СМЕСИТЕЛЬ С ВЕНТИЛЯТОРНЫМ КОЛЕСОМ
MIXER WITH VENTILATOR WHEEL

Изобретение относится к областям техники, использующим процессы смешивания жидких и порошкообразных веществ, обладающих текучестью, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, пищевой промышленности, в частности при приготовлении коллоидных растворов, лаков, красок, связующих, клеев, многокомпонентных смесей.
Известно «Устройство для вспенивания битуминозного связующего» по патенту РФ №2085271, 6МПК В01F 5/00, 1997 г., содержащее пустотелую цилиндрическую камеру, одно из оснований которой имеет патрубок для вывода смеси и присоединенные к камере два входных патрубка для подачи связующего, из которых один установлен тангенциально к камере, а второй - по оси камеры в другом, верхнем основании. Внутри входного патрубка, расположенного по оси камеры, установлен завихритель, выходное отверстие патрубка, расположенного по оси камеры, находится на уровне расположения входного патрубка, установленного тангенциально к камере. Камера снабжена дополнительным патрубком для подачи в нее пенообразователя и приспособлением для дробления пенообразователя на капли. Установка завихрителя внутри патрубка, расположенного по оси камеры, позволяет закрутить струю связующего в сторону, противоположную потоку связующего, подаваемого по патрубку, расположенному тангенциально к камере. При соударении потоки связующего вращаются в разные стороны, резко турбулизируются, что обеспечивает эффективное смешение.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2085271 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность, так как взаимодействие струй компонентов в смесительной камере не позволяет получить частицы с высокой степенью диспергации (достаточно малых размеров), особенно при смешивании высоковязких компонентов.
Известен «Способ смешивания сыпучих материалов и аэродинамическое устройство для его осуществления» по патенту РФ №2294795, 6МПК B01F 3/18, 2007 г., включающий подачу воздуха и компонентов смеси тангенциально в емкость и перемешивание их во взвешенном состоянии совместно посредством всасывания за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса с одновременным дозированием компонентов смеси тангенциальными патрубками разного диаметра, установленными в одной плоскости, и последующим смешиванием их в одной рабочей зоне. Аэродинамическое устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, содержащее конический корпус, крышку с коробами выхода воздуха, камеру, установленную над крышкой с входным тангенциальным патрубком для подачи воздуха, центробежное вентиляторное колесо с лопатками, установленное под крышкой, полый конус с отверстием в вершине, закрепленный под центробежным вентиляторным колесом днищем вверх, и патрубок выпуска частиц, при этом на боковой поверхности рабочей камеры установлены несколько тангенциальных патрубков для ввода воздуха совместно с компонентами смеси, причем тангенциальные патрубки имеют разные диаметры и расположены последовательно по нарастающей от меньшего диаметра к большему на одной горизонтальной плоскости, а высота лопаток центробежного вентиляторного колеса должна быть равна или не меньше наибольшего диаметра всасывающего тангенциального патрубка.
Недостатком известного устройства по патенту РФ №2294795 является то, что формируемая смесь имеет низкую однородность из-за перемешивания компонентов смеси во взвешенном состоянии посредством всасывания их за счет создания разряжения в емкости с помощью лопаток центробежного вентиляторного колеса, что не позволяет получать частицы достаточно малых размеров.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача повышения однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.
Поставленная задача в заявляемом изобретении решается за счет того, что смеситель с вентиляторным колесом содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру, с осью симметрии смесительной камеры совпадает ось симметрии патрубка, расположенного сверху смесительной камеры, в патрубке выполнены по крайней мере два канала для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры расположена выводная труба, в смесительной камере между патрубком и выводной трубой на закрепленном в патрубке валу установлено вентиляторное колесо с лопатками, при этом равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры над лопатками вентиляторного колеса расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо с лопатками имеет возможность вращения вокруг оси симметрии смесительной камеры от действия истекающих из сопел струй рабочего газа, в стенке смесительной камеры над вентиляторным колесом выполнены отверстия для отвода рабочего газа.
Заявленное изобретение отличается от известного технического решения по патенту РФ №2294795 тем, что равномерно по окружности относительно оси симметрии смесительной камеры над лопатками вентиляторного колеса расположены объединенные коллектором и охватывающие патрубок сопла для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо с лопатками имеет возможность вращения вокруг оси симметрии смесительной камеры от действия истекающих из сопел струй рабочего газа, в стенке смесительной камеры над вентиляторным колесом выполнены отверстия для отвода рабочего газа.
Указанное отличие позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.
На чертеже представлен смеситель с вентиляторным колесом.
Смеситель с вентиляторным колесом (см. чертеж) содержит вертикально расположенную круглую смесительную камеру 1, с осью 2 симметрии смесительной камеры 1 совпадает ось 3 симметрии патрубка 4, расположенного сверху смесительной камеры 1, в патрубке 4 выполнены по крайней мере два канала 5 для подачи смешиваемых компонентов, снизу смесительной камеры 1 расположена выводная труба 6, в смесительной камере 1 между патрубком 4 и выводной трубой 6 на закрепленном в патрубке 4 валу 7 установлено вентиляторное колесо 8 с лопатками 9, при этом равномерно по окружности относительно оси 2 симметрии смесительной камеры 1 над лопатками 9 вентиляторного колеса 8 расположены объединенные коллектором 10 и охватывающие патрубок 4 сопла 11 для подачи рабочего газа, вентиляторное колесо 8 с лопатками 9 имеет возможность вращения вокруг оси 2 симметрии смесительной камеры 1, от действия истекающих из сопел 11 струй рабочего газа, в стенке 12 смесительной камеры 1 над вентиляторным колесом 8 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.
В состав смесителя с вентиляторным колесом входит патрубок 14 для подачи рабочего газа в коллектор 10, который установлен на смесительную камеру 1 через герметизирующую прокладку 15 с помощью крепежных элементов 16.
Смеситель с вентиляторным колесом работает следующим образом. Смешиваемые компоненты, обладающие текучестью (жидкости, порошки), подают самотеком или под давлением через каналы 5 в патрубке 4. Рабочий газ подают под давлением к соплам 11 через патрубок 14 и коллектор 10. Распределяясь в коллекторе 10, рабочий газ истекает из сопел 11 в виде системы газодинамических струй. Струи компонентов смешиваемых веществ, выходящие из соответствующих каналов 5, попадают в систему газодинамических струй рабочего газа, где они подвергаются аэродинамическому воздействию, приводящему к распаду струй смешиваемых компонентов на капли (частицы). Применение в соплах 11 конических сопловых трактов и трактов в форме сопла Лаваля позволяет получить сверхзвуковой режим истечения рабочего газа. При сверхзвуковом режиме истечения рабочего газа образуется факел распыления с развитой системой скачков уплотнения. Капли распыляемых компонентов, проходя через скачки уплотнения, дробятся на более мелкие, что приводит к повышению однородности готовой смеси. При многоструйной подаче рабочего газа, то есть при применении нескольких сопел 11, количество скачков уплотнения увеличивается, степень диспергации и гомогенизации капель резко возрастает. Образованное облако капель движется внутри газодинамического «транспортера», состоящего из отдельных газодинамических струй. По мере падения скорости газодинамических струй имеет место их смыкание в единый кольцевой поток, что приводит к турбулизации внутреннего потока и гомогенизации диспергированных компонентов. Далее поток взаимодействует с вентиляторным колесом 8, установленным на валу 7. Вал 7 закреплен в патрубке 4. Поток рабочего газа, истекающего из сопел 11, приводит во вращение вентиляторное колесо 8, воздействуя на его лопатки 9, вокруг оси 2 симметрии смесительной камеры 1. Вращающееся вентиляторное колесо 8 с лопатками 9 создает дополнительные потоки рабочего газа и частиц смешиваемых компонентов в плоскости, перпендикулярной оси 2 симметрии смесительной камеры 1, что приводит к сильной турбулизации многофазного потока, перемешиванию и гомогенизации частиц смешиваемых компонентов. Взаимодействие капель распыленных компонентов смеси с лопатками 9 вентиляторного колеса 8 приводит к дополнительному дроблению этих капель, что повышает степень диспергации частиц компонентов смеси. В результате постадийного процесса дробления, распыления, турбулизации, гомогенизации в факеле распыления и при взаимодействии с вентиляторным колесом 8 формируется облако капель с равномерным распределением компонентов по его объему. Частицы смешиваемых компонентов оседают внизу смесительной камеры 1, образуя однородную смесь. Однородная смесь выводится из смесительной камеры 1 через выводную трубу 6. Следующая порция частиц напыляется внизу смесительной камеры 1 на готовую смесь и, таким образом, обеспечивается непрерывное формирование смеси. В стенке 12 смесительной камеры 1 над вентиляторным колесом 8 выполнены отверстия 13 для отвода рабочего газа.
Заявленное изобретение позволило получить технический результат, а именно обеспечило повышение однородности смеси за счет увеличения степени диспергации частиц компонентов смеси.