Прямоточный смеситель жидкостей и газов
STRAIGHT-FLOW MIXER FOR LIQUIDS AND GASES

Изобретение относится к перемешивающим устройствам и может быть использовано при получении эмульсий и суспензий в различных отраслях промышленности.
Известен статический смеситель (Авторское свидетельство СССР №961740, 1979, B01F 3/08), содержащий гильзы, закрепленные внутри гильз перфорированные смесительные колеса, оси отверстий перфораций установлены под углом к оси смесителя на входе потока в смеситель и выходе потока из смесителя. Основным недостатком данного смесителя является высокое его гидравлическое сопротивление.
Известна мешалка (Патент РФ №2288029, 2006, B01F 7/18), содержащая турбину в виде лопастных колес, установленную с помощью подшипниковых узлов под углом к оси смесителя. Основным недостатком мешалки является то, что она достаточно сложна в конструктивном исполнении.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению является прямоточный смеситель жидкостей и газов (Патент РФ №2456063, 2012, B01F 3/04), прототип, содержащий левую и правую гильзы, резьбовое соединение с уплотняющей контргайкой, турбины в виде лопастных колес со своими осями, закрепленными в гильзах с помощью подшипниковых узлов под углом к оси смесителя на входе потока в смеситель и выходе потока из смесителя. К основным недостаткам данного смесителя следует отнести то, что качество смешения в нем обеспечивается только величиной напора на его входе.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности процессов перемешивания и диспергирования суспензий и эмульсий.
Решение указанной задачи достигается тем, что предлагается прямоточный смеситель жидкостей и газов, содержащий левую и правую гильзы, резьбовое соединение с уплотняющей контргайкой, турбины в виде лопастных колес со своими осями, закрепленными в гильзах с помощью подшипниковых узлов под углом к оси смесителя на входе потока в смеситель и выходе потока из смесителя. Оси лопастных колес смонтированы в гильзах под углом к оси смесителя, равным 45 градусам, и соединены с автономными приводами вращательного движения, внутри гильз в зонах подшипниковых узлов установлены направляющие потоков в виде двускатных буртов, линии наибольшего ската поверхностей и профиль гребней буртов выполнены по окружности радиуса, равного радиусу внутренней поверхности гильз, лопасти колес выполнены перфорированными, сквозные отверстия перфораций размещены на поверхностях лопастей в шахматном порядке, диаметр сквозных отверстий перфораций уменьшается радиально от оси лопастных колес к их ободу.
На фиг. 1 изображен прямоточный смеситель жидкостей и газов, общий вид; на фиг. 2 - разрез смесителя по А-А; на фиг. 3 - разрез лопастного колеса смесителя по Б-Б.
Заявляемый прямоточный смеситель жидкостей и газов содержит левую 1 и правую 2 цилиндрические гильзы, соединенные между собой с помощью резьбового соединения и уплотняющей контргайки 3, турбины в виде лопастных колес 4, 5. Турбины своими осями закреплены в гильзах 1, 2 с помощью подшипниковых узлов 6-9 под углом к оси смесителя, равным 45 градусам, и соединены с автономными приводами вращательного движения 10, 11. Внутри гильз в зонах подшипниковых узлов 6-9 установлены направляющие потоков 12-15 в виде двускатных буртов. Линии наибольшего ската поверхностей и профиль гребней буртов выполнены по окружности радиуса, равного радиусу внутренней поверхности гильз 1, 2. Лопасти колес 4, 5 выполнены в виде перфорированных полукругов 16. Сквозные отверстия 17 перфораций размещены на поверхностях лопастей в шахматном порядке. Диаметр сквозных отверстий 17 перфораций уменьшается радиально от оси лопастных колес к их ободу.
Заявляемый прямоточный смеситель жидкостей и газов работает следующим образом.
Подлежащие смешению продукты подаются через левую гильзу 1 и направляющие 12, 13 к турбине 4, участвующей во вращательном движении вокруг своей оси в заданном наперед направлении. При этом поток продуктов, движущийся слева направо в осевом направлении, поворачивается к оси смесителя на 45 градусов против движения стрелки часов и взаимодействует с торообразным вихревым потоком продуктов, образованным лопастями колес левой турбины 4, что приводит к интенсивному перемешиванию потоков. Далее поток продуктов внутри гильз смесителя дважды поворачивается на 45 градусов по движению стрелки часов (вне зависимости от расположения в пространстве осей лопастных колес), перемешивается с помощью вращающихся колес правой турбины 5 и выводится из правой гильзы 2 смесителя.
Указанные преимущества предлагаемого прямоточного смесителя жидкостей и газов, по сравнению с известными, обеспечиваются новой совокупностью конструктивных элементов.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый прямоточный смеситель жидкостей и газов отличается тем, что оси лопастных колес смонтированы в гильзах под углом к оси смесителя, равным 45 градусам, и соединены с автономными приводами вращательного движения, внутри гильз в зонах подшипниковых узлов установлены направляющие потоков в виде двускатных буртов, линии наибольшего ската поверхностей и профиль гребней буртов выполнены по окружности радиуса, равного радиусу внутренней поверхности гильз, лопасти колес выполнены перфорированными, сквозные отверстия перфораций размещены на поверхностях лопастей в шахматном порядке, диаметр сквозных отверстий перфораций уменьшается радиально от оси лопастных колес к их ободу.
Опытным путем установлено, что чем меньше угол между осью смесителя и осью лопастного колеса, тем меньше гидравлическое сопротивление смесителя. Использование в предлагаемом новом техническом решении осей перфорированных лопастных колес, смонтированных в гильзах под углом к оси смесителя, равным 45 градусам, является рациональным для достижения необходимого гидравлического сопротивления смесителя и его технического исполнения.
Лопастные колеса с автономными приводами вращательного движения обеспечивают подвод в смеситель дополнительной энергии на интенсивное перемешивание и упорядоченную транспортировку продуктов в смесителе. Применение внутри гильз в зонах подшипниковых узловнаправляющих потоков в виде двускатных буртов, у которых линии наибольшего ската поверхностей и профиль гребней буртов выполнены по окружности радиуса, равного радиусу внутренней поверхности гильз, обеспечивает движение продуктов практически без изменения профиля потока.