СМЕСИТЕЛЬ

Техническое решение относится к устройствам для механического перемешивания высоковязких, структурированных ньютоновских и неньютоновских жидкостей и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, машиностроительной, пищевой, металлургической, горноперерабатывающей и других отраслях промышленности, в строительной индустрии, а также в экологических процессах очистки высококонцентрированных суспензий, эмульсий и шламов.
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, стр.64).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания из-за постоянства скорости вращения обеих мешалок, что не позволяет разрушить структурные связи и уменьшить эффективную вязкость во всем объеме перемешиваемой жидкости, особенно высоковязкой, структурированной и неньютоновской.
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, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра которого к диаметру вала составляет
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (патент на полезную модель РФ №109010, В01F 7/16, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания высоковязких, структурированных и неньютоновских жидкостей из-за постоянных скоростей вращения обеих мешалок, что не позволяет разрушить структуру и уменьшить эффективную вязкость жидкости во всем объеме смесителя.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является 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, и ведущей полумуфты овальной формы, жестко закрепленной на валу, при этом 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, В01F 7/16, 2012 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей во всем объеме смесителя из-за невысоких колебаний скорости вращения лопастей тихоходной мешалки и отсутствия их вибрации, что не позволяет полностью разрушить структуру и снизить эффективную вязкость перемешиваемой жидкости во всем объеме смесителя.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является интенсификация перемешивания высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей во всем объеме смесителя за счет дополнительной вибрации лопастей тихоходной мешалки у дна корпуса, которая обеспечивает разрушение структуры и уменьшение эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем 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 с отверстием овальной формы, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом и ведущей полумуфтой овальной формы, жестко закрепленной на валу с отношением длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляющем
где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты, при этом лопасти тихоходной мешалки выполнены в виде упругой пластины и имеют осесимметричный с валом поперечный разрез в нижней части.
Выполнение лопастей тихоходной мешалки в виде тонкой упругой пластины толщиной 0,5÷2 мм (стали, титана, резины, пластмассы и др.) заставляет при колебательном вращении тихоходной мешалки, которое обеспечивает гидромуфта с ведомой полумуфтой в виде патрубка с отверстием овальной формы и ведомой полумуфтой тоже овальной формы и размерами осей овалов, подчиняющихся условию (1), лопасти тихоходной мешалки дополнительно вибрировать, что способствует разрушению структуры и снижает эффективную вязкость высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей, и конечном счете увеличивает интенсивность перемешивания во всем объеме смесителя.
Выполнение поперечного разреза в нижней части лопастей мешалки позволяет еще в большей степени увеличить амплитуду колебаний тонких упругих пластин, из которых эти лопасти выполнены, так как разрез уменьшает жесткость лопастей и при набегании на них потока перемешиваемой жидкости заставляет отклоняться в сторону противоположную вращению с большей амплитудой. Это также способствует разрушению структуры и уменьшению эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей, а значит, интенсифицирует их перемешивание во всем объеме смесителя.
Кроме того, выполнение разреза в нижней части лопастей мешалки, осесимметричное с валом, обеспечивает сохранение динамической балансировки тихоходной мешалки, что предотвращает ее радиальное смещение относительно оси при вращении, столкновению поплавка с корпусом, а рабочих поверхностей полумуфт друг с другом, стабилизации колебаний скорости вращения тихоходной мешалки, а значит также способствует интенсивному перемешиванию жидкости в периферийной зоне работы тихоходной мешалки.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой конструкции смесителя в разрезе, на фиг.2 - поперечный разрез А-А ведущей и ведомой полумуфт.
Смеситель содержит пропеллерную или турбинную быстроходную мешалку 1 для центрального перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. не показан) и рамную или якорную тихоходную мешалку 3, установленную соосно корпусу 4 для периферийного перемешивания, к лопастям которой в верхней части прикреплен поплавок 5, выполненный, например, в виде пустотелого тора и выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3, и ведомая полумуфта, выполненная в виде патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2 и имеющая отверстия овальной формы на валу 2. В зоне установки патрубка 6 жестко закреплена ведущая полумуфта 7, внешняя поверхность которой имеет овальную форму, при этом длины малой оси овала в отверстии патрубка 6 и большой оси овала ведущей полумуфты 7 подчиняется условию (1). Лопасти тихоходной мешалки 3 выполнены в виде упругой пластины (например, стали, титана, полимера) и имеют в нижней части осесимметричный поперечный разрез 8.
Смеситель работает следующим образом.
1
2
1
2
2
Вал 2 с быстроходной мешалкой 1, создающей зону перемешивания в центральной части корпуса 4, вращается от привода с числом оборотов n. Крутящий момент от вала 2 к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийных (боковой и нижней) частях корпуса 4 и вращающейся с переменным числом оборотов n<n, передается через рабочий зазор в овальном отверстии патрубка 6 и овальной поверхностью ведущей полумуфты 7. Так как этот зазор за один оборот вала 2 изменяется от минимума (показан на фиг.2) до максимума, то пропорционально величине этого зазора меняется крутящий момент, передаваемый от гидромуфты к тихоходной мешалке 3, заставляющий периодически изменять скорость вращения n тихоходной мешалки 3. Такое изменение скорости вращения n тихоходной мешалки 3 способствует разрушению структурных связей в высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостях, уменьшает их эффективную вязкость и увеличивает интенсивность перемешивания.
Кроме того, выполнение лопастей тихоходной мешалки 3 в виде упругой пластины и осесимметричный поперечный разрез 8 этой пластины в нижней части заставляет вибрировать эти лопасти при их упругой деформации под действием переменной силы сопротивления перемешиваемой жидкости. Эти вибрации увеличивают амплитуду из-за поперечного разреза 8, так как лопасти тихоходной мешалки 3 в верхней части закреплены на поплавке 5 и патрубке 6, а значит, способствуют разрушению структуры и снижению эффективной вязкости жидкости во всем объеме смесителя.
Таким образом, выполнение лопастей тихоходной мешалки в виде упругой пластины и осесимметричный поперечный ее разрез в нижней части позволяет к колебательному режиму вращения тихоходной мешалки за счет овальной формы отверстия в патрубке и овальной формы ведущей полумуфты добавить вибрационный режим движения лопастей тихоходной мешалки за счет упругой деформации пластин, из которой изготовлены лопасти тихоходной мешалки. Такое сложное движение лопастей тихоходной мешалки, сопровождаемое колебаниями скорости вращения и вибрацией самих лопастей приводит к разрушению структуры и снижению эффективной вязкости высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей в периферийных зонах работы тихоходной мешалки и интенсифицирует перемешивание во всем объеме смесителя.