ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
VIBRATION MIXER

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления композиций из сыпучих материалов и может найти применение в пищевой, химической, строительной и других отраслях промышленности.
Известен вибрационный смеситель [1] с вертикальным корпусом и закрепленным внутри него перемешивающим органом, выполненным с плоской перфорированной винтовой поверхностью и двумя перфорированными дисками. Один диск расположен выше верхнего витка шнека на величину, равную его шагу, а второй, снабженный диафрагменным затвором, - у кромки нижнего витка. Сверху на корпусе устройства закреплены крышка со штоком и патрубком ввода ингредиентов, а снизу - коническое днище с патрубком вывода готовой смеси. Шток и патрубок вывода расположены в соосных опорах с упругими элементами. Вибратор генерирует силовые импульсы, которые посредством штока и корпуса передаются перемешивающему органу. При этом специальная кинематическая система, состоящая из штанг, крестовин и ползунов, обеспечивает ему требуемые винтовые колебания для воздействия на сыпучий материал.
Недостатками вибрационного смесителя являются большие габариты, вызванные наличием конического днища для направления готового продукта в выводной патрубок, а также сложность изготовления и эксплуатация диафрагменного затвора.
Наиболее близким техническим решением является вибрационный смеситель [2] с закрепленным на вертикальной трубчатой колонне рабочим органом, выполненным в виде перфорированного винтового лотка, заканчивающегося снизу сплошным витком. Последний необходим для сбора готовой композиции и ее направления к выпускному патрубку, расположенному между перфорированным участком и сплошным под подвижной пластиной. Смеситель также содержит вибратор, упругие элементы, закрепленные на несущих конструкциях, и установленный над рабочим органом патрубок ввода сыпучих ингредиентов. Для получения композиции заданного качества в аппарате организованы два потока материала: основной - просеивание через перфорацию лотка; и вспомогательный - подъем по виткам на рециркуляцию. Направление движения сыпучего материала и соотношение потоков задаются колебаниями, создаваемыми вибратором.
Недостатками вибрационного смесителя являются высокая нестабильность его работы и качества композиции. Это обусловлено тем, что на расходные характеристики перфорации рабочего органа сильно влияет высота слоя материала на витках. С ее повышением производительность отверстий существенно падает, а с понижением - растет. В свою очередь, она зависит от флуктуации параметров вибрации, свойств ингредиентов и производительности дозирующего оборудования. Например, даже незначительное увеличение подачи ингредиентов на верхний виток смесителя вызывает на нем лавинообразный подъем высоты слоя и его «захлебывание». При уменьшении подачи - к «опорожнению» всего рабочего органа. Фактически аппарат работает в состоянии «неустойчивого равновесия», что снижает качество композиции.
Техническим результатом является повышение стабильности работы вибрационного смесителя и качества композиции. Это достигнуто за счет установки выпускного патрубка в конце нижнего сплошного витка, необходимого для сбора готовой композиции. В свою очередь, это позволило изменить организацию движения дисперсного материала внутри аппарата. В новой конструкции основной поток сыпучей массы течет вниз по винтовому лотку рабочего органа, а вспомогательный - просеивается через перфорацию.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
Вибрационный смеситель содержит закрепленный на вертикальной трубчатой колонне 1 рабочий орган, выполненный в виде перфорированного винтового лотка 2, заканчивающегося снизу сплошным витком 3 (лотком), в конце которого установлен патрубок вывода 4 готовой композиции. Смеситель также укомплектован патрубком ввода ингредиентов 5, расположенным над рабочим органом, упругим элементом 6, закрепленным на несущей конструкции 7, и вибратором 8. С внешней стороны винтовая поверхность может быть ограничена или вертикальным бортом, как на фиг. 1, или съемным цилиндрическим кожухом (не показан).
Вибрационный смеситель работает следующим образом.
Вибратор 8 побуждает рабочий орган совершать пространственные колебания, например винтовые, с интенсивностью, необходимой для возникновения на лотках 2 и 3 вибкокипящего слоя из дисперсного материала, а также для создания основного потока - виброперемещение материала под уклон. Упругий элемент 6 поддерживает заданные параметры колебаний и виброизолирует несущую конструкцию 7.
Ингредиенты непрерывно или циклически поступают через патрубок ввода 5 (фиг. 1) на верхний виток перфорированного лотка 2. По мере перемещения вниз по винтовой поверхности они смешиваются в вибкокипящем слое, достигая на последнем нижнем сплошном витке 3 требуемой однородности, который одновременно является дном рабочего органа. Готовая смесь выводится из аппарата через патрубок 4, установленный в конце лотка 3. Изменение параметров вибрации, свойств ингредиентов и производительности дозирующего оборудования хоть и вызывает некоторое изменение высоты слоя, но оно не критично для работы смесителя. Его работа стабильна, т.к. аппарат работает в состоянии «устойчивого равновесия».
Просев сыпучей композиции через отверстия лотка 2 создает эффект опережения (проскок). Этот вспомогательный поток способствуют сглаживанию неравномерностей расходов ингредиентов, неизбежно генерируемых дозаторами, и усреднению состава смеси по высоте рабочего органа. Особенно это важно при их дискретно-циклической подаче в смеситель. Другая функция отверстий - компенсация вакуума, возникающего между поверхностью лотка и слоем материала при его отрывном движении. Воздух в основном подсасывается через них, а при падении слоя - вытесняется и через отверстия, и сквозь слой. Благодаря подобному насосному эффекту, возникающему при работе смесителя, можно уменьшить параметры вибрации, при которых сыпучая масса начинает «кипеть». Это снижает энергопотребление.
Таким образом, установка выпускного патрубка в конце нижнего сплошного витка рабочего органа позволила по-новому организовать движение дисперсного материала внутри вибрационного смесителя, что стабилизировало его работу и качество композиции.
Источники литературы
1. Авторское свидетельство СССР №1472110, B01F 11/00, 1987, опубл. 15.04.89. Бюл.№14.
2. А.с. SU 1674943 А2, кл. B01F 11/00, опубл. 07.09.91, бюл. №33 (4685826/26 от 03.05.89).
ОБОСНОВАНИЕ изменения терминологии (материал взят из толковых словарей)
1. В аналоге и прототипе некорректно используется словосочетание «спиральный желоб».
Спираль, в математике,- это кривая, которая огибает некоторую центральную точку или ось, постепенно приближаясь или удаляясь от нее, в зависимости от направления обхода кривой.
В то же время, винт (шнек) - цилиндр с многократно обернутой вокруг него наклонной поверхностью. Т.е. это протяженная деталь.
Шнек (от нем. Schnecke, буквально - улитка) - стержень с винтовой поверхностью вдоль продольной оси. Винтовая поверхность (геликоид) образована линией, одновременно равномерно вращающейся вокруг некой неподвижной оси и перемещающейся вдоль нее. Она не обязательно должна быть прямой и перпендикулярной оси.
Лоток - устройство незамкнутого поперечного сечения для безнапорного движения жидкости, или суспензии, а также перемещения сыпучего или штучного материала.
Слова «желоб» и «лоток» являются синонимами, но из соображений благозвучия лучше использовать слово «лоток». Например, смеситель лоткового типа. Гораздо грубее звучит - смеситель желобчатого типа.
Поэтому в предлагаемом техническом решении употребляется словосочетание «винтовой лоток», наиболее полно отражающее его суть.
2. Также в аналоге и прототипе некорректно используются словосочетания «компенсирующие элементы» и «амортизирующие элементы», т.к. они предназначены для гашения колебаний, что в контексте «поддержание колебаний» ложно. Следует употреблять «рессорные элементы» или «упругие элементы». Рессоры (фр. ressort - пружина), пружины, торсионы за счет своих упругих свойств позволяют поддерживать требуемые параметры вибрации с наименьшими энергозатратами.
В тексте описания изобретения использовано словосочетание «упругие элементы».