一种可自动调节的搅拌装置

技术领域

本发明涉及搅拌领域，尤其涉及一种可自动调节的搅拌装置。

背景技术

搅拌系统在化学工程与生物工程有着重要且广泛的应用。通过搅拌桨，搅拌式反应器实现反应物的良好混合，从而保证反应表现与稳定性。传统搅拌装置包括一组固定位置的搅拌桨，提供轴向力与径向力。通过增加搅拌桨尺寸可以增强其搅拌效果，但是于此同时会增加能耗。通过调节桨叶的角度，可以调整搅拌桨所提供的力的方向。因此优化搅拌桨位置与桨叶的角度是提高生产经济效益的重要条件。然而在具体生产过程中，液体的体积与流变性质可能会随着时间而改变。比如在混合高粘度假塑性非牛顿流体时，搅拌桨周围液体的粘度随着搅拌而降低但远离搅拌桨的液体粘度降低程度低，从而需要较大的径向力才能达到更好的混合表现。此外，在补料式反应中，液体液位随着时间而升高，因此需要提高搅拌系统的轴向力或者提高搅拌桨位置。因此，根据反应器中的流场信息指导搅拌系统的调节可以提高其搅拌表现。原位传感器可实时反馈反应状态，为过程控制提供基础。基于传感器的过程控制比基于经验技术的过程控制有更好的耐波动性能与精确程度，增加生产的稳定性降低了系统错误。传统流速计虽然可以很好的反映反应器中的混合情况，但是如果只放置一个流速传感器只能反应全局的流速，不能反应反应器中的流场细节。但是由于其体积一般较大或成本较高，放置于反应器中会不利于其混合表现。

现有搅拌装置无法根据反应器中的流场信息，实时调节搅拌桨的转速、位置与所提供力的方向。目前已有专利CN201520312791.1和CN201420584801.2虽然可对搅拌桨进行调节，但是无法应对在反应体积与流变性质发生改变的情况进行原位调节。专利CN201510263105.0的升降式可伸缩的组合搅拌装置，可以实现利用液位传感器指导搅拌桨进行升降。但是由于其“8”字型的设计，在搅拌桨升高时，其搅拌径向区域减小，无法做到不改变搅拌桨形态的情况下改变其位置，不利于径向的液体混合；进一步的，由于其搅拌桨桨叶与发酵罐直接接触，搅拌时会产生不必要的摩擦，增加能耗降低经济效益；由于其高度变化是基于液位传感器设计，这种传感器并不能很好的反应出反应器中的流体表现；该种搅拌桨本身能提供的轴向搅拌动力有限，会影响轴向混合。

因此，开发一种能根据流场信息可实时调节的搅拌系统，可以增加反应器的搅拌表现与生产稳定性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可自动调节的搅拌装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是反应器内流场的监控问题与搅拌桨的调节问题，旨在设计一种可以根据流场信息可以改变搅拌桨位置的系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种可自动调节的搅拌装置，包括搅拌式反应器、传感系统、数控系统、可调式搅拌系统；

所述搅拌式反应器的侧壁上设置有搅拌式反应器挡板；

所述传感系统，包括压力传感器，用于感应所述可调式搅拌系统中液面位置与流速；

所述数控系统，包括处理器、操作面板和控制线路，所述数控系统对所述传感系统采集的所述液面位置和所述流速信号进行处理，并根据处理结果调整所述可调式搅拌系统；

所述可调式搅拌系统，包括搅拌轴、螺杆、螺杆轴承、传动杆、可调式搅拌桨、固定式搅拌桨、搅拌电机、丝杆电机和传动电机；所述搅拌轴设置为内部空心，且轴上开槽，形成可调式搅拌桨导轨，所述可调式搅拌桨导轨为所述可调式搅拌桨提供滑动轨道；所述螺杆轴承联接在所述搅拌轴内部；所述传动杆安装在所述螺杆中，并通过传动杆轴承固定；所述可调式搅拌桨包括可调式搅拌桨轴和可调式搅拌桨桨叶，所述可调式搅拌桨轴固定在所述螺杆上；所述固定搅拌桨固定在所述搅拌轴底部；所述搅拌电机与所述搅拌轴通过第一圆锥齿轮组相连，带动所述可调式搅拌桨和所述固定搅拌桨转动；所述丝杆电机与所述螺杆相连，带动所述可调式搅拌桨沿所述可调式搅拌桨导轨上下移动；所述传动电机带动传动杆转动；所述传动杆与所述可调式搅拌桨桨叶相连，控制所述可调式搅拌桨浆叶角度。

进一步地，所述压力传感器安装在所述搅拌式反应器挡板上，通过感应液体中压力值，从而表征所述搅拌式反应器中所述液面位置和所述流速。

进一步地，所述螺杆不随所述搅拌轴的转动而转动。

进一步地，所述螺杆的升降带动所述传动杆升降，所述传动杆的转动并不会影响所述螺杆的转动。

进一步地，所述可调式搅拌桨轴通过第一长螺丝和螺杆轴承安装在所述螺杆上，所述第一长螺丝的直径小于所述可调式搅拌桨导轨的宽度。

进一步地，所述可调式搅拌桨桨叶通过穿过所述可调式搅拌桨导轨与所述可调式搅拌桨轴的第二长螺丝固定，所述第二长螺丝与所述传动杆通过第二圆锥齿轮组相连。

进一步地，所述第二圆锥齿轮组的一个圆锥齿轮固定在所述传动杆的底部，所述第二圆锥齿轮组的另一个圆锥齿轮固定在所述第二长螺丝的尾端。

进一步地，所述螺杆的底部设置有单向棘轮，所述单向棘轮与所述第二圆锥齿轮组相连，通过所述传动杆的逆时针转动带动所述第二圆锥齿轮组的转动，从而调节所述可调式搅拌桨桨叶的角度。

进一步地，所述数控系统采用如下控制方法：当所述液面位置升高或降低时，通过控制所述丝杆电机的转速，调节所述可调式搅拌桨的升降；当所述流速不足或过高时，通过控制所述搅拌电机的转速，调节可调式搅拌桨的转速；当径向/轴向流速不足时，通过控制所述传动电机的转速，调节可调式搅拌桨桨叶的角度，从而调整可调式搅拌桨的径向力与轴向力。

进一步地，所述可调式搅拌系统还包括传动电机导轨，支撑所述传动电机的移动。

在本发明的较佳实施方式中，本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明提供了一套表征反应器中流场的传感器系统，可以实时感应流场中液面高度和速度，实现了对反应器内流场的实时监控；

2、本发明提供了一种可以调节高度与角度的搅拌桨系统，通过数控系统，结合传感器的实时信号，实时控制搅拌桨调节的电机，从而实现原位调节；

3、本发明提供的数控系统可根据传感系统的反馈控制搅拌电机的转速，从而调节搅拌桨的转速与能耗。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的搅拌桨系统的示意图；

图2是本发明的一个整体示意图；

图3是本发明的可调式搅拌桨示意图；

图4是本发明可调式搅拌桨桨叶角度改变示意图。

其中：1-搅拌式反应器挡板，2-搅拌桨系统，3-压力传感器，4-数控系统，5-传动杆，6-螺杆，7-第一圆锥齿轮组，8-搅拌轴，9-可调式搅拌桨导轨，10-传动电机导轨，11-传动电机，12-丝杆电机，13-搅拌电机，14-可调式搅拌桨，15-固定式搅拌桨，16-传动杆轴承，17-可调式搅拌桨轴，18-螺杆轴承，19-第一长螺丝，20-可调式搅拌桨桨叶，21-第二长螺丝，22-第二圆锥齿轮组，23-单向棘轮。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图2所示，在本发明的较佳实施方式中，搅拌系统包括搅拌式反应器、搅拌桨系统2和传感系统。搅拌式反应器的侧壁上设置有搅拌式反应器挡板1，传感系统包括一组或多组安装在搅拌式反应器挡板1上的压力传感器3，压力传感器3能实时采集反应在液体中该位置受压力的大小，从而表征反应器中流体的液位与流速。数控系统4包括处理器、操作面板和控制线路，数控系统4与传感系统、搅拌桨系统2相连，接收传感系统采集的液位和流速信号并进行处理，根据处理结果调整搅拌桨系统2中的相对应电机的转速，实现对搅拌桨系统2的调整。

如图1、图2、图3和图4所示，在本发明的较佳实施方式中，搅拌桨系统2包括搅拌轴8、搅拌电机13、传动电机11，丝杆电机12、传动杆5、螺杆6、第一圆锥齿轮组7、可调式搅拌桨导轨9、传动电机导轨10、可调式搅拌桨14和固定式搅拌桨15。搅拌轴8为中空设计，在外表面上开槽，形成可调式搅拌桨导轨9，为可调式搅拌桨14提供滑动轨道。螺杆6套联接在搅拌轴8内部，传动杆5安装在螺杆6中，并通过传动杆轴承16固定；可调式搅拌桨14包括可调式搅拌桨轴17和可调式搅拌桨桨叶20，可调式搅拌桨轴17固定在螺杆6上；固定搅拌桨15固定在搅拌轴8底部；搅拌电机13与搅拌轴8通过第一圆锥齿轮组7相连，通过搅拌电机13的转动，带动可调式搅拌桨14和固定搅拌桨15转动，实现对待搅拌物的充分搅拌；丝杆电机12与螺杆6相连，随着丝杠电机12的转动，可通过螺杆6带动可调式搅拌桨14沿可调式搅拌桨导轨9上下移动，从而控制可调式搅拌桨14的高低；可调式搅拌桨轴17通过第一长螺丝19和螺杆轴承18安装在螺杆6上，第一长螺丝19的直径略小于可调式搅拌桨导轨9的宽度，可调式搅拌桨桨叶20通过穿过可调式搅拌桨导轨9与可调式搅拌桨轴17的第二长螺丝21固定，第二长螺丝21与传动杆5通过第二圆锥齿轮组22相连，第二圆锥齿轮组22的一个圆锥齿轮固定在传动杆5的底部，第二圆锥齿轮组22的另一个圆锥齿轮固定在第二长螺丝21的尾端。螺杆6的底部设置有单向棘轮23，单向棘轮23与第二圆锥齿轮组22相连，通过传动杆5的逆时针转动带动第二圆锥齿轮组22的转动，从而调节可调式搅拌桨桨叶20的角度。

在本发明的较佳实施方式中，还设置有传动电机11和传动电机导轨10，支撑传动电机11的移动。传动电机11转动时，带动传动杆5转动。

在本发明的较佳实施方式中，螺杆6不随搅拌轴8的转动而转动，螺杆6的升降带动传动杆5的升降，传动杆5的转动并不会影响螺杆6的转动。

在本发明的较佳实施方式中，数控系统4采用如下控制方法：

当所述液面位置升高或降低时，通过控制所述丝杆电机12的转速，调节可调式搅拌桨14的升降，从而控制可调式搅拌桨14的高低；当所述流速不足或过高时，通过控制搅拌电机13的转速，调节可调式搅拌桨14和固定式搅拌桨15的转速，进而控制搅拌力度；当径向/轴向流速不足时，通过控制传动电机11的转速，调节可调式搅拌桨桨叶20的角度，从而优化可调式搅拌桨14的径向与轴向力的分配。

本实例提供一种使用可原位调节式提高补料式高粘度假塑性流体(如补料式丝状真菌发酵过程)搅拌效率的案例。在此过程中，液位会逐渐升高，发酵液粘度会逐渐上升；并且由于其假塑性的流变性性质，远离搅拌桨区域的流速会逐渐变小，不利于混合。当发酵液粘度升高时，压力传感器3的信号通过数控系统4，加快搅拌电机13的转速以提高第一圆锥齿轮组7的转速，从而加快搅拌轴8的转动，带动可调式搅拌桨14与固定式搅拌桨15的转动；当搅拌轴8的转速达到设定上限且压力传感器3反映流体流速过低时，数控系统4控制传动电机11转动，从而控制传动杆5的转动，传动杆5带动单向棘轮23以控制第二圆锥齿轮组22的转动，从而调节可调式搅拌桨桨叶20的角度(如图4所示),从而改变搅拌桨提供力的方向；当压力传感器3反映液位升高或者轴向流速不足时，数控系统4控制丝杆电机12工作，通过丝杆电机12改变螺杆6的轴向位置，螺杆6带动可调节搅拌桨14的高低，第一长螺丝19与第二长螺丝21在导轨9中移动以稳定搅拌桨14，与此同时螺杆6带动传动杆5与传动电机11移动，导轨10给传动电机11提供支持。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。