СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным устройствам для перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей и растворов, эмульсий и суспензий и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, медицинской, горнодобывающей и других отраслях промышленности.
Известен смеситель для растворов и суспензий, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку и гидромуфту типа «диск-диск», ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, тихоходная мешалка снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установлена соосно корпусу, при этом диски ведущей и ведомой полумуфты выполнены овальными и ведущая полумуфта закреплена под углом 5-20° к оси вала (А.С. СССР №1736589, B01F 7/018, 1992).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится низкий крутящий момент, передаваемый муфтой типа «диск-диск» от быстроходной к тихоходной мешалке, что приводит к малой скорости вращения тихоходной мешалки. Это снижает эффективность перемешивания, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра которого к диаметру вала составляет:
,
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (Патент на полезную модель РФ №109010, B01F 7/16, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения и невозможности ее регулирования.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, отличающийся тем, что патрубок дополнительно снабжен втулкой, состоящей из двух вкладышей, имеющих возможность осевого перемещения вдоль патрубка. (Патент на полезную модель РФ №116069, B01F 13/00, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения и сложности ее регулирования, требующая замены обоих вкладыщей.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, отличающийся тем, что на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, при этом ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет:
где L и l - соответственно длина малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты (Патент на полезную модель РФ №119640 B01F 7/16, 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за сложности ее регулирования, требующая замены формы и геометрических размеров ведущей полумуфты и патрубка и отверстия в нем.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является увеличение эффективности перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки за счет регулирования рабочего зазора между стенками патрубка и ведущей полумуфты.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу, и гидромуфту, ведомая полумуфта которой выполнена в виде патрубка, закрепленного на лопастях тихоходной мешалки и установленного осесимметрично с валом, а ведущая полумуфта жестко закреплена на валу, при этом внутренняя поверхность патрубка и внешняя поверхность ведущей полумуфты имеют коническую форму с одинаковым углом конусности α, составляющим (80-120)°.
Выполнение внутренней поверхности патрубка и внешней поверхности ведущей полумуфты в виде конуса позволяет легко регулировать рабочий зазор между этими поверхностями путем небольшого увеличения или уменьшения уровня перемешиваемой среды в смесителе, так как уменьшение этого зазора приводит к увеличению скорости вращения тихоходной мешалки, а его увеличение - к уменьшению скорости ее вращения. Одинаковый угол конусности внутренней поверхности патрубка и внешней поверхности ведущей полумуфты позволяет создавать одинаковый рабочий зазор между этими поверхностями, что обеспечивает устойчивость работы смесителя и высокую эффективность перемешивания.
Уменьшение угла конусности α ниже заявленного предела 80° не позволяет значительно изменять скорость вращения тихоходной мешалки при незначительном изменении уровня перемешиваемой среды в смесителе.
Увеличение угла конусности α выше заявленного предела 120° может привести к слишком маленькой величине рабочего зазора между рабочими поверхностями гидромуфты даже при небольшом увеличении уровня перемешиваемой среды в смесителе или даже к контакту этих рабочих поверхностей, что нарушает нормальную работу смесителя.
Таким образом, при угле конусности α внутренней поверхности патрубка и внешней поверхности ведущей полумуфты, лежащем в пределах (80-120)°, можно легко регулировать число оборотов тихоходной мешалки путем небольшого изменения уровня перемешиваемой среды в смесителе, а значит увеличивать эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
Кроме того, предлагаемая конструкция смесителя обладает эффектом саморегулирования числа оборотов тихоходной мешалки, а значит эффективность перемешивания при самопроизвольных колебаниях (флуктуациях) уровня перемешиваемой среды в смесителе. Увеличение уровня перемешиваемой среды, то есть ее объема в смесителе приводит к всплыванию тихоходной мешалки, уменьшению рабочего зазора между рабочими поверхностями гидромуфты и возрастанию числа оборотов тихоходной мешалки, и наоборот, уменьшение уровня перемешиваемой среды, то есть ее объема в смесителе приводит к опусканию тихоходной мешалки, увеличению рабочего зазора между рабочими поверхностями гидромуфты и значит уменьшению числа оборотов тихоходной мешалки. То есть число оборотов тихоходной мешалки находится в прямой зависимости от объема перемешиваемой среды в смесителе. Это также способствует повышению эффективности перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
На фиг. представлена схема предлагаемой конструкции смесителя.
Смеситель содержит пропеллерную или турбинную быстроходную мешалку 1 для центрального перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. не показан) и рамную или якорную тихоходную мешалку 3, установленных соосно корпусу 4 для периферийного медленного перемешивания, к лопастям которой в верхней части прикреплен поплавок 5, выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3 и выполненный, например, в виде пустотелого тора, и ведомая полумуфта, выполненная в виде патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2 и имеющего коническую внутреннюю поверхность. На валу 2 в зоне установки ведомой полумуфты в виде патрубка 6 жестко закреплена ведущая полумуфта 7, внешняя поверхность которой имеет также коническую форму, причем угол конусности внутренней поверхности патрубка 6 и угол конусности α внешней поверхности ведущей полумуфты 7 одинаковые и лежат в пределах (80-120)°.
1
2
1
3
Смеситель работает следующим образом. Вал 2 с быстроходной мешалкой 1, создающей зону перемешивания в центральной части корпуса 4, вращается от привода с числом оборотов n. Крутящий момент к тихоходной мешалке 3, создающей зону перемешивания в периферийной части корпуса 4 и вращающейся с числом оборотов n<n, передается через рабочий зазор между внутренней конической поверхностью патрубка 6 ведомой полумуфты и внешней конической поверхностью ведущей полумуфты 7, использующих в качестве рабочей жидкости саму перемешиваемую среду: раствор, суспензию или эмульсию. Так как поплавок 5 находится на поверхности перемешиваемой среды, то обе полумуфты: ведомая в виде патрубка 6 и ведущая 7 - постоянно погружены в перемешиваемую среду на всей высоте. Поэтому крутящий момент зависит от рабочего зазора между внутренней поверхности патрубка 6 и внешней поверхностью ведущей полумуфты 7. Небольшое увеличение уровня перемешиваемой среды уменьшает этот рабочий зазор, что приводит к увеличению крутящего момента передаваемого гидромуфтой к тихоходной мешалке 3, возрастанию числа ее оборотов n и повышению эффективности смешения. И, наоборот, при необходимости снижения числа оборотов тихоходной мешалки 3 необходимо несколько снизить уровень перемешиваемой среды в смесителе, что приведет к увеличению рабочего зазора между рабочими коническими поверхностями патрубка 6 и ведущей полумуфты 7 и уменьшению крутящего момента, передаваемого к тихоходной мешалке 3.
Таким образом, установка ведомой полумуфты в виде патрубка 6 с конической внутренней поверхностью и ведущей полумуфты 7 с конической внешней поверхностью с одинаковым углом конусности α, составляющим (80-120)°, позволяет легко регулировать число оборотов тихоходной мешалки 3 путем небольшого изменения уровня перемешиваемой среды в зависимости от свойств перемешиваемой среды: раствора, суспензии или эмульсии - и необходимой интенсивности ее перемешивания, что повышает эффективность перемешивания в зоне работы тихоходной мешалки.
Внутренняя поверхность патрубка 6 и внешняя поверхность ведущей полумуфты 7 конической формы несложны в изготовлении, монтаже и эксплуатации, а регулирование уровня перемешиваемой среды в смесителе несложно осуществлять известными способами, например, открывая или закрывая вентиль на выходе из смесителя.