ГЕРМЕТИЧНОЕ ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
TIGHT MIXER

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, к герметичным перемешивающим устройствам с вертикальным валом для перемешивания агрессивных, взрывоопасных, токсичных веществ в широком диапазоне температур в химической, нефтяной, целлюлозной, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно перемешивающее устройство к ферментатору, имеющее корпус, двигатель, соединенный клиноременной передачей с торцевой магнитной муфтой, имеющей водоохлаждаемый экран, а ведомая полумуфта которой соединена с полым валом, внутри которого имеется шток, являющийся опорой вала. Подшипники скольжения вала изготовлены из силицированного графита, смазка которых осуществляется конденсатом, образующимся на поверхности экрана за счет разности температур паров культивируемой жидкости и водоохлаждаемой поверхности центральной части экрана (Красильников А.Я. Особенности использования магнитной муфты в конструкциях герметичных машин. Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ, 2007, с.122).
Недостатком данной конструкции является невысокая надежность, сложность конструкции из-за наличия водоохлаждаемого экрана и опорного штока: при увеличении длины вала, соответственно, увеличивается длина и диаметр штока, что ведет к увеличению массогабаритных показателей. Подшипники качения, в которых вращается ведущая полумуфта, требуют периодической смазки, что снижает надежность конструкции. Клиноременная передача требует обеспечения натяжения ремней и периодического обслуживания для их замены при износе более допустимого.
Известен герметичный привод мешалки, состоящий из корпуса с крышкой для установки двигателя, магнитной муфты с экраном, соединенной с валом перемешивающего устройства, установленным в колонне. Подшипники качения на валу, установленные в колонне, изготовлены из нитрида кремния (химически стойкого полимера) и не требуют подачи смазки. Опорами ведущей магнитной муфты служат радиальные подшипники. Оба подшипниковых узла установлены над крышкой корпуса, т.е. не контактируют с перемешиваемой средой (Страница каталога фирмы «Klaus Union» (Германия), Герметичный привод мешалки Тип SLM - RA).
Недостатками данной конструкции являются: большие габариты, большая масса устройства, а так как при консольной схеме установки нижний подшипник от нижнего конца вала расположен достаточно далеко, то при эксплуатации возникают большие изгибающие нагрузки, что ограничивает полезную длину вала и требует существенно увеличить его диаметр для обеспечения жесткости, высокая стоимость специальных подшипников из нитрида кремния.
Известно перемешивающее устройство реактора пропеллерного типа, состоящее из электродвигателя, корпуса, крышки штока реактора, на которой крепится корпус, ведущей и ведомой цилиндрических магнитных полумуфт с охлаждаемым экраном, для чего вода подается через каналы в крышке люка реактора сальникового уплотнения, корпуса подшипников (Красильников А.Я. Особенности использования магнитной муфты в конструкциях герметичных машин. Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ, 2007, с.120 - прототип).
Недостатками данной конструкции являются: необходимость подвода и отвода охлаждающей жидкости к экрану магнитной муфты, а для замены подшипников качения, при их износе, необходимо производить полную разборку изделия с разгерметизацией емкости реактора, наличие сальникового уплотнения, требующего контроля отсутствия попадания к подшипникам перемешиваемой среды или ее паров, что сужает применение таких устройств. Кроме того, подача перемешиваемых компонентов осуществляется сверху, что по технологии не всегда допустимо.
Технической задачей данной разработки является обеспечение надежности работы устройства небольших габаритов, не изменяющихся даже при увеличении длины вала, с подачей компонентов непосредственно к перемешиваемому элементу, что способствует эффективному и быстрому перемешиванию.
Данная задача обеспечивается герметичным перемешивающим устройством, имеющим двигатель, на валу которого установлена магнитная муфта в корпусе с крышкой, соединенная с валом, на конце которого закреплен перемешивающий элемент. Вал, вращающийся в подшипниках скольжения из химически стойкого полимера, установлен в колонне, закрепленной на крышке емкости для перемешивания, имеющей отверстия для ввода перемешивающихся компонентов (жидкостей, газов или порошков). Верхняя часть колонны соединена угловым отводом с входным отверстием в крышке емкости, а нижняя - имеет отверстия для вывода компонента в нижнюю часть емкости. Для смазки пяты верхнего подшипника предусмотрена жидкостная ванна, в которую компонент подается через отдельный канал в крышке емкости при ее вводе. Количество отверстий может быть различным, но не менее одного. При необходимости, через полый вал может осуществляться подача еще одного из жидких или газообразных компонентов.
На фиг.1 показано герметичное перемешивающее устройство в разрезе, на фиг.2 - разрез с указанием отдельного канала для прохода перемешиваемого компонента к верхнему подшипнику; на фиг.3 показана подача одного из перемешиваемых компонентов через полый вал.
Предлагаемая конструкция герметичного перемешивающего устройства состоит из привода 1 (двигателя или моторредуктора), корпуса 2, крышки 3, магнитной муфты с ведущей 4 и ведомой полумуфтами 5, экрана 6, конструкция которого не требует охлаждения. Ведомая полумуфта 5 соединена с валом 7, на конце которого закреплен перемешивающий элемент 8. Вал 7 установлен в колонне 9, закрепленной на крышке 10 емкости для перемешивания (не показано). Крышка 10 имеет отверстия 11 и 12 для ввода перемешивающихся компонентов, причем отверстие 11 соединено условным отводом 13 с верхней частью колонны 9, в нижней части которой имеются отверстия 14 для вывода жидкого компонента из колонны 9 в емкость для перемешивания. Подшипники скольжения 15 и 16, в которых вращается вал 7, выполнены из химически стойкого полимера. В верхнем фланце колонны 9 выполнен отдельный канал 17, соединяющий полость 18 вокруг верхнего подшипника 15 с отверстием 11, через которые поступает жидкий компонент для смазки пяты подшипника 15. Смазка нижнего подшипника 16 осуществляется средой перемешивания. Материалы пар скольжения «подшипник-вал» допускают работу в режиме полусухого и, кратковременно, сухого трения. Через канал 19 осуществляется подача компонента через полый вал 7, если это необходимо по технологии.
Герметичное перемешивающее устройство работает следующим образом. Перемешиваемый жидкий компонент через отверстие 11 в крышке 10 емкости для перемешивания подается через угловой отвод 13 в колонну 9 и далее через отверстия 14 в емкость для перемешивания. Часть компонента попадает в отдельный канал 17 и далее - в полость 18, где организована жидкостная ванна, обеспечивающая смачивание пяты верхнего подшипника скольжения 15. Другой (другие) перемешиваемые компоненты (жидкость, газ или порошок) подается в емкость для перемешивания через отверстие (отверстия) 12. При наличии 3-х перемешиваемых компонентов один из компонентов (жидкий или газообразный) может подаваться через канал 19 в крышке емкости 10 во внутреннюю полость экрана 6 и далее через полый вал 7 - в емкость для перемешивания.
Предлагаемая конструкция обеспечивает полную герметичность относительно окружающей среды, надежна, безопасна, малогабаритна, не требует дополнительной смазки подшипников охлаждения экрана, имеет возможность удобной замены верхнего подшипника 15 без снятия крышки 10 с емкости для перемешивания. При необходимости увеличения длины вала 7 габариты перемешивающего устройства остаются неизмененными. Подача одного (или двух) перемешиваемых компонентов осуществляется к перемешивающему элементу 8 в нижней части емкости для перемешивания, что способствует эффективному и быстрому перемешиванию.