用于搅拌器的叶轮的叶片，叶轮和搅拌器的制作方法

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的一种用于搅拌器的叶轮的叶片，所述搅拌器用于混合或搅拌过程流体。本发明还涉及一种包括这样的叶片的搅拌器的叶轮，以及涉及一种具有这样的叶轮的搅拌器。

背景技术：

搅拌器被用于许多不同的工业过程，用于混合或搅拌过程流体。在大多数应用中，过程流体被包含在罐或塔或另外的容器中，并且搅拌器被安装至所述容器的壁或底部或盖。在宽广范围的工业中，使用搅拌器的地方例如是纸浆或造纸工业。在此，搅拌器例如用于稀释、混合或漂白过程。

基本上，搅拌器包括：叶轮或螺旋桨，其用于搅拌流体；轴，该轴在其一端连接至叶轮，并且在其另一端连接至驱动单元，该驱动单元用于使轴和叶轮一起旋转。驱动单元通常具有马达和用于使马达与轴连接的联接器，其中，联接器包括皮带驱动或齿轮箱或任何其他合适的传动装置。

典型地，驱动单元被布置在容器外，并且带有叶轮的轴位于容器内，用于搅动过程流体。已知有顶装和侧装式搅拌器。顶装式搅拌器通常被安装至塔或容器的盖或顶部，具有竖直延伸的搅拌器的轴。侧装式搅拌器通常安装至塔或容器的侧壁，具有水平延伸的轴。两种类型的搅拌器的示例是由申请人以品牌salomix™和scaba™销售的搅拌器。

在现代工业过程中，存在对非常有效的混合和搅拌解决方案的需求。尤其地，希望有最低的功率消耗、可靠的操作和最佳的过程结果。另外，常常要求搅拌器对于其使用而言是十分灵活的，即，搅拌器应当可适应不同的过程或过程状况，例如可适应相应过程流体的不同的成分或变化的成分。

技术实现要素：

本发明解决了该需求。

因此，本发明的目的是提出一种用于搅拌器的叶轮的新的叶片，所述搅拌器用于混合或搅拌过程流体，从而提供了高的搅拌效率、可靠的操作和关于对不同应用的适应的灵活性。另外，本发明的目的是提出一种用于搅拌器的对应的叶轮，以及具有这样的叶轮的新的搅拌器。

满足该目的的本发明的主题以独立权利要求的特征来加以描述。

因而，根据本发明，提出了一种用于搅拌器的叶轮的叶片，该搅拌器用于混合或搅拌过程流体，包括：座，其用于将叶片安装至叶轮；和叶身，其用于混合或搅拌过程流体，叶身连接至座，叶身具有前缘、后缘和在叶身的背离座的端部从前缘延伸至后缘的叶身顶端，并且叶身具有高度和宽度，其中，高度是叶身顶端离座的最大距离，并且其中，宽度是前缘离后缘的距离，其中，叶身具有至少为高度的55%，优选至少为65%的最大宽度。

叶身的该新的设计和尤其是叶身与其高度相比较的相当大的宽度，导致了与混合或搅拌的可靠并且非常好的结果相结合的关于混合或搅拌动作的非常高的效率。

另外，由于叶片包括用于将该叶片安装至叶轮的座，所以根据本发明的叶片在使叶片适应过程流体的不同或变化的状况方面非常灵活。由于叶片被设计成使得其可从叶轮拆卸，所以叶片相对于叶轮的轮毂能够容易地以另一取向被替换或固定。

尤其地，考虑到对许多应用而言非常高的效率，这样的实施例优选的是，其中最大宽度至少为高度的70%，优选至少为高度的75%。

叶身的宽度典型地在到叶身顶端的方向上从座改变。考虑到高的效率，另一优选的措施是，叶身的最大宽度位于叶身的高度的40%与70%之间的区域中、优选位于该高度的50%与60%之间的区域中。因而，开始于座并且随着在到叶身顶端的方向上移动，叶身的宽度首先增大，直到其达到在所述区域中的最大宽度为止。随着朝向叶身顶端进一步移动，叶身的宽度优选地减小。

考虑到高的效率，另外的有利措施是，前缘以比后缘从座延伸至叶身顶端的主曲率大的主曲率从座延伸至叶身顶端。术语“主曲率”用于指示前缘和后缘两者的曲率不是恒定的，而是沿着相应边缘改变。然而，尤其是在叶身具有其最大宽度的区域中，前缘的曲率和后缘的曲率可由相应的恒定的曲率来近似，例如由相应的圆近似。所述圆的半径于是被认为是相应边缘的主曲率。

根据如本发明所述的叶片的实施例，后缘的主曲率具有至少为前缘的主曲率的半径的1.5倍、优选至少1.8倍的半径。

根据叶片的优选实施例，叶身在基础平面中被连接至座，并具有在到叶身顶端的方向上与基础平面垂直地延伸的主轴线，其中，叶身绕主轴线扭转。

优选地，叶身的该扭转实现为使得叶身的与基础平面平行的轮廓的脊线的平均方向随着离基础平面的距离增大而绕主轴线转动。

在叶片的优选实施例中，靠近基础平面的轮廓的脊线的平均方向和靠近叶身顶端的轮廓的脊线的平均方向相对于彼此以至少30°的扭转角度延伸。

叶身绕主轴线的扭转对于叶片的高的混合或搅拌效率而言是有利的。

考虑到对不同应用或对过程流体的变化的特性的适应而言的高的灵活性，优选的措施是，座被设计成用于将叶片凸缘安装至轮毂的凸缘座。

另外，根据本发明，提出了一种用于混合或搅拌过程流体的搅拌器的叶轮，包括轮毂和安装至该轮毂的多个叶片，其中，每个叶片根据本发明设计成，并且每个叶片借助于相应的座安装至轮毂。叶轮具有高的混合或搅拌效率，并提供了可靠的、非常好的过程结果。

优选地，每个叶片被可调整地安装至轮毂。通过该措施，叶轮可以非常容易的方式适应不同应用或者过程流体的不同状况。

根据优选的实施例，叶轮具有三个叶片。

根据本发明的又一方面，提出了一种用于混合或搅拌过程流体的搅拌器，包括：叶轮，其用于搅拌或混合过程流体；驱动单元，其用于使叶轮旋转；和驱动轴，其使叶轮与驱动单元连接，其中，叶轮根据本发明设计成。该搅拌器结合低的能量消耗，确保了高的效率、可靠的操作和非常好的过程结果。另外，搅拌器可以非常容易的方式来适应许多不同的应用。

根据优选的实施例，搅拌器具有安装凸缘，用于将搅拌器紧固至过程流体所用的容器的壁，其中，驱动轴包括内轴和同轴地围绕内轴并在叶轮的轮毂与安装凸缘之间延伸的套管，其中，套管以这样一种方式设计成，使得当将搅拌器安装至容器的壁时，套管防止内轴与过程流体的接触。通过给驱动轴提供保护套管，能够使用有成本效益的内轴，其中，该内轴被套管保护，以免受侵蚀性过程流体或抵抗腐蚀和/或磨损。

根据实施例，搅拌器被设计成水平地安装至用于过程流体的容器的壁。然而，搅拌器还可被设计成将其安装至容器、塔、罐等等的其他类型。

本发明的另外的有利措施和实施例将从从属权利要求变得明显。

附图说明

将在下文中参考附图更详细地说明本发明。以示意性图示、并且部分地以横截面图示出的是：

图1是根据本发明的搅拌器的实施例的透视图；

图2是根据本发明的叶片的实施例的透视图；

图3是图2所示的叶片的实施例的顶视图；

图4是图2所示的叶片的实施例的平面图；

图5是图2所示的叶片的实施例的底视图；

图6是与图4相似的平面图，分别图示了前缘和后缘的主曲率；

图7是图2所示的叶片的叶身在与基础平面平行并靠近叶片的座的横截面中的轮廓；

图8是与图7相似的轮廓，但靠近叶身的高度的一半；

图9是与图7相似的轮廓，但靠近叶身的叶身顶端；

图10是根据本发明的叶轮的实施例的透视图；以及

图11是图1所示的搅拌器的轴的实施例的截面视图。

具体实施方式

为了更好的理解，首先，将参考图1说明搅拌器的一般设置。图1示出了整体上用附图标记100标识的根据本发明的搅拌器的实施例的透视图。该搅拌器包括叶轮50，其具有轮毂51和三个叶片1，所述三个叶片1中的每个叶片具有：座2，用于将相应的叶片1安装至轮毂51；以及叶身3，其连接至座2，用于搅拌或混合过程流体。叶轮50与每个叶片1被分别设计成根据本发明的叶轮或叶片的实施例，它们将在下文中被更详细地说明。

叶轮50的轮毂51连接至驱动轴60的端部。驱动轴60的另一端被操作性地连接至驱动单元70，用于使驱动轴60和与之连接的叶轮50绕轴线a旋转。驱动单元70包括例如电动马达71的马达71和用于操作地使马达71与驱动轴60连接的联接器72。

图1所示的联接器72具有用于将马达71连接至驱动轴60的带驱动。不言而喻的是，本发明不限于这样的带驱动。根据本发明的搅拌器100的驱动单元70还可在马达71与驱动轴60之间设计有本领域已知的任何其他的联接器72，例如设计有齿轮箱或任何其他合适的传动装置。另外，图1所示的马达71、联接器72和驱动轴60的相对布置应被理解为示例的。在本领域已知有同样适合根据本发明的搅拌器的许多其他的布置。

图1所示的搅拌器100的实施例被设计成侧装式搅拌器，并且被设计成用于水平地安装至容器、罐、塔、箱或任何其他贮存器的壁，即，驱动轴60在搅拌器100通常的使用取向中水平地延伸。尽管这对于根据本发明的搅拌器100而言是优选的实施例，但本发明不局限于侧装式或水平的搅拌器。根据本发明的搅拌器例如还可被设计成顶装式或竖直的搅拌器，即，其中驱动轴在通常的使用取向中竖直地延伸。

图1所示的侧装式搅拌器100具有安装凸缘80，用于将搅拌器紧固至容器、罐、塔等的壁。安装凸缘80同轴地围绕驱动轴60，并且包括多个孔，用于接纳用于将搅拌器100紧固至壁的螺钉或螺栓。当将搅拌器100安装至壁时，安装凸缘80、叶轮50和驱动轴60的在安装凸缘80与叶轮50之间的部分位于容器、罐、塔等内，所述容器、罐、塔等包含了待由叶轮50搅拌或混合的过程流体。搅拌器100的诸如密封和轴承之类的另外的细节为技术人员所熟知，因此不再被更详细地描述。

现在转向叶片1，将参考图2至图5来说明根据本发明的叶片1的实施例。图2示出了根据本发明的叶片1的实施例的整体透视图。图3是叶片1的该实施例的顶视图，图4是叶片的吸入侧的平面图，并且图5是叶片1的底视图。

叶片1包括：座2，其用于将叶片1安装至叶轮；和叶身3，其用于混合或搅拌过程流体。叶身3例如通过焊接或通过任何其他合适的过程连接至座2。当然，叶身3与座2还可制成为单件，即，叶身3可与座2整体地形成为单件。

座2是以带有平面下表面22和平面上表面21的圆柱形式的盘形的，叶身3连接至平面上表面21。结合叶身3的上表面21限定了基础平面4，即，基础平面4是包括上表面21的平面。上表面21的中心用c指示。

叶身3在与基础平面4垂直的方向上延伸，并具有前缘31、后缘32和在叶身3的背离座2的端部从前缘31延伸至后缘32的叶身顶端33。叶身3具有分别从前缘31延伸至后缘32的两个表面，即，压力侧34和吸入侧35(参见图4)。

应理解的是，当将叶片1安装至搅拌器100的叶轮50时，术语“前缘”、“后缘”、“压力侧”、“吸入侧”等分别指的是操作状态。

叶身3沿着主轴线m延伸，所述主轴线m是与上表面21的中心c位于其上的基础平面4垂直的轴线。

叶身3具有高度h(参见图4)，所述高度h为叶身顶端33离座2的上表面21的最大距离，即，叶身顶端33离基础平面4的最大垂直距离。叶身3具有宽度w，所述宽度w被限定为在与主轴线m垂直的方向上测量的前缘31离后缘32的最短距离。因而，在离基础平面4给定的距离d处的宽度w在吸入侧35(或压力侧34)的平面图中被测量为与基础平面4平行的直线的长度，所述直线使前缘31上的点l与后缘32上的点t连接，然而，点l和t具有离基础平面4相同的垂直距离d。

在图3所示的顶视图中，叶身3在离基础平面4给定的距离d处的宽度w是在与基础平面4平行并且与主轴线m垂直的方向上测量的前缘31离后缘32的最短距离。

如在图4中能最清楚地看到地，从座2的上表面21开始，叶身3的宽度w首先随着离基础平面4的距离d增大而增大，达到最大宽度wm，并且然后随着距离d朝着叶身顶端33进一步增大而减小。

根据本发明，叶身3的最大宽度wm至少为叶身3的高度h的55%，并且优选至少为叶身3的高度h的65%。用于最大宽度wm的最佳值取决于相应的应用以及取决于叶身3的高度h的绝对值。对于叶身3的许多实施例而言，更优选的是，最大宽度wm至少为高度h的70%，并且优选至少为高度h的75%。

在图4所示的实施例中，叶身3的最大宽度wm近似为叶身高度h的80%。

当将叶身3用于搅拌器100中时，叶身3的与其高度h相比较的相当大的最大宽度wm确保了高的效率以及可靠的操作和非常好的过程结果。

优选地，叶身3的最大宽度wm位于离基础平面4的距离dm处，所述距离dm在叶身3的高度h的40%与70%之间。高度h的40%至70%的该区域在图4中由线l1和l2界定。对于大部分的应用，优选的是，当最大宽度wm位于离基础平面4的距离dm处时，所述距离dm在叶身3的高度h的50%与60%之间，即，最大宽度wm优选位于叶身3的上半部(与图4中的表示相关)。图4所示的叶身3的高度h例如近似为340mm，并且最大宽度wm近似位于高度h的57%处。

另一优选的措施是如图4的平面图中所看到的前缘31和后缘32的实施例。在投射到与基础平面4垂直的平面中的该投影中，除紧邻座2的上表面21的非常小的区域外，叶身3具有大体上双凸的形状。这意味着前缘31和后缘32向外拱曲，即，边缘31和32基本上在它们的整个长度上是凸形的。

为了清晰，应提及的是，术语“凸形”和“凹形”使用它们普通的意义，即，如果表面相对于本体向内弯曲，则本体的表面被称为凹形的，并且如果表面相对于本体向外弯曲，则表面被称为凸形的。

如在图4中能最清楚地看到地，前缘31的主曲率大于后缘32的主曲率，也就是说，前缘31比后缘32弯曲得更厉害。为了说明术语“主曲率”的意义，请参考图6，图6与图4相似地示出了叶身3的平面图。尽管前缘31和后缘32的曲率不改变其相应的代数符号，但所述曲率在相应边缘31、32的整个长度上不是恒定的。然而，能够通过具有半径r1的圆rl来近似前缘31的曲率，于是，r1被选择为仍然符合前缘的曲率的圆的半径的最大值。以相同的方式，后缘32的曲率由具有半径r2的圆rt近似。相应的半径r1或r2于是被分别认为是前缘31或后缘32的主曲率。半径r1、r2越小，则相应边缘31、32的曲率越强。前缘31的主曲率r1与后缘32的主曲率r2之间的优选比率使得后缘32的主曲率r2为前缘31的主曲率r1的至少1.5倍，优选为至少1.8倍。在图4或图6所示的实施例中，比率r2/r1近似为1.8。前缘31的主曲率的半径r1近似为140mm。

如在图3中能最清楚地看到地，叶身3绕主轴线m扭转。叶身3的该扭转可借助于叶身3的不同轮廓的脊线来描述。每个轮廓是在与基础平面4平行、即与主轴线m垂直的平面中对叶身3进行剖切的横截面。图7-9示出了在离基础平面4不同的距离d处取得的三个不同的轮廓。图7示出了在小于高度h的1%的距离d处非常靠近基础平面4的叶身3的轮廓。图8示出了在高度h的近似一半的距离d处的叶身3的轮廓，并且图9示出了靠近叶身顶端33在高度h的近似90%的距离d处的叶身3的轮廓。每个轮廓由第一边界线6和第二边界线7侧向地界定。

在图7中和在图8中，示出了相应轮廓的脊线5。脊线5是轮廓的中心线，其具有的每个点具有离边界线6、7相同的距离。如在图7中和在图8中所指示地，脊线5可通过使圆内接于轮廓来确定，每个圆接触第一和第二边界线6、7两者。脊线5于是通过连接这些圆的中心来获得。

如尤其通过比较图7与图8能看到地，脊线5随着离基础平面4的距离d增大而绕主轴线m逆时针转动，这证明了叶身3绕主轴线m扭转。

如同样在图7和图8中能看到地，脊线5不是直线而是弯曲的。至少对于一些轮廓而言，脊线5改变了其曲率的代数符号，即，脊线5包括具有正曲率的部分和具有负曲率的部分。

为了量化叶身3绕主轴线m的扭转，可考虑相应脊线5的平均方向。脊线5的平均方向意指脊线5主要在其上延伸的方向。平均方向可例如通过由直线近似相应的脊线5来确定。

图9示出了两个不同轮廓的脊线5的平均方向。图7所示的轮廓的脊线5的平均方向用k1指示，图9所示的轮廓的脊线5的主方向用k2指示。也就是说，主方向k1属于邻近座2的轮廓(图7)，并且主方向k2属于靠近叶身顶端33的轮廓。主方向k1和k2界定扭转角度α，以描述叶身绕主轴线m的扭转。扭转角度α被确定在基础平面4中，即，主方向k1和k2被投影在基础平面4上。

优选地，在靠近基础平面4的轮廓(图7)中的脊线的平均方向k1与在靠近叶身顶端33的轮廓中的脊线5的平均方向k2之间的扭转角度α至少为30°。在图9所示的叶片1的实施例中，扭转角度α近似为40°。

在与叶身3的主轴线m垂直的方向上观察，叶身3的压力侧34(例如，参见图2或图8)包括凸形和凹形区域。在围绕主轴线m的中间区域中，压力侧34是凸形的。朝着前缘31移动，压力侧34变成凹形的，并且从中间区域朝着后缘32移动，压力侧也变成凹形的，使得压力侧34的整体形状是凹形的，在中间具有凸形区域。至于吸入侧35，吸入侧35的主导曲率是凸形的。在前缘31与主轴线m之间的区域中，吸入侧35是凸形的。在主轴线m与后缘32之间的区域中，吸入侧34变成稍微凹形的，其中，“稍微”意味着吸入侧35的主导曲率保持凸形的。

优选地，叶片1的座2被设计成凸缘座，用于以可调整的方式将叶片1凸缘安装至叶轮50的轮毂51(参见图10)，即，叶片1相对于轮毂51的相对取向可调整。

参考示出了叶片1的底视图的图5，座2包括邻近盘形座2的周缘布置的多个（在此为四个）弧形长圆孔23。长圆孔23直径相对地成对定位。长圆孔23中的两个长圆孔位于叶身3的压力侧34的前面，并且长圆孔23中的两个长圆孔位于叶身3的吸入侧35的前面。每个长圆孔23可接纳螺钉8(参见图10)，用于将叶片1紧固至叶轮50的轮毂51。由于长圆孔23的弧形形状，所以相应叶片1相对于轮毂51的取向可调整。为了以期望的取向固定叶片1，座2的下表面22包括邻近盘形座2的周缘布置的多个盲孔24，其中，所有盲孔24离座2的下表面22的中心具有相同的距离。叶轮50的轮毂51包括用于每个叶片1的一个定位销(未示出)。在将叶片1安装至轮毂51时，定位销接合盲孔24中的一个盲孔，因而固定叶片1的期望取向。

图10示出了根据本发明的叶轮50的实施例的透视图。叶轮50包括轮毂51和凸缘安装至轮毂51并通过螺钉8紧固的三个相同的叶片1。三个叶片1中的每个叶片如在上文所说明地被设计。叶片1关于轮毂51的周边等间隔地布置。轮毂51包括具有与座2的下表面22基本上相同的形状和相同的尺寸的三个平面安装面52。在图10的图示中，三个安装面52被叶片1的座2覆盖。每个安装面52被布置成与叶轮50绕其旋转的轴线a平行。

取决于具体的应用，叶轮50的叶片1的数量可不同于三个。在根据本发明的叶轮的其他实施例中，叶轮例如可包括四个叶片。

如已在上文中参考示出了根据本发明的搅拌器100的实施例的图1所说明地，叶轮50被安装至搅拌器100的驱动轴60的一端。

图11以横截面视图示出了搅拌器100的驱动轴60的优选实施例。图11仅示出了驱动轴60的在安装凸缘80与叶轮50之间的部分。驱动轴60包括在轴线a的方向上延伸的内轴61和同轴地围绕内轴61并且在叶轮50与安装凸缘80之间延伸的套管62。邻近安装凸缘80，套管62连接至例如通过收缩配合相对于内轴61固定的另一套管。套管62以密封的方式连接至邻近安装凸缘80的套管并且以密封的方式连接至叶轮50，从而使得过程流体不能进入套管62。因而，套管62保护内轴61免受与过程流体的任何接触。这样的接触可引起内轴61的腐蚀或其他种类的劣化。用套管62保护内轴61具有的优点是，内轴61和套管62可用不同材料（通常是金属）制成，其中，仅套管62必须抵抗由过程流体引起的腐蚀或其他劣化。另一优点是，在套管62劣化的情况下，仅必须替换套管62，而内轴61仍然可使用。

当然，在其他实施例中，驱动轴60可被设计成没有套管62的裸轴。