静态混合装置和制造方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月8日提交的美国临时专利申请no.62/555,875的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

背景技术：

本发明整体涉及流体的混合，并且更具体地涉及用于流体混合的静止或静态混合装置以及制造静态混合单元的方法。

静态混合装置广泛用于各种应用中，以引起多组分混合物的共混或流化，以及促进流体流的化学反应、热传递和/或质量传递。一系列静态混合装置通常端对端地定位在多组分混合物或流体流流动通过的管道或其他导管内，其中相邻的静态混合装置围绕导管的纵向轴线以预选角度相对于彼此旋转。

一种流行类型的静态混合装置使用被布置成以预选角度彼此交叉并且还与导管的纵向轴线成角度定位的两个或多个叶片状交叉元件的栅格。每个栅格中的交叉元件间隔开与相交栅格的交叉元件的宽度相对应的距离，使得相交栅格的交叉元件在交叉点处彼此交错并且侧向接触。这些接触的交叉元件通常是必须保持在适当位置并且随后在交叉点处焊接在一起以将它们固定在一起的单独元件。

通过将各个接触的交叉元件焊接在一起来构造静态混合装置的相交栅格是耗时且劳动密集型的过程。此外，在诸如聚合物混合的应用中，其中静态混合装置经受高压降，在交叉元件的侧边缘处的这些焊缝经受高应力，该高应力可随时间推移导致焊缝的失效。美国专利no.5，435，061公开了一种通过使用金属铸造工艺来形成静态混合装置的部分或子组件来简化构造工艺的方法。然后将子组件接合在一起以形成静态混合装置。尽管在该工艺中减少了构造静态混合装置所需的焊接数量，但仍然需要一种构造静态混合装置的工艺，该工艺通过减少焊接数量来增加静态混合装置的强度，而且也不需要铸造子组件。

技术实现要素：

在一个方面，本发明涉及一种静态混合装置子组件，所述子组件包括：第一栅格，该第一栅格由间隔开且平行延伸的第一组偏流器叶片形成；间隔开且平行延伸的第二组偏流器叶片，该第二组偏流器叶片以预选角度与第二组偏流器叶片交错并交叉，该第一组偏流器叶片和该第二组偏流器叶片中交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片各自具有相对的端部和侧边缘，该侧边缘具有未切割部分和切割部分，该未切割部分沿偏流器叶片交叉的横向条接合交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片，该切割部分从未切割部分延伸到偏流器叶片的相对端部，第二栅格中的偏流器叶片各自具有弯曲部分，所述弯曲部分将偏流器叶片的位于未切割部分的相对侧的节段置于偏移平面中；第三栅格，该第三栅格由间隔开且平行延伸的第三组偏流器叶片形成；和间隔开且平行延伸的第四组偏流器叶片，该第四组偏流器叶片以预选角度与第三组偏流器叶片交错并交叉，该第三组偏流器叶片和该第四组偏流器叶片中交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片各自具有相对的端部和侧边缘，该侧边缘具有未切割部分和切割部分，该未切割部分沿偏流器叶片交叉的横向条接合交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片，该切割部分从未切割部分延伸到偏流器叶片的相对端部，第四栅格中的偏流器叶片各自具有弯曲部分，该弯曲部分将偏流器叶片的位于未切割部分的相对侧的节段置于偏移平面中。该第一组偏流器叶片中的偏流器叶片中的至少一些的端部中的一个是未切割的，并且沿反向弯曲部与第三组偏流器叶片中的偏流器叶片的端部中的未切割的端部互连，该反向弯曲部使第一栅格的偏流器叶片和第二栅格的偏流器叶片与第三栅格的偏流器叶片和第四栅格的偏流器叶片对准。

在另一方面，本发明涉及一种静态混合装置子组件，所述子组件包括：第一栅格，该第一栅格由间隔开的平行延伸的平面的第一组偏流器叶片形成；间隔开的平行延伸的平面的第二组偏流器叶片，该第二组偏流器叶片以在45度至135度范围内的夹角与第二组偏流器叶片交错并交叉，该第一组第二组和该第二组第二组中交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片各自具有相对的端部和线性侧边缘，该侧边缘具有未切割部分和切割部分，该未切割部分沿偏流器叶片交叉的横向条接合交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片，该切割部分从未切割部分延伸到偏流器叶片的相对端部，该第二栅格中的偏流器叶片各自具有弯曲部分，该弯曲部分将偏流器叶片的位于未切割部分的相对侧的节段置于偏移平面中；第三栅格，该第三栅格由间隔开的平行延伸的平面的第三组偏流器叶片形成；和间隔开的平行延伸的平面的第四组偏流器叶片，该第四组偏流器叶片以在45度至135度范围内的夹角与第三组偏流器叶片交错并交叉，该第三组偏流器叶片和该第四组偏流器叶片中交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片各自具有相对的端部和线性侧边缘，该侧边缘具有未切割部分和切割部分，该未切割部分沿偏流器叶片交叉的横向条接合交错的偏流器叶片中的相邻偏流器叶片，该切割部分从未切割部分延伸到偏流器叶片的相对端部，该第四栅格中的偏流器叶片各自具有弯曲部分，该弯曲部分将偏流器叶片的位于未切割部分的相对侧的节段置于彼此平行的偏移平面中。该第一组偏流器叶片中的偏流器叶片中的至少一些的端部中的一个端部是未切割的，并且沿反向弯曲部与第三组偏流器叶片中的偏流器叶片的端部中的未切割的端部互连，该反向弯曲部使第一栅格的偏流器叶片和第二栅格的偏流器叶片与第三栅格的偏流器叶片和第四栅格的偏流器叶片对准。该第二组偏流器叶片中的偏流器叶片中的每一个的端部中的一个端部与第四组中的偏流器叶片中的每一个的端部中的一个端部间隔开并且对准。该第一栅格、第二栅格、第三栅格和第四栅格具有被成形为适形于弯曲的纵向平面的至少一个侧面。

在另一方面，本发明涉及一种静态混合装置，该静态混合装置包括静态混合装置子组件，其中静态混合子组件中的一个静态混合子组件中的第一组偏流器叶片和第三组偏流器叶片中的偏流器叶片的互连的未切割端部被接合到静态混合子组件中相邻一个静态混合子组件的第二组偏流器叶片和第四组偏流器叶片中的偏流器叶片的所述间隔开且对准的端部。

在另一方面，本发明涉及一种制造静态混合装置的方法，包括以下步骤：切割并弯曲材料片以形成多个静态混合装置子组件；以及通过将相邻的静态混合子组件中的一个静态混合子组件中的第一组偏流器和第三组偏流器中的偏流器叶片的未切割端部接合到该相邻的静态混合子组件中的另一个静态混合子组件中的第二组偏流器叶片和第四组偏流器叶片中的偏流器叶片的间隔开且对准的端部，来将静态混合子组件的相邻静态混合子组件接合在一起。

附图说明

在形成本说明书的一部分并且在各个视图中使用类似的附图标号来指示类似的部件的附图中：

图1是根据本发明的实施方案构造的静态混合装置的侧透视图，并且以导管的局部部分示出；

图2是图1所示的静态混合装置和导管的侧视图；

图3是图1和图2所示的静态混合装置和导管的俯视平面图；

图4是静态混合装置的子组件的一个实施方案的侧透视图；

图5是从与图4所示的视图相对侧观察的静态混合装置的子组件的侧透视图；

图6是静态混合装置的两个子组件在接合在一起之前的端视图；

图6是静态混合装置的子组件的第二实施方案的侧面透视图，该子组件在偏流器叶片中包括孔；

图8是可用于形成静态混合装置的子组件的具有一系列折叠线和切割线的坯件的正视图；并且

图9是图8所示的坯件的透视图。

具体实施方式

现在更详细地转向附图，并且首先转向图1至图3，静态混合装置的一个实施方案通常由数字10表示并且被显示在圆柱形导管12内，当流体流穿过静态混合装置10时，流体流旨在流动通过该导管并混合在一起。静态混合装置10填充导管10的横截面。尽管仅示出了单个静态混合装置10，但多个静态混合装置10通常以端对端的关系定位在导管12内，其中相邻的静态混合装置10围绕导管12的纵向中心轴线相对于彼此旋转。

静态混合装置10包括相交的栅格14和16，这些相交的栅格由分别为间隔开且平行的偏流器叶片18和20的形式的交叉元件构成。栅格14和16以及各个偏流器叶片18和20以一个夹角彼此交叉，该夹角在一个实施方案中可在45度至135度的范围内，而在另一个实施方案中可在60度至120度的范围内。栅格14和16以及偏流器叶片18和20也相对于导管12的纵向中心轴线以一角度定位，该角度通常为夹角的一半。

每个栅格14中的偏流器叶片18与每个相关联的相交栅格16中的偏流器叶片16交错并且交叉。偏流器叶片18和20可呈矩形条的形式，不同的是最靠近导管12内表面定位的偏流器叶片18和20被成形为适形于导管12内表面的形状。偏流器叶片18可以是平面的，并且偏流器叶片20可具有通过弯曲部分20c定位在偏移平面中的两个平面部20a和20b。偏移平面可彼此平行。

每个栅格14内的偏流器叶片18具有相对的端部22和24以及相对的侧边缘26和28。每个栅格16内的偏流器叶片20同样具有相对的端部30和32以及相对的侧边缘34和36。偏流器叶片18和20的侧边缘26、28和34、36分别包括未切割部分，这些未切割部分沿偏流器叶片18和20彼此交叉的横向条38接合交错的偏流器叶片18和20中的相邻偏流器叶片。该横向条28在偏流器叶片18和20中的相邻偏流器叶片之间形成牢固的整体连接，该连接在每个栅格14和16的整个宽度上延伸并且消除了将偏流器叶片18和20中的各个叶片定位并且随后焊接或以其他方式接合在一起的需要。侧边缘26、28和34、36包括从未切割部分分别延伸到偏流器叶片18和20的相对端部22、24和30、32的切割部分。

将偏流器叶片20的节段20a、20b置于偏移平面中的弯曲部分20c可以是包括横向条38的s形弯曲部40的形式。如图3所示，s形弯曲部40相对于偏流器叶片18的纵向长度缩短了偏流器叶片20的纵向长度，从而在静态混合装置10的实心表面轴向投影中在相邻偏流器叶片18的端部30、32之间形成狭缝状的开口42。这些开口42和偏流器叶片20中的s形弯曲部40被认为有助于在流体流流动通过静态混合装置10时流体流的混合。

在每对相交栅格14和16中，每个偏流器叶片18的端部24是未切割的并且沿反向弯曲部44被接合到另一对相交栅格14和16中的一个偏流器叶片18的类似未切割端部22，该反向弯曲部使一对相交栅格14和16与另一对相交栅格14和16对准，以形成如图4和图5所示的静态混合装置子组件46。在另一个实施方案中，仅一些偏流器叶片18的端部24是未切割的并且沿反向弯曲部44被接合到另一对相交栅格14和16中的一个偏流器叶片18的类似未切割端部22，以形成静态混合装置子组件46。

偏流器叶片18的互连的未切割端部24和22形成牢固的整体连接，这消除了将各个偏流器叶片18的端部24和22定位并且随后焊接在一起的需要。每个偏流器叶片18被示出为具有一个切割端部22或24。在另一个实施方案中，切割端部22或24由未切割端部22或24替代，该未切割端部然后沿另一反向弯曲部44连接到另一对相交栅格14和16中的偏流器叶片18的未切割端部22或24，使得三对相交栅格14和16彼此对准。附加对的相交栅格14和16可以这种方式接合。

在静态混合装置子组件46的一个实施方案中，栅格16中的每个偏流器叶片20的端部32与相邻栅格16中的纵向对准的偏流器叶片20的端部30间隔开以形成间隙48。如图6所示，间隙48的尺寸可被设计成在另一静态混合装置子组件46的偏流器叶片18的未切割端部22、24处接纳至少一些反向弯曲部44，使得偏流器叶片20的端部32、30可被焊接或以其他方式固定到偏流器叶片18的未切割端部22、24上，以将两个静态混合装置子组件46接合在一起。附加的静态混合装置子组件46可这种方式接合在一起。

在一些实施方案中，如图7所示，一些或全部的偏流器叶片18和/或一些或全部的偏流器叶片20可包括允许部分流体流穿过偏流器叶片18和/或20以促进流体流混合的孔50。

现在转向图8和图9，示出了形成一个静态混合装置子组件46的以诸如金属或合金的平面材料片形式的坯件52。坯件52已被切割以形成偏流器叶片18的切割端部22、24和侧面26、28的切割部分，以及偏流器叶片20的切割端部30、32和侧面34、36的切割部分。待形成在偏流器叶片20中的s形弯曲部40和待形成在纵向相邻的偏流器叶片18的端部24和22之间的反向弯曲部44由虚线示出。在切割平面材料片以形成坯件52之后，然后通过在s形弯曲部40和反向弯曲部44的位置处的弯曲坯件52来形成静态混合装置子组件46。因为侧向相邻的偏流器叶片18和20在其侧面26、28和34、36的未切割部分处沿横向条38被整体地接合在一起，并且纵向相邻的偏流器叶片18在其未切割端部22、24处沿反向弯曲部44被整体地接合在一起，所以静态混合装置子组件46被形成为一体式元件，而不需要将单独的偏流器叶片焊接在一起。这导致了高强度的静态混合装置子组件46，与如果需要将偏流器叶片18和20焊接在一起的情况相比，可更快且更便宜地制造该子组件。类似地，静态混合装置10可用所需的最少焊接由静态混合装置子组件46快速组装。

从上述内容可看出，本发明非常适于实现上文阐述的所有目的和目标，并且具有结构所固有的其他优点。

应当理解，某些特征和子组合具备实用性并且可被采用，而无需参考其他特征和子组合。这是本发明所预期的并且在本发明的范围内。

由于多种可行实施方案在不脱离本发明的范围的情况下可根据本发明作出，因此应当理解，在本文中阐述或在附图中示出的所有内容均被理解为具有示例性而非限制性的意义。