多轮毂可拆式叶片搅拌器的制作方法

专利名称:多轮毂可拆式叶片搅拌器的制作方法
本发明涉及可拆式叶片搅拌器，特别是在腐蚀性环境中使用的有玻璃涂层的搅拌器，该搅拌器尤其能在有限的空间内装配和拆卸，并能通过尺寸有限的进口或出口伸进到有限空间中或从中抽出。
可拆式叶片搅拌器是公知的并已在现有技术中有所描述，比如美国专利2，311，339和3，494，708号中描述的搅拌器。简单地说，可拆式叶片搅拌器包括一根驱动轴和一个可拆卸的叶轮。叶轮包括一个用于与驱动轴连接的轮毂以及两个或多个从轮毂向外伸出的叶片。暴露在容器所盛介质中的组件的整个外表面都涂有一层玻璃涂层以抵抗腐蚀、防止粘附现象和磨损，所说的组件包括驱动轴、轮毂和叶片。这种可拆式叶片搅拌器用于在容器中搅拌混和各种腐蚀性、粘附性、磨损性或易造成污染的成分，例如酸类、聚合物、药品，染料及类似的物品。
这些搅拌器在封闭式容器中使用特别有价值，因为容器不需象通常的那样设较大的开口以便取出或放入搅拌器。在这一方面，可拆卸的叶轮部分可通过较小的入孔放到压力容器中，并在容器中与驱动轴装配在一起。
可拆式叶片搅拌器既适用于封闭式容器也适用于敞口式容器，因为在更换损坏的叶轮或变换不同尺寸或形状的叶轮时，无需从容器中取出整个搅拌器(即驱动轴和叶轮)，或驱动轴从动力装置和密封件上拆卸下来。
上面引述的先有技术中可拆式叶片搅拌器的第一个特点是驱动轴和搅拌部分的连接须是液密的，无填密片的，且此连接件比较复杂，所以造价昂贵，驱动轴的扭矩就是通过该连接件传递到叶轮的叶片上的。
在可拆式叶片搅拌器的连接处使用填密片是公知的，所使用的填密片必须由钽或其它稀有金属或碳氟化合物制造，以此来抵抗填密片所接触的环境中强烈的腐蚀性。填密片的另一个缺点是它似不断地受热和冷却，最终造成泄漏。一般漏泄的填密片可通过再固紧而达到密封，但是对于可拆式叶片搅拌器来说，这样做比较困难，而且常常泄漏现象不易察觉，直至泄漏渗透到组件的内部时才被注意到，由于组件的内部没有玻璃涂层，其金属基体很容易遭受损害。
因此，人们对这种可拆式叶片搅拌器进行了改进，如美国专利4，221，488号中所描述的，该专利中的装置完全省去了填密片或其它构件，提出了这样一种可拆式叶片搅拌器，即叶轮与驱动轴的连接是玻璃与玻璃的无填密片的连接，此种连接的强度足以将驱动轴的扭矩传递到搅拌器叶片上，而无需使用销子或键。因此，即使发生了泄漏现象，腐蚀性液体渗透进连接头时不会造成任何损害，因为与腐蚀性液体接触的所有表面都涂有一层玻璃或搪瓷。
美国专利4，221，488的可拆式叶片搅拌器包括一根一端封闭的空心轴，该轴的整个外表面都有一层抗腐蚀的涂层，诸如玻璃或搪瓷涂层。可拆卸的叶轮包括一个轮毂，该轮毂的中间有一个贯穿孔，叶片从轮毂上向外伸出。可拆卸轮毂的整个外表面，并且包括贯穿孔的内表面，都有一层抗腐蚀的玻璃或搪瓷涂层。
孔的内直径和用于接收叶轮的轴的外直径都被加工成每英吋直径的过盈配合公差在0.00025到0.00075英吋之间。过盈配合的装配最好通过下述步骤完成对轴的端部进行过冷处理，使其直径缩小，从而可将轴的端部插入轮毂的孔中。如果需设置三个或更多的叶片，叶轮的数量就多于一个，每个叶轮的轮毂上可以有一个或多个叶片。
熟悉本发明技术领域：
的人们认为，过盈配合安装在轴上的轮毂，其孔在加工、打磨和珩磨时有一个公差范围，而当在一根轴上安装多个轮毂时，在最后珩磨轮毂的孔时必须非常小心，以保证两个轮毂孔的尺寸完全相同。观察证明，当轮毂相互紧贴在一起时这一点尤其重要。出现这种看法的原因是，在过盈配合中，轴外径的上限会被安装在它上面的轮毂的孔的最小内径所限定。因此，如果在轴上再附加一个轮毂，而其孔的内径又稍大，则该轮毂的安装就比较松弛，并且在相同扭矩情况下，具有较小内径孔的轮毂所能承受的扭矩，该轮毂却不能承受。
对于这一问题，有一种可能的解决方案，它适用于空心或管状轴。这一解决方案提出将轴的管壁做得比较薄，以使得管壁具有足够的柔性而能呈现出“缩颈”现象，即在管轴上的、凡压缩力的大小与轮毂内孔最小直径处施加于轴上的压力不相同的各点上，由于是过盈配合，其轴的直径自然会呈现出稍有增加。不管怎样，由于轴管表面涂有一层玻璃这一事实，这个可能的解决方案早已被放弃了，如人们所知，因为玻璃是很脆的，所以在这里“缩颈”现象是一个不利因素，因为它会造成玻璃破裂，使腐蚀性介质侵蚀金属基体。
然而，从商业角度考虑，为获得有玻璃涂层的为轮毂搅拌器而大批量制造孔径完全一致的轮毂在经济上是不可行的。因此，有必要发展这样一个系统，在该系统中轮毂孔的珩磨具有适用于大批量生产的公差范围，还能确保在一根轴上过盈配合安装多个轮毂，并且轴和轮毂都带有玻璃涂层，而且玻璃涂层在装配后不会破裂，每一轮毂的过盈配合安装都很恰当，能确保所要求的扭矩承受值。市场对于备件的要求是，当只须更换一个轮毂时，使用者可以只更换一个轮毂和叶片组件，而无需购买一套这样的组件。
人们意外地发现，适用于大批量生产的有玻璃涂层的搅拌器轮毂的孔径珩磨公差范围为0.0004英吋，此时可利用过盈配合把多个轮毂安装在一根空心轴上，空心管状轴由稳定化处理冶炼的钢制造，玻璃涂层是一定等级的高硅玻璃。此外，还发现，通过把安装在一起的多个轮毂的临界面相互压紧，可进一步增强在传递扭矩时防止打滑的能力，此压紧力一直保持，直到包括由过盈配合而安装在一起的驱动轴和搅拌器叶片组件在内的搅拌器组件的温度都相等时才消失。
下面通过说明书、附图和权项的说明，对本发明的这些及其它特征进行更充分地公开和描述。
图1是一根空心管状轴和两个搅拌器叶片组件的轮毂配合端的分解正视图，其中局部剖去。
图2是把一根空心管状轴与两个搅拌器叶片组件的轮毂安装在一起的配合端的透视图，其中局部剖去。
图3是表示另一种空心管状轴与两个搅拌器叶片组件分解开时的透视图，其中搅拌器叶片组件包括三个后倾弯曲的搅拌叶片。
图4a是一张表示两个搅拌器叶片组件的一种可选择安排的透视图，其中总共包括四个垂直的叶轮式搅拌叶片。
图4b是一张表示两个搅拌器叶片组件的一种可选择安排的透视图，其中总共包括四个倾斜的叶轮式搅拌叶片。
图4c是一张表示两个搅拌器叶片组件的一种可选择安排的透视图，其中总共包括三个叶轮式薄金属片搅拌叶片。
图5a是一张表示两个搅拌器叶片组件的一种可选择安排的平面图，其中总共包括四个叶轮式薄金属片搅拌叶片。
图5b是一搅拌器组件的正视图，其中在一根驱动轴上安装了四个如图5所示的搅拌器叶片组件。
参看图1，它表示了空心管状驱动轴15的一部分11。图1所示的驱动轴15的这一特殊部分11是与其它组件配合安装的位置，在此处与其它组件结合起来形成如图5b所示的搅拌器组件13，图1中，部分11有一封闭端17，该封闭端通过诸如焊接一个与空心管尺寸相应的顶盖或端头而形成，所说的空心管形成驱动轴15。
在本发明中，驱动15的部分11以及驱动轴与工作环境接触的其它部分的外表面上都有玻璃涂层，玻璃通过公知的一般方法熔结在驱动轴上。因为本发明中所使用的玻璃的成分非常重要，发明人发现并不是所有的金属都适于用来制造驱动轴15。特别发现符合ASTM-A-519的无缝钢管能满足本发明的要求，如所属技术领域：
的人们所理解的那样，以选用低碳钢为佳。特别是AISI1000系列等级的钢，尤其是AISI1015等级的钢最佳。各种成分的镇静钢也是可选用的，如果用于制造驱动轴的钢的化学成分不能准确符合上述钢的要求，发明人发现玻璃涂层就不能牢固地粘结或熔结在钢的表面上以抵抗使用本发明装置时在钢本身上产生的应力，也不能形成没有微孔的涤层。
正如本发明所属技术领域：
的人们所熟知的那样，人们一直认为必须对这种大批量生产的钢管的内外表面都进行加工，把外表面加工成一清洁的表面，以使玻璃能最佳地粘结在上面。内表面的加工是为了确保它与外表面同心，因为这种大批量生产的钢管的厚度变化值高达10%，甚至更高。特别是，如熟悉本发明技术领域：
的人们所公知的，由于钢管的厚度不一，当所处环境的温度变化时，钢管的膨胀力和收缩力之差与管壁的厚度差别成正比，从而会加速靠近管壁厚度变化点处的玻璃涂层的局部破裂。
在本发明中，令人惊奇的是，对用于制造驱动轴15的钢管的厚度是否均匀并无特别的限制。人们发现，本发明应用这种大批量生产的具有固有公差的钢管是允许的，无需对钢管内部进行任何加工，钢管也能保持上述的特性。
驱动轴15上玻璃涂层厚度的要求是很严格的，但人们并不完全知道是为什么，然而，发明人发现，为确保消除玻璃破裂的现象，适用于过盈配合安装的驱动轴上的玻璃涂层厚度必须在0.039英吋到0.0460英吋范围内，最好在0.0402英吋到0.0450英吋范围内。发明人还发现，在本发明中，必须把驱动轴部分11外部的玻璃涂层用诸如打磨或珩磨加工到±0.0004英吋的公差范围内，最好在±0.0002英吋的公差范围内。
再参看图1，图中示出的两个轮毂19和21的壁厚较驱动轴15的管壁厚度为大。这一特征是必要的，它可以保证在搅拌器组件13装配后，由其内部应力引起的大部分挠曲发生在与轮毂19和21接触的驱动轴部分11上，而不是轮毂19和21上。发明人发现，在本发明中，如果所用轮毂的壁厚等于或小于驱动轴部分11的壁厚，则易导致玻璃涂层破裂。
轮毂19和21各包括有玻璃涂层的孔23和25。虽然用于制造轮毂19和21的金属的成分不一定要与驱动轴15相同，但它们应具有大至相同的膨胀和收缩系数。换句话说，例如，可以用任何级别的低碳钢或低合金钢制造轮毂19和21只要它们的膨胀系数和收缩系数与上述制造驱动轴15的钢材相同。但这并不是说制造轮毂19和21的钢材的膨胀系数和收缩系数必须与制造驱动轴15的钢材完全相同，而只需在本技术领域：
人员认为相同的范围内即可。但是，用于制造轮毂19和21的钢材的钢号应是相同的。当用钢材制造轮毂时，为了使玻璃涂层能粘附在轮毂上，所用的钢材应是钛稳定化钢，其中钛的含量大约是碳含量的4倍，而碳的含量应在所属本技术领域：
的人们所熟知的低碳钢的含量范围内。
孔23和25的高度(或长度)应保证孔23和25与相配合的驱动轴部分11之间具有足够的接触面积。发明人发现，孔的标称高度与驱动轴的标称直径的最小设计比值应是1∶1.75。例如，直径为3 1/2 英吋的驱动轴只应该与具有高度不小于2英吋孔的轮毂装配在一起，以此来达到所认为是最理想的抗扭转滑动水准，例如直径为3 1/2 英吋的驱动轴15的最小许可抗滑扭矩是15，000英磅·英吋(其中包括一定数值的保险系数)。
再参看图1，连接在轮毂19和21上并径向向外伸出的是搅拌叶片27。图3、图4a-c和图5a中示出了几种不同的形状和不同排列的搅拌叶片，然而，应当认清的是，其它未在附图中个别示出的搅拌叶片的形状和排列都应包括在本发明的范围内。搅拌叶片27与轮毂19或21组合在一起形成一个搅拌叶片组件29，图5a和5b中示出的一对组件是最好说明。
每个搅拌叶片组件29的所有表面上都有玻璃涂层，其成分与涂在驱动轴15上的玻璃成分相同。特别要指出的是，发明人还发现，在本发明范围内，把轮毂孔23和25表面上的玻璃涂层的厚度限制在0.0400英吋到0.0456英吋之间，最好限制在0.0412英吋到0.445英吋的范围内是很重要的。发明人还发现，如果轮毂孔23和25的玻璃涂层的厚度超出上述的范围，则这些涂层就会产生局部破裂或使涂层产生疏松。
参看图2，图中示出了一个根据本发明由过盈配合安装在驱动轴15的部分11上的两轮毂19和21的组件。
两个轮毂19和21安装到驱动轴上的方式与美国专利4，221，488号中所述的方式大致相同，然而，本发明增设了下述装配措施，即把两轮毂19和21安装到位并且当搅拌器组件13的所有构件都达到相同的温度时，让两论毂19和21的毗邻面31和33相互贴在一起，因此不会由于驱动轴的温度达到常温时，轴的增长导致这一面接触脱离。发明人由此发现，轮毂19和21的毗邻面31和33之间的这种相互贴紧，对于各单个搅拌叶片组件29在运行时的抗扭转滑动的能力起了很大的作用。若施加压力使毗邻的面31和33的玻璃表面相互压紧，则这一抗扭转滑动的能力还会提高。把搅拌叶片组件29安装到驱动轴部分11上之前，通过机械或液压夹持方式把轮毂19和21的毗邻面31和33压贴到一起。而且，在这种情况下，当组件装配好并且组件各部分都达到相同的温度后才释放所施加的压紧力。因此，驱动轴部分11与轮毂19和21各自孔23和25之间的过盈配合利用本身抗扭转滑动的作用，首先，一方面可保持轮毂19和21的毗邻面31和33之间的接触，以此在它们之间产生摩擦力，进一步提高各搅拌叶片组件29之间的抗扭转滑动能力，其次，另一方面可保持在轮毂19和21的毗邻面31和33上相互施加压紧力，以增强各搅拌叶片组件29之间的抗扭转滑动能力。应当注意，上述的内容并不只限于把两个搅拌叶片组件29相互贴靠在一起，正如所属本技术领域：
的人们所熟知的那样，本发明还适用于在一根驱动轴上，安装两个或多个，比如3个、4个、5个或更多个搅拌叶片组件，使它们的毗邻面相互接触。
至于轮毂19和21与驱动轴部分的过盈配合可参照美国专利第4，221，488号中所述内容。但是，轮毂19和21各自孔的玻璃涂层的公差可在±0.0002英吋范围内变化，即总共可有0.0004英吋的公差，经珩磨后，玻璃涂层不会出现局部破裂现象。轮毂19和21各自相适配的毗邻面31和33与轮毂孔的垂直度公差应在±0.0010范围内，其总的公差范围是0.0020时效果最好，另外，相适配的毗邻面的光洁度以不小于10-20RMS为佳。
做为本发明上述构件涂层的玻璃属于高硅玻璃，其成分中含有60%以上的SiO2，并且至少还有十种附加氧化物。这种适用于钢的玻璃涂层材料，可购买罗切斯特(Rochester)的普福奥得尔(Pfandler)公司的产品，该产品在纽约市场的商标为GLASTEEL或NUCERITE。这种玻璃的应用方法是所属技术领域：
的人员所熟知的。
参看图5b，图中示出的搅拌器组件13有包括分成两对的四个搅拌叶片组件29。在本发明的思想范围内，既可以去掉一对也可以再附加一对这样的搅拌叶片组件。驱动轴15的上端，如图5b所示，装有一个联轴节35，它用于把搅拌器组件13连接到一个旋转驱动机构上去(图未示)。联轴节35还具有在容器中(图未示)悬挂搅拌器组件13的作用。
虽然本发明在上面进行了一定详细程度的描述，但是应当理解的是，本公开内容只是以本发明的最佳实施方案为例而做的，本发明的范围应由权利要求
所限定。
权利要求
1.一个搅拌器组件的特征包括1)一个一端封闭的空心管状驱动轴，轴的外表面涂有玻璃涂层，所说的驱动轴上部分的玻璃涂层经过抛光加工使其公差为±0.0004英吋，并在此加工的部分上至少安装一个搅拌叶片组件；2)至少两个外表面涂有玻璃涂层的搅拌叶片组件以过盈配合安装在所说驱动轴的经抛光加工的部分上，所说至少两个搅拌叶片组件的临界面相互接触，所说的每一搅拌叶片组件包括i)一个有一内孔的轮毂，该内孔相对于要安装在一起的直径为1 3/4 英吋的驱动轴，其高度不小于1英吋，所说的内孔有经抛光加工的、厚度范围在0.0400英吋到0.0456英吋的玻璃涂层，对于所说搅拌器组件中的任何搅拌叶片组件之间，其涂有玻璃涂层的轮毂内孔在相互之间直径上的尺寸差别不大于±0.0002英吋；ii)从所说轮毂上径向伸出至少一个叶片；iii)所说轮毂的每一个与其它轮毂相接触的面，相对于所说内孔轴线的垂直度公差在±0.0010英吋范围内；iv)其中所说每一轮毂的壁厚都大于所说空心管状驱动轴的壁厚度；3)其中所说驱动轴是由稳定化处理的金属制成的，所说的所有轮毂是由同一型号的金属制成的，驱动轴和每一轮毂的膨胀系数和收缩系数相同；4)其中所说的玻璃涂层由玻璃材料构成，材料中至少含有60%的SiO2和至少十种附加的氧化物。
2.根据权利要求
1要求的发明，其特征为所说轮毂的相互贴合或接触的面之间有相互作用的压紧力。
3.根据权利要求
1要求的发明，其特征为所说空心管状驱动轴的内表面没有经过加工。
4.根据权利要求
1要求的发明，其特征为用于制造所说空心管状驱动轴是低碳钢的，而且所说的钢是镇静钢。
5.根据权利要求
1要求的发明，其特征为用于制造所说空心管状驱动轴的钢是从AISI系列1000中选出的。它们均属于低碳钢的范畴。
6.根据权利要求
4要求的发明，其特征为搅拌叶片组件的每一个轮毂都由稳定化处理钢制成，钢中钛的含量是碳含量的四倍，而碳含量又在低碳钢的范围内，所有的轮毂都由相同钢号的钢制成。
7.根据权利要求
4要求的发明，其特征为所说的空心管状驱动轴由无缝钢管制成，而其厚度公差的变化范围应在±10%之内。
8.根据权利要求
1要求的发明，其特征为所说轮毂内孔表面上的玻璃涂层的厚度在0.0412英吋到0.0445英吋范围内。
9.根据权利要求
1要求的发明，其特征为用于制造所说空心管状驱动轴的钢是AISI1015等级的钢。
10.根据权利要求
5要求的发明，其特征为搅拌叶片组件的每一个轮毂都由稳定化处理钢制成，钢中钛的含量是碳含量的四倍，而碳含量又在低碳钢的范围内，所有的轮毂都由相同钢号的钢制成。
11.根据权利要求
5要求的发明，其特征为所说的空心管状驱动轴由无缝钢管制成，而其厚度公差的变化范围应在±10%内。
12.根据权利要求
9要求的发明，其特征为搅拌叶片组件的每一个轮毂都由稳定化处理的钢制成，钢中钛的含量是碳含量的四倍，而碳含量又是在低碳钢的含量范围内，所有的轮毂都由相同钢号钢制成。
13.根据权利要求
9要求的发明，其特征为所说的空心管状驱动轴由无缝钢管制成，而其厚度公差的变化范围应在±10%内。
专利摘要
本发明涉及一种搅拌器组件，它包括一个一端封闭的空心管状驱动轴，轴的外表面涂有玻璃涂层，所说的驱动轴部分上的玻璃涂层经过抛光加工，使其公差为±0.0004吋，并在此加工的部分上至少安装一个搅拌叶片组件；至少两个外表面涂有玻璃涂层的搅拌叶片组件以过盈配合安装在所说驱动轴的经抛光加工的部分上，所说至少两个搅拌叶片组件的临界面相互接触。
文档编号B01F7/16GK86100649SQ86100649
公开日1986年7月23日 申请日期1986年1月25日
发明者富兰克林·J·艾默里斯 申请人:肯纳科特公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan