УСТАНОВКА ДЛЯ СМЕШЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящая установка относится к области переработки сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть использована в химической, строительной, пищевой, фармацевтической промышленности.
Из существующего уровня техники известен смеситель позволяющий минимизировать асимметрию крутильных моментов на приводной вал за счет разности расстояний от вала до диаметрально противоположных лопастей, что приводит к повышению надежности в работе путем минимизации неравномерности загрузки на вал [см. а.с. №1713630 (СССР), кл. В01F 7/04 / А.Ф.Герасимов, А.Е.Бардин, В.А.Яковлев, 23.02.1992., бюл. №7]. Недостатком данного смесителя является отсутствие возможности активного перемещения материала и обеспечения равномерности нагружения вала в осевом направлении.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является лопастной смеситель, позволяющий повысить надежность за счет устранения неравномерности нагружения вала лопастей выполненных шириной, обратно пропорциональной плечу их установки на валу. [см. а.с. №1699572 (СССР), кл. В01F 7/08 / А.Ф.Герасимов, А.Е.Бардин, В.А.Яковлев, 23.12.1991., бюл. №47]. Недостатками данного технического решения является то, что не учитывается влияние на процесс нагружения вала коэффициента заполнения реакционной камеры смесителя; использование нескольких различных по высоте одинаковой направленности лопастей и их плеч установки, а также специального насоса для транспортировки сыпучего материала усложняет конструкцию.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в увеличении надежности вала за счет устранения неравномерности его нагружения в радиальном и осевом направлениях с учетом коэффициента заполнения реакционной камеры смешения, обеспечении активного перемещения частиц в радиальном и осевом направлениях.
Данная задача решается за счет того, что лопасти выполнены одинакового размера, на одинаковом расстоянии от вала с шириной, зависящей от коэффициента заполнения реакционной камеры смешения и различной направленностью в рядах рабочих органов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устранение неравномерности нагружения вала возникающей вследствие различного сопротивления одновременно находящихся в слое сыпучего материала лопастей, при их входе в слой и их выходе из слоя, приводящего к его усталостному разрушению (снижению надежности, ресурса) и обеспечение активного перемещения частиц в радиальном и осевом направлениях.
Установка поясняется фиг.1, на которой изображен общий вид смесительной установки с расположением рабочих органов, образованием зоны уплотнения частиц и потоками их перемещений в радиальном направлении; фиг.2, на которой изображен общий вид смесительной установки с расположением рабочих органов в рядах и потоками перемещений частиц в осевом направлении.
min
max
Установка содержит корпус 1, по оси которого расположен вал 2 с параллельными ему лопастями 3 одинакового размера, равномерно расположенными вокруг вала 2 (фиг.1 и фиг.2). Лопасти 3 в радиальном направлении отстоят на одинаковом расстоянии от вала 2 с минимальным зазором между кромкой лопасти 3 и стенкой корпуса 1, обеспечивая активное перемещение частиц в радиальном направлении за счет движения лопасти (перед ней и сил гравитации после ее прохождения) (фиг.1). В каждом ряду рабочих органов оси 4 лопастей смещены на одинаковый угол α, обеспечивая сбалансированность и равномерность нагружения вала 2 в радиальном направлении (фиг.1). В осевом направлении половина соседних рядов рабочих органов (I, II, II) имеют одинаковую направленность лопастей 3, позволяющих активно перемещать частицы в одном направлении вдоль оси корпуса 1 реакционной камеры смешения (фиг.2). Следующая половина рядов рабочих органов (IV, V, VI) имеет обратную направленность лопастей 3 с осями 4 расположенными без смещения относительно осей предыдущих рядов лопастей для обеспечения равномерности нагружения вала и противоположного перемещения частиц материала в осевом направлении. Для обеспечения снижения неравномерности нагружения вала лопасти 3 в радиальном направлении расположены так, чтобы одна из них входила в слой, а другая начинала выходить из слоя с учетом зоны уплотнения частиц А В С D. При различных коэффициентах заполнения φ реакционной камеры смешения и различном количестве лопастей в рядах рабочих органов одновременно в слое могут находиться две и более лопасти(Z=2, Z=n).
Ширина лопасти h зависит от коэффициента заполнения реакционной камеры смешения и зоны уплотнения частиц А В С D перед лопастью при ее движении в слое сыпучего материала и определяется соотношениями:
,
где β - угол, характеризующий зону уплотнения частиц А В С D перед лопастью (фиг.1); R - внутренний радиус корпуса реакционной камеры смешения.
β=γ-(z-1)·α, где γ - угол, зависящий от коэффициента заполнения реакционной камеры смешения φ; z - максимальное число одновременно находящихся в слое лопастей в радиальном направлении; α - угол смещения осей лопастей в радиальном направлении.
, где n - общее число лопастей в радиальном направлении.
Коэффициент заполнения реакционной камеры смешения определяется по формуле:
.
Пример: n=3, Z=2,  в каждом ряду рабочих органов в осевом направлении по одной лопасти (фиг.1 и 2).
min
max
При φ=0,3899, γ=160°. β=160°-(2-1)·120°=40°, . Минимальный коэффициент заполнения реакционной камеры смешения возможен при , β=0°, γ=α=120°, φ=0,195. Максимальный коэффициент заполнения реакционной камеры смешения при , β=90°, γ=210°, φ=0,6629.
1
1
1
1
…
Установка работает следующим образом. При повороте вала на угол φ=0°…120° лопасть ряда I рабочих органов (фиг.2) входит в слой сыпучего материала, образуя перед собой зону уплотнения частиц А В С D (фиг.1). Лопасть ряда III начинает выходить из слоя, снижая нагрузку на вал за счет уменьшения зоны уплотнения частиц A B С D перед лопастью (фиг.1). Лопасть ряда II рабочих органов не участвует в процессе перемещения частиц. При этом лопасть ряда I рабочих органов активно перемещает частицы в осевом направлении вдоль корпуса реакционной камеры смешения в ряд II (фиг.2), а лопасти ряда III в ряд IV. Затем при повороте вала на угол φ=120°240° лопасть ряда II входит в слой, а лопасть ряда I выходит из слоя, лопасть ряда III не участвует в процессе перемещения частиц. Лопасть ряда II рабочих органов активно перемещает частицы в осевом направлении вдоль корпуса реакционной камеры смешения в ряд III (фиг.2), а лопасть ряда I в ряд II. При повороте вала еще на угол φ=240°…360° лопасть ряда III входит в слой, а лопасть ряда II выходит из слоя, лопасть ряда I не участвует в процессе перемещения частиц. Лопасть ряда III рабочих органов активно перемещает частицы в осевом направлении вдоль корпуса реакционной камеры смешения в ряд IV (фиг.2), а лопасти ряда II в ряд III. При повороте вала еще на угол φ=0°…360° процесс повторяется. Происходит активное перемещение частиц в осевом направлении из ряда I в ряд IV за один оборот вала при интенсивном перемещении частиц в каждом ряду рабочих органов в радиальном направлении. Одновременно, аналогичный процесс протекает в соседних трех рядах рабочих органов, но в обратно направлении (IV-III, V-IV, VI-V), обеспечивая противоположное перемещение частиц и возникновение дополнительных зон их взаимообмена.