CN106573209B - 转子以及搅拌设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转子，该转子包括一系列成形转子叶片，该一系列成形转子叶片的周向截面形成标准NACA四位数字翼型。所述转子可以***在搅拌设备中，该搅拌设备还包括定子，成形定子叶片位于所述定子的内表面上，所述成形定子叶片的周向截面形成标准NACA四位数字翼型。
Description
描述
本发明涉及可用于搅拌设备中的转子。本发明还涉及一种搅拌设备，该搅拌设备可以在包括单相或多相流体混合操作的许多程序中使用。
在本专利申请中，本文中包含的所有操作条件必须被认为是优选的条件，即使这没有被具体陈述。
为了本文的目的，术语“包括(comprise)”或“包含(include)”也包括术语“在于(consist in)”或“基本上由...组成”。
为了本文的目的，除非另有说明，间隔的定义总是包括极端值。
在本专利申请中，多相流体是指包含至少两个相并且优选三个相的流体。多相流体是例如包含液相和气相、或液相和固相的流体，或者是包含液相、气相和固相的流体。
在混合流体领域，有多种根据所处理的流体的特征和混合目的而开发的技术方案。
对于在湍流状态(Re>10000)下工作的通常在0.1cP和10cP之间的低粘度流体，例如水溶液和/或轻烃，从根本上有三种类型的叶轮(impellers)传统上被使用一直到二十世纪中叶：具有竖直叶片的涡轮、具有倾斜叶片的涡轮和船用螺旋桨。这些类型的叶轮分别产生径向流、混合流或轴向流。其通常安装在配备有3个或4个竖直挡板的立式圆柱形罐内，该3个或4个竖直挡板从外外部主体的侧壁向内径向延伸。关于引用构型和吸收功率方面的特性，值得借鉴J.H.Rushton在“Power Characteristics of Mixing Impellers”第II部分，J.H.Rushton,E.W.Costich和H.J.Everett，Chem.Eng.Prog.，第46卷，编号9(1950年)，467页-476页中所作的工作，该文献描述了具有竖直叶片的涡轮，该涡轮通常表示为“Rushton涡轮”。
仍然针对具有0.1cP和10cP之间的粘度的流体，被称为“水翼”的一系列叶轮从1980年起开始发展，该一系列叶轮产生基本轴向的流并且该一系列叶轮通常使用金属片成形、弯曲和扭曲工艺而不是锻造/熔化来产生，如对于船舶螺旋桨而言通常发生的。此外，因而获得在毂上以及从而在轴上通过螺栓或键组装叶片的可能性允许叶片穿过适当的检修孔(还用于大型叶轮)容易地引入到罐中(叶片穿过适当的检修孔容易地引入到罐中对于通常由单一零件制成的船用螺旋桨来说是一个限制)。所述叶轮在工业中广泛使用，用于混合单相或多相流体、用于使固体悬浮以及分散气体。所介绍的基本概念在于，通过根据叶轮的局部半径，即局部切向速度改变倾斜度和曲率而将翼型应用到叶片。
透露“水翼”叶轮的最初专利中的一个是美国专利4,468,130，目前根据该专利Lightnin制造了商业叶轮A310。“水翼”叶轮的变型已经在专利US 5,052,892、US 5,297,938、US 5,595,475、US 5,297,938和WO 2010/059572中提出。
“水翼”叶轮的变型已经发展成具有较宽的叶片，这种具有较宽叶片的“水翼”叶轮通常在包含于10cP和1000cP之间的粘度的流体存在的情况下或在气体存在的情况下使用，诸如在专利US 4,896,971、US 5,762,417和US 5,326,226中所描述的那些。
以有效分散液体中的气体为目的，代替竖直叶片而采用凹形叶片的Rushton涡轮的一些改进变型得到发展。属于此范畴的第一涡轮是被称为史密斯涡轮的涡轮，该涡轮配备有半圆形叶片。该涡轮的随后的一些变型申请了专利，如在专利US 4,779,990、US 5,198,156、EP 0880993、US 5,904,423、US 0,199,321、WO 2009/082676中描述的，其中叶片的特征在于其是凹形的并且随着半圆形、抛物线形、非对称形以及倾斜的形状而日益演变。相对于Rushton涡轮，所有这些变型具有主要的创新和有利的特点在于能够有效分散所引入的气体并且即使在高的气体供给流动速率的下保持对***的高功率输入。
用于低粘度流体的叶轮能够有效且高效地混合湍流状态下的流体，但特征在于流体中所产生的湍流、速度梯度和应力的分布是不均匀的。更确切地说，其特征在于，其在邻近叶轮处具有高湍流水平的区域和远离叶轮的相对平静的一个或多个区域。对于多数流体而言，这通常不是问题，这种混合***在工业中得到广泛使用。然而，这种***如果广泛或局部应用到具有高粘度的***则会使其混合能力大幅降低。
对于在过渡状态(Re在10至10000范围内)下工作的具有100cP以上粘度的流体，具有双流体推力方向的叶轮得到了发展，该具有双流体推力方向的叶轮对具有倾斜叶片或水翼的现有涡轮进行了修改，将具有反向倾斜的延伸部添加到叶片的外端部。相对于前面提到的叶轮，所述叶轮通常具有较高的直径，虽然其不会够到罐的壁。在US 6,796,707和US4,090,696中描述的叶轮属于这种类型，两者均安装有传统的竖直叶片。
专利US 3,709,664公开了具有旋转轴的旋转搅拌器，水平且平坦的叶片组连接到旋转轴，以相对于旋转轴线的不同的倾斜度彼此等距且沿着旋转轴线径向向外延伸。所描述的叶片不具有反向点。彼此等距地固定到外部主体的内表面的是一组静止的、水平且平坦的反向叶片，该组静止的、水平且平坦的反向叶片从外部主体的内表面朝向旋转轴线径向延伸。所述反向叶片组相对于旋转轴线倾斜并且布置成如同***有叶片组一样。反向叶片不具有反向点。该技术的主要限制在于这样的装置不能产生有效混合的事实，这是因为其不能在轴向方向上产生明显的泵送作用。因此，该技术特别地限制于混合多相流体的事件中，例如水和重质固体(heavy solids)的混合物。
专利US 4,136,972描述了一种混合装置，该混合装置包括定子、旋转轴、第一组叶片和第二组叶片以及具有矩形截面的反向叶片。每个叶片都固定到旋转轴并且朝向容器的壁径向延伸；每个反向叶片都固定到容器的壁并且朝向旋转轴径向延伸。叶片和反向叶片彼此***。每个叶片和反向叶片包括两个相邻的部分，该两个相邻的部分在它们的中点处相对于另一个倾斜。两个相邻部分的倾斜度允许获得邻近轴向上轴向泵送和邻近外部主体的壁向下轴向泵送；然而，具有恒定角度的叶片的倾斜度以及反向点的位置导致在装置自身的效率方面的限制。
专利US 4,650,343公开了一种使用具有下列特性的混合器来混合颗粒材料或使颗粒材料脱水的方法。该混合器包括容器和与容器的轴线一致的旋转轴线。有向外径向延伸的多个叶片固定到旋转轴。这些叶片可以在内部产生向下的推力并且在外部产生向上的推力，反之亦然。叶片具有双节距，允许推力逆向为确定的旋转方向。叶片具有成恒定角度的倾斜度。确切地，该倾斜度以及反向点的位置决定了在装置自身的效率方面的限制。
对于在层流(Re<10)下工作的具有通常在10000cP以上的高粘度的流体，具有的直径接近于罐(叶轮安装在该罐中)的直径的叶轮得到了开发。锚、螺杆以及单原理或多原理条带属于这一范畴。
这些叶轮可以有效且高效地混合在层流状态下的流体。其特征在于速度梯度和应力是相当均匀的。然而，赋予流体的速度通常是非常适中的，并且不会产生湍流。这可以使存在的固体失去悬浮的能力并且可以降低任何气体的分散能力。此外，这种***如果广泛或局部应用到具有低粘度的***则会使其混合能力大幅降低。
对于具有通常在100000cP以上的极高粘度的流体，典型地熔融聚合物和混合物，在工业中通常使用各种类型的挤压机或混合器，诸如例如在US 5,147,135、US 5,823,674、US 5,121,992、US 5,934,801、US 4,889,431、US 4,824,257、US 0,183,253、US 4,826,324、US 4,650,338、US 4,775,243以及类似专利中所描述的那些。其为大体上水平的机器、配备有一个或多个可旋转的轴、配备有螺杆或局部混合所供给流体的多个臂和各种形状的反向臂。机器内的流动大体上是单向的并且与轴共轴。
在现有技术中，使用开发的并且广泛应用于涡轮机械的技术诸如压缩机、涡轮和泵的混合***还不为人所熟知。这样的机器配备有多个转子和定子，转子和定子均配备有具有可变流体动态轮廓的一组叶片，具有可变流体动态轮廓的该组叶片允许将由机器提供的机械能转变成压力能(压缩机和泵)或反之亦然(涡轮)。
存在一些流体，其流变特性取决于其经历的运动场。特别地，对于一些流体，如果该流体经受高的速度梯度则粘度是低的，并且如果该流体是静止的(非牛顿流体)则粘度是高的。类似的性能可在存在有固体的流体中注意到，特别是如果固体是粘性的话，这可能导致结块或凝胶化，由此造成输运性能的局部增加。此外，在经受聚结和破裂的分散相(液体、气体或固体)的事件中，湍流、速度梯度和应力的水平在分散相尺寸分布上起到基础性作用。
对于所有这些类型的流体，搅动水平的局部减小(例如，在具有低流动的平静区域中)可导致粘度的局部增加，并且因此减小层流状态的通路；出于这些原因，针对湍流开发的叶轮不是很有效。在另一方面，如果流体被足够均匀地搅拌，则粘度是低的，出于这些原因，针对层流开发的叶轮不是很有效。最后，即使是针对中间流开发的双推力方向的叶轮也是不足够有效的，并且配备有多个转子和水平挡板的***不是很有效。
本申请提出了一种可以在搅拌设备中使用的新转子，该转子能够克服现有技术的所有临界性，允许有效且高效地混合所获得的单相和多相流体并且确保高水平的混合和均匀性。
因此，本发明涉及一种转子，该转子包括旋转轴、一系列成形转子叶片，该一系列成形转子叶片沿着旋转轴的长度的全部或一部分布置，所述叶片平行于与旋转轴线正交的平面延伸；所述一系列成形转子叶片包含成形转子叶片的至少一个层级；每个层级包含关于所述旋转轴等距间隔开的至少两个成形转子叶片；所述成形转子叶片借助于其端部中的一个连接到旋转轴；所述成形转子叶片特征在于：
a)成形转子叶片包括对流体的推力的至少一个反向点(6)，所述反向点将所述成形转子叶片分成至少两个元件(4和5)，该至少两个元件(4和5)相对于彼此径向地延伸，使得每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
b)每个元件的周向截面形成示出为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，其中：
i.参数m、p和t沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化，
ii.连接所述轮廓的前缘与后缘的翼弦长度c沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化，
iii.翼弦具有相对于旋转轴线的正交平面的倾角α，该倾角α沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化。
本发明还涉及一种搅拌设备，该搅拌设备包括：
-本文所描述和所要求保护的转子，其具有改进的特征，该转子具有搅拌单相或多相流体而赋予运动的功能，和
-定子，其包括外部主体和布置在所述主体的内侧表面的全部或一部分上的一系列成形定子叶片；所述一系列成形定子叶片包含成形定子叶片的至少一个层级；每个层级包含在角方向上等距间隔开的至少两个成形定子叶片；成形定子叶片通过其端部中的一个固定到所述外部主体的内侧表面，所述定子具有将所述转子产生的运动转变成主要轴向流动的功能。
在本文中，周向截面是指根据具有平行于旋转轴线的母线和同心于旋转轴线本身的圆形准线的正圆柱形表面的截面。
在本专利申请中，旋转轴线与旋转轴的轴线一致。
根据本专利申请的转子在涉及具有大于0.1cP，优选地包含在0.1cP和1000cP之间的粘度的单相流体或多相流体的应用中是特别有利的，并且特别地在涉及非牛顿流体的应用中是特别有利的。
对于针对湍流状态开发的技术现状中已知的搅拌设备，本发明可以确保显著的广泛均匀的湍流、速度梯度和应力，从而减小局部峰值并且最小化平静区域。
对于针对层流状态开发的现有技术的搅拌设备，根据本发明的***可以赋予流体明显更高的速度和湍流。
对于针对过渡状态开发的现有技术的旋转搅拌设备，本发明在其混合和均匀化方面的能力更有效且高效。
对于在工业中广泛使用的涡轮机械(例如，如压缩机、涡轮和轴流泵)，本发明不用于移动流体或从其中所包含的压力能获取机械能，而是用于对流体施加多方向推力而不是单方向推力，有助于且促进流体的再循环和局部混合，这使用机械能来获得混合。
本发明的另外的目的和优点根据以下仅通过非限制示例给出的描述和附图将变得更清楚。
图1图示了根据本发明的搅拌设备的特定实施方案。
图2图示了根据本发明的转子的特定实施方案。
图3图示了根据本发明的成形转子叶片的特定实施方案，其中可以看到由反向点(6)分开的两个元件(4)和(5)。在图3中，如可以通过阅读文字更好地理解的，周向截面(8)、(9)、(10)和(11)是成形转子叶片(3)的每个元件(4和5)的周向截面中的一些。
图4图示了根据本发明的成形定子叶片的实施方案，其中可以看到由反向点(19)分开的两个元件(20)和(26)。在图4中，如可以通过阅读文字更好地理解的，周向截面(27)、(30)、(17)和(18)是成形定子叶片(16)的每个元件(20和26)的周向截面中的一些。
图5描述了由成形转子叶片或成形定子叶片的周向截面形成的标准NACA四位数字翼型的一些可能的实施方案：所述翼型用曲线轮廓(21)构成，用连续分段轮廓(24)构成，以及用包括曲线区段和分段的组合的连续轮廓(23)构成，β是由两个连续的分段形成的角度。
图6图示了NACA翼型，其中指示出了翼弦、中线和半厚度。
图7图示了成形转子叶片和成形定子叶片之间的间隙。
详细描述
参考图1至图7来描述本发明。图2图示了转子(1)，该转子(1)包括旋转轴(2)、一系列成形转子叶片(3)，该一系列成形转子叶片(3)沿着旋转轴的长度的全部或一部分布置，所述叶片平行于与旋转轴正交的平面延伸；所述一系列成形转子叶片包含成形转子叶片的至少一个层级(28)；成形转子叶片(3)的每个层级(28)包含关于所述轴等距间隔开的至少两个成形转子叶片；所述成形转子叶片借助于其端部中的一个连接到旋转轴；所述成形转子叶片特征在于：
a)成形转子叶片包括对流体的推力的至少一个反向点(图3中的(6))，该至少一个反向点将所述成形转子叶片分成至少两个元件((4)和(5))，该至少两个元件((4)和(5))相对于彼此径向地延伸，使得每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
b)每个元件的周向截面形成示出为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，其中：
i.参数m、p和t沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化，
ii.连接所述轮廓的前缘与后缘的翼弦长度c沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化，
iii.翼弦具有相对于旋转轴线的正交平面的倾角α，该倾角α沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化。
现在参考图6以详细描述根据本发明的标准NACA四位数字翼型。
为了下面更好地描述，表示为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型由中线yc(x)和半厚度yt(x)(垂直于中线)，中线和半厚度是沿着翼弦的位置x的函数。变量x、yc和yt表示为翼弦的长度的分数，因此它们是无量纲的；特别地x在0和1之间变化。
中线和半厚度通过这些方程式来定义：
图6中图示的NACA翼型的上轮廓和下轮廓分别通过坐标(xU,yU)和(xL,yL)给出，坐标(xU,yU)和(xL,yL)表示为翼弦的长度的分数并且因此是无量纲的；所述坐标因而被定义为：
xU＝x-ytsinθ,yU＝yc+ytcosθ
xL＝x+ytsinθ,yL＝yc-ytcosθ
其中
所使用的NACA翼型的参数和含义是：
-m，最大弯度，曲线yc(x)的最大值(无量纲，翼弦的长度的分数)，
-p，沿着翼弦的最大弯度的位置(无量纲，翼弦的长度的分数)，
-t，最大厚度(无量纲，翼弦的长度的分数)，
-α，翼弦相对于水平线倾斜的角度。
通常在航空领域中，出现在四位数字NACA代码中的数位与定义翼型的参数相联系：
第1位数字：参数m，以百分之几表示，
第2位数字：参数p，以十分之几表示,
第3位数字和第4位数字：参数t，以百分之几表示。
应强调，对标准NACA四位数字翼型加以定义的所使用的尺寸(xU、yU、xL、yL、m、p、t)表示为翼弦的长度的分数并且因此是无量纲的。下面，翼弦的长度用c表示，并且定义为转子的直径D的分数，因此c是无量纲的。
在上面提到的翼型的描述中，假设了翼弦是水平的。对于该实施方案，翼型被旋转成使得翼弦相对于水平面倾斜角度α，如图3和图4中所示。下面的α总是正的并且是指图3和图4中所指示的角度。
图1图示了具有成形转子叶片和成形定子叶片的搅拌设备，该成形转子叶片和成形定子叶片具有改进的几何轮廓。
所述搅拌设备(14)包括：
-本文所描述和所要求的转子(1)，其具有改进的特征，该转子(1)具有搅拌单相或多相流体而赋予运动的功能，以及
-定子(15)，其包括外部主体(25)和布置在所述主体的内侧表面的全部或一部分上的一系列成形定子叶片(16)；所述一系列成形定子叶片包含成形定子叶片的至少一个层级；成形定子叶片(16)的每个层级(29)包含在角方向上等距间隔开的至少两个成形定子叶片；成形定子叶片通过其端部中的一个固定到所述外部主体(25)的内侧表面，所述定子具有将转子所产生的运动转变成主要轴向流动的功能。
现在参照图3以描述成形转子叶片的几何结构。成形转子叶片特征在于其具有下列特性：
-成形转子叶片包括至少一个反向点(6)，该至少一个反向点(6)将成形转子叶片分成至少两个元件(4)和(5)，以这种方式，每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
-第二元件(5)从第一元件(4)开始径向延伸，
-每个元件的周向截面形成示出为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，如上下文所描述的，其中：
i.参数m、p和t沿着成形转子叶片的延伸的方向径向变化，并且特别地，参数m在0.001和0.25之间变化，参数p在0.01和0.85之间变化，参数t在0.015和0.75之间变化，
ii.连接所述轮廓的前缘与后缘的翼弦的长度c沿着成形定子叶片的延伸的方向径向变化，特别地，翼弦的长度c在转子的直径D(定义为两倍的R，其中R表示成形转子叶片(3)的外端部和旋转轴线(图1、图2和图7中的22)之间的距离)的0.02倍和0.25倍之间变化，
iii.翼弦相对于与旋转轴线正交的平面具有倾角α，该倾角α沿着成形转子叶片的延伸的方向径向地变化，特别地，α相对于与旋转轴线正交的平面在15°和75°之间变化。
特别地，参考图3，成形转子叶片的四个周向截面被标示出，四个周向截面中的每个都形成特定的翼型：与旋转轴(2)的连接部对应的周向截面(8)、与第一元件(4)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(9)、与第二元件(5)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(10)以及与成形转子叶片的外端部对应的周向截面(11)。
对于这样的特定截面，标准NACA四位数字翼型的参数m、p、t、c和α可优选地假设在下面指定间隔内的值。
对于与旋转轴(2)的连接部对应的周向截面(8)，m在0.001至0.15的范围内，优选地在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.85的范围内，优选地在0.01至0.5的范围内，t在0.2至0.75的范围内，优选地在0.35至0.45的范围内，c在0.02至0.15的范围内，优选地在0.069至0.074的范围内，α在20°至75°的范围内，优选地在35°至45°的范围内。
更优选地，对于与旋转轴(2)的连接部对应的周向截面(8)，m在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.5的范围内，t在0.35至0.45的范围内，c在0.069至0.074的范围内，α在30°至45°的范围内。
对于与第一元件(4)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(9)，m在0.001至0.25的范围内，优选地在0.091至0.144的范围内，p在0.01至0.7的范围内，优选地在0.4至0.5的范围内，t在0.2至0.65的范围内，优选地在0.43至0.45的范围内，c在0.02至0.2的范围内，优选地在0.076至0.077的范围内，α在15°至60°的范围内，优选地在30°至35°的范围内。
更优选地，对于与第一元件(4)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(9)，m在0.091至0.144的范围内，p在0.4至0.5的范围内，t在0.43至0.45的范围内，c在0.076至0.077的范围内，α在30°至35°的范围内。
对于与第二元件(5)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(10)，m在0.001至0.15的范围内，优选地在0.001至0.064的范围内，p在0.01至0.7的范围内，优选地在0.01至0.395的范围内，t在0.02至0.25的范围内，优选地在0.12至0.15的范围内，c在0.04至0.2的范围内，优选地在0.083至0.084的范围内，α在20°至60°的范围内，优选地在38°至45°的范围内。
更优选地，对于与第二元件(5)与反向点(6)的连接部对应的周向截面(10)，m在0.001至0.64的范围内，p在0.01至0.395的范围内，t在0.12至0.15的范围内，c在0.083至0.084的范围内，α在38°至45°的范围内。
对于与成形转子叶片的外端部对应的周向截面(11)，m在0.001至0.25的范围内，优选地在0.096至0.133的范围内，p在0.01至0.75的范围内，优选地在0.5至0.526的范围内，t在0.015至0.25的范围内，优选地在0.1至0.15的范围内，c在0.04至0.25的范围内，优选地在0.083至0.085的范围内，α在15°至45°的范围内，优选地在25°至35°的范围内。
更优选地，对于与成形转子叶片的外端部对应的周向截面(11)，m在0.096至0.133的范围内，p在0.5至0.526的范围内，t在0.1至0.15的范围内，c在0.083至0.085的范围内，α在25°至35°的范围内。
反向点可以通过成形支撑元件形成，反向点离旋转轴线的距离确定一圆周，该圆周通过横向地(水平地)划分定子(15)而将所产生的区域分成两个不同表面的区域，优选地划分成相同表面的区域。一系列成形转子叶片(3)***有一系列成形定子叶片(16)，使得成形转子叶片(3)的层级(28)与成形定子叶片(16)的层级(29)交替，从而在成形转子叶片和成形定子叶片之间形成非常短的距离g(见图7)，距离在成形转子叶片的高度h的5％和100％之间的范围内，优选地在成形转子叶片的高度h的7％至20％之间的范围，更优选地在成形转子叶片的高度h的％7至10％之间的范围，以便获得高的速度梯度。一旦叶片轮廓的m、p、t、c和α已经指定，则如图3中所指示的叶片的高度h被单义地确定。
成形转子叶片(3)和成形定子叶片(16)两者都径向地延伸。成形转子叶片从旋转轴(2)朝向外部主体(25)的内侧表面延伸，成形定子叶片从外部主体(25)的内侧表面朝向旋转轴(2)延伸。成形转子叶片或成形定子叶片在角方向上彼此等角度地间隔开：例如，如果有两个，则其彼此相隔180°，如果有三个，则其成120°间隔开，并且如果有4个，则其成90°间隔开。
成形转子叶片或成形定子叶片的两个连续的层级可以彼此交错，即，不轴向对齐而是相对于彼此旋转某一角度：优选地，如果叶片的数量是2，则叶片的两个连续的层级交错90°；如果有三个叶片，则叶片的两个连续的层级交错60°；如果有四个叶片，则叶片的两个连续的层级交错45°。
成形转子叶片的每个层级和成形定子叶片的每个层级的延伸的方向优选地垂直于旋转轴线(22)。成形转子叶片和成形定子叶片的所述层级不一定全部彼此相同，而是在叶片的数量和叶片的在每个层级上的几何轮廓方面可以不同。
在旋转搅拌设备(14)中，成形定子叶片(16)的每个层级(29)包含在角方向上彼此等角度间隔开的至少两个成形定子叶片，该至少两个成形定子叶片连接到所述外部主体(25)。成形定子叶片(16)***有成形转子叶片(3)，所述成形定子叶片从定子的内表面朝向旋转轴(2)径向延伸。
现在参考图4来描述成形定子叶片。每个成形定子叶片(16)特征在于其具有下列特性：
-成形定子叶片包括对流体的推力的至少一个反向点(19)，该至少一个反向点(19)将成形定子叶片分成至少两个元件(20)和(26)，以这种方式，每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
-每个元件的周向截面形成示出为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，如该文中所描述的，其中：
i.参数m、p和t沿着成形定子叶片的延伸的方向径向变化，并且特别地，参数m在0.001和0.16之间变化，参数p在0.01和0.8之间变化，参数t在0.05和0.8之间变化，
ii.连接所述轮廓的前缘与后缘的翼弦长度c沿着成形定子叶片的延伸的方向径向变化，特别地其在转子的直径D的0.02倍至0.15倍之间的范围内变化，
iii.翼弦相对于与旋转轴线正交的平面具有倾角α，该倾角α沿着成形定子叶片的延伸的方向径向地变化，特别地，α相对于与旋转轴线正交的平面在25°和80°之间变化。
特别地，参考图4，成形定子叶片的四个周向截面被标示出，该四个周向截面中的每个都形成特定的翼型：与外部主体(25)的壁的连接部对应的周向截面(27)、与元件(26)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(30)、与元件(20)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(17)以及与成形定子叶片的内端部对应的周向截面(18)。
对于这样的特定截面，标准NACA四位数字翼型的参数m、p、t、c和α可优选地假设在下面指定间隔内的值。
对于与所述叶片的内端部对应的周向截面(18)，m在0.001至0.16的范围内，优选地在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.8的范围内，优选地在0.01至0.05的范围内，t在0.05至0.3的范围内，优选地在0.15至0.18的范围内，c在0.02至0.15的范围内，优选地在0.059至0.06的范围内，α在30°至70°的范围内，优选地在50°至60°的范围内。
更优选地，对于与所述叶片的内端部对应的周向截面(18)，m在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.05的范围内，t在0.15至0.18的范围内，c在0.059至0.06的范围内，α在50°至60°的范围内。
对于与第一元件(20)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(17)，m在0.001至0.15的范围内，优选地在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.75的范围内，优选地在0.01至0.5的范围内，t在0.15至0.6的范围内，优选地在0.35至0.4的范围内，c在0.02至0.15的范围内，优选地在0.05至0.056的范围内，α在40°至80°的范围内，优选地在50°至65°之间的范围内。
更优选地，对于与第一元件(20)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(17)，m在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.5的范围内，t在0.35至0.4的范围内，c在0.05至0.056的范围内，α在50°至65°的范围内。
对于与第二元件(26)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(30)，m在0.001至0.15的范围内，优选地在0.001至0.091的范围内；p在0.01至0.75的范围内，优选地在0.01至0.5的范围内；t在0.2至0.8的范围内，优选地在0.45至0.55的范围内；c在0.02至0.15的范围内，优选地在0.053至0.060的范围内，α在25°至75°的范围内，优选地在40°至55°之间的范围内。
更优选地，对于与第二元件(26)与反向点(19)的连接部对应的周向截面(30)，m在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.5的范围内，t在0.45至0.55的范围内，c在0.053至0.060的范围内，α在40°至55°的范围内。
对于与外部主体(25)的壁的连接部对应的周向截面(27)，m在0.001至0.15的范围内，优选地在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.75的范围内，优选地在0.01至0.5的范围内，t在0.2至0.8的范围内，优选地在0.45至0.55的范围内，c在0.02至0.15的范围内，优选地在0.053至0.060的范围内，α在25°至75°的范围内，优选地在40°至55°之间的范围内。
更优选地，对于与外部主体(25)的壁的连接部对应的周向截面(27)，m在0.001至0.091的范围内，p在0.01至0.5的范围内，t在0.45至0.55的范围内，c在0.053至0.060的范围内，α在40°至55°的范围内。
成形定子叶片(16)的元件中的一个固定到外部主体(25)的内表面，而另一个元件(20)延伸远至旋转轴(2)但不触碰到旋转轴(2)。每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向。反向点可以通过成形支撑元件形成，反向点离旋转轴线的距离确定一圆周，该圆周通过横向地(水平地)划分定子(15)而将所产生的区域分成两个不同表面的区域，优选地划分成相同表面的区域。
成形定子叶片的反向点优选地离旋转轴的距离与成形转子叶片的反向点离旋转轴的距离相同，因此它们相对应。
为了本发明的目的，在每个层级中的成形转子叶片(3)的数量为至少两个，优选地2个至10个，更优选地2个至4个。在每个层级中的成形定子叶片(16)的数量为至少两个，优选地2个至10个，更优选地2个至4个。
外部主体(25)可以具有不同的形状并且可以由不同的材料制成。外部主体(25)可以水平或竖直地定位，可以在压力下、在大气压下或在真空下操作。通常所述主体包括侧壁和两个底部；侧壁可以是圆柱形的、圆锥形的或另外的形状；底部可以是平坦的、圆锥形的、半球形的、椭圆形的、准球形的或另外的形状。特别地，所述外部主体优选地包括具有椭圆形底部的直立金属圆柱体。
旋转轴(2)优选地与外部主体(25)的轴线共轴，并且可以以悬臂形式工作或相对于动力单元在相对的端部处配备有支撑件。
关于图2，本文所描述和所要求的转子还可以包括成形转子叶片的层级，其离旋转轴(2)最远的外部元件是用于刮削外部主体(25)的内壁的装置(12)。通常成形转子叶片的该层级定位在旋转轴(2)的上部部分中，特别地与两相流体***(例如，液体-气体)的相间表面相对应。
当外部主体(25)是具有竖直轴线的罐时，适当的刮削装置具有一定的几何轮廓优选地具有矩形截面，该几何轮廓包括连接到旋转轴的水平元件和正交于所述水平元件的元件。所述水平元件可以与成形转子叶片(3)部分或完全相同。刮削装置使与两相***(例如，液体-气体)的相间表面对应的罐的壁保持清洁，该壁在正常工作条件下可趋向于变脏。
如从图1和图2可以看出的，本文所描述和所要求的转子还可以包括成形锚(13)，该成形锚(13)位于旋转轴(2)的下部部分中，与其中安装有该成形锚(13)的外部主体的底部对应。所述锚配备有刮削装置，该刮削装置的形状遵循其中安装有该刮削装置的外部主体(25)的底部的形状。所述锚还配备有中间臂，该中间臂具有加强刮削装置的机械功能。因此，锚制作成适合于其中安装有该锚的外部主体的底部的形状。
所述锚是特别有用的，因为其有助于使搅拌设备的底部保持清洁，并且保持搅拌可能存在的任何固体。此外，成形转子叶片和成形定子叶片的总体构型以及底部锚的安装促使搅拌设备在任何固体相在底部上结块的情况下停止后(例如，由于断电且随后产品沉积在底部上)重新启动操作。实际上，该构型可以破碎并且磨碎结块的产品，不像传统搅拌装置(例如，Rushton涡轮或具有竖直挡板的水翼叶轮)中看到的那样，这些传统搅拌装置不允许结块的产品破碎并且因而不允许该装置重新启动，但将需要装置停止并且被机械地清洁。
如前面提到的，成形转子叶片具有流体推力反向点，在该点处产生的推力颠倒方向。流体优选地由成形转子叶片的内部部分推向搅拌设备的外部主体的底部，同时流体优选地由外部部分推向所述主体的顶部。如果成形转子叶片分成三个或更多个部分的话，则在每个成形转子叶片中可以具有不同的反向点。参考具有单个反向点的情况，所述反向点可以邻近旋转轴(2)定位，或邻近外部主体(25)的内侧表面定位。优选地，所述反向点距旋转轴线的距离会确定一个圆周，该圆周通过横向地(水平地)划分定子(15)而使所产生的区域分成具有不同表面的部分，优选地具有相同的面积。
所述反向点可以通过使形成成形转子叶片的不同零件经由螺栓、螺纹或焊接连接并且可能地通过使用适当的锚固板而相互连接制成。所述成形转子叶片到所述轴的连接可以通过焊接、螺纹、键或螺栓做到。
在优选的实施方案中，本文所描述和所要求的转子具有彼此交错的成形转子叶片的两个连续的层级。优选地，在本文所描述和所要求的转子中，成形转子叶片的所有层级都具有相同数量的成形转子叶片并且彼此相同。
在优选的实施方案中，本文所描述和所要求的搅拌设备具有彼此交错的成形定子叶片的两个连续的层级。优选地，在本文所描述和所要求的搅拌设备中，成形转子叶片的所有层级都具有相同数量的成形定子叶片并且彼此相同。
成形转子叶片的成形轮廓可以从经受了切屑移除工艺并且焊接在一起的一个或多个锻造或半成品零件(优选地棒条和板)开始获得。此外所述成形转子叶片可以通过使用被折曲、弯曲且扭曲、焊接在一起的棒条和板制成，以便更接近所述翼型。包括成形转子叶片的零件可以由不同的材料制成：如果所述材料彼此不可焊接的话，则可以提供替代焊接的连接，诸如螺栓连接，以通过过盈和钎焊联接。
成形定子叶片还具有在其中所产生的推力颠倒方向的反向点。相对于成形定子叶片，靠近旋转轴的元件使多相流体朝向搅拌设备的外部主体的底部推动，而靠近所述主体的内侧表面的元件向上推动流体。每个成形定子叶片具有至少一个反向点。所述反向点可以邻近旋转轴定位，或邻近搅拌设备的外部主体的内侧壁定位。所述反向点距旋转轴线的距离会确定一个圆周，该圆周通过横向地(水平地)划分定子而使所产生的区域分成不同的部分，优选地具有相同的表面面积。
所述反向点可以通过使形成成形定子叶片的不同零件经由螺栓、螺纹或焊接连接并且可能地通过使用适当的锚固板而相互连接制成。所述成形定子叶片到搅拌设备的外部主体的侧壁的连接可以通过焊接、螺纹连接或螺栓连接做到。
成形定子叶片的成形轮廓可以从经受了切屑移除工艺并且焊接在一起的一个或多个锻造或半成品零件优选地棒条和板开始获得。此外，所述成形定子叶片可以通过使用被折曲、弯曲且扭曲、随后焊接在一起的棒条和板制成，以便更接近所述翼型。包括成形定子叶片的零件可以由不同的材料制成：如果所述材料彼此不可焊接的话，则可以提供替代焊接的连接，诸如螺栓连接，以通过过盈和钎焊联接。
所描述和所要求的搅拌设备的独特创新的方面包括实际使用具有特定形状的一系列成型转子叶片和成形定子叶片以及对于不同的径向截面使推力方向逆向。该创新的几何结构出乎意料地允许获得一种设备，该设备可以有效且均匀地混合单相或多相流体，特别地具有高粘度的那些流体，特别是非牛顿流体。
根据本发明的一系列适当成形的转子叶片和定子叶片的使用允许整个体积的混合流体上的湍流、速度梯度以及应力均匀地分布。成形转子叶片和成形定子叶片的径向可变的特定流体动态轮廓允许流体有效且高效地移动。轴向推力方向的径向逆转允许多方向流动在搅拌设备内获得，从而获得高度的混合。
因此，本发明的主题在于一种适合于使湍流和层流下的流体混合的设备。特别地，本发明的主题适合于混合这样的流体，该流体的输运性能随湍流的程度、速度梯度以及局部应力变化，并且因此该流体需要混合罐内高水平的同质性和均匀性，因此在该应用领域中消除了现有技术的局限性。因此，根据本发明的设备能够有效地混合湍流状态下的流体、最小化平静区域、减小所包含的任何固体结块和/或凝胶化的可能性、有效且均匀地分散任何所包含的分散相(液体、固体、气体)。根据本发明的***还适合于混合存在化学反应、成绝热模式或具有热交换、成连续或不连续模式的流体。
关于图5，由本文所描述和所要求的成形转子叶片或成形定子叶片的第一元件和第二元件的周向截面形成的标准NACA四位数字翼型可以由曲线轮廓(21)构成；或由包括n个分段的连续的分段轮廓(24)构成，其中两个连续的分段形成角度β，其中n在2和10之间变化，优选地在4和8之间变化，并且β在0.1°和270°之间变化。
在第三替代方案中，由本文所描述和所要求的成形转子叶片或成形定子叶片的第一元件和第二元件的周向截面形成的标准NACA四位数字翼型可以由包括曲线段和n个分段的组合的曲线轮廓制成，其中两个连续的分段形成在0.1°和270°之间变化的角度β，其中n在2和10之间变化。
分段轮廓可以由n个连续的分段组成，其中n在2和10之间变化，优选地在4和8之间变化，使得构成所述分段的端点的一组点可以通过本文中所描述的标准NACA四位数字轮廓标示出。这样的点还可以与本文所描述的标准NACA四位数字轮廓的点不一致；然而这些点必须与标准NACA四位数字轮廓差别不多于翼弦的长度的10％，其中差额是指具有与该点相一致的中心并且与轮廓相切的圆周的最小半径。此外，在具有分段的轮廓和NACA翼型之间不重叠的面积必须小于NACA翼型的总面积的10％。
下面提出了本发明的代表性实施例。
实施例1
在该示例中，本发明的主题已经应用到处于中试规模上的装置，该装置具有下列特性：具有椭圆形底部的直立罐，直径670mm，离下切线的填充高度为680mm，混合体积0.28立方米。在该罐中，两相流体连续地混合，包括C2-C3烃类和适宜的催化剂的混合物，以在悬浮状态下发生聚合反应。反应条件为10bar至20bar和15℃至40℃。在该条件下，约2％至4％的重量的固体聚合物在试剂的混合物中成悬浮状态时获得。所描述的装置最初配备有包括一系列转子叶片和连接到外壳的定子叶片的搅拌器，这代表在本发明主题之前的已知技术的参考情况。
具有660mm直径的转子叶片布置在7个层级上，每个层级包含2个叶片，其中连续的层级交错90°。定子叶片布置在7个层级上，每个层级包含4个叶片，其中连续的层级不交错。定子叶片长280mm。每个转子叶片由高20mm的水平金属棒条制成，该金属棒条的首先遇到流体的表面相对于垂直于旋转轴的平面倾斜60°，以便赋予流体向上的运动。定子叶片由直径为20mm的圆柱体形成。转子叶片和定子叶片之间的间隙是21.5mm。搅拌器还配备有底部锚和壁刮削装置，底部锚形状类似于椭圆形底部(锚和底部之间的间隙约为5mm)，壁刮削装置位于转子叶片的上部层级上。旋转速度等于150rpm。
因此，转子叶片和定子叶片已经用本发明所描述的新转子叶片和新成形定子叶片代替。
成形转子叶片和成形定子叶片配备有单个反向点，该单个反向点位于距旋转轴线240mm处。参考图3和本发明的文本，成形转子叶片的翼型由下表A中记录的参数来表征：
表A
参考图4和本发明的文本，成形定子叶片的翼型由下表B中记录的参数来表征：
表B
| 截面 | 18 | 17 | 27和30 |
| m | 0.001 | 0.077 | 0.102 |
| p | 0.01 | 0.424 | 0.438 |
| t | 0.3 | 0.55 | 0.55 |
| c | 0.051 | 0.043 | 0.052 |
| α[°] | 45 | 60 | 40 |
具有660mm直径的成形转子叶片布置在7个层级上，每个层级包含2个叶片，连续的层级交错90°。成形定子叶片布置在7个层级上，每个层级包含4个叶片，连续的层级不交错。成形定子叶片长280mm。转子叶片和定子叶片之间的间隙是16.5mm。搅拌器还配备有底部锚和壁刮削装置，底部锚形状类似于椭圆形底部(锚和底部之间的间隙约为5mm)，壁刮削装置位于成形转子叶片的上部层级上。旋转速度等于150rpm。
在该示例中，本发明主题的性能水平通过CFD(计算流体力学)技术来验证。为了分析，使用了商业软件ANSYS CFX，采用了具有4百多万个四面体单元的计算网格、K-epsilon湍流模型、具有500kg/m3密度和0.0002Pa s粘度的单相牛顿流体。
根据针对本发明的主题的参考案例所进行的分析，混合流动速率增加了3倍以上，而吸收功率相对于参考案例在10％内变化。功率计算为转子叶片上的转矩和旋转速度的乘积，而混合流动速率计算为向上穿过正交于旋转轴线并且放置在转子叶片的一半高度处的平面的流动速率。
Claims (25)
1.一种转子(1)，其包括旋转轴(2)、一系列成形转子叶片(3)，所述成形转子叶片(3)沿着所述旋转轴(2)的长度的全部或一部分布置，所述成形转子叶片(3)平行于与旋转轴线(22)正交的平面延伸；所述成形转子叶片(3)包含成形转子叶片的至少一个层级(28)；每个层级(28)包含关于所述旋转轴(2)等距间隔开的至少两个成形转子叶片(3)；所述成形转子叶片(3)借助于其端部中的一个连接到所述旋转轴(2)；所述成形转子叶片(3)特征在于：
a)所述成形转子叶片(3)包括对流体的推力的至少一个反向点(6)，所述反向点(6)将所述成形转子叶片(3)分成至少两个元件(4、5)，所述至少两个元件(4、5)相对于彼此径向地延伸，使得每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
b)每个元件的周向截面形成示出为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，其中：
i.参数m、p和t沿着所述成形转子叶片(3)的延伸的方向径向变动，
ii.连接所述标准NACA四位数字翼型的前缘与后缘的翼弦长度c沿着所述成形转子叶片(3)的延伸的方向径向变化，
iii.翼弦具有相对于所述旋转轴线(22)的正交平面的倾角α，所述倾角α沿着所述成形转子叶片(3)的延伸的方向径向变化。
2.根据权利要求1所述的转子(1)，其中m在0.001和0.25之间的范围内，p在0.01和0.85之间的范围内，t在0.015和0.75之间的范围内，所述翼弦长度c在转子直径D的0.02倍和0.25倍之间的范围内，并且其中翼弦的相对于正交于所述旋转轴线(22)的平面倾斜的角度α在15°和75°之间的范围内。
3.根据权利要求2所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的与所述旋转轴(2)的连接部对应的周向截面(8)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.15的范围内，p在0.01至0.85的范围内，t在0.2至0.75的范围内，c在0.02至0.15的范围内，α在20°至75°的范围内。
4.根据权利要求2所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的与所述至少两个元件(4、5)中的第一元件(4)与所述反向点(6)的连接部对应的周向截面(9)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.25的范围内，p在0.01至0.7的范围内，t在0.2至0.65的范围内，c在0.02至0.2的范围内，α在15°至60°的范围内。
5.根据权利要求2所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的与所述至少两个元件(4、5)中的第二元件(5)与所述反向点(6)的连接部对应的周向截面(10)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.15的范围内，p在0.01至0.7的范围内，t在0.02至0.25的范围内，c在0.04至0.2的范围内，α在20°至60°的范围内。
6.根据权利要求2所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的与所述成形转子叶片(3)的外端部对应的周向截面(11)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.25的范围内，p在0.01至0.75的范围内，t在0.015至0.25的范围内，c在0.04至0.25的范围内，α在15°至45°的范围内。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的标准NACA四位数字翼型由曲线轮廓(21)构成；或由包含n个分段的分段连续轮廓(24)构成，其中两个连续的分段形成角度β，其中n在2和10之间的范围内，并且β在0.1°和270°之间的范围内。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的转子(1)，其中所述成形转子叶片(3)的标准NACA四位数字翼型利用由曲线区段和n个分段的组合组成的连续轮廓来实现，其中两个连续的分段形成角度β，该角度β在0.1°和270°之间的范围内，其中n在2和10之间变化。
9.一种搅拌设备，包括：
-根据权利要求1至8中的任一项所述的转子(1)，所述转子(1)具有搅拌单相或多相流体而赋予运动的功能，和
-定子(15)，其包括外部主体(25)和布置在所述外部主体(25)的内侧表面的全部或一部分上的一系列成形定子叶片(16)；所述成形定子叶片(16)包含成形定子叶片(16)的至少一个层级；每个层级(29)包含在角方向上等距间隔开的至少两个成形定子叶片(16)；所述成形定子叶片(16)通过其端部中的一个固定到所述外部主体(25)的所述内侧表面，所述定子(15)具有将所述转子(1)产生的运动转变成主要轴向流动的功能。
10.根据权利要求9所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)具有下列特征：
-所述成形定子叶片(16)包括对流体的推力的至少一个反向点(19)，所述成形定子叶片(16)的所述至少一个反向点(19)将所述成形定子叶片(16)分成至少两个元件(20、26)，使得每个元件相对于另一个元件具有在相反方向上的推力方向，
-每个元件的周向截面形成指示为第1位数字、第2位数字、第3位数字和第4位数字的标准NACA四位数字翼型，其中：
i.参数m、p、t沿着所述成形定子叶片(16)的延伸的方向径向变化，
ii.连接所述标准NACA四位数字翼型的前缘与后缘的翼弦长度c沿着所述成形定子叶片(16)的延伸的方向径向变化，
iii.翼弦相对于与旋转轴线(22)正交的平面具有倾角α，所述倾角α沿着所述成形定子叶片(16)的延伸的方向径向变化。
11.根据权利要求10所述的搅拌设备，其中所述参数m在0.001和0.16之间的范围内，p在0.01至0.8的范围内，t在0.05至0.8的范围内，c在转子直径D的0.02倍和0.15倍之间的范围内，所述翼弦的相对于正交于旋转轴线(22)的平面倾斜的角度α在25°和80°之间的范围内。
12.根据权利要求11所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的与所述成形定子叶片(16)的内端部对应的周向截面(18)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.16的范围内，p在0.01至0.8的范围内，t在0.05至0.3的范围内，c在0.02至0.15的范围内，α在30°至70°的范围内。
13.根据权利要求11所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的与所述至少两个元件(20、26)中的第一元件(20)与所述成形定子叶片(16)的所述反向点(19)的连接部对应的周向截面(17)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.15的范围内，p在0.01至0.75的范围内，t在0.15至0.6的范围内，c在0.02至0.15的范围内，α在40°至80°的范围内。
14.根据权利要求11所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的与所述至少两个元件(20、26)中的第二元件(26)与所述成形定子叶片(16)的所述反向点(19)的连接部对应的周向截面(30)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.15的范围内，p在0.01至0.75的范围内，t在0.2至0.8的范围内，c在0.02至0.15的范围内，α在25°至75°的范围内。
15.根据权利要求11所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的与所述外部主体(25)的壁的连接部对应的周向截面(27)形成翼型，在该翼型中，m在0.001至0.15的范围内，p在0.01至0.75的范围内，t在0.2至0.8的范围内，c在0.02至0.15的范围内，α在25°至75°的范围内。
16.根据权利要求9至15中的任一项所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的标准NACA四位数字翼型由曲线轮廓构成；或由包含n个分段的连续分段轮廓构成，其中两个连续的分段形成角度β，其中n在2和10之间的范围内，并且β在0.1°和270°之间的范围内。
17.根据权利要求9至15中的任一项所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的标准NACA四位数字翼型利用由曲线和n个分段的组合组成的连续轮廓来实现，其中两个连续的分段形成角度β，该角度β在0.1°和270°之间的范围内，其中n在2和10之间的范围内。
18.根据权利要求9至15中的任一项所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)在所述成形定子叶片(16)之间，使得成形转子叶片(3)的层级(28)和成形定子叶片(16)的层级(29)交替，从而在成形转子叶片(3)和成形定子叶片(16)之间形成距离，所述距离在所述成形转子叶片(3)的高度h的5％和100％之间变化。
19.根据权利要求16所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)在所述成形定子叶片(16)之间，使得成形转子叶片(3)的层级(28)和成形定子叶片(16)的层级(29)交替，从而在成形转子叶片(3)和成形定子叶片(16)之间形成距离，所述距离在所述成形转子叶片(3)的高度h的5％和100％之间变化。
20.根据权利要求17所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)在所述成形定子叶片(16)之间，使得成形转子叶片(3)的层级(28)和成形定子叶片(16)的层级(29)交替，从而在成形转子叶片(3)和成形定子叶片(16)之间形成距离，所述距离在所述成形转子叶片(3)的高度h的5％和100％之间变化。
21.根据权利要求9至15和19至20中的任一项所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)和所述成形定子叶片(16)在角方向上等距间隔开。
22.根据权利要求16所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)和所述成形定子叶片(16)在角方向上等距间隔开。
23.根据权利要求17所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)和所述成形定子叶片(16)在角方向上等距间隔开。
24.根据权利要求18所述的搅拌设备，其中所述成形转子叶片(3)和所述成形定子叶片(16)在角方向上等距间隔开。
25.根据权利要求10至15中的任一项所述的搅拌设备，其中所述成形定子叶片(16)的所述反向点或所述成形转子叶片(3)的所述反向点，或者所述成形定子叶片(16)的所述反向点和所述成形转子叶片(3)的所述反向点两者，是成形支撑件的元件，所述成形支撑件离所述旋转轴线(22)的距离界定圆周，所述圆周将横切所述定子(15)所产生的区域分成相等表面的两个区域。
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