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CN106457258A - 磨碎机的搅拌器轴 - Google Patents

磨碎机的搅拌器轴 Download PDF

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Abstract

一种用于磨碎机的搅拌器轴(1)，包括：‑预期被驱动旋转的轴(2)，‑交替地安装在该轴上并沿所述轴(2)堆叠的一系列扁平搅拌器元件(3)和管状间隔件(4)，‑被固定到该轴上的端部止动件(5，6)，这些端部止动件保持搅拌器元件和间隔件的堆叠处于压缩状态，其特征在于，管状间隔件(4)具有孔，这些孔允许材料和流体从该搅拌器轴的外部自由地流到内部，反之亦然。

Description

磨碎机的搅拌器轴
本发明涉及一种搅拌器轴，并且涉及一种配备有这种搅拌器轴的研磨机。这种搅拌器轴和研磨机将特别应用于以工业规模(特别是通过发酵)生产的微生物的生物质的裂解，如微藻，更具体地是小球藻属的微藻。
本发明的领域是珠磨机，珠磨机通常包括由典型为圆柱形的储罐的内部容积限定的处理室，在该处理室中能够通过干法或在液体介质中研磨物质，例如细胞微生物。单细胞微生物的裂解是通过由研磨产生的剪切力和室内的小珠的相互碰撞的效果来获得的，小珠由该研磨机的搅拌器轴来设定运动，在齿轮传动马达的作用下搅拌器轴被驱动在其主轴上旋转。
文献US 3,844,490、US 5,785,262、US 2005/0011976和WO 2014/005570披露了这种水平主轴或垂直主轴的珠磨机。如文献WO 2014/005570的图1的截面视图所示，珠磨机的搅拌器轴通常包括中心主轴，沿着该中心主轴分布有大致平坦的且基本上垂直于该主轴的搅拌器元件，这些搅拌器元件为简化起见在下文中称为“搅拌器盘”。已知的做法是，通过围绕该主轴安装的管状间隔件将这些搅拌器盘彼此间隔开，每个管状间隔件在其端部处靠在该轴的两个相继的搅拌器盘上。
这种搅拌器轴的组装基本上为依次将间隔件和搅拌器盘交替地拧到该中心主轴上直到它们接触。间隔件和搅拌器盘的堆叠保持在两个端部止动件之间，这两个端部止动件固定到该中心主轴上并且其间隔由夹持系统保持。通常，杆(或钢带)在内径处穿过这些搅拌器盘中的凹槽，目的是使该主轴和这些搅拌器盘作为一个整体进行旋转。
例如，在文献US 2005/0011976A1的图12中，这些搅拌器盘标记为22，该中心主轴标记为24，并且这些间隔件标记为20。
如在文献WO 2014/005570的图1中的截面视图中可以看到的，该搅拌器轴包括限定在该中心主轴的外表面与该管状间隔件的内壁之间的自由间隙区、搅拌器盘和端板(在图1中的右侧)。如在同一个图中可以看到的，珠被放置在处理室中，待研磨物质被放置在限定在该容器的内壁与该搅拌器轴的外表面之间的处理区中。
相比之下，该搅拌器轴被密封，以便防止任何物质和珠进入该搅拌器轴的空腔中。特别地，各种元件(间隔件、搅拌器盘、中心主轴、端板)的组装是密封组装：该间隔件是管状的，具有实心壁，由间隔件/搅拌器盘支承表面之间的密封件补充对于流体的密封，密封件在夹紧期间被压缩。(由铜制成的)密封垫圈与用于夹紧该端板的螺钉组合，以便防止任何沿着螺钉通过该端板的泄漏。
本申请人已经对这种珠磨机进行了性能测试。特别地，所期望的目标是对在生物反应器中以每升300克至400克(干物质)的浓度培养的单细胞微生物(小球藻类型的微藻)进行裂解。在该室的一端，在该珠磨机的进料口处以恒定的速率送入在液体介质中的微藻。在该处理室中，通过珠的作用裂解这些微藻，通过在搅拌器轴的主轴上以大约1000rpm的速度驱动的搅拌器轴使这些珠子到处移动，经研磨的细胞在该室的另一端不断离开。
小球藻类型的微藻是对污染(特别是细菌来源的污染)非常敏感的生物；必须要保持令人满意的操作条件，以便在研磨操作期间避免任何污染。污染的发生是不可接受的，并且涉及丢弃内容物，然后在实施新的生产操作之前对设备进行灭菌。因此污染导致相当长的停工时间。
就此而言，并且根据本发明人的发现，从现有技术已知的搅拌器轴的设计存在风险，即该轴的密封的缺乏将允许物质进入该轴的空腔中并停滞在其中，从而促进该轴内的污染的发生，由于相同的缺陷，该污染将反向传播到处理室中的物质。
在测试期间，本申请人因而仔细检查了该搅拌器轴的密封。特别地，并且在上述条件下，显而易见的是该搅拌器轴不是完全密封的。
本发明的目的是提出一种用于珠磨机的搅拌器轴，该搅拌器轴克服了上述缺点，特别是消除了现有技术的搅拌器轴中可能遇到的污染的风险。
本发明的另一个目的是提出这样一种搅拌器轴，在使用中需要更简单的维护。
从仅通过完全非限制性的示例给出的以下描述中，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
首先，本发明涉及一种用于研磨机的搅拌器轴，包括：
-预期被驱动旋转的主轴，
-一系列扁平搅拌器元件和管状间隔件，这些扁平搅拌器元件和管状间隔件交替地安装在该主轴上并沿所述主轴堆叠，
-端部止动件，这些端部止动件被固定到该主轴上，并且保持搅拌器元件和间隔件的堆叠处于压缩状态。
根据本发明，这些管状间隔件具有孔，这些孔允许流体和物质从该搅拌器轴的外部自由地流动到内部，反之亦然。
根据本发明的可选特征，单独或组合地考虑：
-这些管状间隔件是单件式元件；
-这些孔具有在4mm和50mm之间，优选地在20mm和30mm之间的直径；
-这些孔是光滑的或是预先倒角的；
-这些搅拌器元件借助于该主轴与这些搅拌器元件之间的扁平件或者可替代地通过钢带而旋转地连接到该主轴上；
-该主轴根据Euronorm标准由1.4418级不锈钢或X4CrNiMo16.5.1制成；
-这些搅拌器元件各自包括大致垂直于该主轴的板，该板设有用于使该主轴通过的中心孔，并且优选地设有围绕该主轴分布的贯穿凹陷；
-这些间隔件以其端部抵靠在这些搅拌器元件的面上，一方面通过位于这些间隔件的支承面之间的密封件，另一方面通过位于这些搅拌器元件的支承面之间的密封件。
本发明还涉及一种珠磨机，该珠磨机包括容纳根据本发明的搅拌器轴的储罐。优选地，这些间隔件中的孔的尺寸比珠更大，以便允许这些珠从该搅拌器轴的外部自由地流到内部，反之亦然。
通过阅读以下伴随附图的描述，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是根据本发明的配备有根据本发明的搅拌器轴的珠磨机的穿过主轴的截面的示意图。
-图1a是根据本发明的穿孔间隔件的透视细节图，图1中的研磨机的搅拌器轴配备有该间隔件。
-图1b是从前面观察的图1中的研磨机的搅拌器轴所配备的搅拌器元件的详细视图。
-图2是如图1所示的框I-I的详细视图。
-图3是示出了该主轴与搅拌器元件之一之间通过扁平件共同旋转的示意图。
-图4是该搅拌器轴的一段长度的透视图。
-图5是如图4所示的沿剖切线IV-IV的视图。
-图6是来自图4的间隔件的详细视图。
首先，本发明涉及一种用于研磨机的搅拌器轴1，包括：
-主轴2，该主轴预期典型地通过齿轮电动机12被驱动旋转，
-一系列扁平搅拌器元件3和管状间隔件4，这些扁平搅拌器元件和管状间隔件交替地安装在该主轴上并沿着所述主轴2堆叠，
-端部止动件5、6，这些端部止动件被固定到该主轴上，并且保持搅拌器元件3和间隔件7的堆叠处于压缩状态。
在图1中通过非限制性示例的方式示出这种组件。这种搅拌器轴的组装基本上为依次将间隔件4和搅拌器元件3交替地拧到中心主轴2上，直到它们接触。间隔件4和搅拌器元件3的堆叠保持在两个端部止动件之间，左侧的标为5，右侧的标为6，这两个端部止动件固定到该中心主轴上并且其间隔由夹持系统保持。
搅拌器元件3可各自包括设有用于使主轴2通过的中心孔的板，或优选地设有围绕该主轴分布的贯穿凹陷31。搅拌器元件中的每一个可以具有非圆形轮廓，如图1b所示，搅拌器元件3优选地沿着主轴2的长度方向交替地、有角度地偏移。
从现有技术中，特别是从文献WO 2014/005570中，已知这种搅拌器轴设计。在本申请人已知的这种现有技术中，该搅拌器轴是被密封的轴，以便防止物质从处理室进入搅拌器轴的空腔中。
然而，本申请人在开篇提及的条件下进行的测试已经证明这种密封是不完全的，这种密封不足构成了发生污染的风险。
如发明人目前所理解的，在进行测试期间，通过施加在搅拌器轴上的高动态负荷从而引起导致密封损失的应力(弯曲和/或扭曲)，能够解释这种密封不足。
本发明人认为，当然可以通过该搅拌器轴的改进设计来加强该轴的密封，例如通过增加密封件的数量及其质量。然而，根据本发明人的经验，这种搅拌器轴的密封总是必须定期监测，并且将必然涉及周期性的、艰难的、昂贵的维护操作，如更换密封件。
本发明是本发明人发现难以实现密封的搅拌器轴的结果。
本发明人提出的解决方案与本领域技术人员完全相反：由于看起来难以提供搅拌器轴的完全密封，本发明人提出的解决方案反而是提供可大幅度透过的间隔件，以便确保该间隔件的自由内部区的排空、清空和清洗。
因此，这里所追求的目标是在该搅拌器轴中消除间隔件内部的空腔，物质和流体可以通过这些空腔然后滞留，反向污染该研磨室。
根据本发明，管状间隔件3有利地具有孔7，这些孔允许流体和物质从搅拌器轴1的外部自由地流到内部，反之亦然。孔7具有在4mm和50mm之间，优选地在20mm和30mm之间的直径。
优选地，这些孔7的尺寸大于在研磨机10中使用的珠11的尺寸。珠自由通过间隔件4使得在操作期间能够确保操作期间内部腔体(间隙It)的更好的可清洁性。
优选地，孔7的几何形状被设计成，当该搅拌器轴旋转时，促使待研磨的流体和物质从该间隔件的外部流到内部，反之亦然。
管状间隔件4可以是单件式元件，例如是圆柱形的。可以通过机械加工该管状间隔件的壁来制造这些孔。优选地，孔7是光滑的或倒角的，以便尽可能地限制沉积，并且因而限制污染的发生和发展。
然而，根据本发明人的发现，待研磨的流体和物质(以及优选地，研磨珠)可透过的这种新型搅拌器轴设计具有使中心主轴2暴露于比现有技术中已知的密封搅拌器轴的中心主轴所遇到的更大的应力中的缺陷。这是因为，根据现有技术的搅拌器轴的主轴被保护以免受到待研磨物质和研磨珠的影响，并且因此受到较小的腐蚀风险。
为了缓解这种困难，主轴2的材料的选择是重要的，因为它不仅确定其动态机械强度，特别是与扭曲和弯曲有关的动态机械强度，而且还确定其抗腐蚀性。为了增加设备的寿命，根据本发明有利地可以选择其机械性能和与腐蚀有关的性能都满足新的、要求更高的约束条件的不锈钢。为此，主轴2可以由根据Euronorm标准的1.4418级不锈钢或X4CrNiMo16.5.1(或马氏体钢)制成。
根据在图3中以非限制性方式示出的一个实施例，搅拌器元件3可以借助于主轴2与搅拌器元件3之间的扁平件20、30旋转地连接到主轴。在这种情况下，这些搅拌器元件的中心孔允许主轴2插入到该操作间隙内。主轴2和搅拌器元件3之间的扁平件20和30配合，以便防止这两个元件之间的任何相对旋转运动。可替代地，可以使用钢带。
根据未示出的实施例，间隔件7可以通过其端部直接(即没有密封件)抵靠在搅拌器元件3的表面上。根据在图2中以非限制性方式示出的替代实施例，间隔件7以其端部抵靠在搅拌器元件3的面上，一方面通过在间隔件4的支承面之间的密封件8，另一部分通过搅拌器元件3的支承面之间的密封件。在这种情况下，密封件8的目的显然不是确保相对于流体的密封，因为这些间隔件是可透过液体的。密封件8尤其是通过更加容许各种部件(即搅拌器元件和间隔件)的制造尺寸而便于组装。密封件8能够限制在间隔件4的支承表面处标记搅拌器元件的面的风险。为了避免在夹紧期间对密封件8的任何挤压，密封件8可以部分地保持在凹入间隔件7的支承表面中的凹槽40中。密封件8是圆形的(优选为环形的)密封件。
本发明还涉及一种珠磨机10，该珠磨机包括容纳根据本发明的搅拌器轴1的储罐15。优选地，间隔件4中的孔7具有比珠11更大的尺寸，以便允许珠在操作期间从搅拌器轴1的外部自由地流到内部，反之亦然。该研磨机优选为水平主轴研磨机。
它优选是用于连续处理物质的研磨机，参考号为M。该研磨机具有用于待研磨物质的入口13以及用于已研磨物质的出口14。这种研磨机优选地以给定速率连续进料。
本发明作为工业研磨机得到应用。该研磨机的进料速率可以为0.5m3/h至10m3/h，并且对于300g/l至400g/l的物质(干物质)浓度，搅拌器轴1在这种条件下承受高机械应力。
尤其在两个生产阶段之间可以提供对该研磨机的维护，通过向该研磨机供给清洗液，对容器15的内壁、搅拌器轴1的内壁和外壁以及主轴2进行清洗。在这个步骤中，搅拌器轴1优选地设定为旋转，以便促使清洗液经由孔7流过搅拌器轴1。
当然，本领域技术人员可以设想另外的实施例，而不脱离如下定义的本发明的范围。
零件清单
1.搅拌器轴，
2.主轴，
3.搅拌器元件，
4.管状间隔件，
5，6.端部止动件，
7.孔(间隔件)，
8.密封件，
10.珠磨机，
11.珠，
12.齿轮电动机，
13.物质入口(研磨机)，
14.物质出口(研磨机)，
15.储罐，
20.扁平件(主轴)，
30.扁平件(搅拌器元件)，
31.凹陷(搅拌器元件)，
40.凹槽(用于密封件)
M.物质，
It.间隙(主轴与间隔件之间)。

Claims (12)

1.一种用于研磨机的搅拌器轴(1)，包括：
-预期被驱动旋转的主轴(2)，
-一系列扁平搅拌器元件(3)和管状间隔件(4)，该扁平搅拌器元件和管状间隔件交替地安装在该主轴上并沿所述主轴(2)堆叠，
-端部止动件(5，6)，该端部止动件被固定到该主轴上，并且保持搅拌器元件和间隔件的堆叠处于压缩状态，
其特征在于，这些管状间隔件(4)具有孔(7)，这些孔允许该物质和流体从该搅拌器轴的外部自由地流到内部，反之亦然。
2.根据权利要求1所述的搅拌器轴，其特征在于，这些管状间隔件(4)是单件式元件。
3.根据权利要求1或2所述的搅拌器轴，其中，这些孔(7)具有在4mm和50mm之间，优选地在20mm和30mm之间的直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的搅拌器轴，其中，这些孔(7)是光滑的或倒角的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的搅拌器轴，其中，这些搅拌器元件(3)借助于该主轴(2)与这些搅拌器元件(3)之间的扁平件(20，30)旋转地连接到该主轴。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的搅拌器轴，其中，该主轴(2)由根据Euronorm标准的1.4418级不锈钢或X4CrNiMo16.5.1制成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的搅拌器轴，其中，这些搅拌器元件(2)各自包括基本垂直于该主轴的板，该板具有用于使该主轴通过的中心孔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的搅拌器轴，其中，这些间隔件(7)以其端部抵靠在这些搅拌器元件(3)的面上，一方面通过位于这些间隔件(4)的支承面之间的密封件(8)，另一方面通过位于这些搅拌器元件(3)的支承面之间的密封件。
9.一种珠磨机(10)，包括容纳如权利要求1至8中任一项所述的搅拌器轴(1)的储罐。
10.根据权利要求9所述的研磨机，其中，这些间隔件(4)中的这些孔(7)具有比珠(11)更大的尺寸，以允许这些珠从该搅拌器轴(1)的外部自由地流到内部，反之亦然。
11.一种用于清洗根据权利要求9或10所述的研磨机的方法，其中，通过向该研磨机供应清洗液，并且优选地通过设定该搅拌器轴(1)旋转以使该清洗液流过该搅拌器轴(1)，对该储罐(15)的内壁和该搅拌器轴(1)的内壁和外壁进行清洗。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的搅拌器轴(1)或根据权利要求9或10所述的研磨机用于研磨单细胞微生物、例如小球藻类型的微藻的用途。
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