МЕШАЛКА ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД
AGITATOR FOR MIXING FLUIDS

Изобретение относится к мешалке для смешивания текучих сред с различными коэффициентами вязкости согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Мешалки для перемешивания или же размешивания текучих сред являются известными. Для перемешивания или же размешивания текучей среды применяют крыльчатки или же видоизменения крыльчатки, которые обозначаются как мешалки. Под крыльчаткой или же ее видоизменениями следует понимать приспособление, которое состоит из двух или нескольких расположенных на равномерных расстояниях вокруг вала лопастей или же крыльев. Крыльчатка размешивает текучие среды в ходе вращения лопастей или же крыльев вокруг вала.
Мешалки с крыльчаткой используют для перемешивания различных текучих сред. Например, в описании изобретения СН 690 836 А5 для воздействия на получаемые характеристики потока предложено прикрепление в мешалке для перемешивания теста дополнительных элементов к крыльям или же лопастям.
В полезной модели AT 007987 U1 описана мешалка для биомассы, отстоя или подобного продукта, ось крыльчатки или же приводной вал которой наклонены по отношению к горизонтали под различными углами для достижения лучшего пространственного перемешивания текучей среды.
Передвижная крыльчатка мешалки, которая может быть перемещена в продольном направлении вдоль своего приводного вала, описана в полезной модели DE 20 2008 015 990 U1. Крыльчатка, которая может быть наклонена совместно со своим приводным валом, раскрыта в описании изобретения DE 197 56 485 С2.
Из описания изобретения к выложенной заявке DE 10 2010 002 461 А1 известна мешалка, которая окружена кожухом с несколькими отверстиями таким образом, что текучая среда засасывается или нагнетается через канал, и вследствие этого, производится ее перемещение.
Наряду с применением различных форм выполнения крыльчатки, имеются другие формы, которые применяют для размешивания текучих сред, как описано в DE 91 02 832 U1, DE 20 2011 052 408 U1, DE 20 2011107 055 U1, DE 6 910 714 Т2 или DE 88 11 813 U1.
Целью данного изобретения является предоставление обеспечивающей улучшенное перемешивание текучих сред мешалки.
Цель согласно изобретению достигнута посредством мешалки для смешивания текучих сред с признаками п. 1 формулы изобретения. Выгодные варианты осуществления с целесообразными и нетривиальными вариантами осуществления изобретения изложены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемая мешалка для смешивания текучих сред с различными коэффициентами вязкости, причем мешалка является бионической мешалкой, содержит главный вал с осью вращения и лопастями. Лопасти соединены с главным валом, причем лопасти имеют в каждом случае лопастной вал с осью лопастного вала. Оси лопастных валов расположены относительно оси вращения под первым углом, который имеет значение от 20° до 40°. Лопасти с их лопастными поверхностями расположены по отношению друг к другу под вторым углом величиной 90°. При эксплуатации мешалки лопасти имеют первое вращение вокруг главного вала и второе вращение вокруг соответствующей оси лопастного вала. Радиальное по отношению к оси вращения первое расстояние между осями лопастных валов на нижнем конце лопастных валов, который выполнен обращенным от главного вала, превосходит радиальное по отношению к оси вращения второе расстояние между осями лопастных валов на выполненном обращенным к главному валу верхнем конце лопастных валов. Преимуществом при этом является наклонное наружу положение лопастей в выполненной обращенной от главного вала области лопастей таким образом, что может быть достигнут улучшенный поток в текучей среде.
Из уровня техники известно наклонное вовнутрь положение лопастей в выполненной обращенной от главного вала области лопастей, то есть выполненное обращенным к оси вращения положение лопастей. При использовании одинакового вида лопастей соответствующее изобретению положение лопастей обеспечивает существенно больший радиус охвата за счет направленных вовне лопастей, вследствие чего, также достигают увеличенного радиуса потока, что приводит, наконец, к улучшенному характеру потока текучей среды и, тем самым, к улучшенному перемешиванию текучей среды.
В одном варианте осуществления первое вращение является передаваемым на лопасти посредством выполненного между главным валом и лопастями соединения без возможности вращения, а второе вращение является передаваемым на лопасти посредством передаточного механизма с телами качения, причем передаточный механизм с телами качения выполнен между главным валом и лопастями.
Предпочтительно, соединение без возможности вращения выполнено с помощью размещающих с возможностью вращения лопастные валы вторых направляющих труб, которые соединены без возможности вращения с главным валом.
Наиболее предпочтительным для выполнения соединения без возможности вращения является размещение вторых направляющих труб без возможности вращения в корпусе, который без возможности вращения соединен с главным валом. За счет этого имеется возможность фиксации направляющих труб на корпусе.
В другом варианте осуществления соответствующей изобретению мешалки передаточный механизм с телами качения имеет зубчатые колеса. С помощью зубчатых колес можно предпочтительно передавать большие усилия.
Предпочтительно, зубчатые колеса выполнены в форме конических зубчатых колес таким образом, что простым способом может быть достигнуто наклонное положение оси лопастного вала по отношению к оси вращения.
В другом варианте осуществления передаточный механизм с телами качения размещен в передаточном корпусе, вследствие чего проникновение текучей среды может быть предотвращено, а посредством уплотнений на передаточном корпусе, полностью предотвращено.
Предпочтительно, лопастные валы имеют стабилизационные трубы, которые имеют опорные пластины, и причем стабилизационные трубы выполнены с углублениями для дополнительных шпонок лопастных валов. За счет этого является возможным быстрый и с соблюдением точности посадки монтаж, а лопасти при эксплуатации не отклоняются от предусмотренных углов или же от их предусмотренных положений. Это крепление также может быть произведено посредством замков, пальцев и других механических разновидностей винтового крепления.
В другом варианте осуществления соответствующей изобретению мешалки лопастные валы на выполненном обращенным от лопасти конце имеют шпонки для присоединения к стабилизационным трубам, причем предусмотрены держатели лопастей. За счет этого обеспечено, что стабилизационные трубы лопастей могут быть быстро смонтированы, и при перемещении лопастей, соединения между лопастными валами и стабилизационными трубами лопастей не соскальзывают. Однако альтернативно, могут применяться любые возможные замки, пальцы и механические винтовые крепления.
В другом варианте осуществления соответствующей изобретению мешалки лопастные валы размещены с возможностью вращения во вторых направляющих трубах, причем они посредством усилений соединены с передаточным корпусом нижней передачи, и причем они по отношению к передаточному корпусу установлены с многократной опорой и уплотнены. Преимущество состоит в том, что с помощью вторых направляющих труб обеспечены улучшенная стабильность и спокойный процесс перемешивания, и одновременно, предотвращено проникновение текучей среды во внутреннюю часть нижнего передаточного корпуса.
Другие преимущества, признаки и возможности применения данного изобретения приведены в последующем описании предпочтительных примеров осуществления, равно как и на чертежах. Вышеприведенные в описании признаки и комбинации признаков, равно как приведенные в последующем описании и/или только показанные на чертежах признаки и комбинации признаков применимы не только в демонстрируемой в каждом случае комбинации, но и в других комбинациях или также по отдельности без выхода за рамки изобретения. За одинаковыми или функционально эквивалентными элементам закреплены идентичные ссылочные обозначения. По соображениям наглядности является возможным, что не на всех чертежах элементы снабжены ссылочными обозначениями, что, тем не менее, не нарушает их соотнесения.
Показано на:
Фиг. 1 - перспективное представление мешалки с приводом согласно изобретению,
Фиг. 2 - разрез нижней передачи мешалки согласно фиг. 1,
Фиг. 3 - перспективный вид нижней передачи согласно фиг. 2,
Фиг. 4 - перспективный вид лопасти мешалки согласно фиг. 1,
Фиг. 5 - частичный разрез нижней передачи с лопастью, и
Фиг. 6 - вид сверху нижней передачи с лопастью.
Предлагаемая мешалка 1 для смешивания текучих сред, прежде всего бионическая мешалка, выполнена согласно фиг. 1. Мешалка 1 имеет привод 2, посредством которого она может быть приведена в движение. Привод 2 может быть выполнен электрическим, пневматическим или гидравлическим. В представленном варианте осуществления привод 2 выполнен в форме электродвигателя.
Альтернативно, также может применяться вода или пар, двигатель с искровым воспламенением рабочей смеси или иной двигатель внутреннего сгорания. Разновидность привода 2 бионической мешалки 1 задается коэффициентом вязкости и количеством текучей среды, которая должна быть размешена или же перемещена, а также целевым назначением.
Привод 2 соединен с передаточным механизмом 3, который, в свою очередь, приводит в действие главный вал 4 мешалки 1, который соединен с нижней передачей 5 мешалки 1, см., прежде всего, фиг. 2. Применяемое передаточное число зависит от соответствующей текучей среды и от целевого назначения. В зависимости от потребности применяют передаточное число либо с медленными, либо с быстрыми характеристиками. Кроме того, передаточное число согласуют с применяемым в каждом случае приводом 2 для достижения энерго-эффективного и щадящего перемешивания соответствующей текучей среды.
Главный вал 4 является установленным с многократной опорой. Такая установка с многократной опорой делает возможным относительно беспрепятственное вращение вокруг его оси 6 вращения. Кроме того, поскольку главный вал 4 несет весь вес мешалки 1, многократная опора служит для улучшения распределения веса на отдельные опоры.
Точная посадка соединения передаточного механизма 3 на главном вале 4 производится посредством шпонки 7.
Для монтажа бионической мешалки 1 предусмотрена монтажная плита 8.
Монтажная плита 8 посредством высокоэффективных винтов, уплотнений и опор может быть соединена с предусмотренным для монтажа приспособлением, которое может состоять из древесины, бетона, кирпича, пластика или металла.
В этом варианте осуществления монтажная плита 8 прикреплена, например, на не представленной более подробно крышке не представленного более подробно закрытого пространства, в котором находится подлежащая перемешиванию текучая среда. Посредством такого соединения бионической мешалки 1 с крышкой, во-первых, достигают стабильности бионической мешалки 1 и, во-вторых, препятствуют выхождению текучей среды или же вхождению нежелательной текучей среды в пространство, в котором перемешивается текучая среда. В зависимости от свойств крышки и текучей среды, применяют различные уплотнения и различные крепежные приспособления. Такой способ выполнения делает возможной быструю замену соответствующих компонентов и делает возможным быстрый ввод в эксплуатацию бионической мешалки 1 при ее сборке, обслуживании или после ремонта.
Монтажная плита 8 жестко соединена с направляющей трубой 9, во внутренней части которой главный вал 4 простирается к нижней передаче 5, которая размещена в нижнем передаточном корпусе 10. Направляющая труба 9 может принимать также и другие, отличные от трубы формы, а используемый материал может опять-таки и в данном случае быть различным. Важной является лишь его плотность, достаточная для непопадания текучей среды во внутреннюю часть.
На нижнем конце направляющей трубы 9, который позиционирован обращенным к нижней передаче 5, она соединена с помощью присоединения 11 с имеющей возможность поворота нижней передачей 5. Также и в данном случае считается, что соединение должно обеспечивать такое уплотнение, что текучая среда не попадает во внутреннюю часть и, что нижний передаточный корпус 10 имеет возможность поворота. Выполнения обоих требований достигают посредством различных уплотнений и опор.
В передаточном корпусе 10 находится выполненный обращенным от привода 2 конец 12 главного вала 4, который соединен с передаточным корпусом 10 посредством установленного держателя 13. За счет вращения главного вала 4 также передаточный корпус 10 приводится во вращение таким образом, что вся нижняя часть бионической мешалки 1 вращается вокруг оси 6 вращения главного вала 4. Другими словами, это означает, что главный вал 4 без возможности вращения соединен с передаточным корпусом 10.
В передаточном корпусе 10 размещены конические зубчатые колеса 14, которые отмечают собой выполненный обращенным к приводу 2 конец лопастных валов 15. Как показывает фиг. 2, каждый лопастной вал 15 имеет по одному коническому зубчатому колесу 14. Конические зубчатые колеса 14, как, прежде всего, показано на фиг. 2, состоят друг с другом в функциональном соединении посредством ведущего зубчатого колеса 16, которое без возможности вращения соединено с главным валом 4. За счет этого выполнен передаточный механизм с телами качения.
Конические зубчатые колеса 14 приводятся в действие конусообразным ведущим зубчатым колесом 16 главного вала 4. Лопастные валы 15 приводятся во вращение за счет соединения, то есть соединения без возможности вращения конических зубчатых колес 14 в каждом случае с соотнесенным с ним лопастным валом 15.
Выполненный посредством конических зубчатых колес 14 и ведущего зубчатого колеса 16 привод лопастных валов 15 в передаточном корпусе 10 может быть произведен также с помощью зубчато-ременной передачи, вращательно-шарнирной передачи, ременной передачи, цепной передачи, магнитов и других устройств.
Является важным, что передаточный корпус 10 уплотнен в такой мере, что текучая среда не попадает во внутреннюю часть, а произведенный в текучей среде поток не испытывает отрицательного влияния со стороны величины и формы передаточного корпуса 10.
На нижней стороне 17 передаточного корпуса 10, которая выполнена обращенной от привода 2, выполнены вторые направляющие трубы 18 лопастных валов 15, причем каждая из вторых направляющих труб 18, по меньшей мере, частично охватывает лопастной вал 15.
Вторые направляющие трубы 18 закреплены на передаточном корпусе 10 посредством усилений 19, которые выполнены на нижней стороне 17. Эти усиления 19 обеспечивают большую стабильность, а также спокойное и равномерное перемещение закрепленных на лопастных валах 15 лопастей 20. Как, прежде всего, показано на фиг. 1, каждая из лопастей 20 имеет по одному лопастному валу 15.
Лопастные валы 15 размещены в каждом случае в соотнесенных с ними вторых направляющих трубах 18 и установлены с многократной опорой. Наряду с этим, они многократно уплотнены для предотвращения проникновения какой-либо текучей среды во внутреннюю часть передаточного корпуса 10. Здесь необходимо упомянуть, что уплотнения могут быть выполнены в форме подходящих резиновых прокладок или металлических уплотнений. При этом нужно учитывать, прежде всего, размешиваемую текучую среду, и обращать внимание на то, в какой мере текучая среда имеет склонность к коррозионной активности и/или агрессивности по отношению к материалу используемых уплотнений.
На нижнем конце 21 лопастных валов 15, который выполнен обращенным от передаточного корпуса 10 или же от главного вала 4, они снабжены дополнительными шпонками 22 для присоединения к стабилизационным трубам 23, а также держателями в форме опорных пластин 24 лопастей 20. Дополнительные шпонки 22 обеспечивают стабилизационным трубам 23 лопастей 20 возможность быстрого монтажа, причем при перемещении лопастей 20, соединение между лопастным валом 15 и соответствующей стабилизационной трубой 23 не соскальзывает или же не теряется.
Как, прежде всего, можно понять из фиг. 2, радиальное по отношению к оси 6 вращения первое расстояние между осями 28 лопастных валов на нижнем конце 21 превосходит радиальное по отношению к оси 6 вращения второе расстояние между осями 28 лопастных валов на выполненном обращенным к главному валу 4 верхнем конце лопастных валов 15, прежде всего на конических зубчатых колесах 14.
Стабилизационные трубы 23 монтируют на лопастные валы 15 с помощью опорных пластин 24, которые снабжены не представленными более подробно углублениями для дополнительных шпонок 22. Это крепление также может быть произведено посредством замков, пальцев и других механических разновидностей винтового крепления.
Стабилизационные трубы 23 лопастей 20 служат в качестве держателей лопастей 20. Они придают соответствующей лопасти 20 дополнительную стабильность и, кроме того, предотвращают скручивание внешних лопастных поверхностей 25 лопастей 20. Другими словами, это означает, что стабилизационные трубы 23 стабилизируют лопасти 20 в их положениях относительно друг друга и относительно главного вала 4 таким образом, что предотвращается их смещение, а угол или же угловое положение, как разъясняется ниже, сохраняется.
Лопасти 20 снабжены металлическим уголком 26 для их усиления и улучшения потока от лопастей 20. Также и лопастные края 27 лопастей 20 являются отогнутыми для дополнительного улучшения характеристик потока от лопастей 20.
Форма, другими словами внешние контуры, и величина лопастей 20 задаются видом текучей среды, а также объемом подлежащей перемешиванию текучей среды. Используют следующие формы для лопастей 20: круг, овал, треугольник, трапеция, ромб, параллелограмм, квадрат, прямоугольник, четырехугольник, а также естественные формы из фауны и природы. Наряду с этим, лопасть 20 может сгибаться или деформироваться, если это служит стабильности лопастей 20 и/или положительно влияет на характеристики потока текучей среды. Лопасть 20, как представлено на фиг. 1, 2, 4 и 6, выполнена плоской или же пластинчатой.
Для достижения идеальных характеристик потока текучей среды лопастные валы 15 с их осями 28 валов и в аксиальном продлении лопасти 20 с их соосными осями 29 лопастей позиционированы по отношению к главному валу 4 под первым углом α величиной от 20° до 40°.
Для достижения идеальных характеристик потока текучей среды лопасти 20 к лопастным валам 15 следует прикреплять таким образом, что лопастные поверхности 30 отстоят друг от друга под вторым углом В величиной 90°, как, прежде всего, показано на фиг. 6. Для лучшего понимания показаны первая секущая плоскость Е1 одной лопастной поверхности 30 и вторая секущая плоскость Е2 другой лопастной поверхности 30. Из этого следует, что лопастные поверхности 30 расположены по отношению друг к другу под вторым углом β величиной 90°.
В результате вращения лопастей 20, то есть в результате первого вращения лопастей 20 вокруг оси 6 вращения и в результате второго вращения соответствующей лопасти 20 вокруг соотнесенной с ней оси 28 лопастного вала, текучая среда отталкивается или же вытесняется от лопасти 20. Произведенное тем самым перемещение обеспечивает проталкивание текучей среды на 360°, что, в свою очередь, влечет за собой полное перемешивание составных частей текучей среды, и текучая среда таким образом становится максимально гомогенной.
При этом перемещении текучей среды насколько возможно уменьшают турбулентность и избегают возникновения срезающих сил. За счет этого реализуется существенно лучшее перемешивание текучей среды. Наряду с этим, перемещение лопастей 20 и произведенное вследствие этого перемещение в текучей среде обеспечивают существенно меньший расход энергии на поддержание перемещения текучей среды, чем в обычных мешалках. Другое преимущество данного вида перемешивания состоит в том, что возможные увлеченные текучей средой твердые вещества не наматываются вокруг лопастей 20 или соединений, то есть лопастных валов 15, опорных пластин 24 и стабилизационных труб 23.
Фиг. 3 и 5 служат для повышения наглядности.
Мешалка 1 выполняется и предлагается в самых различных размерах и вариантах осуществления для самых различных использований, в которых перемешивают или же смешивают текучие среды. Например, она может быть при этом использована в сельском хозяйстве (в биогазовых установках с газовыми колпаками и без них, навозных коробах, устройствах охлаждения молока и т.д.), в промышленности (в эмульсионных бассейнах, технических средствах перемешивания в лабораториях и т.д.), в пищевой промышленности (в производстве лимонадов и фруктового сока, на молочных заводах, пивоварнях и т.д.), в общинах и коммунах (очистные установки, подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, стоячие водоемы и т.д.), а также и во многих других областях.
Бионическая мешалка может быть изготовлена из произвольной древесины, из разновидностей пластика, углеродного материала, металла и из других существующих материалов. Соединения, прежде всего лопастные валы 15, опорные пластины 24 и стабилизационные трубы 23, которые соединяют конструктивные элементы бионической мешалки, всегда зависят от разновидности и свойств материала, из которого строят мешалку. В соответствии с этим, соединения могут быть винтовыми, клеевыми, вставными или клепаными.
Предлагаемая бионическая мешалка 1 относится к перемешиванию в различных областях, как например, к перемешиванию в биогазовых установках с газовыми колпаками и без газовых колпаков, к перемешиванию в навозохранилищах на сельскохозяйственных предприятиях, к перемешиванию в очистных и канализационных установках при коммунах, общинах и городах, к перемешиванию в сооружениях для подготовки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения, к перемешиванию в лабораториях, к перемешиванию в пищевой промышленности, к перемешиванию в металлообрабатывающей промышленности, к перемешиванию в химической промышленности, к перемешиванию воздуха в жилых домах и жилых строениях, к перемешиванию воздуха в кондиционированных и отапливаемых пространствах, к перемешиванию воздуха в садоводствах, к перемешиванию воздуха на производственных площадках и в промышленных сооружениях, ко всем направленностям мешалки как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, ко всем разновидностям монтажа, ко всем вариантам осуществления мешалки относительно ее величины и применяемого материала, ко всем описанным мешалкам, которые хотя и отклоняются от описанного в разновидности применяемого привода, передач, уплотнений и соединений, в остальном, тем не менее, имеют то же целевое назначение, как оно описано для бионической мешалки 1.