一种轻密度颗粒搅拌设备实验装置及工业搅拌设备的制作方法

1.本实用新型涉及机械制造技术领域，更具体地说，涉及一种轻密度颗粒搅拌设备实验装置。本实用新型还涉及一种应用上述轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的工业搅拌设备。


背景技术：

2.固液体系搅拌设备广泛应用于高分子聚合、微生物发酵、矿石开采、污水处理、生物制药等工业生产领域。
3.大量文献和研究给出了密度比液相重的下沉颗粒实现离底悬浮或固液均匀悬浮的临界转速以及相应的放大准则。
4.对于轻密度颗粒在液体中分散，现有装置和相关技术文献集中于如下两种方式：开式搅拌、利用高转速上翻或下压式搅拌器，配合各类型挡板产生旋涡，将轻密度颗粒拉入液相；或是搅拌槽内不设挡板，搅拌系统偏心安装，通过高转速产生偏心旋涡，将轻密度颗粒拉入液相，利用不对称流场实现全槽内轴向循环。
5.但是，上述两种悬浮搅拌装置对转速的要求过高，颗粒粒径越小、固液体系中含固量越高、颗粒与液相的密度差越大，对搅拌系统的转速要求越高，甚至可达400r/min，对于大型工业用搅拌系统造价昂贵且难以维护；搅拌器与液位的距离直接影响轻密度颗粒在液相内的分散效果，无法适用变液位工况。
6.此外，如工业上遇到槽体底部放料的工艺过程，由于轻密度颗粒的特性，使得整个放料过程中均需要进行搅拌，直至搅拌器全部露出液面，故决定了搅拌系统为刚性轴。高转速下的刚性轴为避开临界转速，设计轴径大或在搅拌槽内设有中间轴承或底轴承，设备造价昂贵且难以维护，设备稳定性和使用寿命较低。
7.综上所述，如何研究推导轻密度颗粒均匀分散的搅拌设备的设备放大准则，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种轻密度颗粒搅拌设备实验装置，以通过多次实验推导轻密度颗粒在液体中均匀分散的设备放大准则。
9.此外，本实用新型还提供了一种应用上述轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的工业搅拌设备。
10.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
11.一种轻密度颗粒搅拌设备实验装置，包括透明槽体、套设于所述透明槽体内的导流筒、搅拌轴、驱动所述搅拌轴的变频电机、与所述变频电机连接的变频器以及若干个搅拌器，所述搅拌器沿所述搅拌轴的长度方向均匀分布，所述导流筒与所述透明槽体同轴设置；
12.所述导流筒的圆周面均匀设有若干个开槽宽度可调节、沿所述导流筒的轴线方向设置的导流槽，且所述导流槽的上沿高于所述透明槽体，所述导流筒的下沿高于距所述透
明槽体的底部最近的所述搅拌器。
13.优选的，所述导流槽的迎液面处设有引流板，所述引流板的下沿低于所述导流筒的下沿、高于所述透明槽体的底面。
14.优选的，所述引流板的一端与所述导流筒铰接，且所述引流板与所述导流筒之间设有锁紧件，以固定所述引流板与所述迎液面切线方向的夹角。
15.优选的，所述导流槽包括弧形导流板和设于所述导流筒圆周面的滑槽，所述弧形导流板滑动连接于所述滑槽内。
16.优选的，所述导流槽设有用于固定所述弧形导流板位置的紧固件。
17.优选的，所述导流槽为矩形槽。
18.优选的，所述搅拌轴外套设三层轴流式搅拌器。
19.优选的，所述透明槽体为有机玻璃槽。
20.一种工业搅拌设备，包括机架、立式釜体、搅拌轴、用于驱动所述搅拌轴转动的搅拌电机和用于密封所述立式釜体的轴封，所述搅拌电机连接于所述机架的上法兰，所述搅拌轴沿长度方向均与设有若干个搅拌器；
21.所述立式釜体与所述机架的下法兰连接，所述立式釜体内设有导流筒，所述导流筒的圆周面均匀设有若干个沿导流筒的轴线方向设置的导流槽，所述导流槽的上沿高于所述立式釜体的物料界面、下沿高于距所述立式釜体的底面最近的所述搅拌器；
22.所述导流筒、所述搅拌轴和所述立式釜体三者的轴线共线。
23.优选的，所述导流槽的迎液面设有引流板，所述引流板的下沿低于所述导流筒的下沿、高于所述立式釜体的底面。
24.本实用新型提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置工作时，变频器调节变频电机的输出转速，变频电机驱动搅拌器转动，迫使轻密度颗粒自导流筒上方下拉至槽体底部，运动至槽体底部后流体沿导流筒外壁与槽体内壁间的环缝向上流动，翻越导流筒的上沿或经导流槽重新回到导流筒内。
25.通过透明槽体，实验人员可实验观察导流筒直径d、搅拌器直径d、导流筒的安装高度(导流筒距槽体底面的高度)h、最下层搅拌器的离底距离l1、搅拌器的层间距l、导流槽开槽宽度w等变量在不同搅拌速度对不同含固量、液位条件的轻密度颗粒分散效果的影响，进而推导出轻密度颗粒在液体中均匀分散的设备放大准则。
26.由于导流筒的侧面设有导流槽，且导流槽的开槽高度覆盖了透明槽体的全部液位变化范围，当液面降低后，轻密度颗粒仍可通过导流槽回到导流筒内，使得流型不间断、达到强制循环的目的，因此本实用新型提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置可用于变液位条件下轻密度颗粒在液体中均匀分散条件的研究。
27.同时，导流槽的开槽宽度可调节，能够通过增加或减少开槽宽度调节进入导流筒内的流体流量，以适应不同的工况。例如，高含固量会增加轻密度颗粒在液相中的分散难度，使得轻密度颗粒更易集中于导流筒与透明槽体间的环缝内流速缓慢的区域、形成死区，增大开槽宽度可以让更多的轻密度颗粒进入导流筒，增加导流筒内颗粒的循环量，有利于轻密度颗粒在液相中均匀分散。
28.此外，本实用新型还提供了一种应用上述轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的工业搅拌设备。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型所提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置的具体实施例的结构示意图；
31.图2为图1中导流筒的结构示意图。
32.图1-图2中：
33.1为变频器、2为变频电机、3为联轴器、4为导流筒、41为导流槽、42为引流板、5为透明槽体、6为搅拌器、7为搅拌轴、d为导流筒直径、d为搅拌器直径、h为导流筒的安装高度、l1为最下层搅拌器的离底距离、l为搅拌器的层间距、w为导流槽开槽宽度。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
35.本实用新型的核心是提供一种轻密度颗粒搅拌设备实验装置，以通过多次实验推导轻密度颗粒在液体中均匀分散的设备放大准则。
36.此外，本实用新型还提供了一种应用上述轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的工业搅拌设备。
37.请参考图1-图2，图1为本实用新型所提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置的具体实施例的结构示意图；图2为图1中导流筒的结构示意图。
38.本实用新型提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置，包括透明槽体5、套设于透明槽体5内的导流筒4、搅拌轴7、驱动搅拌轴7的变频电机2、与变频电机2连接的变频器1以及若干个搅拌器6，搅拌器6沿搅拌轴7的长度方向均匀分布，导流筒4与透明槽体5同轴设置；导流筒4的圆周面均匀设有若干个开槽宽度可调节、沿导流筒4的轴线方向设置的导流槽41，且导流槽41的上沿高于透明槽体5，导流筒4的下沿高于距透明槽体5的底部最近的搅拌器6。
39.透明槽体5不仅用于安装搅拌系统以及导流筒4，还提供了实验人员观察轻密度颗粒在透明槽体5内分散效果的观察窗。
40.考虑到固液系统内的液体可能具有一定的化学腐蚀性，透明槽体5应当选择结构强度高、耐化学腐蚀且透光性能良好的材料制造。
41.优选的，透明槽体5为有机玻璃槽，有机玻璃的具体种类请根据实际实验对槽体材料的性能要求参考现有技术确定，在此不再赘述。
42.变频器1与变频电机2连接配合，以改变变频电机2的输出转速，进而改变搅拌器6的转速，完成不同转速条件下的轻密度颗粒均匀分散实验。变频器1和变频电机2的结构、尺寸、功率、位置以及连接方式等根据实际实验需要请参考现有确定，在此不再赘述。
43.搅拌轴7设置于透明槽体5的轴线上，搅拌轴7上设有若干个搅拌器6并通过联轴器3与变频电机2连接。由于存在空转，搅拌轴7设计为刚性轴，搅拌轴7的轴径根据实验中的测试转速范围确定，以免搅拌轴7在实验过程中达到临界转速。
44.搅拌器6沿搅拌轴7的长度方向均匀设置，搅拌器6的数量、种类以及功率等根据实验需要参考现有技术确定；搅拌器直径d、最下层搅拌器6的离底距离l1、搅拌器6的层间距l均属于轻密度颗粒均匀混合实验的变量，根据具体实验设计确定。
45.优选的，请参考图1，搅拌轴7外套设三层轴流式搅拌器。
46.导流筒4用于引导流体形成导流筒4内由上至下、导流筒4外壁与槽体内壁间由下至上的强制循环，迫使轻密度颗粒被拉入液相内并与之混合。
47.当液位下降时，由于导流筒4的上沿高于透明槽体5，流体存在无法翻越导流筒4上沿重回导流筒4内、破坏流型的情况。为了避免流型被破坏、影响轻密度颗粒的均匀分散效果，导流筒4的圆周面均匀设有若干个导流槽41，以便流体通过导流槽41回流至导流筒4内。
48.为使导流槽41可覆盖透明槽体5的全部液位范围，导流槽41的上沿高于透明槽体5。为了减小导流筒4的整体尺寸，导流筒4仅在上部和底部保留两条窄边以连接各导流槽41。
49.导流槽41可设置为任意几何形状，为了方便制造，优选的，导流槽41为矩形槽；导流槽41的数量根据实际实验需要确定，如图2所示，导流筒4上设有4个导流槽41。
50.导流槽41的开槽宽度可调节，优选的，导流槽41包括弧形导流板和设于导流筒4圆周面的滑槽，弧形导流板滑动连接于滑槽内。因此，通过调节弧形导流板的位置，可调节导流槽41的开槽宽度。
51.优选的，为了固定弧形导流板的位置，导流槽41上可以设有紧固件，紧固件具体可以包括紧固螺栓等常见的锁紧装置。
52.实验时，变频器1调节变频电机2的输出转速，变频电机2驱动搅拌器6转动，迫使轻密度颗粒自导流筒4上方下拉至槽体底部，运动至槽体底部后流体沿导流筒4外壁与槽体内壁间的环缝向上流动，翻越导流筒4的上沿或经导流槽41重新回到导流筒4内。
53.通过透明槽体5，实验人员可实验观察导流筒直径d、搅拌器直径d、导流筒4的安装高度(导流筒4距槽体底面的高度)h、最下层搅拌器6的离底距离l1、搅拌器6的层间距l、导流槽41开槽宽度w等变量在不同搅拌速度对不同含固量、液位条件的轻密度颗粒分散效果的影响，进而推导出轻密度颗粒在液体中均匀分散的设备放大准则。
54.在本实施例中，导流筒4的侧面设有导流槽41，且导流槽41的开槽高度覆盖了透明槽体5的全部液位变化范围，当液面降低后，轻密度颗粒仍可通过导流槽4回到导流筒4内，使得流型不间断、达到强制循环的目的。因此，本实施例提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置，可用于变液位条件下轻密度颗粒在液体中均匀分散条件的研究。
55.同时，导流槽41的开槽宽度w可调节，能够通过增加或减少开槽宽度调节进入导流筒4内的流体流量，以适应不同的工况。例如，高含固量会增加轻密度颗粒在液相中的分散难度，使得轻密度颗粒更易集中于导流筒4与透明槽体5的环缝内流速缓慢的区域、形成死区，增大开槽宽度可以让更多的轻密度颗粒进入导流筒4，增加导流筒4内颗粒的循环量，有利于轻密度颗粒在液相中均匀分散。
56.在上述实施例的基础上，导流槽41的迎液面处设有引流板42，引流板42的下沿低
于导流筒4的下沿、高于透明槽体5的底面，以减少轻密度颗粒随流体在导流筒4外打转的现象，以便更多的轻密度颗粒进入导流筒4、增加导流筒4内颗粒的循环量，有利于轻密度颗粒的均匀分散。
57.引流板42可以设置为平板，可以设置为弧形板或流线型导板等，引流板42的具体形状、材质和尺寸等根据实际实验需要确定，在此不再赘述。
58.引流板42延伸至槽体底部，但引流板42并未与透明槽体5的底面接触，有利于防止轻密度颗粒在槽体底部积料。
59.同时，当液位下降至导流筒4下沿时，导流筒4的强制下拉作用失效，此时引流板42可配合最下层搅拌器6完成轻密度颗粒的强制循环。
60.优选的，引流板42的一端与导流筒4铰接，且引流板42与导流筒4之间设有锁紧件，以固定引流板42与迎液面切线方向的夹角。锁紧件的具体结构、数量、材质和位置等参考现有技术，在此不再赘述。
61.在实验过程中通过控制变量方法改变引流板42与迎液面切线方向的夹角，可得到不同含固量、液位条件下轻密度颗粒的最佳引流板角度。
62.除了上述轻密度颗粒搅拌设备实验装置，本实用新型还提供一种应用上述实施例公开的轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的工业搅拌设备，该工业搅拌设备包括机架、立式釜体、搅拌轴、用于驱动搅拌轴转动的搅拌电机和用于密封立式釜体的轴封，搅拌电机连接于机架的上法兰，搅拌轴沿长度方向均与设有若干个搅拌器；立式釜体与机架的下法兰连接，立式釜体内设有导流筒，导流筒的圆周面均匀设有若干个沿导流筒的轴线方向设置的导流槽，导流槽的上沿高于立式釜体的物料界面、下沿高于距立式釜体的底面最近的搅拌器；导流筒、搅拌轴和立式釜体三者的轴线共线。
63.其中，立式釜体、导流筒、搅拌轴和搅拌器共同组成了工业搅拌设备的搅拌区；导流筒配合搅拌器，迫使轻密度颗粒形成液面上方-立式釜体底部-导流筒与立式釜体的环缝-导流筒上方或液面上方-立式釜体底部-导流筒与立式釜体的环缝-导流筒侧面导流槽的强制循环，以便轻密度颗粒在液相内均匀分散。
64.工作时，搅拌电机驱动搅拌轴带动各搅拌器转动，迫使轻密度颗粒自液面上方下拉至立式釜体的底部，轻密度颗粒运动至立式釜体的底部后流体沿导流筒外壁面与立式釜体的内壁面间的环缝向上流动，翻越导流筒的上沿或经导流槽重新回到导流筒内。
65.为了获取良好的分散效果，导流筒的直径、导流筒到釜底的距离、导流筒上导流槽的宽度，搅拌器的数量、直径、层间距以及最下层搅拌器到釜底的距离等根据轻密度颗粒搅拌设备实验装置获取的设备放大准则确定。
66.为了提高工业搅拌设备的稳定性，机架自上而下依次设有上法兰、轴承座和下法兰，搅拌电机的电机座与上法兰螺栓连接，立式釜体的上端面设有用于安装轴封的安装凸缘，安装凸缘与下法兰螺栓连接，搅拌轴自上而下依次通过轴承座和轴封伸入立式釜体内。
67.导流筒可以通过拉杆焊接于立式釜体的内壁面；也可以为可拆卸结构，例如，拉杆的一端与导流筒的外壁面螺栓连接或销钉连接，拉杆的另一端与立式釜体的内壁面连接，连接方式不限。
68.搅拌电机为工业搅拌设备的动力组件，其可以设置为变频电机，通过连接变频器来调节搅拌电机的转速，进而调整搅拌器的转速；也可以设置为非变频电机，当搅拌电机的
转速明显高于搅拌器的设计转速时，可通过减速机对搅拌电机进行降速。
69.优选的，可以设置导流槽的迎液面设有引流板，引流板的下沿低于导流筒的下沿、高于立式釜体的底面，以减少轻密度颗粒随流体在导流筒外打转的现象，使更多的轻密度颗粒进入导流筒、增加导流筒内颗粒的循环量，进一步促进轻密度颗粒的均匀分散。
70.在本实施例中，通过搅拌器和导流筒实现了轻密度颗粒的液面上方-立式釜体底部-导流筒与立式釜体的环缝-导流筒上方或液面上方-立式釜体底部-导流筒与立式釜体的环缝-导流筒侧面导流槽的强制循环，进而实现了轻密度颗粒在液相中的均匀分散。
71.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
72.以上对本实用新型所提供的轻密度颗粒搅拌设备实验装置及工业搅拌设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。