СМЕСИТЕЛЬ

Смеситель относится к устройствам для перемешивания материалов и может найти применение в химической, нефтехимической, биохимической, фармакологической, горноперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дисперсных жидких систем.
Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящая из комбинации быстроходной и тихоходной мешалок, закрепленных на соосных валах, быстроходном и тихоходном соответственно. Каждый из валов получает вращение от своего привода.(Стренк Ф., «Перемешивание и аппараты с мешалками» Л. - Химия, 1975, стр.64)
К причинами препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции, связанная с необходимостью установки двух соосных валов и двух приводов, а также сложность регулирования числа оборотов, требующая замены приводов.
Известен смеситель для растворов и суспензий, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту, ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, при этом тихоходная мешалка снабжена поплавком, выполненным в виде тора жестко закрепленным в верхней ее части, и установлена соосно корпусу (А.с. СССР №697167, B01F 13/00; В01F 7/18, 1979).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции гидромуфты, связанная с установкой на быстроходном валу ведущей полумуфты в виде диска, а также сложностью регулирования гидромуфтой типа диск-диск числа оборотов тихоходной мешалки изменением уровня жидкости в аппарате.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является 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 установленным соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопатках тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом отношение внутреннего диаметра патрубка к диаметру вала составляет
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала. (Патент на полезную модель РФ №109010, B01F 7/16, 2011)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность регулирования числа оборотов тихоходной мешалки при изменении вязкости перемешиваемой среды, что усложняет эксплуатацию смесителя.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является упрощение эксплуатации за счет возможности регулирования числа оборотов тихоходной мешалки при изменении вязкости, состава или температуры перемешиваемой среды.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, 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, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом патрубок дополнительно снабжен втулкой, состоящей из двух вкладышей, имеющих возможность осевого перемещения вдоль патрубка.
Дополнительное снабжение патрубка втулкой, состоящей из двух вкладышей, имеющих возможность осевого перемещения, позволяет легко заменять втулку и устанавливать ее внутри патрубка, что упрощает эксплуатацию смесителя.
Выбор внутреннего диаметра втулки D и ее длины l позволяет обеспечивать необходимую скорость вращения тихоходной мешалки в зависимости от вязкости, консистентности, температуры или состава перемешиваемой среды.
Известно, что число оборотов тихоходной мешалки при перемешивании вязкой жидкости определяется уравнением
1
2
[С.Мидлман. Течение полимеров. - М.: Мир, 1971, стр.29-30], где n и n - соответственно числа оборотов быстроходной и тихоходной мешалок, 1/с; М - момент сопротивления перемешиваемой среды при вращении тихоходной мешалки, Н·м; µ - вязкость перемешиваемой среды, Па·с; l - длина втулки, м; d и D - соответственно диаметр вала и внутренний диаметр втулки, м.
2
Как видно из уравнения (2) число оборотов тихоходной мешалки в наибольшей степени зависит от внутреннего диаметра втулки D и в меньшей от ее длины l. Таким образом, при известном моменте сопротивления М тихоходной мешалки, зависящем от диаметра лопастей, их ширины и длины, а также вязкости или консистентности перемешиваемой среды, варьируя внутренний диаметр втулки D и ее длину l, можно подобрать для данной перемешиваемой среды, ее температуры, вязкости или консистентности и состава оптимальное число оборотов тихоходной мешалки n, при котором интенсивность и эффективность перемешивания будут соответствовать требуемым величинам.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой конструкции смесителя, на фиг.2 вид сверху по сечению А-А.
Смеситель содержит пропеллерную или турбинную мешалку 1 для центрального быстрого перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. не показан) и рамную или якорную мешалку 3, установленную соосно корпусу 4 для периферийного медленного перемешивания, к лопастям которой в верхней части прикреплен поплавок 5, выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3 и выполненный, например, в виде пустотелого тора, и ведомая полумуфта, выполненная в виде цилиндрического патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2. Патрубок 6 снабжен втулкой 7, состоящей из двух вкладышей с внутренним диаметром D и длиной l, имеющих возможность осевого перемещения вдоль патрубка 6, обеспечивающих необходимую скорость вращения тихоходной мешалки.
1
2
1
Смеситель работает следующим образом. Вал 2 с быстроходной мешалкой 1, создающей зону перемешивания в центральной части корпуса 4, вращается от привода с числом оборотов n. Крутящий момент к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийной части корпуса 4 и вращающейся с числом оборотов n<n, передается через кольцевой зазор между внутренней поверхностью втулки 7 диаметром D и поверхностью вала 2, диаметром d, образующих гидромуфту типа цилиндр-цилиндр и использующей в качества рабочей жидкости саму перемешиваемую среду: раствор, суспензию или эмульсию. Так как поплавок 5 находится на поверхности перемешиваемой среды, то втулка 7 постоянно в нее погружена на всей длине l, и колебания уровня перемешиваемой среды не влияют на передаваемый крутящий момент от вала 2 к тихоходной мешалке 3.
2
2
Изменение крутящего момента и числа оборотов n тихоходной мешалки 3 согласно уравнению (2) можно производить, заменяя вкладыши втулки 7, варьируя в сменных втулках внутренний диаметр D и длину l. Так для увеличения числа оборотов n тихоходной мешалки 3 необходимо в сменной втулке 7 уменьшить внутренний диаметр D и увеличить длину l.
2
Таким образом, имея набор сменных втулок 7 с различными внутренними диаметрами D и длиной l можно изменить число оборотов тихоходной мешалки n, устанавливая их внутри патрубка 6. Такую замену несложно проводить, так как все втулки выполнены в виде двух вкладышей с возможностью осевого перемещения внутри патрубка 6, то есть смежные поверхности патрубка 6 и вкладышей втулки 7 выполнены, например, со скользящей посадкой.
Все вышесказанное упрощает эксплуатацию смесителя, его переналадку с переходом от одной перемешиваемой среды к другой, и позволяет регулировать число оборотов тихоходной мешалки при изменении вязкости, состава или температуры перемешиваемой среды.