液力驱动旋转射流搅拌器

摘要

本发明的液力驱动式旋转射流搅拌器，其主机壳体内装有摆线针轮减速器、摆线针轮减速器输出端中心齿轮轴通过行星大齿轮、行星轴、行星小齿轮与定齿轮啮合，驱使主机壳体旋转，摆线针轮减速器下端与涡轮主轴及液力驱动涡轮相连接，主机壳体外壁上设有两个位于中心两侧偏心布置的圆柱短接与相应喷嘴连接，主机壳体下端与旋转支撑体连为一体，并与固定支撑壳体形成转动配合。运行过程中，液体流经驱动涡轮并使其旋转，通过涡轮主轴及复合式减速传动装置带动主机壳体及喷嘴旋转，同时液体流过驱动涡轮后从喷嘴处高速喷出，形成旋转射流。本发明结构紧凑、能效高、安全性能好。

说明书

技术领域

本发明涉及机械设备，尤其涉及一种利用流体自身动力产生旋转喷射流，用于油品储罐沉积物的防止、放射性废料储罐底部沉积物的搅拌、油品调和食品原料搅拌的液力驱动旋转射流搅拌器。

背景技术

战略石油储备是防止石油供应中断，保障国家石油安全的重要手段，直接关系到国家在紧急状态下的应变能力，发达国家的石油战略储备都在90天以上，这被认为是国家能源安全的警戒线，也是应急战略石油储备的最低目标，我国目前的应急石油战略储备还不足20天，因此，我国在“十一五”将大力建设石油战略储备基地，大型浮顶工业储罐是我国石油的主要储备方式之一，因为采用大型油罐具有节省工程造价、降低操作费用、减少有关呼吸损耗、减少占地面积、建设周期短等优点。但原油在油罐长期存放过程中，由于油中含有大量重油性物质(沥青、腊质和胶质等)，并与泥、沙及水形成又黑又稠的胶状物--罐底油泥，据统计，油罐底泥中除了15％左右的水分和无机盐类，其余85％左右为可回收利用的碳氢化合物(包括烃类、沥青、腊质、胶质等)，原油中油泥的产生量视原油来源而有所不同，一般而言低硫原油(或称轻原油)的油泥产生量较少，高硫原油(或称重原油)的油泥产生量较多。以平均值来说，储运中未经炼制的原油中约含2.2％的油泥，即对一个10万立方的储罐来说，罐满原油后其中约有2200立方的油泥沉淀在油罐底部。如不及时消除，再次加入原油时油泥将继续累积在一起，形成硬块，为油罐的检查及清洗增加困难。而且数量如此巨大的油泥存在于油罐底部，不仅减小油罐的有效存储空间，降低储存周期寿命，造成进出阀的阻塞，而且较厚的油泥层使浮顶罐的浮顶不能下降到底而引起浮顶倾斜，对储油安全造成威胁。为了增加油罐的储油效率，提高储油安全性，减小清罐难度，在以定期清除为主的处理油泥方法之后，目前人们开始转向采取措施防止其产生。原理是在储罐内安装混合搅拌系统，使油泥破碎细化，并与原油混合均匀，达到利用管路可以输出的目标。国内已有技术中，能够对罐内沉积物进行有效搅拌的方法主要有螺旋桨混合搅拌装置、扇叶式机械搅拌器和环形射流器等。其中，螺旋桨混合器和环形射流器结构复杂成本高，主要用于直径小、混合均匀程度要求高的罐内。扇叶式机械搅拌器适用于大型储罐内的油泥细化混合，是国内使用最多的一种搅拌系统，但是，无法解决罐内全方位搅拌，原油在流动过程中流速区产生死角以及与罐壁连接处存在运动部件的问题。

此外，随着石油、煤炭等化石能源的日益紧张，我国加大了对核能源的开发利用力度，随着核工业的发展，放射性废液的储运及处理规模越来越大，难度越来越高，而且放射性废液储罐内也含有大量的沉积物，在对储罐进行处理前必须将罐内沉积物搅动起来与废液混合均匀抽出罐外，目前用于罐内沉积物搅拌的方法主要是从罐顶深入的桨叶式搅拌器和电动式旋转喷射搅拌器，这两种方法均在罐外存在运动部件，需在罐顶处设置可靠的动密封装置，且搅拌器安装位置受限，搅拌过程中存在死角，不适于放射性废液大规模处理过程中安全可靠、方便快捷的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有搅拌技术在大型工业油罐、放射性废液储罐和油品调和罐等安全性要求高的环境中存在的问题，提供一种结构简单、成本低廉、安装快捷方便、工作安全可靠的液力驱动旋转射流搅拌器，无需罐外外加驱动机构，可实现搅拌器在罐内的360°旋转，对各类储罐内的沉积物进行充分、不留死角的搅拌，使其保持良好的流动性能，提高储罐的使用效率和延长储罐的清洗周期，确保罐体的安全性和使用寿命不受影响。

上述发明的目的可通过如下技术方案来实现：

液力驱动旋转射流搅拌器是：在主机壳体内装有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器固定于固定轴套上，摆线针轮减速器上端为输出端联接中心齿轮轴，中心齿轮轴分别与两侧的行星大齿轮啮合，行星大齿轮与行星小齿轮均安装在行星轴上，行星轴通过支撑隔板与主机壳体相联接，摆线针轮减速器的下端为输入端联接涡轮主轴，涡轮主轴外设有固定轴套，涡轮主轴与固定轴套通过第二滑动轴承形成转动配合，并通过第二填料箱、石墨聚四氟乙烯填料和第二填料压盖实现密封，涡轮主轴下端装有驱动涡轮，固定轴套的上端联接定齿轮，定齿轮与行星小齿轮相啮合，固定轴套穿过支撑隔板，通过第一滑动轴承形成转动配合，并通过第一填料箱、石墨聚四氟乙烯填料和第一填料压盖组成的密封系统实现密封，固定轴套下端通过支撑肋板固定于固定支撑壳体上，固定支撑壳体下端与管路连接法兰相连接，固定支撑壳体的外侧与旋转支撑体通过第三滑动轴承、旋转支撑滚珠形成转动配合，旋转支撑体上端与主机壳体相连，旋转支撑体外端设有旋转压盖，可防止整机倾覆，主机壳体的下端外侧壁上设有两个位于中心两侧偏心布置的圆柱短接与相应喷嘴相连接。

所述的驱动涡轮为轴流开式叶轮，有3-5个叶片。固定轴套与支撑隔板)的配合采用无油自润滑滑动轴承与石墨聚四氟乙烯填料密封一体化的紧凑式结构。摆线针轮减速器、行星大齿轮、行星小齿轮和行星轴组成复合式减速传动装置，复合式减速传动装置为功率两分流结构。导流罩为流线型。

本发明具有的有益效果是：

1.高效节能

1)由于结构紧凑，机械传动链短，机械损失少，机械效率高。

2)采用了三元流设计理论辅以试验验证，保驱动叶轮低阻损、高效率。

3)驱动涡轮前后均设计了固定导流叶片，大幅度减少了涡轮前后的涡动损失，提高了涡轮转动的稳定性。

4)在驱动涡轮后的环形直流道顶端设置了翼型导流板，使流体由主流道流向主机壳体两侧偏心布置喷嘴的过程中自然、流畅，减小弯道及局部漩涡引起的阻力损失和局部流动死区。

2.维护方便运行安全可靠

1)所有运动部件集成于主机壳体内，整机安装于储罐内部，通过循环管路穿过罐壁与罐外循环泵组成闭式回路，安装拆卸方便，密封可靠，罐体上无任何动密封，对储罐主体的安全性和使用寿命没有任何影响。

2)整机运转过程中完全没入液体内部，杜绝燃烧、爆炸条件，确保其本身的安全防爆性能。

3)叶轮及主轴进行整体动平衡试验，确保主轴运转平稳、振动小。

4)配套控制系统较完整，除有必要的压力、流量参数控制外，还有旋转检测装置，保证运行安全可靠。

3.使用寿命长

影响搅拌器使用寿命的主要是驱动涡轮和密封装置，由于整机转速较低，减速装置的使用寿命足够，驱动涡轮除本身采用耐腐蚀材料外，还进行内外表面整体化学防腐蚀处理，提高表面的硬度和抗腐蚀能力。密封件才用特殊配方的成型密封，在低转速的条件下可以保证很长的使用寿命。

4.使用范围广

该搅拌器由于上述特点，不但可用于大型原油储罐、各种油品调和罐以及放射性核废液储罐等设备上，还可用于各类食品供料罐、造纸、制药液体中转罐内的混合搅拌，使储罐内部各组分达到均匀的物理状态。

附图说明

图1为液力驱动旋转射流搅拌器结构示意图；

图2为本发明的轴套与支撑隔板的密封支撑结构；

图3为本发明的轴套与涡轮主轴的密封支撑结构；

图中：管路连接法兰1、驱动涡轮2、旋转支撑体3、第三滑动轴承4、支撑肋板5、固定轴套6、喷嘴7、导流罩8、行星小齿轮9、定齿轮10、行星轴11、主机壳体12、摆线针轮减速器13、中心齿轮轴14、行星大齿轮15、涡轮主轴16、第一填料箱17、第一滑动轴承18、石墨聚四氟乙烯填料19、支撑隔板20、第一填料压盖21、第二填料箱22、第二滑动轴承23、第二填料压盖24、旋转压盖25、固定支撑壳体26、旋转支撑滚珠27。

具体实施方式

如图1所示，液力驱动旋转射流搅拌器是：在主机壳体12内装有摆线针轮减速器13，摆线针轮减速器13固定于固定轴套6上，摆线针轮减速器13上端为输出端联接中心齿轮轴14，中心齿轮轴14分别与两侧的行星大齿轮15啮合，行星大齿轮15与行星小齿轮9均安装在行星轴11上，行星轴11通过支撑隔板20与主机壳体12相联接，摆线针轮减速器13的下端为输入端联接涡轮主轴16，涡轮主轴16外设有固定轴套6，涡轮主轴16与固定轴套6通过第二滑动轴承23形成转动配合，并通过第二填料箱22、石墨聚四氟乙烯填料19和第二填料压盖24实现密封，涡轮主轴16下端装有驱动涡轮2，固定轴套6的上端联接定齿轮10，定齿轮10与行星小齿轮9相啮合，固定轴套6穿过支撑隔板20，通过第一滑动轴承18形成转动配合，并通过第一填料箱17、石墨聚四氟乙烯填料19和第一填料压盖21组成的密封系统实现密封，固定轴套6下端通过支撑肋板5固定于固定支撑壳体26上，固定支撑壳体26下端与管路连接法兰1相连接，固定支撑壳体26的外侧与旋转支撑体3通过第三滑动轴承4、旋转支撑滚珠27形成转动配合，旋转支撑体3上端与主机壳体12相连，旋转支撑体3外端设有旋转压盖25，可防止整机倾覆，主机壳体12的下端外侧壁上设有两个位于中心两侧偏心布置的圆柱短接与相应喷嘴7相连接。

所述的驱动涡轮2的动力来源于流体本身，能量转换率在60％以上。驱动涡轮2为轴流开式叶轮，有3-5个叶片。固定轴套6与支撑隔板20的配合采用无油自润滑滑动轴承与石墨聚四氟乙烯填料密封一体化的紧凑式结构。摆线针轮减速器13、行星大齿轮15、行星小齿轮9和行星轴11组成复合式减速传动装置，复合式减速传动装置为功率两分流结构。所述的导流罩8为流线型。

如图2所示，固定轴套6与支撑隔板20的转动配合通过无油自润滑滑动轴承-第一滑动轴承18来实现，其转动配合的密封通过在第一填料箱17内填充石墨聚四氟乙烯填料19后靠第一填料压盖21压紧填料实现可靠密封，轴承与密封为一体化的紧凑式结构。

如图3所示，涡轮主轴17与固定轴套6的转动配合与密封也采用轴承与密封一体化的紧凑式结构，整体密封支撑结构由第二填料箱22、第二滑动轴承23和第二填料压盖24等组成。

本发明利用循环管路中流动的液体冲击驱动涡轮，产生机械能通过主轴传递至摆线针轮减速器，经过一级减速增大输出扭矩，再通过二分流行星齿轮传动装置驱动搅拌器主机壳体进行缓慢旋转，摆线针轮减速器固定在密封轴套上，行星齿轮传动装置的两根行星轴嵌在主机壳体的上半部，带动主机壳体旋转，密封轴套穿过固定于主机壳体上的密封支撑平板至主机壳体的下半部通过流线型支撑导流筋板固定于固定支撑壳体上，固定支撑壳体与密封轴套形成一个环形通道，供冲击固定支撑壳体内驱动涡轮后的流体通过，固定支撑壳体的上端与主机壳体的下半部相连，为主机壳体的旋转提供支撑和密封，主机壳体的下端外侧壁上开有两个偏心布置的圆柱孔与相应喷嘴相连接。

为了提高循环流体能量的转化率，保证搅拌器旋转的平稳性和可控性，对液力驱动涡轮进行三元流设计，使叶轮更加接近于流体在旋转中流动的真实性，因此其效率和工作性能明显提高，同时，对涡轮水力性能进行了系统的模型试验和三维流场数值计算，得到了驱动涡轮随流体流动状态及负载状态的变化规律，提出了依赖于搅拌负载的转速控制程序。

所述减速传动装置由摆线针轮减速器和行星齿轮传动装置组成，所述行星齿轮传动装置为两分流结构，两行星轮同时与固定在密封轴套上的固定太阳轮啮合，通过嵌在主机壳体内的行星轴带动主机壳体旋转。

所述密封支撑平板的下侧设有流线型导流板，可避免环形通道内的流体对密封支撑平板的冲击，同时使流体流入壳体两侧喷嘴的过程中减小阻力损失和涡量。

所述密封轴套与密封支撑平板的配合与密封采用无油自润滑滑动轴承与石墨聚四氟乙烯填料密封一体化的紧凑式结构。