1.本实用新型属于生物发酵设备领域，具体涉及一种生物发酵用下压式搅拌桨及搅拌装置。


背景技术：

2.在生物制品的生产过程中，影响产品质量的首要因素是发酵罐，而搅拌桨是发酵罐的重要组成部分。现有的搅拌桨存在如下主要缺陷：1.具有较大的剪切力，使生物细颗粒的损失较大。2.搅拌形成的液流的流动存在死区，热场不均匀，局部过热导致失活。3.搅拌过程中易产生泡沫，不利于液位等参数的准确监测。4.在搅拌效率和能耗两个指标上存在顾此失彼的问题，在高效的同时伴随着高能耗，高效与低耗二者不可兼得是行业内一直无法克服的技术难题。
3.另外，现有结构的搅拌桨长时间高速转动过程中易发生搅拌轴与动力轴之间的连接松动，严重影响搅拌桨的正常工作。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种生物发酵用下压式搅拌桨，以解决上述背景技术中提到的缺陷。
5.为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种生物发酵用下压式搅拌桨，包括搅拌轴，沿所述搅拌轴的周壁间隔布设有n片桨叶，所述桨叶的轮廓面与所述搅拌轴的轴线所在的平面之间分别具有下压夹角ai，i=1-n,ai《90
º
；所述桨叶的轮廓面上布设有多个通孔。
6.进一步地，所述桨叶上多个通孔的总面积占桨叶面积的30%-50%，各相邻通孔之间间距相等。
7.进一步地，当n≥2时,各所述桨叶在所述搅拌轴上的布设方向相同且ai相等，i=1-n。
8.进一步地，当n≥2时,各所述桨叶（1）周向均布。
9.进一步地，所述桨叶具有镜面抛光的表面。
10.进一步地，所述桨叶的边沿以及各所述通孔的孔口边沿均具有圆角结构。
11.进一步地，所述i=3,所述ai=45
º
。
12.进一步地，所述搅拌轴的上端通过自制的联轴器可拆卸地与动力轴连接。
13.进一步地，所述联轴器的轴孔的内壁轴向设有至少一个限位槽，所述搅拌轴的上端的周壁上轴向设有至少一个定位筋，所述定位筋与所述限位槽之间具有一一对应的装配关系。
14.进一步地，所述搅拌轴的上端的周壁上径向开设有至少一个贯穿孔，所述联轴器的周壁上开设有至少一对同轴固定孔，螺栓依次穿过其中一个固定孔、贯穿孔和另一个固定孔后以螺母将所述搅拌轴与联轴器固定为一体。
15.第二方面，本实用新型提供一种生物发酵用搅拌装置，包括第一方面任一技术方案所述的生物发酵用下压式搅拌桨和电机；所述搅拌轴连接至所述电机的输出轴。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：有效消除流动的死区，提高温度场的均匀性，防止局部过热使细胞失活，综合提高发酵罐的热利用效率和细胞活性，在提升搅拌效率的同时能缩短反应时间，提高成品收率和质量。
附图说明
17.图1为本实用新型搅拌桨一个实施例的结构示意图；
18.图2为本实用新型搅拌桨一个实施例的结构示意图；
19.图3为图2的a-a向剖视图；
20.图4为图2的俯视图；
21.图5为本实用新型搅拌桨一个实施例中搅拌轴与联轴器装配的爆炸图；
22.图6为本实用新型搅拌桨一个实施例中联轴器与螺栓的装配结构示意图；
23.图7为图3中a圈出部分的局部放大图；
24.图8为本实用新型搅拌装置一个实施例的结构示意图。
25.图中附图标记：1-桨叶、2-通孔、3-搅拌轴、31-定位筋、32-贯穿孔、4-联轴器、41-轴孔、42-限位槽、43-固定孔、5-螺栓、51-螺母、6-动力轴、7-电机。
具体实施方式
26.下面将结合附图，对本实用新型多个实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，此处所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的这些实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
27.如图1所示，本实用新型生物发酵用下压式搅拌桨的一个实施例，包括搅拌轴3，沿所述搅拌轴3的周壁间隔布设有n片桨叶1，所述桨叶1的轮廓面与所述搅拌轴3的轴线所在的平面之间分别具有下压夹角ai，i=1-n,ai《90
º
；所述桨叶1的轮廓面上布设有多个通孔2。轮廓面是指搅拌过程中推动搅拌罐中混合物流动的面，轮廓面可以是平面，也可以是曲面。当为曲面时，优选为流线型曲面，具有统一的曲率半径。轮廓面与搅拌轴3的轴线所在的平面之间具有下压夹角ai解释如下：当轮廓面为平面时，下压夹角ai就是该平面在与其相垂直的投影面上投影所形成的投影直线与搅拌轴3的轴线之间的夹角，该夹角为锐角。当轮廓面为曲面时，下压夹角ai就是该平面在与其相垂直的投影面上投影所形成的投影曲线的中点处的切线与搅拌轴3的轴线之间的夹角，该夹角为锐角。值得注意的是，该夹角处于桨叶1的行进方向上，以便形成下压力。具体地，如图1所示，搅拌轴3按顺时针旋转，由于桨叶1向搅拌轴3旋转的前进方向倾斜，即桨叶1的顶端相对于底端向其前进方向倾斜，使桨叶1的整个轮廓面向下倾斜，这样就会在旋转时对搅拌罐内的混合物形成一定的下压力，即被搅拌的混合物既随着桨叶1的顺时针旋转而进行顺时针流动，还在流动过程中通过该下压力不断向下翻滚渗透形成涡流，有助于将搅拌过程中形成的泡沫或气泡击碎消除，并使混合物中不同种类的物质充分接触，有效消除流动的死区，提高温度场的均匀性，防止局部过热使细胞失活，综合提高发酵罐的热利用效率和细胞活性，在提升搅拌效率的同时能缩短反应时
间，提高成品收率和质量。桨叶1的轮廓面上布设的多个通孔2可使一部分混合物在流动过程中反向（即与桨叶1推动混合物顺时针流动的方向相反）穿过桨叶1，反向液流与正向液流碰撞后形成紊流，使异种物质之间相互扩散，这样无疑可增加混合物中异种物质的相遇几率，进一步提高搅拌效果。桨叶1的大小和数量n可根据实际需要确定，尤其需要与搅拌罐的大小相适应，可以是1片或多片。下压夹角ai的大小可根据实际需要确定，当桨叶1多于1片时，各片桨叶1的下压夹角ai可以相同，也可以不同。不同的下压夹角ai相对于相同的下压夹角ai可形成更不规律的紊流，一定程度上可改善搅拌效果，但也会增加搅拌阻力。通孔2的排布方式、孔径大小和数量可根据实际需要确定，尤其需要与搅拌罐的大小相适应。通孔2的数量或面积决定反向液流的大小，优选地，一个桨叶1上多个通孔2的总面积占桨叶1面积的30%-50%，各通孔2之间间距相等。这样形成的反向液流的流量与正向液流相当，碰撞后形成的紊流能使其中的异种物质更均匀地接触反应，提高搅拌效果。
28.在一个实施例中，当n≥2时,各所述桨叶1在所述搅拌轴3上的布设方向相同且ai相等，i=1-n。布设方向相同即各桨叶1的倾斜方向相同。ai相等即倾斜角度相同。倾斜方向相同的多片桨叶1可形成流速稳定的液流，降低搅拌阻力，节约能源。倾斜角度相同也具有同样的效果。
29.在一个实施例中，当n≥2时,各所述桨叶1周向均布。多片桨叶2沿搅拌轴3的圆周方向等间隔均匀分布，有助于形成流速稳定的液流，降低搅拌阻力，节约能源。
30.在一个实施例中，所述桨叶1具有镜面抛光的表面。光滑的表面可减小桨叶1对混合物中活细胞的剪切力，降低搅拌过程中对细胞等生物细颗粒的物理破坏，有利于保持搅拌后混合物的生物活性。
31.在一个实施例中，所述桨叶1的边沿以及各所述通孔2的孔口边沿均具有圆角结构，并进行抛光处理。这种圆润的边角可进一步减小桨叶1对混合物中活细胞的剪切力。
32.在一个实施例中，所述i=3,所述ai=45
º
。如图4所示，3片桨叶1间隔120
º
均布在搅拌轴3上，各片桨叶1的下压夹角ai均为45
º
。基于3片桨叶1的搅拌桨可适应大多数工况，多于3片必然增加能耗，少于3片不利于稳定液流的形成，从而影响搅拌效率，即这种配置能兼顾高效和节能。通过流体仿真计算，45
º
的倾斜角可最大限度提高搅拌推力和下压力对异种物质的综合混合效果。
33.在一个实施例中，如图2-图7所示，所述搅拌轴3的上端通过自制的联轴器4可拆卸地与动力轴6连接。具体地，所述联轴器4的轴孔41的内壁轴向设有至少一个限位槽42，所述搅拌轴3的上端的周壁上轴向设有至少一个定位筋31，所述定位筋31与所述限位槽42之间具有一一对应的装配关系。所述搅拌轴3的上端的周壁上径向开设有至少一个贯穿孔32，所述联轴器4的周壁上开设有至少一对同轴固定孔43，螺栓5依次穿过其中一个固定孔43、贯穿孔32和另一个固定孔43后以螺母51将所述搅拌轴3与联轴器4固定为一体。这种可拆卸的轴联结构一方面方便更换图1中示出的这种搅拌桨（以下称为“该搅拌桨”），另一方面，通过定位筋31和限位槽42的位置限定结构，使该搅拌桨的搅拌轴3与动力轴6之间的连接不易松动，提高整体的可靠性。
34.如图8所示，本实用新型的生物发酵用搅拌装置的一个实施例，包括上述生物发酵用下压式搅拌桨任一实施例所述的搅拌桨和电机7；搅拌桨的搅拌轴3连接至所述电机7的输出轴，以给搅拌桨提供动力。搅拌桨的技术效果必然也是搅拌装置的技术效果，此处不再
赘述。
35.本实用新型涉及的控制软件采用现有技术。
36.尽管已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。