Шаровой смеситель для приготовления лечебных кормов
BALL MIXER FOR PREPARING THERAPEUTIC FODDERS

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, к устройствам для порционной подготовки лечебных кормов и может быть использовано на животноводческих фермах и комбикормовых предприятиях.
Известна «Установка для приготовления премиксов и кормовых смесей» (пат. RU 2289974, МПК А 23 N 17/00, 2005г.). Установка включает два вертикально установленных смесителя, сообщающихся между собой, имеющих внутренние смешивающие рабочие органы. Один из смесителей, предназначенный для премиксов, представляет собой центрифугу в виде усеченного конуса, его смешивающий рабочий орган имеет вид лопатки, а смеситель, предназначенный для кормовых смесей, выполнен в виде усеченного конуса с винтовой лопаткой.
Данной установке присущи следующие недостатки:
- смеситель для премиксов, представляющий собой центрифугу, выполненную в виде усеченного конуса, не позволяет активно смешивать разнородные вещества т.к. при больших оборотах, материал, помещенный в центрифугу, под действием центробежных сил прижимается к внутренней
стенке барабана и вращается вместе с ним, не смешиваясь, поэтому в образовавшейся массе возможна сепарация (разделение по физико-механическим свойствам);
- смеситель для кормовых смесей, имеющий рабочий орган, выполненный в виде усеченного конуса с винтовой направляющей и установленный на дне корпуса смесителя, переваливает всю массу снизу-вверх, а при больших расстояниях между стенкой корпуса и рабочим органом интенсивного смешивание компонентов не происходит;
-использование спирально-винтового конвейера для транспортирования премикса из малого смесителя в большой, а для выгрузки готового продукта вращающихся лопастей, также приводит к сепарации (сегрегации) премикса на составляющие.
Таким образом, вышеуказанная установка не соответствует заявленному техническому назначению. Конструкция установки сложная, металлоемкая и для её работы используются четыре самостоятельных электропривода.
«Установка для приготовления премиксов и кормовых смесей» (пат. RU 2411884, МПК А 23 N 17/00, 2011), которая состоит из двух смесителей: измельчитель-смеситель для приготовления первичных премиксов и смеситель для кормовых смесей, цилиндрический корпус которого и конструкция прямоугольных лопастей не обеспечивают равномерного перемешивания и устойчивого образования псевдоожиженного слоя. При переходе смеси с горизонтального днища смесителя на вертикальную цилиндрическую поверхность, а в верхней части смесителя - с вертикальной на горизонтальную приводит к торможению обрабатываемого материала, к турбулентному его движению, при котором нарушается процесс псевдоожижения и теряется качество смешивания. Вышеуказанная установка не в полной мере соответствует техническому назначению предполагаемому изобретению.
Наиболее близкой по технической сущности предполагаемого изобретения является «Установка для приготовления кормолекарственных смесей» (пат. RU2635367, МПК A23N 17/00, 2011), принят за прототип. Установка включает измельчитель-смеситель для первичных премиксов, смеситель для кормовых смесей. В нижней части рабочей камеры закреплены лопасти, которые повторяют ее внутреннюю шаровую поверхность. Каждая лопасть снабжена бортиком. Однако установлено, что смешиваемые компоненты под действием центробежных сил, создаваемых лопастями, на сферической поверхности сепарируются (Сыроватка В.И. Электрификация с-х, труды, том XIV: М. Колос, 1964, с. 112-114).
Техническая задача предполагаемого изобретения - повышение качества смешивания кормовых смесей.
Поставленная задача достигается тем, что в шаровом смесителе для приготовления лечебных кормов, включающем измельчитель-смеситель для приготовления первичных премиксов, смеситель лечебных кормов, устройства загрузки и выгрузки, согласно изобретению, сферическая камера смесителя лечебных кормов выполнена из трех частей, ограниченных линией, проведенной диаметром через центр сферы под углом 30°, рабочая камера выполнена в виде усеченной сферы, по ее центру расположен конус смещения частиц смешиваемых материалов с вогнутой образующей ее поверхность с постоянным углом наклона 9-21°, направляющего обтекателя, образующая поверхность которого представлена эвольвентой с началом координат у нижней части загрузочного шлюза и нижнюю усеченную часть, в цилиндрическом корпусе которого установлен приводной диск с закрепленными на нем лопастями, выполненных по спирали Архимеда вогнутостью по направлению вращения диска, причем каждая лопасть снабжена бортиком направленным противоположно бортику другой лопасти.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами.
На  фиг.1 - шаровой смеситель лечебных кормов; на фиг.2 - вид А; на  фиг. 3 - вид Б.
Шаровой смеситель для приготовления лечебных кормов содержит измельчитель-смеситель 1, устройство для загрузки 2, загрузочный шлюз 3, соединяющий их с шаровым смесителем 4, состоящим из рабочей камеры 5, выполненной в виде усеченной сферы, направляющего обтекателя 6, образующая поверхность которого представлена эвольвентой с началом координат у нижней части загрузочного шлюза 3. В цилиндрическом корпусе ниже усеченной части сферической камеры установлены лопасти 7 с бортиками 8, закрепленных на приводном диске 9. На приводной диске 9 закреплены лопасти 8, выполненные по спирали Архимеда вогнутостью по направлению вращения диска 9, причем каждая лопасть 8 снабжена бортиком 8 направленным противоположно бортику другой лопасти. По оси рабочей камеры 5 расположен конус смещения частиц 10, образующая поверхность которого выполнена с постоянным углом наклона 9-21°. Внизу сферической камеры расположено устройство выгрузки 11 с задвижкой 12.
Работает шаровой смеситель для приготовления лечебных кормов следующим образом.
В измельчитель-смеситель 1 засыпают лечебный препарат или витаминные, минеральные добавки и наполнитель в соотношении 1:1 или 1:3, в котором в течение 40-50 с происходит процесс их совместного измельчения и смешивания. Полученный премикс через загрузочный шлюз 3 пересыпают в шаровой смеситель 4, в него же добавляют 15-20% дозы наполнителя из загрузочного устройства 2. Приводится во вращение диск 9 с закрепленными на нем горизонтальными лопастями 7 с вертикальными бортиками 8. Лопасти 7 выполненными по спирали Архимеда вогнутостью по направлению вращения диска, которые захватывают обрабатываемый материал и швыряют равномерно по всему периметру (360°) внутренней поверхности рабочей камеры 5. Под действием воздушного потока смесь перемещается в верхнюю часть камеры, где направляющий обтекатель 6 плавно изменяет движение потока снизу-вверх в движение сверху-вниз, и по вогнутой образующей конуса смещения частиц 10 переводит поток с центра приводного диска 9 на край вогнутых по ходу вращения лопастей 7.
Таким образом, во всем объеме сферической камеры 5 происходит псевдоожиженный процесс смешивания с равномерно распределяющимися ингредиентами смеси, при этом, влияние процесса сегрегации сведен до минимума за счет снижения роли центробежных сил, с помощью вогнутых лопастей в направлении вращения диска и подачи потока смеси на край диска (лопастей). Смешивание осуществляется 2-3 мин., затем привод диска 9 останавливается, из загрузочного бункера 2 добавляется остальная доза наполнителя, приводится в работу диск 9 и процесс смешивания продолжается 3-4 мин. Закончив процесс цикла смешивания останавливают вращение диска 9, лопастей 7 и 8 и при открытой задвижке 12 готовые лечебные корма через устройство 11 выгружается в тару.
Теоретически доказано и практически подтверждено, что смешивание материалов различной плотности и размеров частиц осуществляется в поле центробежных, аэродинамических и гравитационных сил. Для рассматриваемого случая аэродинамические и гравитационные силы способствуют смешиванию, а центробежные силы являются причиной сегрегации (разделения) смеси. (Нигматулин Р.И. «Механика сплошной среды. Кинематика. Динамика. Термодинамика. Статистическая динамика» М.ГЭОТАР-Медиа, 2014, 640 с).
Установлено, что миграционная «способность» смешиваемых материальных частиц в воздушном потоке характеризуется величиной смещения (отрыва) от вогнутой рабочей поверхности смесителя - момент страгивания до момента витания, за которым в объеме сферы происходит лавинообразное движение воздушно-материального потока, где и происходит пересечение траекторий частиц различной крупности и плотности - смешивание (Лебедев И.Ф. «Исследование процессов разделения минералов различной плотности в воздушно-песчаном потоке и разработка новых аппаратов пневмосепарации. Автореферат диссертации. М.2008, С 4-10; 17-18). Предложено все поверхности рабочей камеры усеченной сферы, конуса смещения частиц расположенного по ее оси и направляющего обтекателя максимально использовать на процесс смешивания в поле аэродинамических и гравитационных сил с одновременным снижением процесса сегрегации смеси центробежными силами в нижней части шарового смесителя.
Высший коэффициент однородности смешивания двухфазной неоднородной системы достигается в псевдоожиженном слое (О.М. Тодес, О.Б. Цитович «Аппараты с кипящим зернистым слоем», Ленинград, Химия, 1981г.). Расчет основных параметров псевдоожижения выполняют по методике (И.П. Мухленов и др. «Расчет препаратов кипящего слоя», Ленинград,
Химия, 1986г.). Однородность смешивания и устойчивость псевдоожижения зависит от конструкции корпуса смесителя и рабочих органов, при этом возможно достижение при установившемся режиме равномерное распределение частиц смешиваемого материала.
Применяемые в настоящее время цилиндрические формы горизонтальных и вертикальных смесителей в различных отраслях не обеспечивают устойчивого псевдоожиженного слоя (см. пат. RU 2411884, С2, А 23 N 17/00, 20.02.2011, бюл. № 29).
Коэффициент однородности смеси для вышеуказанных конструкций составляет 0,80-0,85, а для лечебных кормов он должен быть 0,95-0,97 (Спесивцев А. Процесс смешивания при производстве комбикормов.  //Комбикорма, 2016, С 37-41).
Для устранения этого недостатка шаровой смеситель для приготовления лечебных кормов состоит из трех частей: рабочей камеры в виде усеченной в верхней и нижней ее частях сферы, по центру которой расположен конус смещения частиц смешиваемых материалов, образующая ее поверхность выполнена с постоянным углом наклона ОС; направляющего обтекателя, образующая поверхность которого представлена эвольвентой с началом координат у нижней части загрузочного шлюза, и нижней усеченной сферы, в цилиндрическом корпусе которой установлен приводной диск с закрепленными на нем лопастями, конструкция лопастей выполнена по спирали Архимеда вогнутостью по направлению вращения диска и наличие бортиков лопастей тормозит скорость швырка смеси. Этим минимизируется сегрегация (разделение) смеси под действием центробежных сил, в нижней усеченной части сферического смесителя.
Ограничение сферы, проведенным диаметром под углом 30°, длины лопастей, уровня стыка направляющего обтекателя и нижней усеченной сферы с рабочей камерой, величина угла наклона, время смешивания определены опытным путем и проверены в работе.