СТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к химическому оборудованию, а более конкретно - к устройствам для смешивания жидкости в трубопроводе, и может найти применение, например, в химической и нефтехимической промышленности, а также в системах водоподготовки и очистки сточных вод.
Уровень техники
Известен статический смеситель [1], содержащий цилиндрический корпус и смонтированную внутри него перегородку в форме конуса с вершиной, направленной навстречу потоку перемешиваемых жидкостей с отверстиями с стенке конуса, которые выполнены осесимметрично по окружностям, находящимся на разных расстояниях от вершины конуса. К недостаткам описанной конструкции дозатора относится значительное гидравлическое сопротивление потоку жидкости и недостаточная эффективность перемешивания. Значительное гидравлическое сопротивление обусловлено тем, что поток жидкости сильно суживается, проходя через отверстия. Недостаточная эффективность перемешивания вызвана тем, что описанная конструкция не понуждает поток жидкости к циркуляции от одной стенки трубопровода к другой.
Известен статический смеситель с профильными слоями [2], расположенными в кольцевом пространстве и содержащими взаимно пересекающиеся
каналы, наклоненные относительно центральной оси, причем каждый слой расположен вдоль поверхности, которая образует по существу замкнутую окружность, расположенную поперек центральной оси, и каждый слой содержит подобные каналы, которые расположены на внутренней или наружной стороне слоя, так, что каждый канал накладывает азимутальный скоростной компонент на проходящую по нему жидкую смесь, при этом каждый участок поверхности слоя, расположенный между наружным и внутренним сгибом гофры, и имеющий форму, приближенную к параллелограмму, выполнен со сгибом по диагональной линии. Данное устройство содержит большое количество деталей, сложно и трудоемко в изготовлении.
Известен статический смешивающий аппарат и способ его изготовления [3]. Аппарат включает корпус, как минимум, частично заполненный множественными сферическими смешивающими элементами. Способ его изготовления заключается в размещении множественных сферических смешивающих элементов внутри корпуса. К недостаткам описанной конструкции относится значительная материалоемкость, масса, а также значительное гидравлическое сопротивление смесителя. Все эти недостатки обусловлены тем, что множество сферических смешивающих элементов заполняет значительную часть объема смесителя, оставляя свободной для прохода жидкости лишь меньшую часть.
Известен статический смеситель для высоковязких сред [4], использующий дугообразные сегменты для установки в рукаве. Смеситель содержит
смесительные элементы в виде монолитов с элементами рукава в форме трубчатых кусков, служащих для крепления смесительных элементов, и корпус, в котором элементы рукава вставляются со смесительными элементами каждый. Смесительные элементы представляют решетчатую структуру, пересекающуюся в прямоугольных участках, перпендикулярных главному направлению потока жидкости, заданному продольной осью корпуса. Края элементов рукава соприкасаются своими опорными поверхностями, на этих опорных поверхностях выполнены предохранители, в которые вставляются два ребра смешивающих элементов, выполненные в форме, дополнительной к предохранителям. При этом ребра делаются в форме кольцевых сегментов. Описанная конструкция сложна, содержит много элементов различной сложной геометрической формы. Из-за этого смеситель описанной конструкции трудоемок в изготовлении и имеет высокую стоимость.
Известна конструкция статического смесителя [5], включающая модули, составленные из смесительных элементов, имеющих равнобедренную треугольную базовую пластину и пару крыльев, присоединенных под равными и противоположными углами к сторонам треугольника базовой пластины. Модули составляются из смесительных элементов так, чтобы обеспечить равные и противоположные направления спирального движения потока жидкости вдоль трубы. Модули снабжены средствами для усиления перемешивающего действия на жидкость, пересекающими поток жидкости поперек вблизи от соседнего расположенного вверх по течению модуля.
Описанная конструкция также характеризуется сложной формой смесительных элементов, необходимостью отдельного крепления каждого элемента внутри трубы. В результате смеситель сложен и трудоемок в изготовлении и имеет высокую стоимость.
Известен статический смеситель [6], включающий корпус, в котором размещены четыре плоских смесительных элемента полукруглой формы. Каждый из смесительных элементов присоединен с отклонением на определенный угол. Поток жидкости, сталкиваясь со смесительными элементами, начинает двигаться по сильно извилистой траектории с поворотами, создавая интенсивные вихри. К недостаткам данной конструкции относится недостаточная в ряде случаев эффективность перемешивания, а также сложность сборки, вызванная необходимостью отдельного крепления каждого смесительного элемента в корпусе, что для внутренних элементов, расположенных на значительном удалении от краев корпуса, затруднительно.
Известен статический смеситель [7], содержащий кожух и много смесительных элементов, помещенных в кожухе. Каждый смесительный элемент представляет собой плоское тело с центральной пластиной, которая снабжена по крайней мере двумя плоскими зубьями, находящимися с каждой из ее сторон, и обеспечивающих взаимное сцепление смесительных элементов. Смесительные элементы расположены в корпусе по винтовой линии с поворотом каждого из них на определенный угол вокруг основного направления потока относительно соседнего элемента. Описанный статический
смеситель конструктивно сложен, так как содержит множество отдельных смесительных элементов, и трудоемок в изготовлении, так как смесительные элементы должны быть размещены в корпусе по сложной винтовой линии. Эти конструктивные особенности влекут за собой высокую стоимость смесителя.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является элемент статического смесителя и статический смеситель [8], представляющий собой металлическую витую полосу, свободно размещенную в металлической цилиндрической трубе. Смесительный элемент представляет собой скрученную металлическую пластину, имеющую в сечении форму параллелограмма. К недостаткам описанной конструкции относится сложность изготовления металлической витой полосы, имеющей в сечении форму параллелограмма. Кроме того, эффективность перемешивания недостаточна, так как мала степень завихренности потока при его поступательном движении вдоль витой полосы.
Раскрытие полезной модели
Целью заявляемой полезной модели является упрощение, удешевление и повышение эффективности статического смесителя. Техническим результатом, который достигается посредством заявляемой конструкции, является упрощение конструкции и технологического процесса изготовления
смесителя и повышение эффективности перемешивания за счет увеличения завихренности потока.
Технический результат достигается тем, что статический смеситель включает трубчатый корпус и по меньшей мере один смесительный элемент, расположенный внутри корпуса, имеющий форму гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу и к оси трубчатого корпуса, а часть боковых сторон которой очерчена по линии сопряжения с внутренней поверхностью трубчатого корпуса. В частных случаях смесительный элемент выполнен с вырезами для прохода потока по меньшей мере на одной из боковых сторон, либо со сквозными окнами для прохода потока. Также в частных случаях трубчатый корпус снабжен кольцевыми упорами, контактирующими с противоположными концами смесительного элемента, либо противоположные концы смесительного элемента неразъемно присоединены к внутренней поверхности трубчатого корпуса. В частном случае трубчатый корпус может быть снабжен фланцами для соединения с трубопроводом. В частном случае осуществления статического смесителя по меньшей мере на одной из боковых сторон смесительного элемента выполнены пазы, каждый из которых сцеплен с пазом на боковой стороне другого смесительного элемента. В отдельном частном случае края сцепленных пазов смесительных элементов могут быть неразъемно присоединены друг к другу.
Статический смеситель работает следующим образом. При движении через трубчатый корпус поток среды встречается с участками смесительного
элемента, расположенными под углом к оси корпуса. Поскольку часть боковых сторон смесительного элемента очерчена по линии сопряжения с внутренней поверхностью трубчатого корпуса, эта сторона плотно прилегает к внутренней поверхности корпуса, и поток вынужден отклоняться, изменяя направление движения и интенсивно завихряясь. Соседние участки смесительного элемента выполнены под углом друг к другу, поэтому направление отклонения потока неоднократно меняется и возникают разнонаправленные вихри. Если смесительный элемент имеет вырезы по меньшей мере на одной из боковых сторон, либо сквозные окна, то это вызывает более интенсивное вихреобразование, а также уменьшает гидравлическое сопротивление смесителя. Кольцевые упоры, контактирующие с противоположными концами смесительного элемента, или неразъемное соединение противоположных концов смесительного элемента с внутренней поверхностью корпуса исключает возможность смещения и деформации смесительного элемента. Корпус статического смесителя присоединяют к трубопроводу при помощи фланцев или иным способом, например, сваркой. Если для повышения эффективности перемешивания смеситель содержит несколько смесительных элементов, то пазы на боковой стороне одного смесительного элемента, сцепленные с пазами на боковой стороне другого смесительного элемента, обеспечивают фиксацию смесительных элементов друг относительно друга. Неразъемное соединение краев пазов друг с другом увеличивает надежность фиксации.
По сравнению с прототипом то, что смесительный элемент имеет форму гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу и к оси трубчатого корпуса, а часть боковых сторон которой очерчена по линии сопряжения с внутренней поверхностью трубчатого корпуса, является новым. То, что смесительный элемент имеет форму гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу и к оси трубчатого корпуса, позволяет в процессе обработки материала при изготовлении смесительного элемента заменить деформацию кручения на деформацию изгиба, упростить необходимую технологическую оснастку, конструкцию и технологический процесс изготовления смесителя. То, что часть боковых сторон которой очерчена по линии сопряжения с внутренней поверхностью трубчатого корпуса, позволяет интенсифицировать циркуляцию потока внутри корпуса и повысить эффективность перемешивания. Таким образом, новой совокупностью существенных признаков достигается технический результат.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображен возможный вариант осуществления заявляемой конструкции статического смесителя в проекциях: вид спереди, профильный разрез и разрез в плане.
На фиг.2, а изображен в плане и в профиль вариант осуществления смесительного элемента, а на фиг.2, 6 изображены в плане варианты смесительных элементов с окнами и вырезами для прохода потока.
На фиг.3 изображены в профиль и в плане смесительные элементы различной формы, применяемые в совокупности путем их сцепления или неразъемного соединения пазами на боковых сторонах.
На фиг.4, изображены в профильном разрезе варианты конструкции статического смесителя, снабженного кольцевыми упорами, контактирующими с противоположными концами смесительного элемента.
На чертежах применены следующие обозначения:
1-
трубчатый корпус;
2-
фланец;
3-
смесительный элемент;
4-
паз;
5-
окно;
6-
вырез;
7-
дополнительный смесительный элемент;
8-
кольцевой упор;
9-
приварной кольцевой упор;
10-
съемный кольцевой упор.
Осуществление полезной модели
Статический смеситель содержит трубчатый корпус 1 с фланцами 2, внутри трубчатого корпуса 1 расположен один или несколько смесительных элементов 3, выполненных в виде гофрированной полосы, участки которой расположены под углом друг к другу и к оси трубчатого корпуса 1. Часть боковых сторон смесительного элемента 3 очерчена по линии сопряжения с внутренней поверхностью трубчатого корпуса 1. Если смесительных элементов больше одного, то на боковых сторонах смесительного элемента 3 выполняют пазы 4, которыми смесительные элементы 3 сцеплены друг с другом. Смесительный элемент может быть выполнен с окнами 5 и/или вырезами 6 для прохода потока. Помимо одного или более смесительных элементов в виде гофрированных полос, смеситель может содержать дополнительные смесительные элементы 7, также имеющие пазы 4 и сцепленные с пазами на боковых сторонах гофрированной полосы. Один из концов смесительного элемента 3 упирается в кольцевой упор на одном из фланцев 2, другой может упираться либо в такой же упор на фланце, либо в специальный кольцевой упор 8. Также статический смеситель может быть выполнен с приварными кольцевыми упорами 9 или со съемными кольцевыми упорами 10, расположенными на внутренней поверхности корпуса 1.
Статический смеситель работает следующим образом. Трубчатый корпус 1 посредством фланцев 2 или иным способом присоединяют к трубопроводу, по которому движется среда, подлежащая перемешиванию. Внутри корпуса 1 поток среды взаимодействует с поверхностью одного или нескольких смесительных элементов 3. Наклонные к оси корпуса 1 участки смесительного элемента 3 интенсивно отклоняют и завихряют поток. Чередующиеся, расположенные под углом друг к другу, участки смесительного элемента 3 создают интенсивную разнонаправленную циркуляцию потока по всему сечению корпуса 1, благодаря чему достигается эффективное перемешивание.
Дозатор для жидких реагентов может быть применен в промышленности. Заявляемая конструкция проста, дешева, надежна, технологична в изготовлении и при этом обеспечивает эффективное перемешивание среды в трубопроводе. Эти качества делают использование заявляемой конструкции возможным и целесообразным в химической и нефтехимической промышленности, а также в системах водоподготовки и очистки сточных вод. Для осуществления заявляемой конструкции не требуется сложных технических средств и дефицитной технологической оснастки. Изготовление статического смесителя описанной конструкции возможно известными и широко распространенными в промышленности методами и приемами на оборудовании, традиционно применяемом в химическом и нефтегазовом машиностроении.
Источники, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент РФ №2237511, МПК В01F 5/00, опубл. 10.10.2004. Статический смеситель/Князьков А.Л., Туркин В.В., Леонтьев В.К. и др.
2. Патент РФ №2221631, МПК В01F 5/00, опубл. 20.01.2004. Статический смеситель с профильными слоями/Фляйшли М., Грюттер Т., Фишер Т.У., Коллер В.
3. Патент Нидерландов №1016271, МПК В01F 5/00, опубл. 27.03.2002. Static mixer apparatus and method for manufacturing same (Статическое перемешивающее устройство и способ его изготовления)/During J.
4. Патент США №7040802, МПК В01F 5/06, U.S.Cl. 366/337, опубл. 17.06.2004 (заявка США №2004114461). Static mixer for high-viscosity media employing arcuate segments for mounting in a sleeve (Статический смеситель для высоковязких сред, использующий дугообразные сегменты для установки в рукаве)/Fueglister A.
5. Патент США №4461579, МПК В01F 5/00, опубл. 24.07.1984. Motionless mixer combination (Конструкция статического смесителя)/McCallum H.
6. Патент Японии №2003260344, МПК В01F 5/00, опубл. 16.09.2003. Статический смеситель/Yasunori A.
7. Патент США №6637928, МПК В01F 5/06, U.S.Cl. 366/337, опубл. 29.08.2002 (заявка США №20020118598). Static mixer (Статический смеситель)/Schuchardt H.
8. Патент Японии №2004148172, МПК В01F 5/00, опубл. 27/05/2004. Элемент статического смесителя и статический смеситель/Junichi A., Makoto S., Yukisada S.