸114轉動時，葉輪葉片可通過流體入口108的開口133抽吸流體，并且接著向下并且在徑向上向外排出流體。由此，相對高壓的區可在下部外殼部分128與葉輪136之間產生，所述區可用于圍繞混合室118并且朝向拋擲裝置134驅動流體。

沖洗管線122可包括在下部外殼部分128中所限定的鄰近此高壓區的開口140。例如，開口140可限定在內表面139中的葉輪136的外部徑向范圍與入口110的開口133之間的位置處。在其他實施方案中，開口140可設置在內表面139上以及葉輪136的徑向外側和/或混合室118中的別處。沖洗管線122還可包括導管142，所述導管142可為或包括一個或多個管道、管子、軟管、流動限制器、止回閥等。導管142可與限定為例如與添加劑接收結構111基本相切的錐形入口144連接，使得流體通過導管142從開口140輸送，穿過錐形入口144，并且輸送到添加劑接收結構111中。流體接著可沿著添加劑接收結構111的內部采取大體螺旋形路徑，直到經由添加劑入口110接收到拋擲裝置134為止。由此，通過錐形入口144接收的流體一般可沿著添加劑接收結構111的內表面115形成流體壁。

在至少一個特定實施方案中，壓力梯度可在葉輪136與下部外殼部分128之間產生，其中流體中的壓力隨著從開口133徑向向外前進而增加。與流體中的添加劑的濃度有關的另一個梯度也可在此區中產生，其中添加劑的濃度隨著徑向向外前進而增加。在一些情況下，高壓落差和低濃度可能是所期望的，以便提供由葉輪/拋擲裝置組件112穿過沖洗管線122推進的相對清潔的流體流。因此，沖洗管線122的開口140可設置在沿著此區的在流體的壓力落差與接收到沖洗管線122中的流體中的添加劑濃度之間實現最佳取舍的一點處。以下提供有關取舍的額外細節。

再次返回到定子120，定子120可形成剪力環，所述剪力環可圍繞葉輪/拋擲裝置組件112的徑向外側接收并且接收在混合室118中(圖1)。在實例中，定子120可例如通過螺栓、其他緊固件、粘合劑、焊接等與上部外殼部分126聯接。

圖3說明根據實施方案的圖2的定子120的放大剖視圖。現在返回到圖2和圖3，如圖所示，定子120可包括第一環形部分146和第二環形部分148，所述第一環形部分146和所述第二環形部分148可堆疊在一起以便形成定子120。定子120可例如通過與上部外殼部分126緊固而相對于可旋轉葉輪/拋擲裝置組件112大體保持靜止。在另一個實施方案中，定子120可由葉輪/拋擲裝置組件112支撐并且可隨其旋轉。在任一實例中，定子120可跨置在拋擲裝置134的入口面134-1上，或者可與其分離。

第一環形部分146可被配置來最小化流動阻礙。如圖所示，在一些情況下，第一環形部分146可包括護罩150和柱子152，所述柱子152限定相對寬狹槽154，從而允許流體穿過其相對自由地流動。在其他實施方案中，第一環形部分146可省略護罩150，如以下將更詳細描述的。

雖然第一環形部分146可最小化流動阻礙，但是第二環形部分148可被配置來最大化流動剪力以便促進湍流混合，并且因此可包括圍繞定子120緊密定位在一起的一系列定子翼片156。狹窄流動路徑158可限定在定子翼片156之間；然而，流動路徑158的總面積可小于定子翼片156的總面積。在各種實施方案中，定子翼片156的橫截面積(即，阻礙流動的面積)與流動路徑158的面積之比可為約1:2與約4:1之間，例如約1.5:1。此外，每個定子翼片156的面積可大于每個流動路徑158的面積。此外，定子翼片156可相對于定子120的圓周成任何俯仰角而設置。例如，定子翼片156可筆直地徑向取向，逆著旋轉取向(例如以便增大剪力)，或者順著旋轉取向。在圖2(以及在以下描述的圖3和圖4)中說明的實例中，定子翼片156可具有將區段146、148分離的護罩157。在其他實施方案中，如以下將更詳細描述的，定子120可省略護罩150、157中的任一個或者兩者。

圖4說明根據實施方案的混合器104的一個區段的透視圖。圖5說明根據實施方案的混合器104的側面剖視圖，其中示意性說明了沖洗管線122。參照圖4和圖5，軸114延伸穿過添加劑入口110并且與葉輪/拋擲裝置組件112聯接。葉輪136面朝開口133，使得葉輪136的葉輪葉片160通過開口133經由入口108抽吸流體。

繼續參照圖4和圖5，圖6示意性說明根據實施方案的混合器104的剖面的簡化視圖。如圖所示，葉輪136可從內表面139向上抽吸流體，并且接著將其向下(朝向內表面139)并且在徑向上向外排出。流體接著可在混合室118中向上移動，例如沿著外殼107的外壁移動到上部外殼部分126的頂部，流體在所述頂部處可徑向向內轉向。流體接著可穿過定子120的第一環形部分146前進到拋擲裝置134，并且接著被徑向向外以及向上、向后朝向上部外殼部分126推動。這可在流體與空氣之間形成湍流旋渦以及流體動力學穩態界面，大體顯示為拋擲裝置葉片138的根部138-1與尖端138-2之間的環形空氣-流體邊界或“眼睛”161(圖5)。拋擲裝置134因此趨于產生旋流式分離效應，由此防止通過入口110接收的空氣夾帶在從葉輪136接收的流體中。

同時，添加劑113被傾注到入口110中或以其他方式通過入口110接收(例如在重力作用下推進)，但是也可由壓力差、真空、鼓風機、泵等推進。添加劑接著接收到拋擲裝置134的入口面上，例如空氣-流體邊界的空氣側上。添加劑與葉片138相撞并且徑向向外投擲到從葉輪136接收的流體中，同時產生流體的圓周速度分量和干添加劑。圓周驅動和徑向驅動的干添加劑和流體接著穿過定子120的第二環形部分148，在所述第二環形部分處，添加劑和流體的組合在其穿過流動路徑158時經受與定子翼片156交互而產生的高剪力。通過與葉片138和定子翼片156交互提供的剪力和由葉輪/拋擲裝置組件112產生的湍流可提供添加劑在來自源102的流體中的大體均勻分散，從而形成漿料。

具體地，定子120的第一區段146設置為與拋擲裝置葉片138具有小的徑向間隙(例如從其徑向向外)，使得由拋擲裝置葉片136向下拋擲的添加劑113(例如粉末狀化學品)與流體的漿料混合物在第一階段通過葉片134和定子翼片156的相對移動在間隙中進行剪切。漿料接著在其被擠壓在鄰近定子翼片156之間并且通過拋擲裝置134的作用穿過流動路徑158徑向向外推動時經受第二剪切階段。此外，定子120的徑向外側的流動面積的突然擴張形成氣穴，從而進一步促進混合。由此，混合器104在操作中提供兩個階段：高剪切和區域性氣穴混合。定子120的第二區段148可具有基本上更大的開口并且設置在拋擲裝置葉片上方，使得所述第二區段148允許流體穿過狹槽154進入拋擲裝置134，或以其他方式最小化穿過定子120的流動阻礙。

漿料可多次經歷這種混合，往回穿過拋擲裝置134的部分攪拌以實現添加劑到流體中的進一步分散，并且最終到達出口121，如圖5所示。到達出口121的漿料從混合室118例如引導到下游設備106(圖1)以便進一步水化、鋪開、處理等。此外，如圖5所示意性描繪的，混合器104還可提供具有沖洗管線122的自調整預濕器。開口140可設置在下部外殼部分128的內表面139中，例如葉輪136的外部徑向范圍的徑向內部或外部。這可表示混合室118中的高壓區域，所述高壓區域相對于混合室118中的其他部分(例如鄰近出口121和/或拋擲裝置134中的部分)中的流體是“清潔的”。

通過開口140接收的所分接的、相對清潔的流體可穿過沖洗管線122流動到添加劑接收結構111。預濕流體接著可例如在重力作用下沿著添加劑接收結構111的內表面流動穿過入口110并且返回到拋擲裝置134。由此，可沿著添加劑接收結構111朝向拋擲裝置134推動添加劑，同時在其中預濕。這可用于最小化沿著添加劑接收結構111的表面的團聚。

圖7說明混合室118中的流體的壓力和清潔度與距開口133的中心的半徑的圖，所述中心與葉輪136的中心對準。如圖所示，相對于葉輪136徑向向外前進，壓力可從周圍泵送壓力(即，零表壓)移動到由葉輪136提供的最大泵送壓力。徑向位置與壓力落差之間的關系可為大體指數性的，直到位置到達葉輪136的徑向范圍為止。

相反，“清潔度”，也就是流體中的添加劑的濃度的倒數，或另外陳述為流體的純度，可徑向向外繼續減小，因為通過入口108接收的流體與添加劑混合。因此，可計算出分接區141，從而提供由沖洗管線122通過開口140分接的流體中的壓力落差與清潔度之間的最佳取舍。

此外，可控制相對清潔流體穿過沖洗管線122的流速，例如通過使開口140、導管142和/或錐形入口144的位置或大小與由葉輪136產生的壓力落差匹配。通過穿過沖洗管線122的已知壓降，這種控制可產生流動穿過沖洗管線122的最佳量的流體。此外，沖洗管線122可包括一個或多個流動控制裝置，所述一個或多個流動控制裝置還可允許對穿過沖洗管線122的流速進行調整。

圖8說明根據實施方案的葉輪/拋擲裝置組件112和定子120的透視圖。定子120可包括第一環形部分146和第二環形部分148，如上所述。然而，第二環形部分148可包括多根柱子170但可不包括護罩，所述多根柱子170可從第一環形部分146向上延伸。例如，柱子170可聯接到上部外殼部分126(圖2)。柱子170可為任何形狀，包括圓柱形、翼形等，并且可隔開以便在其間限定寬通道。因此，第二環形部分148可被配置來最小化穿過其的流動阻礙。

此外，如圖所示，定子翼片156可相對于定子120的圓周成一定角度傾斜(例如與旋轉相反)，以便最大化剪切。類似地，拋擲裝置葉片138可在圓周上彎曲，例如以徑向向外拋擲流體和添加劑，并且具有圓周速度分量，以便形成剪切。

圖8說明的定子120可用作擴散器。在至少一個實施方案中，定子翼片156(如所說明)可經取向以恢復壓力和/或可例如在發泡操作中促進空氣引入漿料中。

圖9說明根據實施方案的葉輪/拋擲裝置組件112的透視圖，所述透視圖說明葉輪136的入口面136-1。如圖所示，葉輪136的葉片160(所述葉片160可為彎曲的、筆直的、或者任何其他合適幾何形狀)可向上抽吸流體，并且接著將其徑向向外排出到混合室118中(例如圖3)。將理解，葉輪136可被配置來以高速度(例如約300rpm與約20000rpm之間)使用，并且能夠產生約5psi(約34kPa)與約150psi(約1000kPa)落差之間(例如約60psi(約414kPa)落差)進行泵送。

圖10說明根據實施方案的混合器104的另一個拋擲裝置200的透視圖。在一些情況下，轉子葉片(諸如如圖1所示的葉片138)可實現例如工程化顆粒(諸如封裝的破膠劑)的超過所期望的速率的分散。在一些情況下，這可致使化學品過早釋放在流體中。因此，在實施方案中，拋擲裝置200可提供可處置這種易損化學品的低剪力或受控剪力分散，所述易損化學品易于損壞或因其他原因不適合用在較為激進的拋擲裝置實施方案中。具體地，拋擲裝置200可使用大體同心、環形圓盤202實現相對逐步分散，所述同心、環形圓盤202從輪轂204向上堆疊在彼此之上。最靠近輪轂204的環形圓盤202-1可具有比鄰近其的環形圓盤202-2更小的內徑，環形圓盤202-2又可具有比環形圓盤202-3更小的內徑。這可在遠離輪轂204的鄰近圓盤202前進時重復，以便為拋擲裝置200提供入口面205，流體和/或添加劑可通過所述入口面205接收并且向外推進。將理解，可包括任何數目的圓盤202。

在實施方案中，圓盤202可由翼片206保持分開，從而在圓盤202之間提供狹窄流動路徑。翼片206可提供狹槽，每個狹槽用于環形圓盤202中的每一個，環形圓盤202可接收在所述狹槽中并且聯接到翼片206。因此，狹窄路徑可徑向向外延伸，例如僅由狹窄翼片206在徑向方向上阻礙。在其他實施方案中，替代或補充延伸穿過整組圓盤202的翼片206，單獨翼片可在每對鄰近圓盤202之間延伸。此外，在一些實施方案中，翼片206可與全部圓盤202的一個或多個子集聯接。在一些情況下，翼片206可省略，其中圓盤202以任何其他合適的方式以隔開的關系保持在一起。

鄰接流動路徑的環形圓盤202的大表面積，以及流動路徑的狹窄性可導致流體穿過其剪切和湍流。這種剪切可具有與以上論述的拋擲裝置134和定子120類似的效果，并且可促進干添加劑分散到穿過其徑向向外拋擲的流體中，同時最小化來自翼片204的沖擊力，所述沖擊力可能破壞較為易損的材料。在一些情況下，由拋擲裝置200提供的剪切可使定子120省略；然而，在其他情況下，可結合定子120和拋擲裝置200的剪切效果。

圖11說明根據實施方案的無護罩定子300的透視圖。如圖所示，定子300包括第一環形部分302和第二環形部分304，所述第一環形部分302和所述第二環形部分304如圖所示均可無護罩。第一環形部分302可包括基座306和一系列翼片308，所述一系列翼片308從基座306向上延伸并且圍繞第一環形部分302相隔一段距離設置。流動路徑310限定在鄰近翼片308之間。

在定子300無護罩的情況下，流動路徑310的頂部可為開放式的，從而通向定子120的第二環形部分304。第二環形部分304可包括從第一環形部分302向上延伸的突片312。突片312在圓周上可比翼片308更厚，例如，每個突片跨越兩個翼片308和流動路徑310中的一個；然而，可采用對翼片308和突片312進行的任何相對大小設定。無護罩配置可最小化從葉輪136流動的阻礙，從而增加混合器104的效率。

圖12說明根據另一個實施方案的混合器104的側面剖視圖。圖12所示的實施方案可大體類似于圖1到圖8中的一個或多個所示的混合器104的實施方案，其中類似的部件使用相同的數字指代并且本文省略重復描述。然而，圖12所示的混合器104可具有與外殼107、例如與下部外殼部分128整合的定子400。因此，定子400可與葉輪/拋擲裝置組件112徑向隔開并且可外接所述葉輪/拋擲裝置組件112，其中出口121從定子400徑向向外設置。由下部外殼部分128支撐(和/或整合)定子400可促進葉輪/拋擲裝置組件112的低摩擦旋轉，因為定子400和葉輪/拋擲裝置組件112可不與彼此相接觸。在另一個實施方案中，定子400可從上部外殼部分126懸浮和/或與上部外殼部分126整合成類似效果。

在一些情況下，混合器104的此實施方案可確保所有或基本所有輸入流體在離開混合器104之前與添加劑化學品混合。例如，在膠合劑混合時，混合器104可均勻攪拌粉末，以便避免依賴混合器104下游的管道渦流來實現這種混合。

如同定子120，定子400可為有護罩或無護罩的，并且可包括兩個或更多個環形部分(例如用于低流動中斷的一個環形部分以及用于高流動中斷的一個環形部分)。然而，定子400可被配置來基本上接收所有流出流體體積的流體，這可增強整體混合。采用定子400的這種混合器104實施方案可適合于將粉末分散到非常黏的流體介質中，以及當混合物中的粉末體積率高時(例如通過膠合劑混合)。另外，盡管未示出，但圖12所示的混合器104的實施方案可包括例如如上所述的沖洗管線122。

圖13說明根據實施方案的用于將添加劑如干添加劑(例如粉末、顆粒劑等)分散到流體中的方法1000的流程圖。方法1000可開始于混合系統100和/或混合器104的一個或多個實施方案的操作，因此本文參照其進行描述。然而，將理解，方法1000并不局限于任何具體結構，除非本文另外明確指明。

方法1000可包括如在1002處通過流體入口108將流體饋送到混合器104的混合室118中。例如，混合室118可限定在外殼107中，所述外殼107可限定接收來自源102的流體的流體入口108。方法1000還可包括如在1004處通過添加劑入口110將添加劑饋送到混合室118中。在1004處的饋送可在重力作用下推進，例如通過將添加劑傾倒到添加劑入口110的添加劑接收結構111，但也可涵蓋其他饋送添加劑的方法。

方法1000還可包括如在1006處旋轉設置在混合室118中的葉輪/拋擲裝置組件112。旋轉葉輪/拋擲裝置組件112可從流體入口108并且徑向向外抽吸(例如向上)流體，例如通過所設置的葉輪136的作用，其中所述葉輪136的入口面136-1鄰近內表面139。旋轉葉輪/拋擲裝置組件112可進一步致使例如從葉輪136接收的流體連同通過添加劑入口110接收的添加劑徑向向外拋擲。在實例中，向外拋擲可由葉輪/拋擲裝置組件112的拋擲裝置134導致，所述拋擲裝置134可包括葉片138和/或圓盤202。此外，拋擲裝置134可包括入口面134-1，所述入口面134-1可例如朝向添加劑入口110取向。當添加劑通過添加劑入口110饋送時，添加劑可撞擊葉片138和/或圓盤202并且徑向向外緩慢移動。

葉輪136和/或拋擲裝置134的組合(例如以背靠背配置)可導致在拋擲裝置134中產生由水動力穩態流體-空氣邊界限定的眼。例如，邊界可徑向存在于拋擲裝置134的葉片138的輪轂138-1與尖端138-2之間。添加劑(以及從葉輪136接收的流體)通過拋擲裝置134的作用徑向向外拋擲可使得添加劑穿過空氣-流體邊界，因此至少部分地分散到流體中，由此形成漿料。在一些情況下，葉輪/拋擲裝置組件112的作用可形成水動力穩態眼，從而形成流體-空氣邊界，由此防止空氣夾帶在流體中。然而，在一些情況下，例如在發泡應用中，可例如使用圖8的定子120將空氣有意引入混合物中。

如在1008處，添加劑可進一步分散在流體中，從而根據通過定子120接收的漿料促進漿料的增強均質化。以上論述定子120的各個實施方案，例如其中提供第一環形部分146和第二環形部分148以便分別最小化和最大化流體剪切。一般來說，定子120可包括在其間限定流動路徑的多個翼片156，漿料穿過所述流動路徑接收。漿料的漩渦狀湍流與定子翼片156的交互可導致增加流體的剪力，所述增加的剪力可增加混合器104的混合效率。一旦混合到所期望的程度，如在1010處，具有某一濃度的添加劑的漿料可從混合器104通過出口121排出，所述出口121可從葉輪/拋擲裝置組件112徑向向外設置。

方法1000還可包括如在1012處(例如由于由在1006處葉輪/拋擲裝置組件112的旋轉導致的)流體或漿料的一部分(例如具有相對低的濃度，相對于流動穿過出口121)流動到沖洗管線122中并且流動到添加劑入口110，以便預濕添加劑。例如，沖洗管線122可包括開口140，所述開口140可經定位和/或設定大小以便在預定(例如最大)壓力下將具有預定(例如最小)濃度的添加劑的漿料接收于混合室118中。沖洗管線122的大小設定、其開口140的布置、和/或沖洗管線122中流動控制裝置的采用等可允許對穿過沖洗管線122前進的流體及其組合物的量進行控制。

將理解，暗示方向或取向的術語，例如“上”、“下”、“向上”、“向下”、“上方”、“下方”、“側向”等僅僅是為了方便指示部件相對于彼此的相對定位而采用，如各個附圖中所描繪。然而，本領域的技術人員將理解，這些術語并不意圖將混合器104限制于任何具體取向。

此外，雖然已關于一個或多個實施方案說明了本教義，但是可對所說明的實例進行更改和/或修改，而不偏離隨附權利要求書的精神和范圍。另外，雖然已關于若干實施方案中的僅一個公開了本教義的一個具體特征，但是此特征可與其他實施方案的一個或多個其他特征進行組合，如對于任何給定或具體功能來說是期望和有利的。此外，至于術語“包括(including、include)”、“具有(having、has、with)”或其變體在詳細描述和/或權利要求書中使用的程度，所述術語意欲與術語“包括(comprising)”類似的方式為包括性的。此外，在本文的論述和權利要求中，術語“約”指示所列出值可以有所更改，只要所述改變不對所說明實施方案的過程或結構造成不一致即可。最后，“示例性”指示所述說明用作實例，而不是暗示它是理想的。

通過考慮本說明書和本文所述的本發明的實踐，本發明的其它實施方案對于本領域技術人員將是顯而易見的。說明書和實例意圖僅視為示例性的，而本教義的真實范圍和精神由隨附權利要求書指示。