СМЕСИТЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА
MIXING HEAD

Изобретение относится к конструкции смесительной головки, предназначенной для получения заливочных композиций быстрореагирующих компонентов, в частности полиуретановых, и может быть использовано в химической, легкой и других отраслях промышленности.
3
Известно смесительное устройство для получения пеноматериалов (см. авторское свидетельство СССР №806450, М. кл. B26D 27/02, 26.12.78, опубл. 23.02.81, Бюл. №7), выполненную в виде цилиндра с лопастями по наружной поверхности, со штоком и выполненной в верхней части цилиндра замкнутой полостью, соединенной посредством прорези в стенке цилиндра со смесительной камерой, образованной внутренней поверхностью корпуса и поверхностью мешалки, штуцеры для подачи компонентов.
Однако данное устройство обладает неэффективным перемешиванием из-за малой деформации компонентов смеси, сложной и малоэффективной промывкой растворителем смесительной камеры после работы с реакционно-способными олигомерами, в том числе, полиуретанами.
Известен смеситель для полимерных материалов (см. авторское свидетельство СССР №1303427, М. кл. В29В 7/40, 31.05.85, опубл. 15.04.87, Бюл. №14), содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями, соосно смонтированный в нем шнек, вал с приводом его вращения и диски с каналами, входные и выходные отверстия которых расположены на окружностях равного диаметра, причем диски поочередно жестко закреплены на валу и в корпусе.
Недостатками указанного смесителя являются также малая эффективность смешивания и более усложненная промывка, для которой требуется полная разборка.
Известен смеситель для вязких композиций (см. авторское свидетельство СССР №1136945, М. кл. В29В 7/06, 10.08.83, опубл. 30.01.85), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, установленную в корпусе мешалку с приводом вращения, выполненную в виде перемешивающих элементов, каждый из которых закреплен на рабочем участке вала.
Однако устройство имеет низкую интенсивность процесса перемешивания и отсутствие возможности выбора взаимного расположения элементов смесительного ротора в зависимости от величин вязкости и соотношения компонентов.
Наиболее близким по технической сущности из известных технических решения является смесительная головка (см. Пат. RU №2274548, МПК В29В 7/12, В29В 7/40, 07.06.2004, опубл. 20.04.2006, Бюл. №11), содержащая корпус и смесительный стакан, внутри которого расположен ротор, состоящий из секций, при этом секция ротора имеет форму эллипса, которые установлены с относительным угловым смещением.
Недостатком данного устройства является снижение качества смеси перемешиваемых компонентов при увеличении подачи компонентов в смесительную камеру в единицу времени.
Технической задачей изобретения является обеспечение требуемого качества композиции путем повышения эффективности смешивания, диспергирования и гомогенизации компонентов за счет введения дополнительных секций перемешивающего устройства при обеспечении возможности выбора взаимного расположения элементов смесительного ротора в зависимости от вязкости и соотношения компонентов.
Поставленная задача достигается тем, что в смесительной головке, включающей корпус и смесительный стакан, внутри которого расположен ротор, состоящий из набора секций дисков, каждый из которых имеет форму эллипса, перед набором секций, имеющих форму эллипса, дополнительно установлен набор секций, состоящих из цилиндрических дисков с расположенными по периметру зубьями, при этом каждый из нижеследующих цилиндрических дисков установлен с угловым смещением зубьев относительно предыдущего с возможностью изменения углового смещения и соотношения длин наборов секций от 2/1 до 1/2.
При этом каждый из нижеследующих цилиндрических дисков имеет угловое смещение α относительно предыдущего в пределах ширины зуба. Данное угловое смещение может быть изменено в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов. Диаметральный зазор между вершинами зубьев, расположенных на цилиндрической поверхности дисков и корпусом смесительной камеры принимается в пределах 0,1…2,0 мм.
2
2
2
2
Нижняя часть перемешивающего устройства представляет собой набор секций, при этом каждая секция имеет форму эллипса, описываемого уравнением x/a-t-y/b=1 с соотношением большой секции к малой (2а/2b) в пределах 1,5…2. При этом большие оси секций расположены под углом β друг относительно друга с возможностью его изменения в пределах от 5° до 45° в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов. Диаметральный зазор между крайней точкой эллипса и корпусом смесительной камеры принимается в пределах 0,1…2,0 мм.
Отношение длин верхней и нижней частей перемешивающего устройства c/d лежит в от 2/1 до 1/2. Данное соотношение может быть изменено в указанном пределе в зависимости от вязкости перемешиваемых компонентов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг 1 изображена смесительная головка, продольный разрез; на фиг. 2, 3, 4 - разрезы соответственно А-А, Б-Б, В-В фиг. 1; на фиг. 5 - общий вид смесительной головки.
Смесительная головка для получения заливочных композиций содержит корпус 1 со смесительным стаканом 2. Внутри смесительного стакана 2 расположено перемешивающее устройство, состоящее из 2-х частей. Верхняя часть перемешивающего устройства с представляет собой набор дисков 3 с расположенными на цилиндрической поверхности зубьями (лопатками). Нижняя часть перемешивающего устройства d представляет собой набор секций 4 эллиптической формы. Перемешивающее устройство установлено на приводном валу 7.
Для подачи компонентов в смесительную камеру заливочной головки имеются штуцеры 10, 11. Для подачи воздуха и промывочной жидкости в смесительную камеру заливочной головки имеются штуцеры 9. Приводной вал 7 в верхней части уплотняется сальником 6, поджимаемым гайкой 8. В нижней части смесительной камеры заливочной головки имеется штуцер 5, предназначенный для выхода композиции перемешанных компонентов, а также выброса воздуха и слива промывочной жидкости при проведении процедуры промывки.
Устройство работает следующим образом. В определенном строго заданным технологическим регламентом соотношении компоненты через штуцеры 10 и 11 подаются в смесительную камеру, образованную корпусом 1 и стаканом 2 в зону вращения перемешивающего устройства, откуда выходят в виде гомогенной смеси через штуцер 5. В перерывах между заливочными операциями через штуцеры 9 в смесительную камеру заливочной головки подается сжатый воздух и промывочная жидкость для промывки и продувки камеры смешения от остатков смеси быстрореагирующих компонентов.
Расположенные под углом α друг относительно друга диски с расположенными на их цилиндрической поверхности зубьями (лопатками) образуют винтовую спираль, обеспечивающую обратный поток компонентов в камере смешения, что позволяет оказывать многократное динамическое воздействие рабочей поверхности зуба (лопатки) на перемешиваемую смесь компонентов.
В нижней части перемешивающего устройства расположенные под углом β друг относительно друга эллиптические секции также образуют винтовую спираль. Направление винтовой линии данной спирали противоположно направлению вращения перемешивающего устройства. За счет этого перемешиваемая композиция задерживается во внутренней полости смесительной камеры. Кроме того, высокая частота вращения порождают в малых зазорах между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана высокие значения скоростей сдвига за счет чего происходит тщательное перемешивание и гомогенизация смеси.
Изменение зазора между вершинами зубьев (лопаток) и внутренней стенкой смесительного стакана в верхней части перемешивающего устройства и зазора между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана в нижней части перемешивающего устройства инициируют возникновение потоков различной направленности, что благоприятно сказывается на качестве перемешивания компонентов различной вязкости.
Совместное периодическое высокоскоростное воздействие рабочих поверхностей зубьев, расположенных на цилиндрических поверхностях дисков, в верхней части перемешивающего устройства, периодическое воздействие изменения зазора между вершинами эллиптических секций и внутренней стенкой смесительного стакана в нижней части перемешивающего устройства, а также многократное прохождение всего объема смеси через малые зазоры интенсифицирует процесс перемешивания компонентов существенно повышая эффективность смешивания, диспергирования и гомогенизации компонентов.
Натурные исследования, промышленная эксплуатация предложенной смесительной головки (фиг. 5) показали существенное повышение качества перемешивания компонентов. Для снижения себестоимости смесительной головки в качестве цилиндрических дисков использовались дисковые фрезы.