СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным механическим мешалкам для перемешивания высоковязких ньютоновских и неньютоновских растворов, расплавов, суспензий, эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, биохимической, горнодобывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и хозбытовых стоков.
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, с. 64).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания, особенно высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей из-за постоянных скоростях вращения обеих мешалок.
Известен 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 установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, при этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, причем ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет:
где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты (патент на полезную модель РФ №119640, B01F 7/16, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания жидкостей в зоне работы тихоходной мешалки, особенно высоковязких и неньютоновских растворов, расплавов, суспензий или эмульсий из-за ограничений по размерам осей, описанных в соотношении (1). Кроме того, овальная форма ведущей и ведомой полумуфт не позволяет резко изменять скорость вращения тихоходной мешалки, что также снижает эффективность перемешивания в зоне работы тихоходной мешалки, а также не позволяет изменять скорость вращения центральной быстроходной мешалки.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту с ведущей полумуфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полумуфтой, закрепленной на лопостях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, при этом ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, закрепленным на валу, а ведомая и ведущая полумуфты представляют собой сегменты полого цилиндра (патент на полезную модель №141483 РФ, B01F 7/16, 2014).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания особенно высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей в зоне работы быстроходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение эффективности процесса перемешивания за счет резких изменений скорости вращения центральной быстроходной мешалки, вызванных возникновением крутильных колебаний.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту с ведущей полу муфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полумуфтой закрепленной на лопастях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, причем ведущая и ведомая полумуфта представляют собой сегменты полого цилиндра, а ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, при этом вал в зоне смешения выполнен в виде пластины из упругого материала.
Выполнение вала в зоне смешения в виде пластины из упругого материала, выполняющей функцию торсионного амортизатора, обеспечивает крутильные колебания быстроходной мешалки, которые дополнительно тиксотропно разжижают высоковязкие неньютоновские жидкости, увеличивая тем самым эффективность их перемешивания на микроуровне.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции смесителя, на фиг. 2 - поперечное сечение А-А в зоне установки гидромуфты.
Смеситель состоит из быстроходной мешалки 1, закрепленной на валу 2, в зоне смешения представляющего собой пластину из упругого материала, выполняющую функцию торсионного амортизатора, привода (на чертеже не показан) и тихоходной мешалки 3, установленных соосно корпусу 4. На валу 2 закреплена ведущая полумуфта 5, выполненная в виде сегмента полого цилиндра. На лопастях тихоходной мешалки 3 закреплена ведомая полумуфта 6, снабженная гильзой 7 с подшипником 8, закрепленной на валу 2. Сама ведомая полумуфта 6 выполнена в виде сегмента полого цилиндра, установленного в зоне взаимодействия с ведущей полумуфтой 5.
1
2
Смеситель работает следующим образом. В корпус 4 заливают перемешиваемую жидкость. От привода передают вращение на вал 2 быстроходной мешалки 1 с числом оборотов n. Перемешиваемая жидкость, находящаяся в зазоре между рабочими поверхностями сегментов полых цилиндров ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт передает крутящий момент от вала 2 к лопастям тихоходной мешалки 3. Так как при вращении обеих мешалок: быстроходной 1 и тихоходной 3, кольцевой зазор между рабочими поверхностями ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт непрерывно изменяется от наибольшего (показан на фиг. 1 и 2) до наименьшего, то резко изменяется и число оборотов тихоходной мешалки n.
2
Таким образом, за один оборот быстроходной мешалки 1, тихоходная мешалка 3, то резко снижая число оборотов n,, то резко их увеличивая, интенсифицирует процесс перемешивания в периферийной зоне у стенки корпуса, что приводит к повышению в целом эффективности перемешивания особенно высоковязких и неньютоновских жидкостей: растворов, расплавов, суспензий и эмульсий. Кроме того, так как вал 2 быстроходной мешалки 1 в зоне смешения представляет собой пластину из упругого материала, выполняющую функцию торсионного амортизатора, то когда кольцевой зазор между рабочими поверхностями сегментов полых цилиндров ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт наименьший, то скорость вращения быстроходной мешалки 1 с валом 2 замедляется, а упругий материал вала 2 накапливает потенциальную упругую энергию. При переходе рабочих поверхностей сегментов полых цилиндров ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт от минимального зазора к максимальному, упругая энергия вала 2 превращается из потенциальной в кинетическую, приводя к увеличению скорости вращения быстроходной мешалки 1. Такие крутильные колебания вала 2 с быстроходной мешалкой 1 способствуют тиксотропному разжижению высоковязких неньютоновских жидкостей, уменьшению их эффективной вязкости и увеличению эффективности микросмешения в зоне работы быстроходной мешалки 1.
Кроме того, пластина из упругого материала вала 2 дополнительно перемешивает вблизи своей поверхности высоковязкую неньютоновскую жидкость по всей высоте вала 2 в зоне смешения.