УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
LOOSE MATERIALS MIXER

Предлагаемое изобретение относится к способам перемешивания сыпучих материалов и может быть использовано во всех отраслях промышленности, связанных с переработкой и хранением сыпучих материалов, например в сельском хозяйстве, в химической промышленности и др.
Известен смеситель сыпучих материалов по патенту РФ №2220763 (опубл. 2004.01.10, МПК В01F 3/18), включающий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и коническим днищем, циркуляционную трубу с завихрительным устройством, размещенную на оси корпуса, сопло, установленное в нижней части днища, соосно циркуляционной трубе, трубные и корпусные экраны в виде усеченных конусов, патрубки для загрузки и выгрузки сыпучих материалов, патрубки для ввода и вывода газовой среды.
К недостаткам данного устройства следует отнести ограничение по высоте столба сыпучего материала, обусловленное использованием газового потока для перемещения частиц сыпучего материала. Известное устройство не обеспечивает равномерное перемешивание сыпучего материала, что обусловлено разной подвижностью частиц под действием воздушного потока в зависимости от их формы и удельного веса. Кроме того, в некоторых случаях контакт сыпучего материала с воздухом или любым другим газом нежелателен или даже недопустим. К недостаткам устройства по патенту №2220763 также можно отнести сложность его конструкции и, как следствие, снижение надежности работы устройства, и высокую стоимость его изготовления и эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является смеситель сыпучих материалов по авторскому свидетельству СССР №1713632 (опубл. 1992.02.23, МПК В01F 11/00). Данный смеситель включает герметическую емкость, внутри которой установлена транспортная трубка с переточными клапанами, установленными над уровнем загрузки. В верхней части установлен генератор колебаний, работающий синхронно с переточными клапанами.
В данном смесителе, так же как и в устройстве по патенту РФ №2220763, не обеспечивается равномерное перемешивание сыпучего материала с разными компонетнами, что обусловлено использованием воздушного потока.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении качества перемешивания сыпучего материала при расширении области применения и упрощении конструкции устройства.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для перемешивания сыпучих материалов, включающем емкость для сыпучего материала и привод, емкость выполнена в виде стакана с прямоугольным сечением, две боковые противоположные стенки выполнены подвижными в горизонтальном направлении, а привод кинематически связан с подвижными стенками емкости.
Устройство для перемешивания сыпучих материалов также может быть выполнено в виде емкости, выполненной в виде стакана, в стенках которого выполнены встречные окна, в которых со скользящей посадкой установлены толкатели, а привод кинематически связан с толкателями.
Предлагаемая конструкция позволяет осуществлять перемешивание сыпучего материала за счет циклического нагружения деформациями сжатия-растяжения. При этом происходит деформирование глубинных слоев материала, приводящее к интенсивному перемешиванию всей загруженной в емкость массы.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 - схема устройства с толкателями, на фиг.3 - фотографии процесса перемешивания материала в устройстве, на фиг.4 - фотографии процесса перемешивания материала в устройстве с толкателями.
Устройство включает емкость для сыпучего материала в виде стакана с прямоугольным сечением, две боковые противоположные стенки 1 выполнены подвижными в горизонтальном направлении, а привод 2 кинематически связан с подвижными стенками 1 емкости.
Устройство с толкателями включает емкость 3, выполненную в виде стакана, в стенках которого выполнены встречные окна, в которых со скользящей посадкой установлены толкатели 4, а привод 2 кинематически связан с толкателями 4.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сыпучий материал размещают в плоской емкости между двумя неподвижными параллельными стенками (не показаны). Боковые стенки 1 емкости кинематически связаны с приводом 2. Привод 2 воздействует на стенки 1, обеспечивая их циклическое сближение или удаление друг от друга на фиксированную величину. При этом происходит подъем частиц сыпучего материала в центральной части емкости, а около подвижных стенок 1, наоборот, частицы сыпучего материала опускаются вниз.
На фиг.3 представлены фотографии, иллюстрирующие нагружение материала в устройстве. Сыпучий материал размещали слоями разной закраски в плоском контейнере с передней прозрачной стеклянной стенкой. В качестве привода использовался вал, на одном конце которого выполнена левая, а на другом - правая винтовая передача. При вращении вала за счет гаек, накручивающихся на него, противоположные боковые стенки 1, скрепленные гайками, либо расходились, либо сближались. Амплитуда циклического смещения стенок 1 задана шагом резьбы и количеством оборотов вала. Деформации сжатия-растяжения задавались горизонтальным смещением стенок контейнера.
Исходная засыпка материала из двух компонетов разных цветов показана на фиг.3а. На фиг.3б, 3в и 3г - последовательность развития процесса соответственно после 6, 22 и 36 циклов нагружения деформацией ~5,3%. На представленных чертежах видно, что с увеличением числа циклов кинематика движения частиц в центральной части характеризуется подъемом наверх, а около подвижных стенок - вниз. В рассмотренном циклическом деформировании реализуется типичный процесс перемешивания материала: глубинные слои центральной части поднимаются на свободную поверхность образца, затем перемещаются к периферии и снова тонут. Механизм этого процесса связан с неравноценным восприятием сыпучим материалом деформации сжатия и растяжения. При сжатии смещения стенок контейнера и материала у стенки равны, а при растяжении достигнутые деформации не возвращаются за счет удерживающих сил контактного трения частиц. За счет отставания материала от стенок контейнера остаточные смещения образуют при каждом цикле некоторый объем, заполняемый материалом. При следующем цикле этот материал вдавливается к центру образца и за счет проскальзывания выдавливается наверх. Если при однократном приложении нагрузки остаточная деформация может быть незначительной, то при приложении нагрузок, измеряемых десятками и сотнями тысяч, накапливающиеся деформации уже существенны.
В некоторых случаях предпочтительной может оказаться схема нагружения, в которой стенки 1 закреплены неподвижно, а во встречных окнах со скользящей посадкой установлены два толкателя 4. Толкатели 4 аналогично предыдущей схеме могут циклически сближаться и удаляться. В этом случае материал испытывает деформации растяжения-сжатия между торцами толкателей 4.
На фиг.4а показана исходная засыпка смешиваемых компонетов в устройстве с толкателями. На фиг.4б, 4в, 4г и 4д - последовательность развития процесса соответственно после 20, 45, 90 и 120 циклов нагружения. Деформация для этого нагружения была увеличена и составила величину ξ~12,5%.