攪拌螺旋槳的制作方法

本發明涉及一種攪拌構件，該攪拌構件包括至少兩個葉片且能夠緊固至旋轉軸。

背景技術：

許多產品的制造需要均化、稀釋、溶解、再熱等操作。

為此，常常使用具有旋轉軸的機械攪拌器，所述機械攪拌器常由電動機驅動，并且設有軸和攪拌構件或攪拌器件。因而該組件由容器、產品和攪拌器組成。

本發明涉及攪拌器的設計，所述攪拌器一般是包括被稱作安裝于旋轉軸上的攪拌構件的構件的螺旋槳或渦輪。

渦輪設有與豎直方向成90°的直的葉片，但由直的葉片構成的任何構件甚至以傾斜方式安放的構件通常被稱作渦輪。

渦輪產生徑向流，徑向流產生剪力、消耗能量。

螺旋槳優選由彎曲或弧形的板材的螺距的急傾斜部分形成。

螺旋槳產生軸向的有規律的流動。

所述攪拌構件的旋轉導致液體移動，使得完成期望的操作成為可能，事實上這或多或少取決于該構件的形狀、尺寸和轉速。

所述旋轉還可導致將混合的液體中的剪力和能量消耗。

有時，在反應期間，為形成乳狀液，這兩種現象是必然的。

本發明更具體地涉及這樣的情形，其目的是最小化因剪力引起的能量損失，以便以小的損失得到液體的移動及其混合，這導致效率的提高。

在這種情形中，是螺旋槳的使用帶來了最好結果。這是因為這些操作只需要產品運動，即泵送流量。

目標是以可能的最小能量來產生這個流量，并且已知對于相等的流量，螺旋槳比渦輪消耗更少的能量。

在之前的幾個世紀中，只使用不需要特殊設計的渦輪；然后，大約一個世紀前，開發了效率更高且耗能更少的船用螺旋槳。

專利US4147437和FR 1578991所代表的兩大類的螺旋槳能夠被區分開。

這兩類螺旋槳今天仍在使用，考慮到它們與船用螺旋槳有關的表現。

然而，在一些市場中，結果表明難以使用渦輪，這是因為所需要的高功率及由此產生成本，或者是由于高效率螺旋槳。

這是因為這樣的使用常常被認為太貴，這是因為高效率的好處未得到充分認識，而實際上只考慮了投資成本。高效率被認為僅對大型機械有利，或者在能源成本高或者至少被考慮時。

制造高效率螺旋槳的過程是困難和/或漫長的，因而代價高，并且它只能由專用機器來完成。這是因為特別地因片材厚度以及難以獲得的曲線而存在許多技術問題。例如，這些螺旋槳不可能在另一個車間或另一個大陸制造，這導致高的運輸成本。

市場上已經存在彎曲的螺旋槳，但這些螺旋槳具有非常特別的形狀，即在葉片拐角處有彎曲部，從而限制徑向泄漏。效率的提高不是其設計者想要處理的技術問題。

因此對易于制造即不需要特殊材料或特別技能的、提供好的流動的（攪拌的關鍵性決定因素）、但不消耗過多的功率的螺旋槳存在需求，正如具有平坦且傾斜形狀的簡單的葉片，其實際上將導致高功率、大軸和葉片的大厚度，并最終將導致無競爭力的制造成本。

技術實現要素：

根據本發明，提出包括至少兩個葉片并且能夠緊固至旋轉軸的攪拌構件，其特征在于每個葉片具有面向將攪拌的流體的前緣以及背向所述前緣的后緣，其特征在于每個葉片通過彎曲平坦片材來得到，每個葉片具有兩個縱向彎曲部，每個彎曲部的長度大于所述葉片的最大半徑的60％。

每個彎曲部的長度可能大于所述葉片的最大半徑的75％。

有利地，所述兩個彎曲部平行。

至少一個所述彎曲部可能垂直于所述螺旋槳的外邊緣。

所述前緣和所述葉片的穿過旋轉中心且垂直于所述外邊緣的徑向軸線之間的被稱作入射角的角度是正的，當所述構件旋轉時，所述外邊緣的遠離所述軸的遠端先于近端遇到流體。

所述入射角可能在4°和20°之間，優選地在6°和15°之間。

有利地，所述攪拌構件僅包括兩個葉片以使其容易穿過將攪拌的流體的容器中的開口引入。

由于存在兩個彎曲部，每個葉片在平行于所述構件的旋轉軸線且平行于所述葉片的外邊緣的平面中可能具有大致U形橫截面。

在平行于所述構件的旋轉軸線且平行于所述葉片的外邊緣的平面中，每個葉片的截面也可能為大致Z形。

所述后緣可能以30°和70°之間的角度與正交于所述構件的旋轉軸線的平面的截面相交，這個角度被稱作出射角。

優選地，如果所述葉片在其遠端的寬度用l表示且所述葉片在其在所述軸線高度的基部處的寬度用L表示，則l＞0.5L。

優選地，對于每個葉片，包含所述前緣的表面和中面之間的迎角a在13°和25°之間。

附圖說明

本發明的進一步的特征和優點將參照附圖由優選實施例的以下描述而變得明顯，但沒有任何限制性質。在這些附圖中：

圖1是根據本發明的攪拌器的側視圖；

圖2是根據本發明的攪拌構件的葉片的第一實施例的放大的示意性透視圖；

圖3是圖2中的葉片的俯視圖；

圖4是圖2中的葉片的端視圖；

圖5和圖6是示出將具有三個和兩個葉片的攪拌螺旋槳引入容器的透視圖；

圖7是根據本發明的攪拌螺旋槳的第二實施例的示意性透視圖；

圖8是圖7中的螺旋槳的俯視圖；

圖9是類似于圖7的、根據本發明的螺旋槳的第三實施例的視圖，其具有三個葉片；

圖10是圖9中的螺旋槳的俯視圖；

圖11是類似于圖7的、根據本發明的螺旋槳的第四實施例的視圖，其具有三個葉片；

圖12是根據本發明的螺旋槳的另一實施例中的螺旋槳的俯視圖，以及

圖13是示出螺旋槳上不同點處的線速度的曲線圖。

具體實施方式

在根據本發明的螺旋槳的不同實施例的以下全部描述中，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“水平”和“豎直”的相關術語應被理解為當根據本發明的螺旋槳安裝在運轉位置中時。

圖2至4示出根據本發明的螺旋槳的第一實施例，所述螺旋槳被制造有兩個彎曲部，這個解決方案不昂貴且能夠借助于在大多數機械金屬車間中可得到的工具制造。

因為所述螺旋槳的每個葉片具有兩個彎曲部，所以每個葉片具有三個表面，并且在橫截面圖中，為了限定葉片的輪廓，必需限定三個角度。這些角度在圖4中尤其明顯。

迎角是具有前緣的表面和中面之間的角度a。角度d是在旋轉軸線豎直時葉片的中面和水平面之間的定位角度。出射角f是具有后緣的表面和中面之間的角度。

該螺旋槳具有21°的迎角a和出射角f。第一彎曲部A（即先遇到流體的彎曲部）沿著穿過所述螺旋槳的旋轉軸線的軸線。第二彎曲部用B表示。可注意到，所述后緣的遠端位于該同一后緣的近端的前面。所述遠端部因而將先遇到流體。

所述葉片被彎曲以便獲得小于12％的彎度系數，從而提高能量效率。迎角在13°和22°之間，以便具有合適的Cx。特別地，當超過30°時，產生的徑向力將會非常大。于是這與渦輪的情況相近。

所述葉片的面積大且實際上呈四邊形以獲得高的泵送流量，這是因為移動的量取決于所述葉片的表面面積。

如果所述葉片在其端部的寬度用l表示且在其基部在軸線高度的寬度用L表示，則l和L的值非常接近，并且l＞0.5L，并且優選地l＞0.75L。

這個元件已經是優選的，雖然它與常規做法背道而馳。這是因為大多數螺旋槳具有窄的端部且呈梯形，從而通過使葉片在其端部變窄來限制扭矩。

研究表明，考慮到所選角度、葉片中的彎曲部以及葉片形狀的組合，與已知螺旋槳相比，其表現是完全可以接受的。

假設：

P=液壓

△P=構件的入口和出口之間的壓差

Q=流量

D=構件的直徑

N=構件的轉速

ρ=密度

v=流體的速度

S=構件的面積

k=常數

螺旋槳的流量通過以下簡單的等式得出：

Qp=Nq ND³

其中Nq是表示螺旋槳特征（其形狀、葉片個數等）的無量綱數。

消耗的功率計算如下：

P=NpρN³D⁵

其中Np是表示螺旋槳特征（其形狀、葉片個數等）的無量綱數。

效率是產生泵送流量的能量與轉動構件所必需的能量的比值。

所述效率能夠通過流體力學的一般方程和簡化的伯努利方程來簡單地表達：

流體力學的一般方程：P1=ρ△PQ （1）

泵送流量：Qp=Nq ND³ （2）

轉動構件所需功率：P2=NpρN³D⁵ （3）

簡化的伯努利方程：△P=1/2ρv²

v=Q/S=

注意，例如在為了尋求產生1m³/h而消耗功率時，計算是一樣的。

記錄如下：

可以看出，與現有技術和傳統的螺旋槳和渦輪例如船用螺旋槳或者具有45°傾斜的葉片的渦輪相比，所提出的螺旋槳的效率特別好。

螺旋槳上的葉片的數量增大了移動的液體的量和消耗的功率。

盡管并不十分成比例，但常常注意到，消耗的功率與葉片的個數以系數0.8成比例地增加。

然而，在當前的實例中，給定表面面積和角度，流體的平均速度示出具有兩個葉片的螺旋槳與具有三個葉片的螺旋槳相比，功率減小31％，而流量只減小13％。

因而使用具有兩葉片的螺旋槳有許多優點。

從經濟角度來看，制造兩個葉片而不是三個允許節約33％的材料以及33％的用于形成葉片并將其焊接在葉轂上的勞動。

所述螺旋槳更容易安裝。這是因為，根據所述軸的直徑，有時不可能將三個葉片圍繞所述軸安裝。

另外，一些產品被葉片引起的剪力部分地被破壞。這是因為所述葉片每一轉都“切割”產品以打破它（絮狀物、乳狀液、聚合物等），并且裝有兩個葉片的構件將每一轉只剪切兩次而不是三次。

最后，由于不同的原因，所述螺旋槳能夠做成一整件，例如焊接到驅動軸以允許它的可能的涂層用于腐蝕或研磨介質中，或者在隨后不可能緊固它時。當構件超過500mm時，三葉螺旋槳尤其難以引入到管道中，但具有相同直徑的雙葉螺旋槳易于引入，如圖5和圖6所示。

圖13明顯地示出離開所述葉片的速度范圍的分布圖，由于所述葉片的表面面積、彎曲部和角度的組合，該分布圖對于所提出的三螺旋槳實際上相同；明顯相同的軸向曲線被保留。

所期望的最好的是所述螺旋槳的軸向流離開所述葉片，以便在軸線處向下噴向底部，并且在壁上再次上升以便從底部掃去任何沉積的顆粒。

由于“徑向和切向泄漏”，由傾斜的或形成有一個彎曲部的葉片制成的“簡單”螺旋槳不可能帶來主要是軸向流；對本發明來說，關注的是主要是軸向流。

現有技術的螺旋槳的制造是復雜的。

在一些情況下，需要能夠為具有10m直徑的螺旋槳扭轉葉片的復雜機器，這是在生產中不停的單個機器。

考慮到它們的曲率，軍刀式螺旋槳需要用于每個直徑和形狀的模板，并因此需要多于一百種模板的組合。

所提出的螺旋槳借助于壓彎機相對地易于制造；因而可設想分包方的更強競爭力即它們的更多選擇。

對于給定的操作以及因而為轉動所述構件而產生的功率，攪拌器的機械測定通過它的直徑和轉速來規定。

用于同一個泵送流量的功率的節約，這是用于攪拌以有效混合的必要計算元素，允許省去電動機、傳遞扭矩的減速器、導向系統和密封性、支撐構件的軸，并且節約構件的厚度。例如，注意到，所提出的螺旋槳與船用螺旋槳相比，節約大約20％的功率。

從投資角度來看，帶給使用者的經濟節約易于被當作制造商的競爭優勢。