ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
MIXING DEVICE

Данное устройство относится к перемешивающему оборудованию и может использоваться в пищевой и химической промышленности.
Известны перемешивающие устройства, состоящие из привода, реактора (корпуса) и рабочих органов ленточного, шнекового, турбинного, якорного, рамного или лопастного типов, совершающих вращательное движение (Э.А. Васильцов, В.Г. Ушаков «Аппараты для перемешивания жидких сред. Справочное пособие. Машиностроение, Ленинградское отделение. - 1979 г. - 272 с. - Стр.40-52). Эти устройства имеют ряд недостатков, к основным из которых относится недостаточная интенсивность процессов тепломассообмена, происходящих в перемешиваемой среде, а также недостаточная однородность получаемых смесей. Кроме того, в ряде конструкций процесс перемешивания происходит с высокой турбулентностью перемешиваемой среды, что приводит к повышенному расходу энергии, а также к нежелательному разрушению частиц перемешиваемого продукта с выделением в раствор вредных компонентов.
Наиболее близок по конструкции к заявляемому устройству смеситель (Вибромешалка, а.с. №233616, опубл. 24.12.1968 г., бюлл. №3 за 1969 г.), состоящий из вибропривода, эксцентрикового вала, жестких шатунов с рессорами, штоков и их направляющих, реакционного сосуда, перемешивающего устройства, выполненного в виде перфорированных дисков. Привод рабочих органов осуществляется от вращающегося эксцентрикового вала, к эксцентрикам которого посредством рессор присоединены жесткие штоки, перемещающиеся в направляющих и на которых закреплены перфорированные диски. Недостатками такой конструкции являются недостаточная однородность получаемых смесей и низкая интенсивность процессов тепломассообмена, происходящих в перемешиваемой среде, так как активная зона перемешивания имеет небольшую толщину, обусловленную величиной возвратно-поступательного перемещения штоков с закрепленными на них перфорированными дисками, которая зависит от эксцентриситета кулачков приводного вала. Кроме того, данное устройство не позволяет проводить регулирование хода рабочего органа, что в ряде случаев требуется по условиям технологического процесса, а боковые усилия, возникающие за счет изгиба рессор, посредством которых штоки соединены с эксцентриковым валом, приводят к повышенному износу направляющих, в которых перемещаются штоки, совершающие возвратно-поступательное движение.
Задачей изобретения является интенсификация процессов тепломассообмена, происходящих в перемешиваемой среде.
Техническим результатом является повышение однородности получаемых смесей и снижение энергоемкости процесса перемешивания.
Технический результат достигается тем, что привод выполнен в виде кривошипно-коромыслового механизма, на коромысле которого расположен радиальный паз, в котором закреплена ось шарнира шатуна с возможностью ее радиального перемещения вдоль оси коромысла и, кроме того, жестко закреплен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с имеющим зубчатый участок штоком, установленным в направляющих, при этом на одном из концов штока, помещенном в реактор, между стопорными элементами закреплено не менее двух дисков, выполненных в виде лопастных колес с возможностью их вращения относительно оси штока и лопасти которых наклонены под углом к плоскостям колес, при этом угол наклона плоскости лопастей каждого из колес выполнен зеркально по отношению к углу наклона плоскости лопастей смежного колеса, указанные лопастные колеса размещены на штоке с интервалом, охватывающим весь объем перемешиваемой среды, причем внешние концы лопастей жестко закреплены на ободе колеса, а угол наклона лопастей по отношению к плоскости колеса заключен в интервале (30÷60)°.
Использование такой конструкции перемешивающего устройства позволяет проводить регулировку хода его рабочих органов в соответствии с требованиями технологического процесса, повысить однородность получаемой смеси компонентов и интенсифицировать процессы тепломассообмена за счет возвратно-поступательного и, одновременно, возвратно-вращательного движения лопастных колес, перемещение которых охватывает весь объем перемешиваемой среды, устранить боковые воздействия на направляющие рабочих органов устройства за счет того, что рабочие органы устройства установлены на штоке, совершающем возвратно-поступательное движение.
Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения способствует достижению желаемого технического результата.
На фиг.1 изображен общий вид устройства.
Перемешивающее устройство содержит кривошип 1, шатун 2, шарнир шатуна 3, коромысло 4 с радиальным пазом, зубчатый сектор 5, направляющие 6, шток 7 с зубчатым участком 8, загрузочные патрубки 9, реактор 10, верхнее 11 и нижнее 12 лопастные колеса, внешний обод лопастного колеса 13, стопорные шайбы 14, лопасти верхнего 15 и нижнего 16 лопастных колес, выгрузочный патрубок 17.
Предлагаемое перемешивающее устройство работает следующим образом. Компоненты смеси по патрубкам 9 поступают в реактор 10. При вращении кривошипа 1 посредством шатуна 2 и шарнира 3, размещенном в радиальном пазу коромысла 4, коромысло 4 приводится в возвратно-вращательное движение вместе с жестко связанным с ним зубчатым сектором 5. При этом шток 7, находящийся в зацеплении с зубчатым сектором 5 при помощи зубчатого участка 8, двигаясь в направляющих 6, совершает возвратно-поступательное движение. При движении штока 7 верхнее лопастное колесо 11, удерживаемое на штоке 7 стопорными шайбами 14, за счет прохождения перемешиваемого продукта через его лопасти 15, плоскости которых наклонены под углом к плоскости колеса, начинает вращаться относительно оси штока 7, перемешивая при этом компоненты смеси. В то же время нижнее лопастное колесо 12 будет вращаться в противоположном направлении за счет того, что плоскости его лопастей 15 наклонены по отношению к плоскости нижнего колеса 12 зеркально по сравнению с наклоном плоскости лопастей 15 верхнего колеса 11. Затем, при изменении направления движения штока 7 компоненты смеси, проходящие через лопастные колеса 11 и 12, также меняют направление движения, что приводит вначале к торможению вращающихся в разных направлениях колес 11 и 12, а затем приводит к изменению направления их вращения на противоположное. При этом лопастные колеса 11 и 12 размещены на штоке 7 таким образом, что при возвратно-поступательном движении штока 7 происходит перемешивание всего объема смеси, находящегося в реакторе 10. Например, при установке двух лопастных колес на штоке 7 при максимальной величине его хода, равном половине высоты реактора 10, расстояние между лопастными колесами 11 и 12 должно быть равно также половине высоты реактора 10. Полученная смесь выгружается из реактора 10 при помощи выгрузочных патрубков 17. Изменяя ход штока 7 за счет смещения шарнира 3 вдоль радиального паза коромысла 4, можно уменьшить либо увеличить толщину зоны активного перемешивания компонентов смеси, если это необходимо по условиям технологического процесса. Наличие внешних ободов 13, на которых жестко закреплены внешние концы лопастей колес 11 и 12, позволяет существенно повысить жесткость лопастных колес и, следовательно, снизить их металлоемкость. При этом неравномерное и периодически изменяющееся по направлению вращение лопастных колес 11, 12 в совокупности с их также изменяющимся по направлению и происходящим с переменной скоростью возвратно-поступательным движением приводит к разрушению ламинарных потоков в перемешиваемой среде без излишней ее турбулизации, что снижает энергоемкость процесса перемешивания и не приводит к нежелательному разрушению частиц перемешиваемого продукта с выделением в раствор вредных компонентов.
Величина угла наклона лопастей по отношению к плоскости лопастного колеса заключена в интервале (30÷60)° и зависит от вязкости компонентов смеси. Использование углов наклона лопастей величиной менее 30° приводит к повышенным гидравлическим сопротивлениям при перемещении дисков, а при значениях углов наклона более 60° существенно уменьшается интенсивность процесса перемешивания компонентов смеси.