Смеситель

Предлагаемая конструкция перемешивающего устройства относится к механическим смесителям жидкостей, особенно высоковязких структурированных и неньютоновских растворов, суспензий и эмульсий, и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой, лакокрасочной, строительной, металлургической, энергетической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах переработки жидких отходов при их смешении.
Известна конструкция устройства для разрушения сводов сыпучего материала в бункерах, содержащее штангу, подвешенную свободно на пружине в центре бункера, с элементами обрушения, выполненными в виде радиальных упругих тяг, которые жестко закреплены на штанге, при этом устройство снабжено вибратором осевых колебаний, к которому подсоединена пружина с подвешенной на ней штангой [патент 149025 РФ, В65D 88/66, 2014 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая скорость перемешивания на микроуровне жидких сред, так как упругие тяги обеспечивают микровихревое движение только на границе упругих пластин, что снижает производительность, особенно при перемешивании структурированных неньютоновских жидкостей.
Известна конструкция вибрационного смесителя для смешивания сыпучего материала с жидкостью, содержащего камеру, установленную на несущей конструкции аппарата, шток вибрационной мешалки, несущий один или несколько дисков с отверстиями и присоединенный верхним концом к якорной части электромагнитного вибровозбудителя вертикально направленных колебаний, при этом несущая конструкция смесителя выполнена в виде станины для размещения смесительной камеры и двух, диаметрально расположенных и жестко скрепленных со станиной стоек, между которыми с возможностью перемещения в вертикальных направлениях и скрепленных с ними установлены две перемычки, на первой из которых укреплена статорная часть электромагнитного вибровозбудителя, а со второй, расположенной над первой, через пружину свободно скреплена якорная часть вибровозбудителя, при этом шток введен в камеру через пассивный герметизирующий элемент [патент 133434 РФ, В01F 11/00, 2013г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая скорость микроперемешивания якорем в жидкости в статорной части и как следствие низкая производительность.
Известна конструкция мешалки для емкостей с малой горловиной, состоящая из стержня с прутками одинаковой длины и формы, верхние и нижние участки которых закреплены на стержне по спирали, при этом стержень выполнен телескопическим из двух коаксиальных раздвижных частей, а прутки крепятся к стержню с помощью цилиндрических шарниров, причем нижние участки прутков крепятся к внутренней части стержня, а верхние участки прутков - к наружной части стержня [патент к изобретению 2516654 РФ, В01F 7/16, 2014 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся низкое гидравлическое сопротивление из-за малой площади обхвата стержня с прутками перемешивающей среды, невысокая скорость перемешивания жидкостей, особенно неньютоновских и структурированных на микроуровне из-за малого числа вихрей, образующихся при перемешивании потока жидкостей, что приводит к снижению производительности.
Известна конструкция смесителя, состоящего из емкости, вала с мешалкой и рубашки для охлаждения или обогрева обрабатываемого продукта, при этом вал в зоне смешения представляет собой цилиндрическую пружину [патент РФ 154488, В01F 7/24, 2015 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится вихреобразование при вибрации только на границах лопастей, что снижает производительность при микроперемешивании.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятым за прототип является конструкция смесителя, состоящего из емкости, вала с мешалкой, теплообменной рубашки и цилиндрической пружины, причем мешалка состоит из закрепленной на валу втулки, к которой посредством разъемного соединения присоединены вертикальные пластины, к каждой из которых крепится цилиндр, имеющий наружный диаметр, равный внутреннему диаметру витков жестко соединенной с ним цилиндрической пружины [патент РФ 177043, В01F 7/24, 2018 г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая зона перемешивания в емкости за счет недостаточного объема охвата площади втулки с цилиндрической пружиной,  что приводит к уменьшению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции мешалки является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что смеситель, состоящий из емкости, теплообменной рубашки, цилиндрической пружины и вала с мешалкой, причем мешалка, состоящей из закрепленной на валу втулки, к которой посредством разъемного соединения прикреплен цилиндр, имеющий наружный диаметр, равный внутреннему диаметру витков жестко соединенной с ним цилиндрической пружины, причем цилиндрическая пружина свернута по спирали в одной плоскости, а цилиндр прикреплен к втулке под углом 45°.
Выполнение цилиндрической пружины свернутой по спирали позволяет образовывать микровихри за счет набегающего потока перемешиваемой жидкости, из-за чего происходит интенсификация процесса, уменьшение времени перемешивания, а следовательно, и повышения производительности.
Выполнение цилиндрической пружины свернутой по спирали в одной плоскости,  позволяет  в этом случае задействовать наибольший объем жидкости, а также позволит усилить вибрацию витков,  что повысит производительность.
Прикрепление цилиндра к втулке под углом 45° позволяет интенсифицировать процесс за счет вовлечения большего объема перемешиваемой жидкости в объеме аппарата, что приводит к повышению производительности.
Пружина необходимой жесткости  (например, от 30000 ÷ 50000 Н/м) крепится на цилиндре, жестко прикрепленного с помощью разъемного соединения к втулке, после чего сворачивается в спираль в одной плоскости. За счет низких скоростей вращения вала с мешалкой (данную конструкцию предлагается использовать для высоковязких, неньютоновских жидкостей, суспензий и растворов) цилиндрическая пружина, свернутая по спирали в одной плоскости, остается неизменной.  При увеличении частоты вращения вала с мешалкой цилиндрическая пружина начинает раскручиваться и при этом совершать осевые колебания.
Увеличение жесткости пружины позволит усилить вибрацию витков. Уменьшение жесткости приведет к потере формы пружины, ее раскручиванию и возможному удару свободного конца о стенки аппарата.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции смесителя; на фиг. 2 представлен вид сверху мешалки; на фиг.3 представлен вид, на цилиндр прикреплённый к валу.
2
1
Смеситель состоит из корпуса 1 со съемной крышкой 2, на которой осесимметрично с корпусом 1 установлен двигатель 3 с редуктором 4, соединенный с валом 5. На конце вала 5 закреплена мешалка 6. На крышке 2 установлен патрубок 7 для подачи в корпус 1 обрабатываемого продукта, а в нижней части корпуса 1 установлен патрубок 8 для отвода обрабатываемого продукта. На стенке и днище корпуса 1 установлена рубашка 9 с патрубками подвода 10 и отвода 11 теплоносителя. На рубашке 9 закреплены опоры 12. Закрепленная на валу 5 мешалка 6 состоит из цилиндрической пружины 13, свёрнутой по спирали в одной плоскости, жестко закрепленной на цилиндре 14, имеющем наружный диаметр d, равный внутреннему диаметру dвитков цилиндрической пружины13. Другой конец цилиндра 14 прикреплен к втулке 15 под углом 45° посредством разъемного соединения 16 (болтов, гаек и шайб).
Смеситель работает следующим образом.
По патрубку 7 в корпус 1 попадают обрабатываемый продукт, а по патрубку 8 его отводят. Одновременно по патрубку 10 подводят в рубашку 9 теплоноситель, а по патрубку 11 его отводят из рубашки 9. Включают двигатель 3, который через редуктор 4 передает вращение валу 5 и мешалке 6. При вращении мешалки 6 под действием набегающего потока перемешиваемой жидкости витки цилиндрической пружины 13 начинают вибрировать, создавая микровихри около поверхности, обеспечивая микросмешение струй перемешиваемой жидкости, проходящих между витками цилиндрической пружины 13, свёрнутых по спирали в одной плоскости. Эта вибрация, помимо прочего, в неньютоновских структурированных жидкостей уменьшает их эффективную вязкость, что еще в большей степени способствует микроперемешиванию, интенсификации тепло- и массообменных процессов, уменьшению необходимого для эффективного смещения времени, а значит и росту производительности в целом.
Таким образом, выполнение цилиндрической пружины 13 свернутой по спирали в одной плоскости и прикрепление цилиндра 14 к втулке 15 под углом 45° позволяют обеспечить при вращении мешалки в жидкости вибрацию витков цилиндрической пружины 13 свёрнутой по спирали в форме диска, что приводит к образованию вихрей, способствующих микроперемешиванию, интенсификации гидродинамических, тепло- и массообменных процессов в перемешиваемой жидкости, уменьшению необходимого времени перемешивания, а значит, увеличению производительности.