СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
MIXER FOR LOOSE MATERIALS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к оборудованию для смешивания сыпучих материалов и может быть использовано в строительной, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Уровень техники
Из уровня техники известен лопастной смеситель сыпучих материалов (см. патент RU 88284 U1, МПК: B01F 7/04, опубл. 10.11.2009), содержащий смесительную камеру с загрузочным патрубком в верхней части и разгрузочным патрубком - в нижней, и приводной вал с перемешивающими лопастями.
Смеситель обладает простой конструкцией, однако характеризуется недостаточной интенсивностью перемешивания, поскольку при большом объеме камеры среда, находящаяся над мешалкой, имеет небольшую скорость перемещения, что ведет к образованию застойных зон. Кроме того, если смешиваемые материалы существенно отличаются друг от друга физико-механическими свойствами, то при основном круговом движении мешалки не обеспечивается интенсивное и качественное перемешивание.
Известно устройство для перемешивания (см. патент на изобретение RU 2214303, МПК: B01F 7/16, опубл. 20.10.2003), содержащее резервуар для смешения, подвижно расположенный на стойках, мешалку, установленную на приводном валу, и привод колебательного движения резервуара совместно с установленной в нем мешалкой. Мешалка для перемешивающего устройства выполнена в форме профилированного набора лопастей, установленных в несколько ярусов.
Устройство позволяет достичь эффективного сочетания двух видов воздействий на обрабатываемую смесь компонентов: воздействия мешалки, совершающей круговое движение по всей высоте рабочего объема резервуара, и
воздействия резервуара, совершающего колебательное движение с большой амплитудой.
Однако в данном устройстве многоярусно расположенные лопасти мешалки создают круговое перемещение среды, которое способствует образованию воронки и препятствует возникновению турбулентных вихрей, что приводит к снижению интенсивности процесса перемешивания. Кроме того, в смесительной камере цилиндрической формы невозможно полностью исключить зоны застоя, как в нижней, так и верхней ее части.
В качестве наиболее близкого аналога, по наличию существенных признаков, сходных с признаками заявляемого технического решения, принята конструкция центробежного смесителя, раскрытая в патенте RU 2311951, МПК: B01F 7/26, опубл. 10.12.2007. Ближайший аналог характеризуется следующими признаками, сходными с существенными признаками заявляемого смесителя, а именно: наличием смесительной камеры эллипсоидной формы с окном загрузки в верхней части и люком выгрузки - в нижней, и наличием рабочего органа (активатора) в виде закрепленных на приводном валу перемешивающих лопастей. Эллипсоидная форма смесительной камеры способствует направленному перемещению материала в зону действия лопастей активатора и препятствует образованию застойных зон.
Недостатком прототипа является недостаточно высокая эффективность процесса смешивания, вызванная наличием только одного перемешивающего рабочего органа, и приводящая к снижению качества смеси продукта.
Раскрытие изобретения
Заявляемым изобретением решается задача повышения качества готовой смеси сыпучих материалов и сокращения времени смешивания за счет интенсификации процесса перемешивания компонентов.
Технический результат достигается благодаря тому, что в смесителе для сыпучих материалов, содержащем смесительную камеру эллипсоидной формы с окном загрузки в верхней части, рабочим органом в виде закрепленных на приводном валу лопастей и люком выгрузки - в нижней части, согласно заявляемому изобретению, смеситель снабжен механизмом кругового качания смесительной камеры и, как минимум, двумя независимыми рабочими органами,
лопасти которых закреплены на обращенной внутрь смесительной камеры диаметральной поверхности диска, установленного на приводном валу, при этом лопасти развернуты относительно радиального положения в направлении вращения с образованием острого угла 15-25° между сечением лопасти и радиусом, проведенным от оси вращения к наиболее удаленной точке этого сечения, причем лопасти наклонены на 2-5° в направлении вращения относительно перпендикулярного к поверхности диска положения.
Как и в прототипе, заявляемый смеситель содержит смесительную камеру в форме эллипсоида, препятствующую образованию застойных зон.
Отличительными признаками являются размещение нескольких независимых рабочих органов в нижней части камеры и наличие механизма кругового качания смесительной камеры.
Круговое качание смесительной камеры придает вращение материалу, находящемуся внутри нее. Материал пересыпается от одного рабочего органа к другому, в результате, под действие перемешивающих лопастей поочередно попадает весь объем смеси, что обеспечивает лучшее перемешивание материала. Вместе с тем, лопасти рабочих органов создают направленные потоки материала вверх и в стороны. Материалопотоки рядом расположенных рабочих органов пересекаются и дополнительно перемешиваются между собой, благодаря чему достигается однородность смеси.
Поскольку лопасти закреплены на обращенной внутрь смесительной камеры диаметральной поверхности диска, установленного на приводном валу и развернуты относительно радиального положения под острым углом в направлении вращения, то формируют вокруг вала некое подобие шнековой лопасти, способствующей не только закручиванию и радиальному разбросу материала под действием центробежных сил, но и его выталкиванию вперед в объем камеры.
Обратно материал возвращается сам, падая под действием сил тяжести на эллипсоидную внутреннюю поверхность камеры, по которой снова направляется в зону действия перемешивающих лопастей. Вместе с тем, перед рабочим органом в центральной части создается зона разряжения, в которую затягивается очередная порция материала.
В результате создается свободная многократная циркуляция материала по всему объему камеры, в процессе которой происходит аэрация материала -дополнительное насыщение его воздухом, что предотвращает комкование материала, имеющего повышенные адгезионные свойства.
Лопасти развернуты таким образом, что между сечением лопасти и радиусом, проведенным от оси вращения к наиболее удаленной точке этого сечения, образуется острый угол. Экспериментально было установлено, что оптимальное значение упомянутого острого угла составляет 15-25°.
Кроме того, лопасти наклонены относительно перпендикулярного к поверхности диска положения в направлении вращения на угол 2-5°, что дополнительно способствует направленному в центр камеры полету материала.
Таким образом, за счет создания сложных пространственных перемещений компонентов смеси, повышается эффективность процесса перемешивания, сокращается его длительность и, в результате, повышается качество конечного продукта.
Конструктивно механизм кругового качания смесительной камеры может быть выполнен в виде шестистоечного устройства позиционирования, имеющего шесть степеней свободы (три поступательных и три вращательных), а именно, в виде платформы Гью-Стюарта, в которой используется октаэдральная компоновка стоек.
Целесообразно расположить рабочие органы равноудаленно от вертикальной оси смесительной камеры и друг от друга в целях оптимального их распределения в объеме камеры. Оптимальное количество лопастей каждого рабочего органа соответствует трем.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - смеситель, общий вид;
на фиг. 2 - смеситель, продольный разрез;
на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 4 - рабочий орган, общий вид, изометрия;
на фиг. 5 - то же, вид в плане;
на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5.
Осуществление изобретения
Смеситель для сыпучих материалов содержит смесительную камеру 1 в форме эллипсоида с окном загрузки 2 в верхней части. В нижней части камеры выполнен люк выгрузки 3 и размещены три независимых рабочих органа в виде лопастей 4, закрепленных на приводных валах 5, связанных с приводами вращения 6, размещенных вне камеры 1. Рабочие органы равноудалены от вертикальной оси О смесительной камеры и друг от друга.
Лопасти 4 закреплены на валу 5 посредством плоского основания - диска 7, насаженного на вал 5. У каждого рабочего органа все три лопасти 4 размещены на диаметральной поверхности диска 7, обращенной в объем смесительной камеры.
Каждая лопасть 4 развернута относительно радиального положения в направлении вращения на угол α=20° (в других случаях возможно от 15° до 25°) и наклонена в направлении вращения на угол β соответствующий 2-5°. Таким образом, лопасти имеют наклон в двух плоскостях: фронтальной и профильной.
Смеситель снабжен механизмом кругового качания смесительной камеры, выполненном в виде шестистоечной платформы Гью-Стюарта, содержащей шесть приводов 8. Каждый привод содержит стойку 9, шарнирно соединенную верхним концом со смесительной камерой 1, и установлен посредством шарниров на неподвижном основании 10.
Предлагаемый смеситель работает следующим образом.
Компоненты смеси загружают через окно 2 и включают двигатели 6, которые приводят во вращение валы 5 с закрепленными на них лопастями 4. Начинается процесс перемешивания. Материал захватывается лопастями и выбрасывается в стороны и вверх в объем камеры, что обеспечивается ориентацией лопастей. При этом по центру рабочего органа создается зона разряжения, в которую затягивается очередная порция материала. После расходования кинетической энергии, полученной при раскручивании, частицы материала падают вниз и по внутренней эллипсоидной поверхности камеры спускаются обратно в зону действия перемешивающих лопастей 4, где процесс повторяется снова и снова.
Форма смесительной камеры 1, размещение рабочих органов в нижней части камеры и форма лопастей 4, развернутых определенным образом, позволяют получить направленный поток материала по всему объему камеры. При этом материалопотоки, созданные рядом расположенными рабочими органами, пересекаются и дополнительно перемешиваются. В процессе такой свободной циркуляции материала происходит его насыщение воздухом, что повышает интенсивность процесса перемешивания, т.к. препятствует слипанию частиц материала.
Кроме того, во время работы смесителя происходит круговое качание смесительной камеры 1, обеспечивающее вращение ее содержимого, пересыпания материала от одного рабочего органа к другому, что направлено на улучшение перемешивания компонентов смеси и полное устранение застойных зон.
Процесс продолжается до тех пор, пока смесь не станет оптимальной. После чего отключают двигатели 6, наклоняют камеру 1 в сторону люка 3 и выгружают готовую смесь.
Благодаря заявляемому изобретению удалось повысить однородность конечного продукта, а также сократить продолжительность процесса перемешивания за счет применения нескольких видов механического воздействия на смешиваемый материал.