用于消化池混合器的螺旋桨的制作方法

1.本发明通常涉及用于混合包含固体物质的液体(例如污水，生物质浆料等)的混合器的领域。本发明涉及一种用于废水处理应用的混合器。而且，本发明特别涉及用于消化池(即沼气应用)的混合器的领域。这些混合器属于潜水齿轮混合器的领域，即具有缓慢旋转螺旋桨(50
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150rpm)的混合器，其中，混合器布置成局部或全部降低到液体/浆料中。
2.本发明涉及一种用于这种混合器的螺旋桨，其中，该螺旋桨包括轮毂和至少两个叶片。单个叶片包括推力侧表面、吸力侧表面、与轮毂固定连接的内边缘、位于离轮毂一定距离处的外边缘、从内边缘延伸至外边缘的前边缘以及从内边缘延伸至外边缘的后边缘，其中，对于各叶片，有外部几何平面，该外部几何平面平行于螺旋桨的中心轴线，垂直于螺旋桨的半径，并与前边缘和后边缘相交，且包括在外边缘和前边缘之间的交点以及在外边缘和后边缘之间的交点中的至少一个，还有内部几何平面，该内部几何平面与外部几何平面平行，并与轮毂相切，还有在外部几何平面和内部几何平面之间并与它们垂直的径向距离。本发明还涉及一种用于消化池的混合器。


背景技术：

3.通常，消化池混合器包括由塑料制造的螺旋桨。在沼气应用中生物质浆料的粘性性质需要混合器(即螺旋桨)传送升高的推力，以便在消化池中产生合适的混合和产生合适的整体流动。增加推力的一种直接方法是增加混合器的操作速度和/或增加螺旋桨的尺寸/直径。因此，具有大直径的螺旋桨将很有利，不过，螺旋桨的直径受到用于将混合器引入池中的池开口的尺寸的限制。迄今为止，沼气应用具有用于混合器的螺旋桨的极度磨蚀环境，即非常磨损的情况，增加操作速度将加速螺旋桨的磨损，且增加螺旋桨直径将使得功率消耗增加至无法接受的水平。在螺旋桨的中等操作速度和有限直径下，混合器的螺旋桨已经受到相当大的磨损，需要定期更换，有时每年更换两次或更多。
4.用于消化池混合器的螺旋桨的最常见设计使用平且长的叶片，该叶片倾斜大约45度，并从螺旋桨轮毂沿径向方向延伸，以便在低操作速度下满足推力要求。
5.发明目的
6.本发明的目标是消除先前已知螺旋桨的上述缺点和缺陷，并提供一种用于消化池混合器的改进螺旋桨。本发明的主要目的是提供一种初始定义类型的改进螺旋桨，其中，使用有限直径的螺旋桨来产生足够高的推力，且并不增加功率消耗。


技术实现要素：

7.根据本发明，至少主要目的通过具有独立权利要求中确定的特征的、初始定义类型的螺旋桨来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中进一步确定。
8.根据本发明，提供了一种初始定义类型的螺旋桨，其特征在于，在位于外部几何平面和内部几何平面之间并与它们平行的各中间几何平面处，叶片有：弧形横截面，该弧形横截面在前边缘和后边缘之间延伸并在推力侧凹入；以及弦，该弦在前边缘和后边缘之间延
伸，其中，在沿整个径向距离截取的各中间几何平面中，在弦和螺旋桨的径向平面之间的角度等于或大于25度且等于或小于45度，且在沿整个径向距离截取的各中间几何平面中，在弦和推力侧表面之间的弧高度(ah)与弦的长度(c)之间的比率(ah:c)等于或大于0.08且等于或小于0.15。根据本发明，还提供了一种包括这种螺旋桨的混合器。
9.因此，本发明基于发明人的见解，即为了补偿螺旋桨的减小直径，只有通过使弧形叶片提供有沿/在叶片整个径向延伸范围上的弦角度和弧高度
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弦比率的最佳组合，才能在低操作速度下达到所需的推力水平。
10.根据本发明的优选实施例，在沿整个径向距离截取的各中间几何平面中，弧高度等于或大于30毫米且等于或小于70毫米。这意味着叶片的凹形形状沿/在叶片的整个径向延伸范围上相当大且不同。
11.根据本发明的优选实施例，在沿整个径向距离截取的各中间几何平面中，在弦和螺旋桨的径向平面之间的角度等于或大于29度且等于或小于45度。这意味着叶片的倾斜度(pitch)沿/在叶片的整个径向延伸范围上相当大且不同。
12.根据本发明的优选实施例，在沿整个径向距离截取的各中间几何平面中，弦的长度等于或大于280毫米且等于或小于475毫米。这意味着叶片沿圆周方向的延伸范围沿/在叶片的整个径向延伸范围上相当大且不同。
13.通过其它从属权利要求以及通过下面对优选实施例的详细说明，将清楚本发明的其它优点和特征。
附图说明
14.通过下面结合附图对优选实施例的详细说明，将更完全地理解本发明的上述和其它特征和优点，附图中：
15.图1是与消化池混合器连接的本发明螺旋桨沿径向方向看的侧视图；
16.图2是本发明螺旋桨从推力侧看(即在图1中从上面看)的侧视图；
17.图3是本发明螺旋桨的侧视图，公开了叶片在内部几何平面处的横截面；
18.图4是螺旋桨的侧视图，公开了叶片在外部几何平面处的横截面；以及
19.图5是螺旋桨的侧视图，公开了叶片在一个随机中间几何平面处的横截面。
具体实施方式
20.本发明通常涉及用于混合包含固体物质的液体(例如污水，生物质浆料等)的混合器的领域。因此，概括地说，废水/污水处理混合器，特别是消化池混合器或沼气混合器。
21.首先参考图1，图1公开了混合器1的前部部分，该混合器1设置成在消化池中使用。混合器1的部件通常通过该混合器1周围的液体/水来冷却。因此，混合器1设计和设置成能够在浸没构造/位置中操作，即在操作过程中完全位于液体表面的下面。不过，应当知道，潜水搅拌器1在操作过程中并不必须完全位于液体表面的下面，而是可以持续或偶尔地局部位于液体表面的上面。
22.混合器1包括：液体密封的混合器壳体/本体2，该混合器壳体/本体2容纳电马达和传动装置；螺旋桨轴3，该螺旋桨轴3从传动装置伸出；以及螺旋桨，总体以4表示，该螺旋桨与螺旋桨轴3的前端可拆卸地连接。螺旋桨轴3也称为驱动轴。因此，螺旋桨4通过传动装置
和螺旋桨轴3而由电马达驱动旋转。在混合器1的操作过程中，螺旋桨4缓慢旋转，即混合器的操作速度优选是在50
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150rpm的范围内。螺旋桨4和螺旋桨轴3具有公共中心轴线a。电马达通过从电源延伸的电力电缆来供电，且搅拌器1包括接收电力电缆的液密引线。
23.下面还参考图2。螺旋桨4包括轮毂5和至少两个叶片6。轮毂5优选是至少在叶片6附接在轮毂5上的区域中为球形基本形状。叶片6预成形，然后附接/焊接在轮毂5上。螺旋桨4由金属制造，优选是不锈钢，且各叶片6由金属板制造，即在叶片6的整个延伸范围上具有均匀厚度。在附图中公开的优选实施例中，螺旋桨4包括三个叶片6，且如图2中公开，叶片6优选是当沿轴向方向看时在近端区域中彼此重叠。轮毂5优选是空心，即有外壳和内部结构，该内部结构设置成与螺旋桨轴3配合。
24.各叶片6包括推力侧表面7和吸力侧表面8。因此，叶片6包括：内边缘9，该内边缘9与轮毂5固定连接；外边缘10，该外边缘10位于离轮毂5一定距离处，即外边缘10的至少一部分位于螺旋桨4的外径/周边处；前边缘11，该前边缘11从内边缘9(轮毂5)延伸至外边缘10；以及后边缘12，该后边缘12从内边缘9(轮毂5)延伸至外边缘10。因此，在操作过程中，螺旋桨4将沿图2中逆时针方向旋转，且液体浆料将沿图1中向上方向流动。螺旋桨4的叶片6的本发明形状将使得液体浆料改变方向和加速。优选是，整个外边缘10位于螺旋桨4的外径处。在外边缘10与前边缘11和后边缘12之间的交点中的至少一个位于螺旋桨4的外径/周边处。所述交点优选是圆形的。根据公开的实施例，螺旋桨4的外径等于或小于1350毫米，优选是等于或小于1300毫米，并且最优选是等于或小于1250毫米。优选是，内边缘9为s形。
25.下面还参考图3和4。对于各叶片6，有在图2和4中公开的外部几何平面op(横截面)以及在图2和3中公开的内部几何平面ip(横截面)。
26.外部几何平面op平行于螺旋桨4的中心轴线a，并垂直于螺旋桨4的半径r，且与叶片6的前边缘11和后边缘12相交。螺旋桨4的半径r源自于螺旋桨4的中心轴线a。而且，外部几何平面op包括在外边缘10和前边缘11之间的交点以及在外边缘10和后边缘12之间的交点中的至少一个。优选是，外部几何平面op包括分别在外边缘10与前边缘11和后边缘12之间的两个交点。
27.内部几何平面ip平行于外部几何平面op，并与轮毂5相切。在外部几何平面op和内部几何平面ip之间有垂直于外部几何平面op和内部几何平面ip截取的径向距离x。沿径向方向看时，叶片6的内边缘9整个位于内部几何平面ip的内侧，即更靠近螺旋桨4的中心线a。
28.下面还参考图5。外部几何平面op和内部几何平面ip以及位于外部几何平面op和内部几何平面ip之间并与它们平行的各中间几何平面y有在前边缘11和后边缘12之间延伸的弧形横截面，该弧形横截面在推力侧凹入，并有在前边缘11和后边缘12之间延伸的几何弦13。
29.对于本发明来说重要的是，在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，在弦13和螺旋桨4的径向平面之间的夹角α等于或大于25度且等于或小于45度，同时，在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，在弦13和推力侧表面7之间的弧高度ah与弦的长度c之间的比率(即ah:c)等于或大于0.08且等于或小于0.15。角度α和比率ah:c的这种组合为最佳，以便不超过预定的功率水平，同时达到所需的推力水平。
30.应当指出，弦13通过使用直尺等抵靠后边缘12和前边缘11来提供。弦的长度c等于在两个抵靠点之间的距离，弧高度ah是在弦13(即直尺)和推力侧表面7之间(垂直于弦13测
得)的最大距离。
31.根据优选实施例，在沿整个径向距离x的至少80％的连续范围截取的各中间几何平面y中，比率ah:c等于或大于0.10。根据优选实施例，在沿整个径向距离x的至少60％的连续范围截取的各中间几何平面y中，比率ah:c等于或大于0.12。优选是，所述范围并不包括内部几何平面ip。优选是，所述范围包括外部几何平面op。
32.在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，弧高度ah等于或大于30毫米且等于或小于70毫米。优选是，在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，弧高度ah等于或大于35毫米且等于或小于65毫米。弧高度ah和比率ah:c的所得组合为最佳，以便不超过预定的功率水平，同时达到所需的推力水平。
33.根据优选实施例，在沿整个径向距离x的至少70％的连续范围截取的各中间几何平面y中，弧高度ah等于或大于45毫米且等于或小于70毫米，其中，所述范围至少不包括内部几何平面ip和外部几何平面op。优选是，所述范围在内部几何平面ip和外部几何平面op之间居中。
34.根据优选实施例，在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，在弦13与螺旋桨4的径向平面之间的角度α等于或大于29度且等于或小于45度。优选是，在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，角度α等于或小于40度。
35.根据优选实施例，在沿整个径向距离x的至少70％的连续范围截取的各中间几何平面y中，在弦13与螺旋桨4的径向平面之间的角度α等于或大于35度且等于或小于45度，其中所述范围至少不包括内部几何平面ip和外部几何平面op。优选是，在沿整个径向距离x的至少70％的连续范围截取的各中间几何平面y中，角度α等于或小于40度，其中，所述范围至少不包括内部几何平面ip和外部几何平面op。优选是，所述范围在内部几何平面ip和外部几何平面op之间居中。
36.优选是，在沿整个径向距离x的至少95％的连续范围截取的各中间几何平面y中，在弦13和螺旋桨4的径向平面之间的角度α等于或大于30度且等于或小于45度，所述范围包括内部几何平面ip。
37.在沿整个径向距离x截取的各中间几何平面y中，弦的长度c等于或大于280毫米且等于或小于475毫米。弦长c和比率ah:c的所得组合为最佳，以便不超过预定的功率水平，同时达到所需的推力水平。
38.优选是，在沿整个径向距离x的至少70％的连续范围截取的各中间几何平面y中，弦的长度c等于或大于380毫米且等于或小于475毫米，其中，所述范围至少不包括内部几何平面ip和外部几何平面op。优选是，所述范围在内部几何平面ip和外部几何平面op之间居中。
39.沿螺旋桨4的轴向方向在前边缘11上的两个点之间的最大投影距离等于或大于180毫米，优选是等于或大于190毫米。另外，所述距离小于210毫米。沿螺旋桨4的轴向方向在后边缘12上的两个点之间的最大投影距离等于或大于190毫米，优选是等于或大于200毫米。另外，所述距离小于220毫米。沿螺旋桨的轴向方向的最大投影距离等于在根据图1的侧视图中测量的竖直距离。
40.沿螺旋桨4的轴向方向在包括内边缘9和后边缘12之间交点的径向平面以及包括外边缘10和后边缘12之间交点的径向平面之间的距离大于145毫米，优选是大于150毫米。
另外，所述距离小于160毫米。沿螺旋桨4的轴向方向的距离等于在根据图1的侧视图中测量的竖直距离。
41.螺旋桨4的叶片6至少局部双弯曲，即具有螺旋桨6沿两个相互交叉的方向弯曲的位置，如图4中所示。
42.发明的可行变化形式
43.本发明并不仅仅局限于上面所述和附图中所示的实施例，这些实施例主要有示例说明的目的。本专利申请将覆盖这里所述的优选实施例的所有调节和变化，因此本发明由附加权利要求的措辞及等同物来确定。因此，该设备可以在附加权利要求的范围内以各种方式来改变。
44.还应当指出，关于/涉及术语例如上面、下面、上部、下部等的所有信息应当解释/读取为具有根据附图定向的设备，附图定向为使得能够正确参考。因此，这些术语只表示在所示实施例中的相互关系，当本发明的设备设置有另外的结构/设计时，可以改变这些关系。
45.还应当指出，即使没有明确说明，来自特殊实施例的特征可以与来自另一实施例的特征组合，当组合可能时，该组合应当认为是显而易见的。
46.在整个本说明书和随后的权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”以及变化形式将理解为暗示包括所述的整数或步骤或者整数或步骤的组，但并不排除任何其它的整数或步骤或者整数或步骤的组。