一种带有空化效应的高剪切机的制作方法

1.本发明涉及一种高剪切机。


背景技术：

2.高剪切机广泛应用于流体混合、化学催化等领域，而现有的高剪切机利用转子与定子在高速相对运动时产生的剪切、空化和机械撞击作用，达到粉碎、乳化的效果。但是其中剪切齿处产生剪切效应为主要作用，而空化效应较弱。此类高剪切机若用在固液流体均质混合领域时，利用剪切齿将大颗粒破碎，可以将颗粒破碎到100微米左右，但用于颗粒粒径在50微米以下的固液流体均质混合时，则固体颗粒破碎不明显，且均质效果差。


技术实现要素：

3.本发明是要解决现有的高剪切机对于颗粒粒径在50微米以下的固液流体均质效果差的技术问题，而提供一种带有空化效应的高剪切机。
4.本发明的带有空化效应的高剪切机由前盘1、叶轮2、中间环3、后盘4、电动机5组成；
5.其中前盘1为中间带有圆柱形腔体的圆盘结构，在圆柱形腔体端设置进液口1-1，在圆盘的外圆周区设置凸起的方形第一剪切齿1-2；第一剪切齿1-2与圆盘同心且呈圆周排列；
6.叶轮2为平面圆盘结构，在圆盘的左侧表面的外圆周区设置有凸起的方形第二剪切齿2-1，在圆盘的右侧表面的外圆周区设置有凸起的方形第三剪切齿2-2，第二剪切齿2-1和第三剪切齿2-2与圆盘同心且呈圆周排列；在剪切齿区围成的中部区域内设置导流孔2-3，在圆盘的中心位置设置有安装孔2-4；
7.后盘4为带有圆柱形腔体的圆盘结构，在圆盘的外圆周区设置凸起的方形第四剪切齿4-1；第四剪切齿4-1与圆盘同心且呈圆周排列；在圆柱形腔体的轴线位置设置有通孔4-2；
8.中间环3上设置出液口3-1；
9.电动机5的传动轴5-2通过后盘4的通孔4-2与叶轮2固定连接为一体；
10.中间环3夹在前盘1和后盘4之间，且前盘1、中间环3和后盘4与电动机5的机壳5-1固定连接为一体；前盘1的第一剪切齿1-2与叶轮2的第二剪切齿2-1配合，第一剪切齿1-2与第二剪切齿2-1的径向方向上的间隙为0.1mm～5mm；叶轮2的第三剪切齿2-2与后盘4的第四剪切齿4-1配合，第三剪切齿2-2与第四剪切齿4-1，径向方向上的间隙为0.1mm～5mm。
11.更进一步地，叶轮2的导流孔2-3个数为3～6个，且以叶轮2的轴线为中心均匀分布。
12.更进一步地，叶轮2的导流孔2-3的轴线与叶轮的轴线形成60
°
的角度，且叶轮2的导流孔2-3的轴线与叶轮的盘面形成30
°
的角度。
13.前盘1与叶轮2之前的腔体为前腔，叶轮2后侧与后盘4之间的腔体为后腔，导流孔
的设置使进入到前腔的浆液快速导流至后腔中，起到流体导流作用。
14.更进一步地，叶轮2上的第二剪切齿2-1的齿长度小于前盘1第一剪切齿1-2的长度。叶轮2上的第三剪切齿2-2的齿长度小于后盘4第四剪切齿4-1的齿长度。这种设置有利于增加浆液中颗粒从进口到出口的研磨路径和研磨时间，有利于提高乳化效率。
15.更进一步地，第一剪切齿1-2的圈数为3～5圈；
16.更进一步地，叶轮2的第二剪切齿2-1圈数为3～5圈；
17.更进一步地，叶轮2的第三剪切齿2-2的圈数为3～5圈；
18.更进一步地，后盘4的第四剪切齿4-1的圈数为3～5圈；
19.剪切齿的圈数越多，空化剪切的作用越好，有利于提高乳化效果。
20.本发明的带有空化效应的高剪切机的工作过程是：将待处理的混合流体经进液口1-1流入前盘1与叶轮2之间的前腔，在电动机5带动叶轮2高速旋转所产生的离心作用下，混合流体经叶轮2上导流孔2-3将部分混合流体导入叶轮2后侧与后盘4之间的后腔，在离心力作用下，混合流体在前盘1、叶轮2、后盘4的方形剪切齿形成的间隙向外侧流动，经中间环3上的出液口3-1流出。
21.本发明的带有空化效应的高剪切机的工作原理：高剪切机中，在前盘1、叶轮2和后盘4之间形成许多方形环状管道腔体，在叶轮的高速旋转下，叶轮凸起的方形齿状结构线速度达到27m/s以上时，在每个凸起经过方形环状管道腔时，叶轮上的方形齿状结构后端面将产生水力空化现象——形成气体区域，在气液界面处产生水力空化效应，将产生局部高温、高压冲击波和高速水射流，其中微点区域温度可达3000k以上，微点区域压强可达100mpa以上，微点水射流速度可达100m/s以上。混合流体在流经叶轮2、前盘1、后盘4形成的间隙时，由于在叶轮2的盘面、前盘1的盘面、后盘2的盘面和第一剪切齿1-2、第四剪切齿4-1之间形成多个矩形管状流道，叶轮上的第二剪切齿2-1和第三剪切齿2-2在矩形管状流道内高速运动，这时在叶轮上的剪切齿后端会形成空化区，混合流体在高温、高压冲击波、高速水射流、剪切效应作用下，发生碰撞、破碎、化学反应等一系列变化，实现混合流体均质、乳化等功能。
22.本发明的带有空化效应的高剪切机可用于多种液体的混合、均质和乳化，也可用于含固体颗粒的浆液的混合、均质和乳化。如液体的杀菌、快速均质、乳化、形成稳定的混合流体。由于水力空化效应的存在，其性能比现有的高剪切机或搅拌器达到的均质乳化效果好，形成的混合流体更加稳定，其粘度降低，具有更好的流动性。
23.本发明的带有空化效应的高剪切机，通过独特结构设计，在叶轮和前后盘之间的空隙中会产生空化效应，增加空化效应区域，将空化作用和高剪切作用融合在一起，提高乳化作用效果，将其用于颗粒粒径在50微米以下的液相均质混合时，固体颗粒进一步破碎至5微米左右，均质混合效果大大提高，也提高了混合流体的稳定性，更加不易沉淀。
24.本发明的带有空化效应的高剪切机可用于乳制品、饮料、制药、水煤浆、涂料等生物、化工领域。
附图说明
25.图1为本发明的带有空化效应的高剪切机的结构示意图；
26.图2为图1的a-a剖视图；
27.图3为叶轮2的立体结构示意图；
28.图4为后盘4的立体结构示意图；
29.图5为前盘1的立体结构示意图；
30.图6为中间环3的立体结构示意图。
具体实施方式
31.用下面的实施例验证本发明的有益效果。
32.实施例1：本实施例的带有空化效应的高剪切机由前盘1、叶轮2、中间环3、后盘4、电动机5组成；
33.其中前盘1为中间带有圆柱形腔体的圆盘结构，在圆柱形腔体端设置进液口1-1，在圆盘的外圆周区设置3圈凸起的方形第一剪切齿1-2；第一剪切齿1-2与圆盘同心且呈圆周排列；
34.叶轮2为平面圆盘结构，在圆盘的左侧表面的外圆周区设置有3圈凸起的方形第二剪切齿2-1，在圆盘的右侧表面的外圆周区设置有3圈凸起的方形第三剪切齿2-2，第二剪切齿2-1和第三剪切齿2-2与圆盘同心且呈圆周排列；在剪切齿区围成的中部区域内以叶轮2的轴线为中心均匀分布4个导流孔2-3，导流孔2-3的轴线与叶轮的轴线形成60
°
的角度，4个导流孔2-3的轴线与叶轮的轴线形成60
°
的角度，且叶轮2的导流孔2-3的轴线与叶轮的盘面形成30
°
的角度；在圆盘的中心位置设置有安装孔2-4；
35.后盘4为带有圆柱形腔体的圆盘结构，在圆盘的外圆周区设置3圈凸起的方形第四剪切齿4-1；第四剪切齿4-1与圆盘同心且呈圆周排列；在圆柱形腔体的轴线位置设置有通孔4-2；
36.中间环3上设置出液口3-1；
37.电动机5的传动轴5-2通过后盘4的通孔4-2与叶轮2固定连接为一体；
38.中间环3夹在前盘1和后盘4之间，且前盘1、中间环3和后盘4与电动机5的机壳5-1固定连接为一体；前盘1的第一剪切齿1-2与叶轮2的第二剪切齿2-1配合，第一剪切齿1-2与第二剪切齿2-1的径向方向上的间隙为0.8mm；叶轮2的第三剪切齿2-2与后盘4的第四剪切齿4-1配合，第三剪切齿2-2与第四剪切齿4-1，径向方向上的间隙为0.8mm。叶轮2上的第二剪切齿2-1的齿长度小于前盘1第一剪切齿1-2的长度；叶轮2上的第三剪切齿2-2的齿长度小于后盘4第四剪切齿4-1的齿长度。
39.利用实施例1的带有空化效应的高剪切机处理饮料，通过剪切进行均质乳化，同时在空化效应下，流体温度会升高，在温度和空化效应共同作用下，可以实现杀菌的效果，当流体温升至60℃时，对流体内大肠杆菌杀灭效果达到99％以上。它还可以用于处理乳制品、化工行业中液体均质混合等液-液流体。
40.利用实施例1的带有空化效应的高剪切机处理水煤浆，水煤浆中固体颗粒的粒径在50微米左右，通过剪切进行均质乳化，同时在空化效应下，流体颗粒会进一步破碎，处理后水煤浆中固体颗粒的粒径破碎至5微米左右，同时由于空化效应的作用，可以使固体颗粒表面及流体化学性质发生改变，均质混合效果大大提高，增加混合流体的稳定性。它还可以用于处理制药、涂料领域固-液流体。