УСТАНОВКА ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ 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 плужковый смеситель [см. кн. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов - М.: Машиностроение, 1973, с.109]. При вращении вала смешиваемые компоненты приводятся лемехами плужков в движение от стенок корпуса к его оси по сложной траектории. Частицы, движущиеся от одного лемеха, попадают под действие другого, меняя при этом траектории движения. За счет этого происходит интенсивное перераспределение частиц смешиваемой массы. Недостатками данного смесителя являются применение фиксированного пространственного положения рабочих органов (плужков) и сложная траектория движения частиц, что не позволяет управлять процессом смешивания за счет использования различных видов перемещений частиц, облегчить запуск двигателя в момент начала процесса смешивания.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является установка для смешивания сыпучих материалов с возможностью регулирования положения лопаток в зависимости от периода процесса смешивания [Пат. 2398623 Российская федерация, С1, МПК В01F 7/04. Способ смешивания сыпучих материалов и установка для его осуществления/ Демин О.В., Першин В.Ф.; заявитель и патентообладатель Тамб. Гос. Техн. Ун-т - №200009115216/15; заявл. 21.04.2009, опубл. 10.09.2010, Бюл. №25.]. Недостатком данного технического решения является то, что отсутствует возможность организации активного перемещения частиц материала в радиальном направлении от стенок корпуса к его оси. Механизм независимого изменения угла поворота частей лопаток усложняет конструкцию установки.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в сокращении времени смешивания и повышении качества смеси.
Данная задача решается за счет того, что две части рабочих органов жестко связаны между собой с возможностью их регулируемого вращения в зависимости от вращения приводного вала и выполнены различной формы: наружная часть в виде шнека, внутренняя часть в виде плоской пластины.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является интенсификация смешивания за счет организации активного мелкомасштабного перемещения частиц в радиальном направлении от стенок корпуса установки к его оси с поддержанием необходимой температуры частиц и их одновременными крупномасштабными осевыми перемещениями.
Установка поясняется фиг.1, на которой изображен общий вид смесительной установки с расположением рабочих органов в рядах и потоками перемещений частиц.
u
u
u
Установка имеет по два противоположно расположенных рабочих органа, состоящих из двух жестко связанных между собой частей различной формы: наружной и внутренней. Наружная часть рабочих органы выполнена в виде шнеков 1. Внутренняя часть рабочих органов выполнена в виде плоских пластин (лопаток 5) одинаковой пространственной ориентации (фиг.1). Рабочие органы соседних рядов смещены относительно друг друга на угол 90°, углы атаки лопаток 5 соседних рядов смещены на угол 90°. Для изменения углов атаки рабочих органов (α) при их вращении, к примеру, против хода часовой стрелки, служит механизм, выполненный в виде вала 2, установленный в полости горизонтального приводного вала 4. Электроприводы 3 и 9 постоянно вращают вал 4 и периодически вращают вал 2. Оси 6 рабочих органов кинематически связаны с валом 2 посредством конического зубчатого зацепления с передаточным числом , состоящего из конических зубчатых колес 7 и 8, жестко закрепленных соответственно на осях 6 рабочих органов и валу 2. При вращении вала 4 и неподвижном вале 2 происходит вращение рабочих органов. Величина передаточного числа  связывает частоты вращения (поворота) вала 4 и рабочих органов, обеспечивая необходимую интенсивность перемещения сыпучего материала в различных направлениях. При =1 рабочие органы совершают один оборот за один оборот вала 4. При одновременном с одинаковой частотой вращении валов 2 и 4 рабочие органы перестают вращаться(α=const).
Активное перемещение частиц от стенок корпуса установки к его оси улучшает качество смеси в случае применения композиций сыпучих материалов с добавками небольших количеств жидкостей, материалов с большой липкостью, а также в случае нагрева частиц до необходимой температуры и поддержании ее в заданных малых пределах до завершения цикла смешивания. Нагрев частиц сыпучего материала (теплотой Q) (фиг.1) происходит через стенки корпуса и тепло передается вглубь слоя в радиальном направлении для их равномерного распределения по всему объему смеси. Необходимо обеспечить перенос частиц с требуемой температурой ближе к оси вращения вала, используя крупномасштабное и мелкомасштабное их перемещения в различных направлениях.
Установка работает следующим образом. Производится загрузка компонентов (A, B, C, D) через узлы загрузки (фиг.1). Одновременное вращение вала 4 и шнеков 1 обеспечивает перемещение частиц сыпучего материала в радиальном направлении (потоки I) от стенок корпуса к его оси (мелкомасштабное перемещение сыпучего материала) и перемещение в осевом направлении (потоки II) при их входе в слой (крупномасштабное перемещение сыпучего материала. Одновременное вращение вала 4 и лопаток 5 обеспечивает перемещение частиц в осевом направлении противоположными потоками (III) и (IV) (крупномасштабное перемещение сыпучего материала) вблизи приводного вала 4 (фиг.1), что приводит к быстрому выравниванию концентраций исходных компонентов в рядах рабочих органов. За первую четверть оборота вала лопатки 5, изменяя угол атаки α=90°…180° в нечетных рядах перемещают частицы материала влево, в четных рядах (угол атаки изменяется α=0…90°) перемещают частицы материала вправо; за вторую четверть оборота вала эти же лопатки 5, меняют направление перемещения на обратное и т.д. Организация активного мелкомасштабного перемещения в радиальном направлении и крупномасштабных перемещений в осевом направлении интенсифицирует процесс смешивания, что сокращает время смешивания и обеспечивает повышение качества смеси с поддержанием необходимой температуры частиц в смесителе. Жесткое соединение двух частей рабочих органов различной формы упрощает конструкцию установки, повышает ее работоспособность.
Необходимая скорость перемещения частиц в установке в радиальных и осевых потоках обеспечивается подбором и изменением скоростей вращения вала 4 и рабочих органов с учетом возможных добавок жидких компонентов в процессе смешивания и необходимого нагрева поверхности стенок корпуса.
При выгрузке смеси снижается вероятность потери однородности за счет сочетания радиального мелкомасштабного перемещения (потоки I) и крупномасштабных перемещений материала противоположно направленными осевыми потоками (II), (III) и (IV).
Экспериментальное смешивание с модельными материалами показало сокращение времени смешивания на 5…10%, уменьшение коэффициента неоднородности на 10-15%.