[发明专利]一种管路内气体收集再分布翼片转子

说明书

本发明涉及一种管路内气体收集再分布翼片转子，主要由翼片、叶片、锥形凸台、转轴以及锥形凹台组成，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔，叶片、翼片依次对称排布于转轴外表面，叶片结构与中心转轴呈螺旋状扭曲并且在内侧开有导流槽，导流槽沿轴向逐渐收窄，翼片呈一定角度的弧形置于叶片边缘外侧,沿周向延伸。本发明中，气液混合流体沿轴向冲击叶片的迎水面，推动转子绕轴旋转，叶片与翼片形成的夹角结构在旋转中能够收集密度轻而浮在管路顶部的气体并再次带入管路底部，从而增加气液两相的接触面积，促进混合，提高气液传质效率与流体的湍动程度。

技术领域

本发明涉及一种应用于管路内气液两相流混合与传质的内插件装置，特别是一种受流体冲击绕轴旋转的气体收集再分布翼片转子。

背景技术

管路中的气液两相流混合广泛地应用于化工、能源、医药、生物等行业，由此产生的成果或生产的产品与我们的日常生活息息相关。因此研究能够高效、节能进行气液混合与传质的设备意义重大。特别是近年来由于化石能源日渐短缺、环境污染问题日益严重，人们开始更多地关注新型可再生清洁能源，在研究中发现，生物柴油是一种与化石能源性能相接近的极佳的可再生清洁能源。用于大规模生产生物柴油的最佳原材料是微藻，除此之外，由微藻产出的高附加值产物也广泛应用于医药、食品等方面。为此，大规模、高效率的进行微藻工业化养殖生产具有重要意义。微藻的生长依赖光照、温度、pH、碳源和其它营养物质等因素，因此在微藻培养中一般会主动添加二氧化碳气体作为碳源。管式光生物反应器是用于微藻大规模培养的理想设备，具有比表面积大、封闭抗污染、可操控性较好等优点，尽管如此，它仍存在一些不足：混合传质效果不佳、溶氧积累严重、清洗维修较难等。为此人们对现有管式光生物反应器进行了结构改进。中国专利公开号CN204417511U公开了名称为“基于流体驱动内置转子的管式光生物反应器”的实用新型专利，该专利提供了一种在透明管内安装流体驱动内置转子组，并使用发光中心轴的管式光生物反应系统。利用藻液流动为转子提供动力，使转子绕中心轴转动，进而促进液体的周向和径向流动，水流冲击管壁，防止微藻附壁生长，转子的旋转运动促进了养分均布，使培养的藻细胞保持运动状态，提高了对二氧化碳的交换和吸收效率。但是，通过模拟以及实验发现，对于水平放置的管式光生物反应器，在距离曝气装置稍远距离后，气体由于密度低，大量集中在管道上部，尽管普通转子对流体有一定的搅拌混合作用，但仍不能很好地处理该部分气体，因此，导致气液接触面减少，混合和传质能力下降，通入的二氧化碳气体大量耗散，造成了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于管路中气液两相流混合传质的螺旋转子，该转子在受到流体冲击绕轴旋转中，能够对集中在管路上部的气体进行收集，再重新分布于液体中，从而增加气液两相的接触面积，促进混合，提高气液传质效率与流体的湍动程度。

为实现上述目的，提出的方案是：一种管路内气体收集再分布翼片转子，主要由翼片、叶片、锥形凸台、转轴以及锥形凹台组成，转轴置于转子中心，内部开有同心圆通孔，锥形凸台置于转轴一端，另一端设有锥形凹台，凹台外侧均布开有三个径向通孔，叶片、翼片依次对称排布于转轴外表面，各个部分一体成型或通过粘接、焊接等方式连接，叶片结构与中心转轴呈螺旋状扭曲并且在内侧开有导流槽，导流槽沿轴向逐渐收窄，翼片为对应一定圆心角的圆弧状薄片，圆弧与中心转轴同心，翼片位于叶片边缘外侧且沿周向延伸，翼片位于叶片的迎水侧，翼片与叶片形成的夹角可以使滞留在换热管上端的气体被输运到换热管的下端，使气体与液体得到混合；多个转子通过一根直径略小于空心轴的刚性或柔性长轴连接，不同转子间通过凸台与凹台接触配合，保证了同轴度，减少了磨损。管路中混合流体冲击转子叶片表面，推动转子绕轴转动，转子又反作用于混合流体，使流体产生径向速度，冲击破坏流体边界层，增加了流体的湍动程度，同时，转子的转动使叶片和翼片形成的夹角结构带动管路顶部存留的气体，使其再次沉入底部，增加了气液两相流体的接触面积，在夹角结构内部形成涡流，促进了流体的混合，增加了气液传质效率。

本发明一种管路内气体收集再分布翼片转子，沿转轴外表面均匀分布的翼片与叶片的组合结构数量为两个、三个或多个。