СМЕСИТЕЛЬ ТУРБИННЫЙ

Полезная модель относится к строительной отрасли промышленности, а также к любым другим отраслям, связанным с приготовлением смесей жидкостей, и предназначена для смешивания жидких сред, ускорения массообменных и физико-химических процессов.
Известна турбинная закрытая мешалка (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Пер. с польск. под ред. И.А. Щупляка. - Л.: Химия, 1975. - С.56, рис.II-14). Турбинная мешалка содержит корпус, вал и ступицу с разделительным диском, на периферии которого расположены лопасти. К лопастям приварены конические покровные диски с отверстием в центре для прохода жидкости.
Однако в этой турбинной мешалке затруднен массообмен между верхним и нижним циркуляционными контурами; невозможно интенсифицировать рабочий процесс увеличением частоты вращения турбины, так как выбрасываемая из турбины жидкость придает вращательное движение всей смешиваемой массе, что ведет к образованию воронки; при высоких скоростях вращения турбины и вращения жидкости в корпусе смесительного аппарата снижается градиент скорости между частицами среды.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является перемешивающее устройство (авт.св. СССР №912249, B 01 f 05/16, 16.07.1980 г.).
Устройство состоит из корпуса аппарата, вала, на котором жестко закреплен разделительный диск. На разделительном диске закреплены верхние лопасти, загнутые вперед по ходу вращения, и нижние лопасти, загнутые назад. Верхние и нижние лопасти наклонены к разделительному диску. На верхних лопастях расположен верхний покровный диск, на нижних лопастях - нижний покровный диск. Верхний и нижний диски имеют выступы, выполненные с профилированными отбортованными краями. Выступы смещены в верхнем и нижнем покровных дисках на полшага. Через кольцевое пространство между покровными дисками смесь поступает в межлопастное пространство перемешивающего устройства. При вращении перемешивающего устройства лопасти, взаимодействуя с жидкостью, сообщают ей кинетическую энергию. Таким образом, из межлопастных каналов между разделительным диском и верхним покровным и разделительным диском и нижним покровным диском происходит истечение компонентов. Смесь обтекает профилированные отбортованные выступы верхнего и нижнего покровных дисков, которые сообщают ей осевую составляющую. Таким образом, происходит перераспределение жидкости из верхнего циркуляционного контура в нижний и наоборот.
Недостатком устройства являются низкие градиенты скорости между выбрасываемой из турбины жидкостью и окружающей средой; не исключается закрутка жидкости вместе с турбиной, тем самым образуется воронка в верхней части корпуса и образуются большие застойные зоны.
Задачей полезной модели является повышение интенсивности разрушения коагуляционной структуры смешиваемых жидкостей, ускорение массообмена и ускорение протекания химических реакций и снижение потерь давления при движении жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что смеситель состоит из переходной крышки с приводом, плоского отражательно-ограничительного кольца, корпуса аппарата, вала приводного, на ступице которого жестко закреплен разделительный диск. На входном участке турбины на разделительном диске закреплены всасывающие лопасти, наклоненные в сторону вращения турбины, на внешнем участке турбины на разделительном диске закреплены нижние и верхние метательные лопасти, закрытые сверху и снизу покровными дисками (кольцами) с образованием выходных каналов по периферии турбины. На стенках корпуса против выходных каналов турбины установлены турбулентные камеры.
Всасывающие лопасти турбины установлены наклонно к радиальному направлению с отклонением назад, а в поперечном сечении состоят: из прямого участка, перпендикулярного разделительному диску, переходного криволинейного участка и захватывающих кромок, установленных под углом к разделительному диску по направлению вращения турбины с образованием вместительного канала для движения жидкости вдоль всасывающих лопастей.
Турбулентные камеры образованы вертикальными перегородками, днищами и ограничителями. Вертикальные перегородки состоят из внутренних входных кромок, направленных встречно и параллельно потоку жидкости, выходящей из турбины, переходных криволинейных участков поворота потока жидкости и внешних радиальных участков, примыкающих к стенке корпуса. Днища турбулентных камер полностью перекрывают пространство между вертикальными перегородками и стенкой корпуса; ограничители внутренними кромками располагаются на внутренней линии днищ с перекрытием криволинейных участков вертикальных перегородок и оставлением зазора между ограничителями и стенкой корпуса равным 0,3-0,5 от глубины турбулентной камеры с образованием окна для выхода жидкости из турбулентных камер. В смежных турбулентных камерах днища и ограничители расположены с чередованием вверх-вниз для выхода жидкости через окна в верхнюю и нижнюю части смесителя. Над выходными окнами турбулентных камер расположены направляющие патрубки, образованные стенкой корпуса, криволинейной и плоской стенками, придающими выходящей из турбулентных камер жидкости вращательное движение, встречное вращению турбины.
На днищах турбулентных камер (на стенках корпуса) установлены дополнительные турбулизаторы жидкости в виде криволинейных горизонтальных, вертикальных криволинейных, полусферических или прямоугольных отражателей сотового типа.
Положительный эффект достигается за счет встречной закрутки жидкости в корпусе аппарата относительно направления вращения турбины. Встречное вращение жидкости в сочетании с наклоном всасывающих лопастей к радиальному направлению и их поперечным профилем обеспечивают минимум сопротивления движению жидкости на входе в турбину при максимальном сохранении кинетической энергии встречно вращающегося потока жидкости, что ведет к повышению скорости движения жидкости на выходе из турбинного колеса. Жидкость, выходящая с повышенной скоростью из турбинного колеса, направляется в турбулентные камеры, где при высоком гидродинамическом давлении создаются высокие градиенты скорости и происходит интенсивное разрушение коагуляционной структуры и легкое, быстрое смешивание жидкостей. Из турбулентных камер по чередующимся патрубкам жидкость смещается в верхнюю и нижнюю циркуляционные зоны, чем достигается высокая однородность смеси во всем объеме замеса, а стенки патрубков изогнуты так, что выходящая из них жидкость в корпусе аппарата закручивается встречно вращению турбины без дополнительной затраты энергии.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где приведены: на фиг.1 разрез по А-А, на фиг.2 разрез по Б-Б, на фиг.3 разрез по В-В, на фиг.4 сечение по Г-Г (развертка), фиг.5 разрез по А-А (вариант отражательно-ограничительного кольца).
Смеситель турбинный состоит из переходной крышки с приводом 1, отражательно-ограничительного кольца 2, корпуса смесителя 3, приводного вала 4 с быстроходной турбиной, содержащей ступицу 5 с разделительным диском 6, на котором закреплены всасывающие лопасти 7 и 8 и метательные лопасти 9 и 10. Проточные каналы между лопастями 9 и 10 сверху и снизу ограничены покровными дисками 11 и 12. На внутренней стенке корпуса 3 против выходных каналов турбины расположены турбулентные камеры 13, разграниченные по окружности между собой вертикальными перегородками 14. Турбулентные камеры в осевом направлении ограничены сплошными днищами 15 и ограничителями 16. Пространство между стенкой корпуса 3, вертикальными перегородками 14 и внешней кромкой ограничителя 16 образует выходное окно 17 турбулентной камеры 13. Над выходными окнами 17 турбулентных камер 13 расположены направляющие патрубки 18 и 19, образованные стенками корпуса 3, криволинейными стенками 20 и плоскими стенками 21.
Турбулентные камеры 13 и направляющие патрубки 18 и 19 расположены с чередованием, обеспечивая выход жидкости в верхнюю и нижнюю части смесителя. Направляющие патрубки 18 и 19 расположены так, что жидкость,
ж
т
выходящая из патрубков, закручивается в корпусе 3 (ω) в сторону, противоположную вращению турбины (ω).
На днище турбулентных камер для усиления турбулизации потоков жидкости могут быть установлены дополнительные турбулизаторы: криволинейной формы горизонтальные 22, криволинейные вертикальные 23, полусферические 24 или прямоугольные 25 сотового типа.
Для предотвращения образования глубокой воронки вращающейся жидкости и ускорения циркуляции жидкости в верхней части корпуса установлено периферийное отражательно-ограничительное кольцо 26, выполненное в виде вогнутой воронки, а срез воронки расположен в районе верхнего уровня жидкости в корпусе смесителя.
Полезная модель работает следующим образом. В корпус 3 заливаются заранее отдозированные компоненты и при вращении вала турбины 4 входные кромки всасывающих лопастей 7 и 8 захватывают жидкость и под действием инерционных сил она начинает двигаться в радиальном направлении. В зоне действия метательных лопастей 9 и 10 жидкость получает большое количество энергии и под действием центробежных сил с большой скоростью выбрасывается из турбины. Потоки жидкости, выходящие из турбины, поступают на входные кромки вертикальных перегородок 14 и, плавно поворачиваясь на криволинейных участках вертикальных перегородок, начинают двигаться в радиальном направлении в стесненном пространстве турбулентных камер 13. При торможении потоков жидкости в турбулентных камерах 13 возникают большие гидродинамические давления и большие градиенты скорости, что ведет к переходу энергии на внутреннюю структуру жидкости; происходит разрушение коагуляционной структуры жидкости и снижение ее структурной вязкости. После разрушения коагуляционной структуры жидкость через выходные окна 17 покидает турбулентные камеры и по направляющим патрубкам 18 и 19 переходит в верхнюю и нижнюю полости смесительной камеры, обеспечивая быстрый массообмен и равномерное распределение компонентов по объему замеса. Направляющие патрубки 18 и 19, расположенные тангенциально по периферии корпуса 3, закручивают выходящую из них жидкость в сторону, противоположную вращению турбины. При движении вращающихся потоков жидкости к центру смесительного аппарата они получают дополнительную угловую скорость, что способствует легкому захвату жидкости входными кромками всасывающих лопастей при резком снижении сопротивления движению жидкости и ускорению движения жидкости в межлопастных каналах.