СМЕСИТЕЛЬ

Техническое решение относится к конструкциям смесителей и может быть использовано для механического перемешивания высоковязких, структурированных ньютоновских и неньютоновских жидкостей и растворов и может найти применение в химической, нефтехимической, биотехнологической, фармакологической, машиностроительной, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дисперсных жидких систем.
Известен смеситель для растворов и суспензий, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку и гидромуфту типа «диск-диск», ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, тихоходная снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установлена соосно корпусу, при этом диски ведущей и ведомой полумуфты выполнены овальными, и ведущая полумуфта закреплена под углом 5-20° к оси вала (А.С. СССР №1736589, B01F 7/18, 1992).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость вращения тихоходной мешалки при колебаниях уровня жидких систем в аппарате, что снижает эффективность перемешивания, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра которого к диаметру вала составляет
D/d=(1,1÷1,25),
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (Патент на полезную модель РФ №109010 B01F 7/16, 2011).
К недостаткам этой конструкции относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения и необходимость регулирования уровня жидких систем в смесителе, что приводит к снижению производительности смесителя.
Известно перемешивающее устройство, содержащее вертикальную направляющую трубу, диффузор, выполненные в виде усеченного конуса с меньшим основанием, подсоединенным к нижнему концу направляющей трубы, вал, установленный внутри диффузора по его оси, мешалку, закрепленную на нижнем конце вала, и поплавок, выполненный в виде гидравлической турбины и закрепленный на верхнем конце вала внутри диффузора (А.С. СССР №967536, B01F 5/16, 1980).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая скорость вращения перемешивающего устройства и возможность образования застойных зон в удаленных от мешалки периферийных областях аппарата, что приводит к снижению производительности аппарата при колебаниях расхода жидкости, подаваемой в корпус аппарата.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является смеситель, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, при этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, причем ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка ведомой полумуфты к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет
L/1=(1,05÷4,10),
где L и 1 - соответственно длина малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты.
К недостаткам этой конструкции относится необходимость автоматического или ручного регулирования уровня жидких систем в смесителе, что требует дополнительных затрат. Регулирование уровня в смесителе, как правило, происходит с коэффициентом запаздывания, что может привести к снижению качества смешения и производительности смесителя.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является повышение производительности смесителя.
Технический результат достигается тем, что смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка с отверстием овальной формы, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, и ведущей полумуфтой овальной формы, жестко закрепленной на валу, при этом в нижней части корпуса смесителя осесимметрично установлен патрубок в виде седла, а в нижней части на лопасти тихоходной мешалки - заслонка с опорами.
Опоры позволяют ограничить полное опускание заслонки на патрубок, выполненный в виде седла, что позволяет сливать жидкость после остановки работы смесителя.
Увеличение уровня жидких систем в смесителе выше допустимых значений приводит к аварийному режиму работы аппарата, разгерметизации смесителя, просачиванию жидких систем через верхнюю крышку, и, как следствие, аварийной остановки процесса смешения. Значительное понижение уровня жидких систем в смесителе приводит к уменьшению производительности колонны.
Регулирование уровня в смесителе происходит в ручном или в автоматическом режиме, что требует энергетических или физических затрат. При этом переходная характеристика кривой регулирования уровня в смесителе характеризуется постоянной времени регулирования и коэффициентом запаздывания. Для установления заданного значения уровня в ручном или в автоматическом режиме требуется некоторое время. В то время как саморегулирование уровня жидких систем при помощи клапана, состоящего из заслонки, закрепленной в нижней части на лопасти тихоходной мешалки, и патрубка в нижней части смесителя, выполненного в виде седла, происходит без запаздывания.
Подача расхода жидких систем в смеситель в непрерывном или периодическом режиме в производственных условиях осуществляется при различных возмущающих воздействиях. Саморегулирование уровня в предлагаемой конструкции смесителя происходит на протяжении всей его работы, по мере накопления жидких систем в аппарате, что вызывает колебания тихоходной мешалки и увеличение качества смешения.
Выполнение в нижней части корпуса смесителя осесимметрично установленного патрубка в виде седла, а в нижней части на лопасти тихоходной мешалки - заслонки с опорами, позволяет работать смесителю в непрерывном режиме, без остановок на выгрузку перемешивающихся жидких систем.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции смесителя в разрезе.
Смеситель состоит из быстроходной мешалки 1, закрепленной на валу 2, тихоходной мешалки 3, установленной соосно корпусу 4. Лопасти тихоходной мешалки 3 снабжены поплавком 5, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части. На лопастях тихоходной мешалки закреплен патрубок 6, установленный соосно валу 2 и имеющий отверстие овальной формы. На валу 2 жестко закреплена ведущая полумуфта 7, имеющая форму овала. В нижней части на лопасти тихоходной мешалки закреплена заслонка 8, выполненная в виде конуса. В нижней части корпуса 4 смесителя осесимметрично установлен патрубок, выполненный в виде седла 9, которое вместе с заслонкой 8 представляет собой адаптивное регулирование уровня жидких систем в смесителе - клапан (седло 9 - заслонка 8). Осесимметрично к заслонке 8 установлены опоры 10, предотвращающие полное закрытие клапана, состоящего из седла 9 и заслонки 8.
Смеситель работает следующим образом. В корпус заливают перемешиваемую жидкую систему. Поплавок 5 всплывает вместе с тихоходной мешалкой 3. От привода передается вращение с числом оборотов n на вал 2 быстроходной мешалки 1. Перемешиваемая жидкая система, находящаяся в зазоре между рабочими поверхностями патрубка 6 и полумуфты 7, передает крутящий момент от вала 2 к лопастям тихоходной мешалки 3. При увеличении уровня жидких систем в смесителе поплавок 5 всплывает, поднимает тихоходную мешалку и открывает клапан (седло 9 - заслонку 8). Жидкие среды начинают выходить из смесителя через патрубок (седло 9). При снижении уровня жидких систем поплавок 5 снижается, опускает тихоходную мешалку 3 и прикрывает клапан (седло 9 - заслонку 8). Смеситель может работать и в промежуточном режиме, когда клапан (седло 9 - заслонка 8) открыт частично и жидкие системы просачиваются через клапан с определенным расходом, что позволяет осуществлять аналоговое саморегулирование уровня жидких систем в смесителе.
Таким образом, выполнение в нижней части корпуса смесителя осесимметрично установленного патрубка в виде седла 9, а в нижней части на лопасти тихоходной мешалки - заслонки 8 с опорами 10, позволяет регулировать уровень жидких систем в смесителе в режиме саморегулирования, что снижает затраты на обслуживание смесителя, интенсифицирует процесс перемешивания и увеличивает производительность смесителя.