ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ СМЕСИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
HYDROSTATIC MIXER (VERSIONS)

Изобретение относится к диспергированию эмульсий и суспензий и может использоваться при водоподготовке во флотационных установках для аэрации грунтовых вод, в химической технологии, строительстве, для интенсификации растворения химических реагентов.
Высокоэффективный гидростатический смеситель - устройство, предназначенное для усреднения концентраций и температур химических веществ в потоке жидкости. Устройство не содержат движущихся частей и не требуют для своей работы дополнительного подвода энергии, поскольку рабочий процесс реализован посредством преобразования механической энергии потока смешиваемых веществ. Смеситель устанавливается в трубопровод или линию подачи неоднородной среды, гомогенизацию которой требуется провести. Процесс гомогенизации среды протекает во время прохождения вещества через устройство.
В основе конструкции устройства лежит смесительный блок, расположенный внутри внешнего герметичного корпуса. Смесительный блок является основным функциональным элементом смесителя и состоит, в свою очередь, из ряда смешивающих элементов специальной формы, имеющих особое пространственное расположение.
Вещество неоднородное по температуре и концентрации, проходя через смесительный блок, претерпевает неоднократное разделение на изолированные потоки, изменение направления движения и скорости потока, в результате чего происходит рекомбинация отдельных объемов вещества. Кроме того, прохождение потока через пространственную структуру приводит к увеличению поверхности раздела смешиваемых сред. Рекомбинация потока вещества и увеличение поверхности раздела смешиваемых сред приводит к резкой интенсификации смешения, процессов тепло- и массообмена. Таким образом, проходя через смесительный блок, поток вещества претерпевает гомогенизацию.
Такие устройство могут быть использованы в процессах водоподготовки, водообработки. а также в технологических процессах, применяемых в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.
Существенным для таких устройств - гидростатических смесителей является выполнение пространственной структуры, разделяющей общий поток вещества на изолированные потоки, изменяющий направление движения и скорость потока для рекомбинации отдельных объемов вещества. Кроме того, на качественные показатели смешиваемого вещества при прохождении потока через пространственную структуру оказывают влияние и поверхности раздела смешиваемых сред.
Так, например, из ЕР 1067352, B01F 5/06, F28F 13/06, F28F 9/22, опубл. 10.01.2001 г. (принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов) известен гидростатический смеситель, содержащий корпус, предпочтительно в виде части трубы с присоединениями для ввода в полость корпуса подлежащего смешиванию и гомогенизации веществ жидкостного потока, при этом внутри корпуса размещен смесительный блок, представляющий собой набор сегментообразной формы пластин, расположенных на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, пластины по несколько штук сгруппированы и пластины в каждой группе расположены под углом, отличным от прямого, к пластинам смежно расположенной группы, при этом пластины закреплены стержнях, которые размещены вдоль направления потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении.
Недостаток данного решения заключается в высокой сложности его изготовления, заключающейся в том, что стержни пропущены через пластины и являются опорой для них. Но сами стержни имеют пространственное положение и разнесены относительно друг друга: их удерживают в этом положении только сами пластины. В связи с этим монтаж такой пространственной конструкции возможен только на специализированном стенде с применением специальной оснастки и требует определенного затратного времени для сборки и сварки пластин и стержней в одно целое. При этом положение пластин в момент сварки должно определяться шаблоном. Если учесть, что пластины сгруппированы, то получается, что все пластины в группе и группы пластин относительно друг друга сначала должны в пространстве каким-то образом быть зафиксированы под заданными углами, а потом через них пропущены стержни, которые также надо сначала сориентировать в пространстве, а потом приварить к пластинам.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении ее технологичности для сокращения времени на монтаж конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что гидростатический смеситель по первому варианту исполнения, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока, и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока, при этом в каждой секции сегментообразной формы пластины связаны между собой посредством прямоугольной формы пластины, расположенной под углом наклона к направлению жидкостного потока и в направлении, противоположном направлению наклона сегментообразных пластин в этой секции.
В этом варианте сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока, связаны между собой одной прямоугольной формы пластиной, выполненной по периметру с открытыми пазами и установленной открытыми пазами в открытых пазах сегментообразных пластин.
Указанный технический результат для второго варианта достигается тем, что гидростатический смеситель, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя и в противоположных направлениях друг к другу, при этом в каждой секции одна сегментообразной формы пластина установлена своим открытым пазом в открытый паз другой сегментообразной пластины.
Указанный технический результат для третьего варианта достигается тем, что гидростатический смеситель, содержащий размещаемый в трубчатом корпусе, выполненном с присоединениями для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, смесительный блок, включающий в себя сегментообразной формы пластины, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса, при этом эти пластины закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении, снабжен дисковыми кольцами, расположенными в корпусе на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока, и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, стержневые элементы выполнены в виде узких пластин, которые выполнены с поперечно направленными открытыми пазами и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины, и установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции, сегментообразной формы пластины выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин, в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя и в противоположных направлениях друг к другу и связанных между собой посредством двух прямоугольной формы пластин, которые расположены в противоположных направлениях друг к другу и соединены между собой путем установки одной пластины в открытый паз другой пластины.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена структурная схема гидростатического смесителя;
фиг.2 - конструкция смесительного блока;
фиг.3 - положение пластин в блоке по первому варианту исполнения по фиг.2;
фиг.4 - положение пластин в блоке по второму варианту исполнения;
фиг.5 - положение пластин в блоке по третьему варианту исполнения.
Суть предложенного изобретения заключается в выполнении смесительного блока сборным из отдельных элементов: пластин двух отличных друг от друга форм, которые закрепляются съемно на стержнях, которые, в свою очередь, съемно крепятся на опорных кольцах.
В общем случае высокоэффективный гидростатический смеситель состоит из внешнего герметичного цилиндрического (трубчатого) корпуса 1 с присоединениями 2 для ввода и вывода из полости корпуса жидкостного потока, арматуры ввода и дозирования реагентов 3 и смесительного блока 4. Общая схема устройства показана на фиг.1. При таком исполнении гидростатический смеситель устанавливается в разрыв трубопроводов. Допускается исполнение устройства в виде смесительного блока 4 без внешнего корпуса 1 и дополнительной арматуры. В этом случае смесительный блок устанавливается в полость трубы.
Смесительный блок состоит из ряда пластин 5 и 6 специальной формы, имеющих особое пространственное расположение. Заданное пространственное расположение пластин, их закрепление в блоке и необходимая механическая прочность полученной сборки достигаются с помощью ряда вспомогательных продольных реек - полос 7 и системы поперечно располагаемых опорных колец 8. Конструктивная схема изделия показана на фиг.2.
Дисковые опорные кольца 8 расположены в корпусе 1 на расстоянии друг от друга и поперек направления жидкостного потока и каждое из которых выполнено с радиально направленными открытыми пазами, сформированными по периметру внешней окружности.
Смесительный блок 4 включает в себя сегментообразной формы пластины 5, расположенные на расстоянии друг от друга по длине полости корпуса и под углом, отличным от прямого, к продольной оси корпуса.
Эти пластины 5 закреплены на стержневых элементах, расположенных вдоль направления жидкостного потока и на расстоянии друг от друга в поперечном этому потоку направлении. Стержневые элементы выполнены в виде узких пластин (полос 7), которые выполнены с открытыми пазами, поперечно направленными, и открытыми пазами, которые направлены под углом, отличным от прямого, к поверхности пластины. Полосы 7 установлены поперечно направленными открытыми пазами в открытых пазах дисковых колец для разделения полости корпуса по крайней мере на две секции.
Сегментообразной формы пластины 5 выполнены по периметру с открытыми пазами и установлены направленными открытыми пазами в открытых пазах трех рядом расположенных узких пластин.
В каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины, расположенные под одинаковым углом наклона и в совпадающем направлении к направлению жидкостного потока.
По первому варианту исполнения (фиг.2 и 3) в каждой секции сегментообразной формы пластины связаны между собой посредством одной прямоугольной или близкой к такой форме формы пластины 6, выполненной по периметру с открытыми пазами и установленной открытыми пазами в открытых пазах сегментообразных пластин. Причем прямоугольной формы пластина 6 расположена под углом наклона к направлению жидкостного потока и в направлении, противоположном направлению наклона сегментообразных пластин в этой секции.
По второму варианту исполнения (фиг.4) в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины 5, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя, но в противоположных направлениях друг к другу, при этом в каждой секции одна сегментообразной формы пластина 5 установлена своим открытым пазом в открытый паз другой сегментообразной пластины 5. В этом варианте конструкции используются две сегментообразные пластины большей площади, расположенные под противоположным углом к друг к другу и соединенные друг с другом напрямую без использования промежуточной прямоугольной пластины.
По третьему варианту исполнения (фиг.5) в каждой секции закреплены две сегментообразной формы пластины 5, расположенные под одинаковым углом наклона к продольной оси смесителя, но в противоположных направлениях друг к другу. Эти пластины 5 связаны между собой посредством двух прямоугольной формы пластин 9, которые расположены в противоположных направлениях друг к другу и соединены между собой путем установки одной пластины 9 в открытый паз другой пластины 9. В этой же секции одна сегментообразной формы пластина 5 установлена своим открытым пазом в открытый паз смежно расположенной пластины 9 прямоугольной формы. При этом поверхности смежно расположенных и соединенных между собой пластин 5 и 9 могут лежать в одной или в разных плоскостях.
Количество, форма и взаимное расположение смешивающих пластин, а также других конструктивных элементов могут варьироваться в зависимости от конкретных задач практического применения изделия.
В смесительном блоке открытые прорези на дисковых опорных кольцах 8 выполнены по внешней периферии колец. Полосы 7, имеющие открытые прорези, выполненные по длине и разнесенные на заданном расстоянии друг от друга, вставляются в прорези дисковых опорных колец 8 так, что прорези на полосах обращены в сторону продольной оси блока (или корпуса). Крепление взаимно пересекающихся плоских элементов между собой путем размещения одного плоского элемента в прорези другого или совмещения прорезей на обоих плоских элементах является известным и широко применяется при креплении пластин в картонных перегородках для упаковочных коробок под стеклотару (бутылки). Такой пример исполнения решетки для упаковочной коробки, в которой взаимопересекающиеся пластины закреплены путем размещения во взаимных прорезях, описан, например, в патенте №67963. А пластины таким же образом фиксируются на полосах 7 и между собой. Учитывая, что все пластины пространственной конструкции расположены в разных направлениях под углом к продольной оси корпуса, то эта конструкция приобретает пространственную жесткость, достаточную для того, что она не рассыпалась при ее монтаже (установке) в корпус (трубу). После установки смесительного блока в трубчатый корпус и при прохождении под давлением жидкостного потока возможно, что часть соединений полос с опорными кольцами расслабится. Но поскольку пластины (полосы) монтируются по внешнему кругу опорных колец, то те полосы 7, которые вышли из открытых прорезей, упираются в стенку трубчатого корпуса и не имеют возможности полного раскрытия соединения. Прорези выполняются шириной, равной толщине вставляемых элементов. Возможно выполнение прорезей, при котором вставляемые элементы укладываются в прорези с натягом.
В зависимости от технологии процесса и вида или типа жидкостного потока и смешиваемых ингредиентов элементы смесительного блока могут быть выполнены из металла или полимерных материалов. Все элементы смесительного блока выполнены в виде плоских прямолинейных пластин.
Работает смесительный блок следующим образом. Исходная жидкость, например, с воздухом или с иным наполнителем поступает под давлением в смеситель. В результате удара струи, например, водовоздушной смеси о поверхность пластин образуются отраженные струи, направление которых в продольном сечении имеет форму веера. Встречное движение отраженных струй, резкое изменение направления потока способствуют образованию однородного поля скоростей с высоким градиентом в этой области корпуса. В результате действия сил, обусловленных динамическим давлением струй на различные участки поверхности, происходит их деформация и разрушение. Это позволяет получать на выходе из смесителя достаточно гомогенизированную жидкость.
Настоящее изобретение промышленно применимо, имеет технологичную конструкцию, позволяющую существенно упростить как изготовление элементов смесительного блока, так и его монтаж.