本申請(qǐng)涉及攪拌，尤其是涉及一種用于分散氣體的攪拌器及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的通氣攪拌工藝中，通常需要使用空氣分布器來實(shí)現(xiàn)氣體的有效分散。傳統(tǒng)的空氣分布器通常安裝在攪拌罐的底部，管口正對(duì)發(fā)酵罐底部中央，并與罐底保持合適的距離。高速的氣流經(jīng)過罐底的反沖使空氣得到良好的分散。分散的上升氣泡再進(jìn)一步的被攪拌器打碎成小氣泡以達(dá)到與發(fā)酵液充分混合的目的。然而，傳統(tǒng)的空氣分布器存在一定的局限性，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝維護(hù)困難以及氣體分散率不高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的其中一個(gè)目的在于提供一種能夠解決上述背景技術(shù)中至少一個(gè)缺陷的用于分散氣體的攪拌器。

2、本申請(qǐng)的另一個(gè)目的在于提供一種能夠解決上述背景技術(shù)中至少一個(gè)缺陷的用于分散氣體的攪拌器的設(shè)計(jì)方法。

3、為達(dá)到上述的至少一個(gè)目的，本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案為：一種用于分散氣體的攪拌器，包括攪拌軸以及安裝于所述攪拌軸的多孔葉片；所述多孔葉片上設(shè)置有多個(gè)出氣孔，所述出氣孔的進(jìn)氣端與所述攪拌軸中心設(shè)置的通氣孔進(jìn)行連通，以使得空氣由所述通氣孔通入所述多孔葉片沿所述出氣孔流出，進(jìn)而在所述多孔葉片隨所述攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中進(jìn)行空氣分布。

4、優(yōu)選的，所述出氣孔的開口方向與所述多孔葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

5、優(yōu)選的，所述多孔葉片沿所述攪拌軸的軸向設(shè)置有至少一組所述出氣孔，每組的多個(gè)所述出氣孔沿所述攪拌軸的徑向進(jìn)行排列，且每組的多個(gè)所述出氣孔的直徑根據(jù)距離所述攪拌軸的距離從近到遠(yuǎn)依次增加。

6、優(yōu)選的，每組的相鄰兩個(gè)所述出氣孔之間的間距，根據(jù)至所述攪拌軸的距離從近到遠(yuǎn)依次增加。

7、優(yōu)選的，所述多孔葉片靠近所述攪拌軸的一側(cè)設(shè)置有軸向延伸的進(jìn)氣口，多組所述出氣孔通過所述進(jìn)氣口與所述攪拌軸的所述通氣孔進(jìn)行連通；設(shè)所述出氣孔之間的間距為s，所述出氣孔距離所述進(jìn)氣口的距離為l；除距離所述進(jìn)氣口最近的所述出氣孔外，其余所述出氣孔的直徑d∝(s/l)^(1/5)。

8、優(yōu)選的，所述攪拌軸的側(cè)部徑向延伸安裝有通氣管，所述多孔葉片通過所述通氣管與所述攪拌軸進(jìn)行連接；所述多孔葉片上全部所述出氣孔的面積總和小于等于所述通氣管中心設(shè)置的進(jìn)氣孔的截面積。

9、優(yōu)選的，所述多孔葉片采用金屬粉末3d打印技術(shù)進(jìn)行制作。

10、一種上述用于分散氣體的攪拌器的設(shè)計(jì)方法，包括如下設(shè)計(jì)步驟：

11、s100：根據(jù)工況和機(jī)械性能初定攪拌器的結(jié)構(gòu)尺寸以及多孔葉片的數(shù)量；

12、s200：根據(jù)通氣量和氣體速度要求確定攪拌器的最終結(jié)構(gòu)尺寸及各多孔葉片上所需出氣孔的總面積；

13、s300：基于多孔葉片上所需出氣孔的總面積，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)初定多孔葉片上出氣孔的數(shù)量、直徑、相鄰出氣孔間距以及進(jìn)氣口尺寸的初始值；

14、s400：根據(jù)出氣孔直徑、出氣孔至進(jìn)氣口的距離以及相鄰出氣孔間距的迭代關(guān)系式對(duì)步驟s300獲得的初始值進(jìn)行多次迭代，得到多孔葉片上出氣孔的數(shù)量、直徑、相鄰出氣孔間距以及進(jìn)氣口尺寸的最終值；

15、s500：基于步驟s200和s400的結(jié)果初步構(gòu)建攪拌器的三維模型并代入有限元軟件中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并根據(jù)仿真結(jié)果確定出氣孔的分布結(jié)構(gòu)。

16、優(yōu)選的，在步驟s400中，出氣孔直徑d、出氣孔至進(jìn)氣口的距離l以及相鄰出氣孔間距s之間的迭代關(guān)系式為：

17、；

18、其中，di+1和di分別表示相鄰兩個(gè)出氣孔的直徑，di+1對(duì)應(yīng)的出氣孔距離攪拌軸的距離大于di對(duì)應(yīng)的出氣孔，li表示di對(duì)應(yīng)的出氣孔至進(jìn)氣口的距離。

19、優(yōu)選的，在步驟s400中，多孔葉片上確定的出氣孔數(shù)量包括出氣孔的組數(shù)以及每組出氣孔數(shù)量；步驟s400的具體迭代過程為：設(shè)定限定條件：每組多個(gè)出氣孔的流量數(shù)據(jù)中，最大值和最小值的流量差距在5%以內(nèi)；計(jì)算每組多個(gè)出氣孔的流量數(shù)據(jù)，若計(jì)算的結(jié)果不符合限定條件，則縮小流量最大值所對(duì)應(yīng)的出氣孔的直徑尺寸，同時(shí)其余出氣孔的直徑尺寸根據(jù)迭代關(guān)系式進(jìn)行適應(yīng)性更新；和/或，增加流量最大值所對(duì)應(yīng)的出氣孔至進(jìn)氣口的距離，同時(shí)其余出氣孔至進(jìn)氣口的距離根據(jù)迭代關(guān)系式進(jìn)行適應(yīng)性更新；進(jìn)行相應(yīng)次數(shù)的迭代，直至每組多個(gè)出氣孔的流量數(shù)據(jù)滿足限定條件。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果在于：

21、通過在傳統(tǒng)攪拌器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)葉片開設(shè)出氣孔來形成多孔葉片，通過向多孔葉片通氣來實(shí)現(xiàn)空氣分布，使得傳統(tǒng)空氣分布器的功能可以被集成于攪拌器上，從而可以簡(jiǎn)化攪拌工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)并提高空氣分散的效率。

技術(shù)特征：

1.一種用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，包括攪拌軸以及安裝于所述攪拌軸的多孔葉片；所述多孔葉片上設(shè)置有多個(gè)出氣孔，所述出氣孔的進(jìn)氣端與所述攪拌軸中心設(shè)置的通氣孔進(jìn)行連通，以使得空氣由所述通氣孔通入所述多孔葉片沿所述出氣孔流出，進(jìn)而在所述多孔葉片隨所述攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中進(jìn)行空氣分布。

2.如權(quán)利要求1所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，所述出氣孔的開口方向與所述多孔葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

3.如權(quán)利要求1所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，所述多孔葉片沿所述攪拌軸的軸向設(shè)置有至少一組所述出氣孔，每組的多個(gè)所述出氣孔沿所述攪拌軸的徑向進(jìn)行排列，且每組的多個(gè)所述出氣孔的直徑根據(jù)距離所述攪拌軸的距離從近到遠(yuǎn)依次增加。

4.如權(quán)利要求3所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，每組的相鄰兩個(gè)所述出氣孔之間的間距，根據(jù)至所述攪拌軸的距離從近到遠(yuǎn)依次增加。

5.如權(quán)利要求4所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，所述多孔葉片靠近所述攪拌軸的一側(cè)設(shè)置有軸向延伸的進(jìn)氣口，多組所述出氣孔通過所述進(jìn)氣口與所述攪拌軸的所述通氣孔進(jìn)行連通；

6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，所述攪拌軸的側(cè)部徑向延伸安裝有通氣管，所述多孔葉片通過所述通氣管與所述攪拌軸進(jìn)行連接；所述多孔葉片上全部所述出氣孔的面積總和小于等于所述通氣管中心設(shè)置的進(jìn)氣孔的截面積。

7.如權(quán)利要求1所述的用于分散氣體的攪拌器，其特征在于，所述多孔葉片采用金屬粉末3d打印技術(shù)進(jìn)行制作。

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的用于分散氣體的攪拌器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下設(shè)計(jì)步驟：

9.如權(quán)利要求8所述的用于分散氣體的攪拌器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟s400中，出氣孔直徑d、出氣孔至進(jìn)氣口的距離l以及相鄰出氣孔間距s之間的迭代關(guān)系式為：

10.如權(quán)利要求9所述的用于分散氣體的攪拌器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟s400中，多孔葉片上確定的出氣孔數(shù)量包括出氣孔的組數(shù)以及每組出氣孔數(shù)量；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種用于分散氣體的攪拌器及其設(shè)計(jì)方法，攪拌器包括攪拌軸以及安裝于攪拌軸的多孔葉片；多孔葉片上設(shè)置有多個(gè)出氣孔，出氣孔的進(jìn)氣端與攪拌軸中心設(shè)置的通氣孔進(jìn)行連通，以使得空氣由通氣孔通入多孔葉片沿出氣孔流出，進(jìn)而在多孔葉片隨攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中進(jìn)行空氣分布。攪拌器的整體結(jié)構(gòu)通過設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。本申請(qǐng)的有益效果：通過在傳統(tǒng)攪拌器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)葉片開設(shè)出氣孔來形成多孔葉片，通過向多孔葉片通氣來實(shí)現(xiàn)空氣分布，使得傳統(tǒng)空氣分布器的功能可以被集成于攪拌器上，從而可以簡(jiǎn)化攪拌工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)并提高空氣分散的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：徐奔馳,吳亮,荊萬倉,王炳信,繆斌斌,張育牢,王強(qiáng)民,陳成勃,謝佳偉,陳德高
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江長城攪拌設(shè)備股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10