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一种无净重稳定器及搅拌轴

  • 国知局
  • 2024-08-22 14:49:13

本发明涉及搅拌,具体涉及一种无净重稳定器及搅拌轴。

背景技术:

1、搅拌罐是对物料进行搅拌、混配、调和、均质等操作的设备,设备的安全可靠性、结构设计的合理性、工艺先进性以及操作简单等是搅拌设备安全运行的关键。随着搅拌罐向大型化、高参数方向发展,影响设备安全运行的因素越来越复杂,比如数十至百吨级的大型发酵罐,设备内部结构复杂、外部基础庞大,物料容量大需设置多层搅拌桨,传动轴长度相对较长,为维护设备运转的稳定,需安装底轴承、中间轴承成为多支点超静定轴系结构,结构的复杂,不仅制造、安装有一定难度,如对中困难,而且失效因素多,如轴承磨损引起密封失效、构件细长引起强度失效、刚度失效、多因素周期性变化引起疲劳失效、共振等等,另外,作为生物发酵的设备对物料洁净无菌要求严格,随着零部件数量的增加及结构的复杂化,生物发酵罐中的死区增加,给产品造成污染,严重影响产品质量。

2、为了简化复杂零部件,国外早期就有在搅拌轴下安装稳定器、取消中间轴承的方式,如喷旋式好氧发酵罐等,国内近年也仿制和应用了搅拌轴稳定器,并进行了相关研究工作。

3、实践证明,在一些装置中采用稳定器,的确使搅拌轴的偏摆减小,而且制造、安装简单、对中方便、节省制造和日常维修费用,同时也可有效避免死区污染,确有很好的应用价值,但是一些实践应用也显示,稳定器的稳定作用并不是一概而论的,其结构形式、尺寸大小以及质量大小等均对搅拌轴系的稳定效果有影响。

4、稳定器的结构形式有稳定筒(或者称为稳定环)和稳定叶两种,稳定筒型稳定器为一空心圆筒,一般可以通过焊接或者键连接的方式与搅拌轴固定连接,可以安装在搅拌轴叶片的上端或者下端,稳定叶型式的稳定器一般置于搅拌轴叶片底部,并与搅拌轴叶片保持垂直。

5、在搅拌轴尺寸相同的情况下,圆筒型稳定器的稳定效果一般好于叶片型稳定器,主要是由于圆筒型在摆动过程中,内腔中的液体尚有惯性作用,而且,稳定器在工作时,受到一定的流体激振力的作用,而叶片型稳定器由于其与搅拌轴的连接强度较圆筒型稳定器低很多,因此实际应用中大多采用圆筒形式。

6、搅拌桨搅拌过程中,搅拌轴叶片与液体介质之间因相对运动形成的旋涡进而产生了涡流,这些涡流由于流场的不对称性、安装偏心及流体旋转的低频振荡等原因形成的流体水平推力,即激振力,该激振力会使搅拌轴和搅拌叶片发生偏摆,可能引起搅拌系统的振动或共振,其大小与方向具有脉动性和随机性。稳定筒由于具有足够大的迎液面积(稳定筒直径d与高度h的乘积),使得周围流体对它产生阻尼作用,阻止其晃动,由于激振力大小与方向的随机性,增大稳定筒迎液面积,还有减小激振力大小的可能,那么设置稳定器对减小搅拌轴的偏摆有明显作用。

7、但由于水平流体径向推力形成的激振力并不包括转轴与桨叶因质量偏移而产生的离心力,即使上述质量偏移为零,水平流体径向力也总是存在的。基于这个原因,稳定器也有其适用范围,它并不能减小由于构件偏心产生离心力而引起的转轴偏摆。强迫振动频率包括质量不平衡、不对中、松动、水流冲击、物料激振、轴承故障等振源频率。且流体的激振力大小的变化呈随机性且不可控,这些因素共同作用导致脉动幅值成倍地放大,可能会导致发生共振,破坏性巨大。为避免发生整体共振现象,系统搅拌转速应该远离一级和二级临界转速;通常化工搅拌设备一般转速不会超过一级临界转速,避免发生整体共振的条件。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无净重稳定器,能保障搅拌轴稳定器的稳定功能的同时,也不降低搅拌轴的临界转速,避免共振。

2、本发明所采用的技术方案是:

3、一种无净重稳定器,包括内筒、外筒和环形上盖板,内筒同心套设于外筒内圈,内筒和外筒之间形成环形通道,环形上盖板设置于内筒和外筒的上端,环形上盖板的内圈与内筒上端连接,环形上盖板的外圈与外筒上端连接,环形上盖板使环形通道上端封口,环形通道的下端敞开,环形上盖板上连接有安装连接板;安装连接板用于与搅拌轴连接。

4、优选地,所述的无净重稳定器放置于被搅拌介质后,被搅拌介质将空气封闭于环形通道中,内外均被搅拌介质环绕,环形通道内的空气所受被搅拌介质浮力f与稳定器所受自重力g的两者偏差不超过稳定器所受自重力g的10%,从而实现无净重效果。

5、优选地,稳定器所受自重力g:

6、g=g1+g2

7、=[π(d+d)h×t+πt(d2-d2)/4]×ρ+d×b×t×ρ

8、其中,d为外筒的外径,d为内筒的内径,内筒壁厚度和外筒壁厚度均为t2,t2与环形上盖板厚度t1相同,统一称作为稳定器的壁厚t,b为安装连接板的宽度,h为稳定器高度,ρ为稳定器的外筒和内筒的材料密度。

9、稳定器所受浮力f

10、

11、其中,d为外筒的外径,d为内筒的内径,h为稳定器高度,ρw为被搅拌介质的密度。

12、优选地,安装连接板为一字型。

13、优选地,安装连接板上设有定位螺纹孔或定位螺母。

14、优选地,内筒和外筒的壁厚为2~5mm。

15、优选地,环形上盖板通过焊接分别与内筒和外筒连接。

16、优选地,被搅拌介质为溶液,该溶液密度与水溶液相近。

17、一种搅拌轴,包括搅拌竖轴和如以上所述的无净重稳定器,搅拌竖轴上分布有搅拌桨,搅拌竖轴设置至搅拌桶内,搅拌竖轴的上端从搅拌罐上端伸出与动力机构连接,搅拌竖轴的上部和/或中部通过轴承连接固定,搅拌竖轴下端悬置于搅拌罐内,所述的无净重稳定器设置于搅拌竖轴的下端。

18、本发明的有益效果是:

19、所述的无净重稳定器及搅拌轴放置于被搅拌介质后,被搅拌介质将空气封闭于环形通道中,稳定器内外均被搅拌介质环绕,环形通道内的空气所受被搅拌介质的浮力能够减轻稳定器的自重,在不降低稳定器的迎液面积情况下通过浮力抵消部分稳定器自重,能保障搅拌轴稳定器的稳定功能的同时,也不降低搅拌轴的临界转速,避免共振。

技术特征:

1.一种无净重稳定器,其特征在于:包括内筒、外筒和环形上盖板,内筒套设于外筒内圈,内筒和外筒之间形成环形通道,环形上盖板的内圈与内筒上端连接,环形上盖板的外圈与外筒上端连接,环形上盖板使环形通道上端封口,环形通道的下端敞开,环形上盖板上连接有安装连接板。

2.如权利要求1所述的无净重稳定器,其特征在于:所述的无净重稳定器放置于被搅拌介质后,被搅拌介质将空气封闭于环形通道中,内外均被搅拌介质环绕,环形通道内的空气所受被搅拌介质提供的浮力f与稳定器所受自重力g的两者偏差不超过稳定器所受自重力g的10%。

3.如权利要求2所述的无净重稳定器,其特征在于:安装连接板为一字型。

4.如权利要求2所述的无净重稳定器,其特征在于:安装连接板上设有定位螺孔或定位螺母。

5.如权利要求1所述的无净重稳定器,其特征在于:内筒和外筒的壁厚为2~5mm。

6.如权利要求1所述的无净重稳定器,其特征在于:环形上盖板通过焊接分别与内筒和外筒连接。

7.如权利要求1所述的无净重稳定器,其特征在于:内筒同心套设于外筒内圈。

8.一种搅拌轴,其特征在于:包括搅拌竖轴和如权利要求1~7任意一项所述的无净重稳定器,搅拌竖轴上分布有搅拌桨,搅拌竖轴的上端与动力机构连接,搅拌竖轴的上部和/或中部通过轴承连接固定,搅拌竖轴下端悬置,无净重稳定器设置于搅拌竖轴的下端。

技术总结本发明公开了一种无净重稳定器及搅拌轴,包括内筒、外筒和环形上盖板,内筒同心套设于外筒内圈,内筒和外筒之间形成环形通道,环形上盖板的内圈与内筒上端连接,环形上盖板的外圈与外筒上端连接,环形上盖板使环形通道上端封口,环形通道的下端敞开,环形上盖板上连接有安装连接板。本发明能保障搅拌轴稳定器的稳定功能的同时,也不降低搅拌轴的临界转速,避免共振。技术研发人员:曾真,王为国,杨红,宋春晗,徐卓,李振南,盛泽受保护的技术使用者:武汉工程大学技术研发日:技术公布日:2024/8/20

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