Вибросмеситель

Полезная модель относится к месильным машинам для высоковязких сред и может найти применение  в пищевой, химической, нефтехимической, строительной, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах переработки высоковязких, неньютоновских тиксотропных структуированных жидких отходов в процессе их утилизации.
Известен вибрационный смеситель, содержащий рабочую камеру, опирающуюся через амортизаторы на раму, вибратор, патрубки ввода и вывода смешиваемых компонентов, внутреннюю рабочую поверхность, жестко установленную в центре основания рабочей камеры, в котором рабочая поверхность выполнена в виде цилиндрического стержня с надетым на него с возможностью свободного перемещения вдоль стержня пружинным венчиком-взбивателем [Патент РФ № 2188063, B01F 11/00, опубл. 27.08.2002г.].
Недостатком такого вибрационного смесителя является невозможность перемешивания высоковязких неньютоновских сред, что связано с налипанием этих сред на пружинный венчик-взбиватель.
Известен вибросмеситель непрерывного действия, содержащий неподвижный корпус с загрузочными и разгрузочными окнами, установленный в опорах полый вал с винтовыми лопастями и приводным элементом, приводной дисбалансный вал, установленный внутри полого вала и выполненный в виде водила с переменным по длине от окна загрузки к окну выгрузки эксцентриситетом, на концах которого установлены опоры полого вала [Патент СССР № 533384, B01F 11/00, В 28С 5/14 опубл. 30.10.1976г.].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится налипание компонентов перемешиваемых сред на винтовые лопасти и поверхность полого вала.
Известен лопастной вибросмеситель марки ШВС, предназначенный для смешения компонентов рецептурной смеси в кондитерском производстве. Он состоит из станины, в которой установлен двигатель, соединенный с дисбалансным вибратором. Вибратор закреплен в раме на пружинах, опирающихся на станину. На верхней части рамы установлена месильная камера, внутри которой установлены два вала с лопастями. Вращение валов с лопастями осуществляется от электродвигателя с редуктором через гибкую муфту. Камера снабжена крышкой, воронкой для подачи исходных компонентов и патрубком отвода газовой смеси [Машины и аппараты пищевых производств. Книга 1/ Под редакцией В.А. Панфилова/. – М.: Высшая школа, 2001, 703с., стр.616 и 617].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится налипание высоковязких компонентов перемешиваемой среды на лопасти и поверхность месильной камеры с образованием высыхающей корки, обладающей высокими адгезионными свойствами. Это приводит к необходимости периодической остановки основного цикла работы и затрат времени на очистку вышеназванных поверхностей, что в целом снижает производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции вибросмесителя является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что вибросмеситель, состоящий из: станины, на которой размещены электродвигатель с редуктором, соединенный через упругую муфту с двумя валами с лопастями, расположенными внутри месильной камеры, снабженной крышкой, воронкой для подачи исходных компонентов и патрубком для отвода продуктов смешения, привода вибратора, соединенного через упругую муфту с валом, на котором закреплен вибратор в виде массы с дисбалансами, и спиральных пружин, на которых установлены вибратор, отличающийся тем, что спиральные пружины выполнены коническими, с переменной упругостью витков, при этом наименьшая упругость витков определяется выражением
(1),
1
где а– наименьшая упругость витков каждой конической пружины, н/м;
n – частота вращения вала вибратора с дисбалансами, об/с;
m – общая масса вала вибратора с дисбалансами, месильной камеры с крышкой, двумя валами с лопастями, воронкой для подачи исходных компонентов и патрубком отвода продуктов смешения, кг;
N – число конических пружин;
наибольшая упругость витков конической пружины определяется выражением
(2),
2 –
где анаибольшая упругость витков каждой конической пружины, н/м;
Δm – наибольшая масса компонентов в месильной камере, кг.
Установка вместо цилиндрических пружин с одинаковой упругостью витков по высоте конических пружин с переменной упругостью витков по высоте позволяет обеспечить резонансные режимы колебаний с высокой амплитудой месильной камеры с перемешиваемыми компонентами смеси при любой массе в месильной камере. Это предотвращает налипание компонентов на стенки месильной камеры и поверхности лопастей и увеличивает скорость перемешивания, что в целом приводит к росту производительности [В.Д. Варсанофьев, Э.Э. Кальман-Иванов. Вибрационная техника в химической промышленности. – М: Химия, 1985, 240с., стр. 206-207].
Выполнение витков конической пружины с наименьшей упругостью витков, определяемой выражением (1), позволяет обеспечивать резонансный режим колебаний с большой амплитудой в начальный момент загрузки компонентов перемешиваемой среды, когда их масса минимальна, а наличие витков в конической пружине с  наибольшей упругостью, определяемой выражением (2), обеспечивает резонансный режим колебаний с большой амплитудой при  наибольшей массе компонентов смеси, находящихся в месильной камере.
Каждая коническая пружина с распределенной на нее частью общей массы представляет собой пружинный маятник с собственной частотой
(3)
[Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов.-М: Государственное издание физико-математической литературы, 1963, 847с., стр.102],
где ν – собственная частота пружинного маятника, Гц;
а–упругость витков пружины, н/м;
М – масса груза на пружине, кг.
При выполнении равенства частоты вращения n вала с дисбалансом и собственной частоты колебаний ν пружинного маятника получаем искомые выражения (1) и (2) для упругости витков конической пружины, обеспечивающей резонансные колебания с большой амплитудой во всем диапазоне возможного изменения массы перемешиваемых компонентов в месильной камере. Это позволяет поддерживать высокую скорость перемешивания этих компонентов и предотвращать налипание частиц на поверхность месильной камеры и лопастей смесителя, что способствует росту производительности.
На чертеже показан общий вид вибросмесителя предлагаемой конструкции. Он состоит из станины 1, на которой размещены электродвигатель 2 с редуктором 3. На валу редуктора 3 установлены две гибкие муфты 4 с возможностью обеспечивать помимо крутильных колебаний вертикальные колебания.
Свободные концы обоих гибких муфт 4 соединены двумя валами 5, на которых закреплены смесительные лопасти 6. Валы 5 со смесительными лопастями 6 установлены внутри месильной  камеры 7, имеющей крышку 8 с воронкой 9 для подачи исходных компонентов, а в нижней части месильной камеры 7 установлен патрубок 10 для отвода продуктов смешения. Под месильной камерой 7 в кожухе 11 закреплен вибратор 12 в виде массы с дисбалансами. Вал вибратора 12 соединен гибкой муфтой 13 с приводом 14. Кожух 11 опирается на конические пружины 15, наименьшая и наибольшая упругость которых описывается выражениями (1) и (2).
1
2
Вибросмеситель работает следующим образом. Включают электродвигатель 2, который через редуктор 3 и гибкие муфты 4 передает крутильные колебания двум валам 5 со смесительными лопастями 6. Одновременно включают привод 14, который через гибкую муфту 13 передает крутильные колебания вибратору 12 с частотой вращения n.  Через воронку 9 внутрь месильной камеры 7 подают на вращающиеся лопасти 6 компоненты смеси. Вращающиеся лопасти 6 перемещают компоненты смеси от воронки 9 к патрубку 10 и выводят их из месильной камеры 7 наружу. Одновременно с перемешиванием  компоненты смеси в месильной камере 7 совершают вертикальные колебания в резонансном режиме с большой амплитудой, так как при любой массе перемешиваемых компонентов от наименьшей m, когда начинается режим подачи компонентов  смеси внутрь месильной камеры 7 и вибрирующая масса состоит из месильной камеры 7 с крышкой 8, воронки 9, патрубка 10, двух валов 5 с  смесительными лопастями 6, кожуха 11 вибратора и самого  вибратора 12, до наибольшей m+Δm, когда к вышеперечисленным массам добавляется наибольшая масса перемешиваемых компонентов, витки конических пружин с диапазоном упругости от а до аобеспечивают вышеописанный резонансный режим колебаний перемешиваемых компонентов внутри месильной камеры 7 с большой амплитудой. Это, во-первых, интенсифицирует процесс перемешивания, а, во-вторых, предотвращает налипание компонентов смеси на стенки месильной камеры 7 и лопасти 6, что приводит к росту производительности.
Таким образом, выполнение спиральных пружин, на которых установлены вибратор, коническими, с переменной упругостью витков, наименьшее и наибольшее значение которой определяется соответственно выражениями (1) и (2), снижает возможность прилипания компонентов перемешиваемой среды к поверхности лопастей и стенкам месильной камеры, увеличивает скорость смешения, что в целом повышает производительность.