СМЕСИТЕЛЬ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к оборудованию для смешивания сыпучих материалов и может быть использована в строительной, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен смеситель сыпучих материалов, содержащий рабочий барабан и привод, причем привод выполнен в виде роликов, на которых размещен барабан, где один из роликов связан с приводящим его во вращение электродвигателем (Машиностроение. Энциклопедия. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т.IV-12/ Под общ. ред. М.Б.Генералова - М.: Машиностроение. 2004 - 832 с., рис.2.2.12 стр.142). Смешиваемые компоненты помещают в барабан и приводят его во вращение. Материал поднимается вместе с внутренней поверхностью барабана, а затем обрушивается вниз, в результате чего частицы компонентов приобретают относительное движение и проникают из одного компонента в другой, обеспечивая перемешивание.
Недостатком смесителя является низкая производительность, обусловленная низкой скоростью перемешивания, так как увеличение угловой скорости вращения барабана приводит к прижиманию центробежной силой частиц компонентов к его внутренней поверхности и их движению вместе с барабаном, то есть полному прекращению перемешивания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является вибрационный смеситель сыпучих материалов, содержащий рабочий барабан с присоединенным к нему электродвигателем с дебалансом, размещенный на упругом подвесе, состоящем из связанных с барабаном опирающихся на фундамент пружин (Машиностроение. Энциклопедия. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т.IV-12/ Под общ. ред. М.Б.Генералова - М.: Машиностроение. 2004 - 832 с., рис.2.2.17 стр.149). Смешиваемые компоненты помещают через загрузочную горловину в барабан и приводят во вращение электродвигатель. Дебаланс возбуждает колебания барабана, близкие к круговым, за счет чего частицы компонентов приобретают относительное движение и проникают из одного компонента в другой, обеспечивая перемешивание. Близкие к круговым колебания обеспечивают однородную порозность частиц по сечению барабана, что создает благоприятные условия для перемешивания, а возможность обеспечения
значительной амплитуды колебаний позволяет достигать значительной порозности, что дает увеличение скорости перемешивания, то есть производительности смесителя.
Недостатком смесителя является невозможность получения однородной смеси склонных к сегрегации материалов. Наличие постоянно действующей силы веса приводит к тому, что мелкие частицы имеют преимущественное направление движения вниз, а крупные - вверх, в результате чего после достижения определенной однородности смеси она вновь начинает расслаиваться и ее однородность ухудшается.
Технический результат заключается в повышении однородности получаемых смесей склонных к сегрегации сыпучих материалов и увеличении производительности смесителя.
Технический результат достигается тем, что упругий подвес выполнен в виде жестко связанной с барабаном тяги, нижним концом укрепленной на шарнирной опоре и подпружиненной с боковых сторон, причем жесткость пружин подбирается таким образом, чтобы угловая амплитуда колебаний тяги определялась соотношением
где ω - скорость вращения дебаланса электродвигателем, R - расстояние от шарнирной опоры тяги до оси рабочего барабана, g - ускорение силы тяжести, путем чего действие силы веса компенсируется действием меняющейся с течением времени, но в среднем равной ему центробежной силы.
На фиг.1 изображен смеситель сыпучих материалов.
На фиг.2 изображена схема ускорений частиц в смесителе.
Смеситель состоит из рабочего барабана 1 с размещенным на нем коаксиально электродвигателем 2, на оси которого установлен дебаланс 3. К барабану 1 жестко присоединена тяга 4, нижний конец которой установлен в неподвижном шарнире 6 и по бокам которой размещены пружины 5, опирающиеся другими краями на неподвижное основание.
Смеситель работает следующим образом. Перемешиваемые сыпучие компоненты загружают в рабочий барабан 1 и включают электродвигатель 2, который приводит во вращение установленный на его оси дебаланс 3, возбуждающий угловые колебания тяги 4 с пружинами 5 вокруг шарнира 6. Частота колебаний тяги и барабана равна частоте колебаний вынуждающей силы, то есть частоте вращения электродвигателя. При таких колебаниях барабана на тяге на перемешивающие компоненты действует сила тяжести, направленная вниз и характеризуемая ускорением g, и силы инерции: тангенциальная, периодически меняющая направление и
τ
n
характеризуемая тангенциальным ускорением а и центробежная, всегда направленная вверх и характеризуемая нормальным ускорением a.
При законе угловых колебаний тяги и барабана (фиг.2)
0
φ=φsinωt,
0
где φ - угловая амплитуда колебаний, ω - частота вращения электродвигателя, угловая скорость и угловое ускорение тяги и барабана соответственно составят
Тангенциальной ускорение меняется по закону:
его среднее значение равно нулю и в перемешивающей среде нет силы, имеющей преимущественное направление, то есть силы, вызывающей сегрегацию компонентов.
0
Нормальное ускорение всегда направлено от оси вращения (колебаний), но в силу малости угловой амплитуды колебаний φ можно считать, что оно направлено вверх. Это ускорение меняется по закону
а его среднее значение равно
Полное среднее ускорение результирующей массовой силы в вертикальном направлении равно
n
<a>-g
и при произвольных характеристиках колебаний может быть направлено как вниз, так и вверх, то есть присутствует сила, имеющая преимущественное направление и вызывающая сегрегацию компонентов при смешивании.
Однако эта сила будет равна нулю, если
n
<a>=g,
чему соответствует следующая связь между величинами, характеризующими конструктивные и режимные характеристики смесителя
При такой, и только при такой, связи в вертикальном направлении будет действовать только периодически меняющая направление сила, приводящая к перемешиванию, и не будет действовать сила, среднее значение которой не равно нулю, приводящая к сегрегации смешиваемых компонентов. При неограниченном
времени перемешивания достигается равномерной распределение компонентов смеси по ее объему, а при ограниченном - достигается лучшее качество смеси. Если качество смеси (ее неоднородность) задано, то в предлагаемом смесителе оно достигается за меньшее время, то есть увеличивается производительность смесителя.