ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
HYDROSTATIC MIXER AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к диспергированию эмульсий и суспензий и может использоваться при водоподготовке во флотационных установках для аэрации грунтовых вод, в химической технологии, строительстве, для интенсификации растворения химических реагентов.
Высокоэффективный гидростатический смеситель - устройство, предназначенное для усреднения концентраций и температур химических веществ в потоке жидкости. Устройство не содержит движущихся частей и не требует для своей работы дополнительного подвода энергии, поскольку рабочий процесс реализован посредством преобразования механической энергии потока смешиваемых веществ. Смеситель устанавливается в трубопровод или линию подачи неоднородной среды, гомогенизацию которой требуется провести. Процесс гомогенизации среды протекает во время прохождения вещества через устройство.
В основе конструкции устройства лежит смесительный блок, расположенный внутри внешнего герметичного корпуса. Смесительный блок является основным функциональным элементом смесителя и состоит, в свою очередь, из ряда смешивающих элементов специальной формы, имеющих особое пространственное расположение.
Вещество неоднородное по температуре и концентрации, проходя через смесительный блок, претерпевает неоднократное разделение на изолированные потоки, изменение направления движения и скорости потока, в результате чего происходит рекомбинация отдельных объемов вещества. Кроме того, прохождение потока через пространственную структуру приводит к увеличению поверхности раздела смешиваемых сред. Рекомбинация потока вещества и увеличение поверхности раздела смешиваемых сред приводит к резкой интенсификации смешения, процессов тепло- и массообмена. Таким образом, проходя через смесительный блок, поток вещества претерпевает гомогенизацию.
Такие устройства могут быть использованы в процессах водоподготовки, водообработки, а также в технологических процессах, применяемых в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.
Существенным для таких устройств - гидростатических смесителей - является выполнение пространственной структуры, разделяющей общий поток вещества на изолированные потоки, изменяющей направление движения и скорость потока для рекомбинации отдельных объемов вещества. Кроме того, на качественные показатели смешиваемого вещества при прохождении потока через пространственную структуру оказывают влияние и поверхности раздела смешиваемых сред.
Так, например, из RU 2483791, B01F 5/06, опубл. 10.06.2013 г. (принято в качестве прототипа для заявленных объектов), известен гидростатический смеситель, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении. Смеситель также снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока, при этом в каждой секции сегментообразной формы пластины связаны между собой посредством прямоугольной формы пластины, расположенной под углом наклона к направлению жидкостного потока и в направлении, противоположном направлению наклона сегментообразных пластин в этой секции.
Недостаток данного решения заключается в высокой сложности его изготовления и сборке и обеспечении сохранности пространственно развитой структуры до ее помещения в оболочку канала протекания жидкого компонента. Закрепление в блоке и необходимая механическая прочность полученной сборки смесителя достигаются с помощью ряда вспомогательных продольных реек - полос и системы поперечно располагаемых опорных колец, то есть опорных элементов, не используемых непосредственно для разбивания потока жидкого компонента и его перемешивания. Сложность конструкции обеспечивает и увеличение ее веса, что создает определенные трудности при монтаже/демонтаже смесительного агрегата.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении ее технологичности для сокращения времени на монтаж/демонтаж конструкции.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что гидростатический смеситель, содержащий подлежащий размещению в трубчатом корпусе с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы перегородки в виде пластинок, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на отдельных элементах и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен прямоугольной формы перегородками в виде пластинок, оснащенных по боковым сторонам выступами с прорезью посередине, такие же выступы выполнены на прямой стороне сегментообразной формы перегородок, а отдельные элементы для размещения на них перегородок выполнены в виде прямоугольной формы каждая пластин, в которых выполнены крестообразные прорези, при этом на каждой пластине часть прямоугольной формы перегородок установлена параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины с размещением выступов в крестообразные прорези до вывода их на другую сторону пластины, другая часть прямоугольной формы перегородок установлена параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины и под углом к размещенным на пластине перегородкам и введена прорезями в выступах в прорези выступов размещенных на пластине перегородок и в крестообразные прорези следующей пластины, а сегментообразной формы перегородки введены в крестообразные прорези крайне расположенных пластин с их наружных сторон и погружены в прорези выступающих из пластин выступов.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что способ изготовления гидростатического смесителя, состоящего из перегородок в виде пластинок и пластин с крестообразными прорезями, заключается в том, что на одной пластине часть прямоугольной формы перегородок устанавливают параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины с размещением выступов в крестообразные прорези до вывода их на другую сторону пластины, другую часть прямоугольной формы перегородок устанавливают параллельно друг другу под углом к размещенным на пластине перегородкам и закрепляют на размещенных на пластине перегородках, затем устанавливают следующую пластину крестообразными прорезями на выступы прямоугольной формы перегородок для вывода этих выступов наружу через пластину, а сегментообразной формы перегородки закрепляют на наружной части крайних пластин путем погружения в прорези выступающих из пластин выступов.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена модель, объясняющая принцип действия структурная схема гидростатического смесителя: схема течения жидкости в каналах смесительного блока;
фиг.2 - конструкция гидростатического смесителя;
фиг.3 - конструкция смесительного блока;
фиг.4 - внешний вид пластины;
фиг.5 - внешний вид перегородок, закрепляемых на пластине;
фиг.6 - схема, иллюстрирующая принцип взаимного закрепления элементов в смесительном блоке;
фиг.7 - смесительные блоки в сборе, с кольцами, предназначенными для закрепления изделия в трубе.
Принцип действия рассматриваемого смесителя заключается в разделении потока обрабатываемой жидкости и направлении его в разнонаправленные каналы, образуемые специальными перегородками. При этом достигается физическое разделение и рекомбинация частей потока. Дополнительный эффект достигается за счет перемешивания потоков в местах пересечения разнонаправленных смежных каналов. Принцип действия устройства показан на фиг.1, где стрелками показано разделение потока и направление его на смешивание.
В общем случае высокоэффективный гидростатический смеситель состоит из внешнего герметичного цилиндрического (трубчатого) корпуса 1 с присоединениями 2 для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, арматуры ввода и дозирования реагентов 3 и смесительного блока 4. Общая схема устройства показана на фиг.2. При таком исполнении гидростатический смеситель устанавливается в разрыв трубопроводов. Допускается исполнение устройства в виде смесительного блока 4 без внешнего корпуса 1 и дополнительной арматуры. В этом случае смесительный блок устанавливается в полость трубы (труба выполняет функцию корпуса).
Смесительный блок включает в себя сегментообразной формы перегородки в виде пластинок, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом они закреплены на отдельных элементах и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении. В блоке имеются прямоугольной формы перегородки в виде пластинок, оснащенных по боковым сторонам выступами с прорезью посередине, такие же выступы выполнены на прямой стороне сегментообразной формы перегородок, а отдельные элементы для размещения на них перегородок выполнены в виде прямоугольной формы каждая пластин, в которых выполнены крестообразные прорези. На каждой пластине часть прямоугольной формы перегородок установлена параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины с размещением выступов в крестообразные прорези до вывода их на другую сторону пластины, другая часть прямоугольной формы перегородок установлена параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины и под углом к размещенным на пластине перегородкам и введена прорезями в выступах в прорези выступов размещенных на пластине перегородок и в крестообразные прорези следующей пластины, а сегментообразной формы перегородки введены в крестообразные прорези крайне расположенных пластин с их наружных сторон и погружены в прорези выступающих из пластин выступов.
Ниже приводится описание смесительного блока.
Смесительный блок состоит из ряда плоских пластин 5 квадратной или прямоугольной формы в плане (фиг.4), которые образуют опорную систему, опирающуюся на внутреннюю поверхность стенки корпуса или трубы. Эти пластины выполнены с небольшими выступами 6, которые обеспечивают точечное контактирование пластин с этой стенкой. Пластины располагаются параллельно друг другу (фиг.3), и так как они устанавливаются в трубу или в цилиндрический корпус параллельно друг другу, то для обеспечения опирания на стенку пластины выполняются разных размеров. Эти пластины несут на себе элементы фиксации 7 перегородок, часть которых 8, располагаемая между пластинами 5, выполняется примерно прямоугольной формы. А часть перегородок 9, которые монтируются на наружной поверхности крайних пластин, имеют сегментообразную форму.
Заданное пространственное расположение пластин, их взаимное закрепление и необходимая механическая прочность полученной сборки достигаются с помощью особых зацеплений, позволяющих стыковать элементы паз в паз. Перегородки, разделяющие ряды пересекающихся рядов каналов, в свою очередь имеют крестообразные пазы, позволяющие стыковать пластины, расположенные по разные стороны перегородки. Указанные крестообразные пазы, помимо прочего, способствуют надежной фиксации самих разделяющих перегородок. Внешний вид некоторых пластин и перегородок, закрепляемых на пластине, и их характерные особенности иллюстрируют фиг.4 и 5 соответственно.
Перегородки представляют собой тонкие пластинки и выполнены с элементами 10 соединения с пластинами, представляющими собой выступы, рассеченные посередине для образования паза с шириной, равной или по крайней мере не менее толщины перегородок. Эти выступы для прямоугольных перегородок расположены по двум боковым сторонам. А на сегментообразных - только на одной стороне, которая выполнена прямой. При монтаже одна перегородка вставляется в паз в выступе другой перегородки. А элементы фиксации 7 перегородок в пластине выполнены в виде крестообразных прорезей толщиной, равной или по крайней мере не менее толщины перегородок. По полю пластин эти крестообразные прорези расположены по диагональным линиям или по линиям, параллельным друг другу и расположенным под непрямым углом к краю пластины.
Так как прорези выполнены крестообразными, то на поле образуется сеть взаимопересекающихся линий.
Перегородки на каждой пластине вставляются по линиям в крестообразные прорези так, что выступы перегородок с частью прорези выходят наружу на другой стороне пластины. Эти выступающие части используются для закрепления других перегородок.
Изготавливают гидростатический смеситель в следующей последовательности (фиг.6):
- на одной пластине часть прямоугольной формы перегородок устанавливают параллельно друг другу под углом, отличным от прямого, к боковой стороне пластины с размещением выступов в крестообразные прорези до вывода их на другую сторону пластины,
- другую часть прямоугольной формы перегородок устанавливают параллельно друг другу под углом к размещенным на пластине перегородкам и закрепляют на размещенных на пластине перегородках, затем устанавливают следующую пластину крестообразными прорезями на выступы прямоугольной формы перегородок для вывода этих выступов наружу через пластину,
- сегментообразной формы перегородки закрепляют на наружной части крайних пластин путем погружения в прорези выступающих из пластин выступов.
Таким образом, получаем смесительный блок, в котором между пластинами организован набор перегородок, расположенных под углом к потоку и образующих ряд диагональных каналов. В то же время, аналогичный набор противоположно направленных перегородок образует ряд смежных каналов, ориентированных в другом направлении (фиг.3 и 6). Смежные ряды разнонаправленных каналов группируются попарно и отделяются от других аналогичных структур плоскими пластинами. Форма плоских пластин, из которых состоит смесительный блок, учитывает геометрию корпуса смесителя, для этого форма пластин изменяется по соответствующей образующей. Смесительный блок в сборе, предназначенный для установки в круглую трубу, показан на фиг.3.
Количество каналов, их ширина и угол их наклона, а также длина собранного блока, могут варьироваться в зависимости от конкретных задач практического применения изделия.
А на фиг.6 показан принцип сборки смесительного блока.
В зависимости от конкретных задач в смеситель устанавливается необходимое количество смесительных блоков, при этом, в случае необходимости, для увеличения эффективности смешения, блоки поворачиваются вдоль оси смесителя друг относительно друга. Собранные блоки фиксируются в трубе с помощью специальных колец или другим способом. Фиг.7 иллюстрирует одну из возможных конфигураций смесительных блоков. В смесителе, представленном на фиг.7, применено два смесительных блока, расположенных последовательно по длине корпуса или трубы и развернутых относительно друг друга под углом в 90 градусов (пластины одного смесительного блока расположены перпендикулярно пластинам другого смесительного блока).
Существенным достоинством представленной конструкции является относительная простота изготовления и сборки смесительных изделий. Указанное устройство может быть изготовлено как из металла, так и различных пластиков и других материалов. При этом плоская форма элементов смесителя позволяет изготовить их из любых листовых материалов различными способами механической обработки и резки.