CN1939580A - 静止型管内螺旋型混合器 - Google Patents

Abstract

一种静止型管内螺旋型混合器，包括用于形成流体流动空间的管道、螺旋单体，所述的螺旋单体轴向地设置在管道内，所述的螺旋单体与管道固定连接，所述的混合器包括两个或两个以上的螺旋单体，各个螺旋单体大小等同；所述的相邻的螺旋单体之间、所述的螺旋单体与管道的管壁之间相切或近似相切；所述的螺旋单体的螺旋角为180°的N倍，N为自然数。本发明提供一种具有良好的均质、微细化功能的静止型管内螺旋型混合器。

Description

静止型管内螺旋型混合器

(一)技术领域

本发明涉及可适用于混合，均质，高效加热，热交换，化学反应，整流，气体吸收等领域的混合器，尤其适用于实现气体液体的混合均质化特性的静止型混合器。

(二)背景技术

降低静止混合器的生产成本，提高混合搅拌性，提高整流性，微细化混合流体，提供无旋流以及解决安装空间过大，压力损失过大等问题是目前急待解决的一个产业链问题。特别是在环境工程，石油能源开发领域，提高能源利用率，降低生产成本等方面。

根据调查，现有一般的静止混合器主要由流管和流管内设置的单独的螺旋状零件所组成(昭和61-38653，株式会社noritakekann)。此螺旋体由180度螺旋角，单螺距的部件和螺旋角相反的180度螺旋单体通过夹具横向连接而成的静止混合器。但是，此螺旋型混合器并不能很好的解决微细化，旋转流等问题。并且因为前述的两部分螺旋部件没有形成连续的流面，从而增加了本混合器的阻力。为了进行微细化，必须通过增加部件的数量来达到目的，从而增大了安装空间和增加制造成本。而且无法解决旋转流的存在问题。并且因为由两种螺旋体所组成，故对于存在冲击流的流路会产生脱落，损坏等故障，存在安全隐患。

(三)发明内容

为了克服已有的静止混合器不能解决微细化、旋转流的不足，本发明提供一种具有良好的均质、微细化功能的静止型管内螺旋型混合器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种静止型管内螺旋型混合器，包括用于形成流体流动空间的管道、螺旋单体，所述的螺旋单体轴向地设置在管道内，所述的螺旋单体与管道紧密配合，所述的混合器包括两个或两个以上的螺旋单体，各个螺旋单体大小等同；所述的相邻的螺旋单体之间、所述的螺旋单体与管道的管壁之间相切或近似相切；所述的螺旋单体的螺旋角为180°的N倍，N为自然数。

进一步，所述的相邻的螺旋单体固定连接形成螺旋束，所述的螺旋束与管道端部紧密配合。

再进一步，所述的螺旋单体端部可以安装圆环，所述的圆环直径与螺旋单体的截面直径匹配；相邻螺旋单体的圆环在相切点固定连接。

所述的螺旋单体的螺旋面的法线方向设有小孔。

所述的管道为方形管道，所述的螺旋单体为n²个，其中n≥2的自然数；所述的螺旋单体呈方形布置。

或者是，所述的管道为圆形管道，所述的螺旋单体为1+3n(n+1)个，其中n为自然数，一个螺旋单体的轴心与圆形管道的轴心相同，外层螺旋单体与相邻的内层螺旋单体相切或近似相切，同一层内相邻的螺旋单体之间相切或近似相切。

在圆形管道中，所述的螺旋单体个数可以为七个、十九个或三十七个。

在方形管道中，所述的螺旋单体个数可以为四个、九个、十六个。

再进一步，所述的螺旋单体以常螺旋单体效果最佳。

所述的螺旋单体的螺旋角为180度。

所述的紧密配合可以采用固定连接方式。相切是指：相邻的螺旋单体的径向截面圆之间相切或近似相切，螺旋单体的径向截面圆与管道之间相切或近似相切。

本发明的工作原理是：参照图1、图2、图3，当流体流入上述螺旋单体时，即可形成法向流速和切向流速。由于相邻的螺旋单体之间相切或近似相切，流入相邻的螺旋单体的流体同样会产生相同方向的法向流速和切向流速，当两者在相互接触时即可相互抵消切向流速，且相邻流体的相互幢击也可进一步起到混合作用，达到均质和微细化的目的。

常螺旋线体(helix是由直圆柱的母线以一定的角度旋转形成的一种空间曲线。直圆柱的底面直径d以一定的角度α在直交三轴坐标里拥有以下的常螺旋方程式.x＝acost，y＝εasint，z＝attanα(ε＝±1)。其中z为直圆柱的坐标轴，因常螺旋上的各点上的曲率和摆动率是一定的，故其主法线的运动轨迹即可形成常螺旋面，当空间曲线上的各点的切线按一定的方向和角度运动时即可形成常螺旋线体。常螺旋线体的直圆柱体的母线是按一定的速度作旋转，螺旋面法线方向的速度和旋转角度是一定的，故当流体流经常螺旋面时便会在法线方向形成定常速度，此法向速度即可形成沿导管轴心垂直的方形的旋转分量，使流入的流体产生沿轴圆心旋转的运动，实现对流入流体的加旋目的。而采用连续螺旋面即可以减少自造成本，又可以减少磨擦阻力，导引流体产生旋转流。

用加工于螺旋面的法线方向的小孔可以改变上述螺旋面的切线方向上的流体方向，从而使法向流速和切向流速形成交叉，实现对流体的分割、混合、细化，并且可以进一步减少对流体的阻力。在各螺旋单体两端镶嵌圆环，即可以对流入流体进行分割和整流作用，又有利于螺旋单体的安装制造和流出时的整流作用。

本发明的有益效果主要表现在：1、具有良好的均质、微细化功能；2、采用连续螺旋面，能够减少制造成本，减少流体阻力；3、本静止均质混合器可适用于混合、均质、高效加热、热交换、化学反应、整流、气体吸收等领域：

(3.1)、混合作用：混合作用是流体的稀释、中和、分散、萃取工艺。静止混合器因具有分割、转化、翻转等物理混合作用、因而广泛适用于众多的多流体混合场合。特点是再现性好、均匀性好、无外加气体搀入；因无需动力、体积小、压力损失低，所以具有节省能源，降低成本，节省空间等优点，可以根据用户的要求设计相应的产品。

(3.2)、均质作用：可以实现流体的均质化。利用管道进行流体输送时，会因为流体的流态变化而形成温度团块、粘度团块，从而影响产品的质量。在生产管道内安装此静止混合器后可以利用流体的自主均质作用来实现流体的均速、均温、均粘度、均浓度，保证生产管道无滞留，确保生产质量。；

(3.3)、直接加热：可以短时间内实现无滞留加热。这是一种将热蒸汽直接注入液体内，通过高热气体的热传导实现对液体的直接加热方法。由于热蒸汽通过此混合器后可以瞬间被微细化、浓缩化，所以可以大大缩短加热时间，达到混合、均质的高效加热效果。在化学分解、有机物的加热、杀菌作业中均可适用。

(3.4)、热交换作用：可以提高热交换效率。由于混合器的转换作用和微细化作用，大幅度提高了热交换效率，这种特性对高粘度流体尤为显著。由于此混合器均质作用，可以优化流体的截面均质性，对于热媒温度的长时间滞留和团块凝结起到消除作用。可以防止产品的劣化、变质。在硅胶加热、食品加热、冷却行业具有可靠的利用价值。

(3.5)、化学反应作用：由于此混合器的均质和微细化作用，即可以增大化学反应的接触面积，又可以有效利用反应热，实现化学反应的连续性、高效性。可以广泛用于化工和连索中和反应。

(3.6)、气体吸收作用：可以实现气体和液体的有效吸收作用。由于静止混合器的微细化作用，可以大大微粒化融解气体，使气体和液体的接触面积大大增加，提高了溶解效率。可以广泛应用于气体融合、饮料气体添加、气体吸收等行业。

(四)附图说明

图1是常螺旋线示意图。

图2是常螺旋面图。

图3是相邻常螺旋单体的流动情况。

图4是常螺旋单体的详细构造。

图5是单常螺体安装在管道内的结构图。

图6是七个螺旋单体的混合器的端面结构图。

图7是十九个螺旋单体的混合器的端面结构图。

图8是三十七个螺旋单体的混合器的端面结构图。

图9是三种典型螺旋单体配置与配置角的关系示意图。

图10是螺旋束与管道的配置结构图。

图11是图10的轴向截面图。

图12是方形管道的混合器的端面结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图4、图5、图6、图10、图11，一种静止型管内螺旋型混合器，包括用于形成流体流动空间的管道4、螺旋单体1，所述的螺旋单体1轴向地设置在管道4内，所述的螺旋单体1与管道4固定连接，所述的混合器包括两个或两个以上的螺旋单体1，各个螺旋单体大小等同；所述的相邻的螺旋单体之间、所述的螺旋单体与管道的管壁之间相切或近似相切；所述的螺旋单体的螺旋角为360°。

所述的管道4为圆形管道，所述的螺旋单体为1+6个，包括1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-6，一个螺旋单体1-1的轴心与圆形管道的轴心相同，外层6个螺旋单体与相邻的内层螺旋单体相切或近似相切，同一层内相邻的螺旋单体之间相切或近似相切，外层六个螺旋单体的圆心连接可形成正六边形。所述的螺旋单体的螺旋面的法线方向设有小孔5。所述的相邻的螺旋单体固定连接形成螺旋束，所述的螺旋束与管道端部固定连接。螺旋单体端部安装圆环2，所述的圆环2直径与螺旋单体的截面直径匹配；相邻螺旋单体的圆环在相切点固定连接。螺旋束与位于管道端部的固定环3焊接，所述的固定环3上设有四个螺孔以及螺栓6，所述的管道上设有连接法兰，所述的连接法兰与固定环3固定连接。

参照图9，配置管径和组合螺旋单体的直径计算方法，其中φd为前述螺旋单体的直径，d1为前述7个螺旋单体组合的螺旋束的半径，此半径d1与水平线成30度角，对应的计算式为：

d₁＝1.5d                        (1)。

加工螺旋单体的方法：首先加工宽度为d，长度和厚度一定的薄板，并将两端加工成凸型结构以便装挟焊接圆环，并按要求加工所定数量的小孔，然后利用特制夹具加工成常螺旋单体，并保证螺旋单体的螺旋角为360度，最后将圆环和常螺旋单体进行焊接，即完成对常螺旋单体的加工。

本实施例的工作过程是：当气液混相流流入上述螺旋束静止混合器时，首先将被各圆环2分割，再进入混合器内部。由于各螺旋单体是按相同的旋转方向制成，故被前述各螺旋单体分割的流体便被增加法线方向的运动，从而使流体产生沿各螺旋体中心旋转的旋转流，以及前述沿螺旋面流动的混合流体带有法线方向的运动，故当流体流过各加工在前述螺旋法线面上加工的多个小孔，便会流入前述小孔内，使流体进一步分割，细化。

当流体进入前述螺旋单体时，由于螺旋方向相同，相邻螺旋单体所产生的旋转流方向是相同的，当两者在相互接触时即可相互抵消切向流速，且相邻流体的相互幢击也可进一步起到混合作用，只剩下轴向运动的流体，实现了对流体的分割、混合、细化和整流作用。

实施例2

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图10、图11，本实施例的螺旋单体1为常螺旋单体，其余结构与实施例1相同。

常螺旋线体(helix是由直圆柱的母线以一定的角度旋转形成的一种空间曲线。直圆柱的底面直径d以一定的角度α在直交三轴坐标里拥有以下的常螺旋方程式.x＝acost，y＝εasint，z＝attanα(ε＝±1)。其中z为直圆柱的坐标轴，因常螺旋上的各点上的曲率和摆动率是一定的，故其主法线的运动轨迹即可形成常螺旋面，当空间曲线上的各点的切线按一定的方向和角度运动时即可形成常螺旋线体。

本实施例的工作过程是：常螺旋线体的直圆柱体的母线是按一定的速度作旋转，螺旋面法线方向的速度和旋转角度是一定的，故当流体流经常螺旋面时便会在法线方向形成定常速度，此法向速度即可形成沿导管轴心垂直的方形的旋转分量，使流入的流体产生沿轴圆心旋转的运动，实现对流入流体的加旋目的。而采用连续螺旋面即可以减少自造成本，又可以减少磨擦阻力，导引流体产生旋转流。

其余工作过程与实施例1相同。

实施例3

参照图1、图2、图3、图4、图5、图7、图10、图11，本实施例的管道为圆形管道，所述的螺旋单体为1+6+12个，一个螺旋单体的轴心与圆形管道的轴心相同，中间层6个螺旋单体与相邻的内层螺旋单体相切或近似相切，外层12个螺旋单体与中间层相邻的螺旋单体相切或近似相切，同一层内相邻的螺旋单体之间相切或近似相切，中间层六个螺旋单体的圆心连接可形成正六边形，外层12个螺旋单体的圆心连接可形成正十二边形。其余结构与实施例2相同。

参照图9，配置管径和组合螺旋单体的直径计算方法，其中φd为前述螺旋单体的直径，d2为前述19个螺旋单体组合的螺旋束的半径，此半径d2与水平线成15度角，对应的计算式为：

其余工作过程与实施例2相同。

本实施例相对2来说，均质、微细化的效果更好，但是成本有所增加。

实施例4

参照图1、图2、图3、图4、图5、图8、图10、图11，本实施例的管道为圆形管道，所述的螺旋单体为1+6+12+18个，一个螺旋单体的轴心与圆形管道的轴心相同，中间层6个螺旋单体与相邻的内层螺旋单体相切或近似相切，外层12个螺旋单体与中间层相邻的螺旋单体相切或近似相切，最外层18个螺旋单体与中间层相邻的螺旋单体相切或近似相切，同一层内相邻的螺旋单体之间相切或近似相切，中间层六个螺旋单体的圆心连接可形成正六边形，外层12个螺旋单体的圆心连接可形成正十二边形，最外层18个螺旋单体的圆心连接可形成正十八边形。其余结构与实施例3相同。

参照图9，配置管径和组合螺旋单体的直径计算方法，其中φd为前述螺旋单体的直径，d3为前述37个螺旋单体组合的螺旋束的半径，此半径d3与水平线成10度角，对应的计算式为：

其余工作过程与实施例3相同。

本实施例相对3来说，均质、微细化的效果更好，但是成本有所增加。

实施例5

本实施例的管道为方形管道，所述的螺旋单体为4²个，所述的螺旋单体呈方形布置。相邻的螺旋单体之间相切或近似相切。本实施例的工作过程其余结构与实施例3相同。

配置管径和组合螺旋单体的直径计算方法，方形管道的截面长度为L，螺旋单体的半径d4与管道长度的关系式为：

d4＝L÷8                        (4)。

其余工作过程与实施例3相同。

Claims (10)

1、一种静止型管内螺旋型混合器，包括用于形成流体流动空间的管道、螺旋单体，所述的螺旋单体轴向地设置在管道内，所述的螺旋单体与管道紧密配合，其特征在于：

所述的混合器包括两个或两个以上的螺旋单体，各个螺旋单体大小等同；

所述的相邻的螺旋单体之间相切或近似相切、所述管道的管壁与邻近的螺旋单体之间相切或近似相切；

所述的螺旋单体的螺旋角为180°的N倍，N为自然数。

2、如权利要求1所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的相邻的螺旋单体固定连接形成螺旋束，所述的螺旋束与管道紧密配合。

3、如权利要求1或2所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体端部安装圆环，所述的圆环直径与螺旋单体的截面直径匹配；相邻螺旋单体的圆环在相切点固定连接。

4、如权利要求3所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体的螺旋面的法线方向设有小孔。

5、如权利要求4所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的管道为方形管道，所述的螺旋单体为n²个，其中n≥2的自然数；

所述的螺旋单体呈方形布置。

6、如权利要求4所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的管道为圆形管道，所述的螺旋单体为1+3n(n+1)个，其中n为自然数，一个螺旋单体的轴心与圆形管道的轴心相同，外层螺旋单体与相邻的内层螺旋单体相切或近似相切，同一层内相邻的螺旋单体之间相切或近似相切。

7、如权利要求5所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体的个数可以为下列之一：四个、九个、十六个。

8、如权利要求6所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体的个数可以为下列之一：七个、十九个、三十七个。

9、如权利要求4所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体可以为常螺旋单体。

10、如权利要求9所述的静止型管内螺旋型混合器，其特征在于：所述的螺旋单体的螺旋角为180度。

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