一种刚柔复合混沌搅拌装置及方法

1.本发明涉及搅拌设备技术领域，特别是涉及一种刚柔复合混沌搅拌装置及方法。


背景技术：

2.搅拌是化工、食品、生物、制药等过程工业中典型的单元操作之一。搅拌设备被广泛应用于石油化工、化学制药、造纸、食品加工以及生物工程等领域，其中机械式搅拌槽由于操作稳定、接触面积大、传热传质效率高、操作稳定等优点，应用最为广泛。如今，随着不可再生能源的日益枯竭，过程强化的必要性已是共识，强化搅拌容器内流体的混合效果成为研究的重点。为此，人们一方面注重发展高效节能、性能可靠的流体搅拌技术，例如混沌搅拌，该技术被认为是低、中雷诺数时流体高效混合的唯一有效途径，尤其是变速搅拌、偏心搅拌、侧入式搅拌和往复式搅拌，几乎涉及搅拌的各个领域。另外，还着力开发新型搅拌桨以应用于不同的工业搅拌体系，例如螺旋弧叶桨式搅拌桨、柔性叶片桨、刚柔组合桨、“蝶型”桨、分形桨、柔性轴封桨等。作为搅拌设备的核心部件，搅拌桨提供搅拌过程中流体所需的能量和适宜的流动状态，对其进行结构、形状、柔软度的合理设计是实现流体高效和节能混合的重要途径。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种刚柔复合混沌搅拌装置及方法，旨在解决或改善大体积搅拌槽中物料混合不均匀，桨叶效率低、单位功耗高等技术问题，使槽内物料流动均匀，提高搅拌效率。
4.本发明公开了以下技术效果：
5.本发明提供一种刚柔复合混沌搅拌装置，包括用于和驱动装置连接的轴套，轴套外壁周向固定连接有若干个可充气的带空腔的软体桨叶；轴套和桨叶内安装有充气组件，通过充气组件给桨叶充气，改变气体流量从而调控桨叶的刚柔程度进而实现湍流达到混沌搅拌。
6.优选的，所述充气组件包括若干个横向气管和一个竖向气管，若干所述横向气管与所述竖向气管连通，所述竖向气管安装于轴套内，所述竖向气管远离所述横向气管的一端连通有外接气泵，所述横向气管固定安装于所述桨叶内，所述横向气管远离所述竖向气管的一端与所述桨叶的空腔连通。
7.优选的，所述轴套为圆柱形，柱体轴向开设有安装孔，所述安装孔侧壁开设有键槽，所述键槽沿所述轴套的轴向开设。
8.优选的，所述桨叶整体为扇叶形状，叶根水平方向扭转角度大于叶端水平方向扭转角度，叶根水平方向夹角范围为35
°
～45
°
。
9.优选的，所述桨叶叶端为圆角。
10.优选的，所述桨叶的材料为lcp(工业化液晶聚合物)或者pps(聚苯硫醚)塑料。
11.优选的，应用于所述的刚柔复合混沌搅拌装置，具体步骤如下：
12.步骤一：将充气组件与外接气泵连通；
13.步骤二：将桨叶放置于作业位置；
14.步骤三：通过气泵对充气组件充气改变所述桨叶内部气体流量，调控桨叶的刚柔程度,进而实现湍流达到混沌搅拌。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明装置的结构示意图；
17.图2为本发明的俯视图；
18.图3为本发明的正视局部剖视图；
19.图中：1-轴套，2-桨叶，3-气管，11-通孔，12-键槽，21-气管口，31-横向气管，32-竖向气管。
具体实施方式：
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.参照图1-3所示本发明提供一种刚柔复合混沌搅拌装置，包括用于和驱动装置连接的轴套1，轴套1外壁周向固定连接有若干个桨叶2；桨叶2为可充气的带空腔的软体的桨叶，轴套1和桨叶2内安装有充气组件。
23.在具体实施过程中，可根据搅拌对象的粘稠程度通过充气组件给桨叶2充气，改变气体流量从而调控桨叶的刚柔程度进而实现湍流达到混沌搅拌。
24.进一步优化方案，充气组件包括若干个横向气管31和一个竖向气管32，若干横向气管31与竖向气管32连通，竖向气管32安装于轴套1内，竖向气管32远离横向气管31的一端连通有外接气泵，横向气管31固定安装于桨叶2内，横向气管31远离竖向气管32的一端与桨叶2的空腔连通，实现外接气泵通过充气组件向桨叶空腔输送气体，通过调节气体流量来调控桨叶的刚柔程度，从而达到最佳搅拌效果。
25.进一步优化方案，轴套1为圆柱形，柱体轴向开设有安装孔11，安装孔11侧壁开设有键槽12，键槽12沿轴套1的轴向开设，用来连接外部驱动装置，实现装置驱动。
26.进一步优化方案，桨叶2整体为扇叶形状，桨叶2从叶根到叶端迎流面水平夹角呈螺旋等螺距渐变逐步减小，叶根水平方向扭转角度大于叶端水平方向扭转角度，叶根水平方向夹角范围为35
°
～45
°
。在转动过程中，径向排液方向从叶根到叶端，轴向根据桨叶2扭转角度不同,流向各有差异,总体是将物料向桨叶的下前方向推压，进而在整个搅拌槽(罐)
内形成湍流。桨叶2背流面的曲面,能够有效降低排液阻力，减小单位功耗,提升搅拌效果。同时桨叶的低剪切性,使受到液流冲击力减小，耐腐蚀性能、耐磨损性能提升，通过对桨叶2结构、形状，特别是其迎流面及背流面几何外形及参数进行优化设计，降低桨叶2功率准速np，从而提高桨叶2的搅拌性能，降低单位功耗，桨叶2从叶根到叶端迎流面水平夹角呈螺旋等螺距渐变,逐步减小，使得桨叶2从叶根到叶端搅拌强度相当，整槽物料混合效果相当。迎流面与背流面形成空心腔体结构，背流面呈翼型，使得在搅拌过程中，物料顺着桨叶2弧面流动，能有效的增强桨叶2的抗腐蚀、抗磨损能力，可广泛应用于强酸强碱等高腐蚀、高磨损介质的固液悬浮、反应混合、传质传热、结晶萃取等搅拌过程，是搅拌桨叶上的创新。
27.进一步优化方案，桨叶2叶端为圆角，使桨叶2线速度增加的同时所受阻力逐渐减小。
28.进一步优化方案，桨叶2的材料为lcp(工业化液晶聚合物)或者pps(聚苯硫醚)塑料，适应高温腐蚀等极端环境。通过对桨叶2结构、形状、材料，特别是其迎流面及背流面几何外形及参数进行优化设计，降低桨叶2功率准速np，从而提高桨叶2的搅拌性能，降低单位功耗，桨叶2从叶根到叶端迎流面水平夹角呈螺旋等螺距渐变,逐步减小，使得桨叶2从叶根到叶端搅拌强度相当，整槽物料混合效果相当。迎流面与背流面形成空心腔体结构，背流面呈翼型，使得在搅拌过程中，物料顺着桨叶2弧面流动，能有效的增强桨叶2的抗腐蚀、抗磨损能力，可广泛应用于强酸强碱等高腐蚀、高磨损介质的固液悬浮、反应混合、传质传热、结晶萃取等搅拌过程，是搅拌桨叶上的创新。
29.应用于本发明的刚柔复合混沌搅拌装置，具体步骤如下：
30.将轴套1通过键槽12、安装孔11与驱动装置连接，驱动装置可采用电机等具备旋转驱动的部件进行驱动。
31.步骤一：将充气组件的竖向气管32与外接气泵连通；
32.步骤二：将桨叶(2)放置于作业位置；
33.步骤三：通过气泵对充气组件充气改变所述桨叶2内部气体流量，调控桨叶2的刚柔程度,进而实现湍流达到混沌搅拌。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。