ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
MIXER

Изобретение относится к машиностроению, к перемешивающим устройствам с вертикальным валом для перемешивания различных веществ в широком диапазоне температур в химической, нефтяной, целлюлозной, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно перемешивающее устройство к ферментатору, имеющее корпус, двигатель, соединенный через клиноременную передачу с торцевой магнитной муфтой, имеющей водоохлаждаемый экран, ведомая полумуфта которой соединена с полым валом. Внутри вала имеется шток, служащий ему опорой с установленными на штоке подшипниками скольжения. Подшипники скольжения вала изготовлены из силицированного графита, а их смазка и охлаждение осуществляется конденсатом, образующимся на поверхности экрана за счет разности температур паров перемешиваемой жидкости и водоохлаждаемой поверхности центральной части экрана (Красильников А.Я., «Особенности использования магнитной муфты в конструкциях герметичных машин», редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет» - УПИ, 2007, стр. 122).
Недостатками данной конструкции являются:
- невысокая надежность: требуется обязательно соблюдать некий температурный режим, при котором будет образовываться конденсат на смазку подшипников, т.е. весьма ограничена область применения рассматриваемой схемы;
- сложность конструкции из-за наличия водоохлаждаемого экрана и необходимости точно настраивать зазор в магнитной муфте, что необходимо выполнять для торцовых магнитных муфт;
- при увеличении длины вала и опорного штока, соответственно, необходимо для обеспечения жесткости конструкции значительно увеличивать диаметр штока и вращающегося вокруг него вала, что ведет к увеличению массо-габаритных показателей;
- подшипники качения, в которых вращается ведущая полумуфта, требуют обслуживания (периодической смазки), что увеличивает эксплуатационные расходы.
Клиноременная передача требует обеспечения натяжения ремней и периодического обслуживания для их замены при износе более допустимого, что также увеличивает стоимость эксплуатации и снижает надежность работы устройства.
Известен привод мешалки, состоящий из корпуса с площадкой для установки приводного двигателя, соединительной муфты для передачи момента с вала двигателя на вал перемешивающего устройства. Подшипники качения на валу установлены в корпусе, расположенном в верхней части перемешивающего устройства. Опорами вала служат радиальные шарикоподшипники из нитрида кремния, за которыми установлено торцовое уплотнение, герметизирующее вал. Оба подшипниковых узла установлены над крышкой корпуса, т.е. не контактируют непосредственно с перемешиваемой средой, но работают в парах перемешиваемой среды. Перемешивающий орган устройства установлен на валу консольно. (Страница из каталога фирмы ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (Украина)).
Недостатками данной конструкции являются: большие габариты внешней части перемешивающего устройства, обусловленные разнесением опор консольного вала, и, как следствие, большая масса устройства, а так как при консольной схеме установки нижний подшипник от нижнего конца вала расположен достаточно далеко, то при эксплуатации возникают большие изгибающие нагрузки, что ограничивает возможную длину вала или требует существенно увеличивать его диаметр для обеспечения жесткости и отсутствия повышенной прецессии вала (влияющей на нормальную работу торцового уплотнения и подшипников), высокая стоимость специальных подшипников качения из нитрида кремния.
Известен смеситель с активной пневмодинамической защитой опорного узла, включающий корпус, приводной вал, стакан с закрепленными на нем лопастями. Нижняя кромка стенки стакана образует зазор с фланцевым дном корпуса, смеситель снабжен дополнительной системой подачи сжатого воздуха в верхнюю часть полости кожуха, а выступающая за указанный кожух хвостовая часть приводного вала защищена герметичной крышкой (патент РФ №2264849, МПК B01F 7/20).
Данную конструкцию невозможно использовать в нефтяной и химической промышленности для перемешивания сред на большую глубину. Кроме того, нижний торец стакана не имеет опоры, следовательно, имеет ограниченные величины нагрузок на лопасти мешалок.
Известно перемешивающее устройство реактора пропеллерного типа, состоящее из электродвигателя, корпуса, крышки штока, на которой крепится корпус, ведущей и ведомой цилиндрических магнитных полумуфт с охлаждаемым разделительным экраном, для чего вода подается через каналы в крышке люка реактора сальникового уплотнения, корпуса подшипников (Красильников А.Я., «Особенности использования магнитной муфты в конструкциях герметичных машин», редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет» - УПИ, 2007, стр. 120. - прототип).
Недостатками данной конструкции являются:
- необходимость организации подвода и отвода охлаждающей жидкости к экрану магнитной муфты;
- для замены подшипников качения, при их износе, необходимо производить полную разборку изделия с разгерметизацией емкости реактора;
- наличие сальникового уплотнения вала, предотвращающего попадание перемешиваемой среды к нижнему подшипнику и требующего контроля отсутствия попадания к подшипникам перемешиваемой среды или ее паров, что сужает применение таких устройств.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является обеспечение надежности работы устройства с сохранением небольших внешних габаритов, изменяющихся незначительно даже при увеличении длины вала для перемешивания сред на большую глубину, отсутствия или снижения нагрузки на консольный вал.
Данный технический результат обеспечивается перемешивающим устройством, включающим двигатель, вал, установленный внутри колонны через подшипниковые опоры, закрепленный на крышке корпуса и соединенный одним концом с магнитной муфтой, мешалку. На другом конце вала закреплен стакан с установленными на нем мешалками, при этом вал состоит из одной и более частей, каждая из которых имеет подшипниковые соединения, стакан соразмерен длине вала, а мешалки выполнены съемными.
При цельном вале опоры выполнены в виде подшипников скольжения (фиг. 1).
Верхняя опора вала выполнена в виде подшипников качения (фиг. 2).
Вал состоит из одной и более частей, соединенных муфтами, имеет опоры в виде подшипников качения, а уплотнение вала выполнено в виде двойного торцового уплотнения, расположенного в верхней части между стаканом и колонной, смазываемого барьерной жидкостью в полости между торцовыми парами.
В нижней части стакана, за нижней подшипниковой опорой расположена консоль для установки одной или более мешалок, причем расстояние от нижней мешалки на консоли до подшипниковой опоры равно расстоянию до ближайшей мешалки, установленной на стакане.
На фиг. 1 показано перемешивающее устройство в разрезе, имеющее вал, вращающийся со стаканом в подшипниках скольжения; на фиг. 2 - перемешивающее устройство, имеющее верхнюю опору вала в виде подшипника качения; на фиг. 3 - перемешивающее устройство, имеющее мешалки, установленные как на стакане, так и на консоли; на фиг. 4 показан вал, состоящий из нескольких частей. Вал состоит из одной и более частей, соединенных муфтами, имеет опоры в виде подшипников качения, а уплотнение вала выполнено в виде двойного торцового уплотнения, расположенного в верхней части между стаканом и колонной, смазываемого барьерной жидкостью в полости между торцовыми парами.
Перемешивающее устройство состоит (фиг. 1) из привода 1 (двигателя или мотор-редуктора), корпуса 2, переходного фланца 3, магнитной муфты, состоящей из ведущей 4 и ведомой 5 полумуфт, разделенных экраном 6 из керамики или металла, при этом конструкция экрана не требует охлаждения. Ведомая полумуфта 5 неподвижно соединена с валом 7, на другом конце которого закреплен стакан 8. На стакане 8 закреплена одна или более съемных мешалок 9. Тип мешалки может быть различным (пропеллерная, турбинная, якорная и т.п.). Стакан 8 и съемная мешалка 9 образуют перемешивающий элемент. Вал 7 установлен внутри колонны 10, закрепленной на крышке 11 емкости. Крышка 11 имеет штуцера (не показаны) для ввода перемешиваемых компонентов (жидкости, газов или порошков). Стакан 8 соединен неподвижно с валом 7, верхний конец стакана 8 центрируется подшипником скольжения 12 из химически стойкого полимера, установленного на неподвижной колонне 10. Съемные мешалки 9 закреплены на стакане 8 с различным их расположением по высоте относительно друг друга. Подшипники скольжения 12, 13, 14, в которых вращается вал 7, а вместе с ним и стакан 8, выполнены из химически стойкого материала. Смазка нижнего подшипника 14 осуществляется маслом или нейтральной жидкостью, залитой внутрь колонны 10. Смазка верхнего подшипника 13 - консистентная или осуществляется парами жидкости, залитой в колонну 10. Материалы пар скольжения 12, 13, 14 «подшипник-вал» допускают работу в режиме полусухого и сухого трения. Вал имеет в качестве верхней опоры (фиг. 2) подшипник качения 15 закрытого типа с консистентной смазкой. Эта конструкция имеет преимущества при высоких оборотах съемной мешалки 9 (более 300 об/мин), большую надежность и ресурс работы, т.к. нижний подшипник 14 всегда эффективно смазывается и охлаждается маслом, залитым внутрь колонны, а верхний - изолирован от паров перемешиваемой среды этим маслом.
Перемешивающее устройство (фиг. 3), в котором одна или более съемных мешалок 9 расположены консольно относительно нижней подшипниковой опоры 14 за счет наличия у стакана 8 хвостовика 17, при этом выше опоры 14 на стакане 8 закреплена другая мешалка 9 (или несколько мешалок). Расстояние (L) от нижней съемной мешалки 9, установленной на хвостовике 17, до нижнего подшипника равно расстоянию (L) от нижнего подшипника до нижней мешалки, установленной на стакане 8. Тип и размеры мешалок могут быть разными. За счет такого расположения съемных мешалок 9 относительно нижнего подшипника 14 имеется возможность свести к минимуму изгибающий момент в месте расположения подшипника 14 от радиальных сил на съемных мешалках 9 путем их взаимного уравновешивания.
Перемешивающее устройство (фиг. 4) имеет вал, состоящий из нескольких частей 7, 7а…7n при необходимости увеличения глубины погружения съемных мешалок 9. В качестве опор вала 7 и стакана 8 используются подшипники качения закрытого типа 18, 19, 20, отделенные герметично от перемешиваемого продукта двойным торцовым уплотнением 21 и затворной жидкостью.
Торцовое уплотнение 21 состоит из пары последовательно установленных друг за другом торцовых уплотнений, в полость между которыми залита затворная (барьерная жидкость) и в эту полость подводят трубопроводы подачи 22 и отвода 23 этой жидкости к термосифонному бачку 24. Секции валов 7, стаканов 8 и колонн 10 соединены между собой муфтами 25, соответственно количество подшипников качения увеличивается, в каждой части колонны и стакана - по два. При увеличении длины вала 7 габариты перемешивающего устройства над крышкой 11 остаются неизменными.
Перемешивающее устройство работает следующим образом.
Компоненты для перемешивания через отверстия в крышке 11 подаются в емкость для перемешивания (не показано). Привод 1 передает крутящий момент через ведущую 4 и ведомую 5 полумуфты на вал 7 и стакан 8, приводя во вращение съемные мешалки 9, которые обеспечивают эффективное перемешивание компонентов смеси.
Предлагаемая конструкция перемешивающего устройства обеспечивает полную герметичность внутреннего объема емкости относительно окружающей среды, надежна и безопасна, имеет небольшие габариты над крышкой емкости, не требует дополнительного подвода смазки для подшипников и организации охлаждения разделительного экрана магнитной муфты, обеспечивает возможность удобной замены верхней упорной пяты и верхнего подшипника без снятия крышки с емкости для перемешивания.
Имеется возможность установки любого количества мешалок без изменения диаметра вала.
Конструкция выполнена таким образом, что при перемешивании продукт не контактирует с торцовой парой, подшипниками и магнитной муфтой, обеспечивается отсутствие их износа и возможности повреждения от воздействия этого продукта, поэтому предлагаемое устройство может использоваться для перемешивания любых сред, в т.ч. с твердыми частицами, вязкими включениями, волокнами и т.п. При этом обеспечивается надежная герметизация продукта от окружающей среды.