Устройство для предотвращения воронок в аппарате с мешалкой
DEVICE FOR PREVENTING FUNNELS IN APPARATUS WITH A MIXER

Изобретение относится к устройствам для предотвращения образования воронок в аппаратах с перемешивающими устройствами (мешалками) за счет торможения вращения жидкости в непосредственной близости от поверхности стенок аппарата за счет отражательных перегородок и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, на очистных сооружениях для очистки сточных вод, особенно там, где закрепление отражательных перегородок непосредственно на стенках аппарата или на его крышке затруднено или невозможно по причине разнородности материалов аппарата и перегородок (в том числе в аппаратах, изготовленных из полимерных материалов), недостаточной прочности или жесткости стенок аппарата и его крышки, при ограниченном доступе внутрь аппарата.
Известно устройство для предотвращения образования воронок в аппаратах с мешалками, заключающийся в установке внутри аппарата одной или нескольких (обычно – четырех) отражательных перегородок (Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. Л.: Химия, 1984. – 336 с.; с. 9, 16-17). Целью установки отражательных перегородок является уменьшение окружной составляющей скорости с преобразованием кинетической энергии вращательного движения жидкости в кинетическую энергию радиального и меридионального (осевого) движения. В результате торможения вращательного движения вблизи стенок практически исключено образование воронки в аппарате.
Обычно отражательные перегородки (Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. Л.: Химия, 1984. – 336 с.; с. 17) представляют собой плоские пластины шириной около 0,1 диаметра аппарата, установленные на некотором расстоянии от стенки корпуса (0,2 ширины перегородки).
В аппаратах с неметаллическими покрытиями (эмалированные, гуммированные и т.п.) роль отражательных перегородок выполняют отражатели (изготовленные из сплющенных труб либо из труб с наваренными на них плоскими элементами), закрепляемые на крышке аппарата (Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. Л.: Химия, 1984. – 336 с.; с. 17), в том числе при помощи сальниковых устройств.
Однако известные устройства (варианты отражательных перегородок) перечисленные выше, непригодны в тех случае, когда закрепление отражательных перегородок непосредственно на стенках аппарата и на его крышке затруднено или невозможно по следующим причинам:
1) разнородность материалов аппарата и перегородок, например, когда аппараты изготовлены из полимерных материалов (что особенно актуально при работе с концентрированными кислотами), а перегородки должны обладать высокой жесткостью и, как правило, изготовлены из металлов, что препятствует монтажу перегородок непосредственно на внутренней поверхности стенок аппарата;
2) недостаточная прочность и (или) жесткость стенок аппарата и его крышки, (например, тонкостенный аппарат, либо корпус аппарата выполнен из полимерных материалов);
3) при ограниченном доступе внутрь аппарата; например, когда горловина аппарата очень мала в диаметре для доступа сварщика внутрь аппарата.
Нередко складывается ситуация, когда имеют место все три причины. Примером такой ситуации является реактор для перемешивания концентрированных кислот для электрохимических процессов, стандартизованный (ТУ 2290-001-80536468-15) корпус которого изготовлен из тонкостенного (с толщиной стенки 3-5 мм) полиэтилена  и представляет собой плоскодонный аппарат цилиндрической формы с кольцевыми ребрами жесткости на боковой поверхности, имеющий сверху плоскую съемную крышку с узкой горловиной, в которую устанавливают фланец двигателя с мешалкой.
Таким образом, в указанных случаях известные технические решения не позволяют жестко закрепить в аппарате отражательные перегородки. Кроме того, в промышленной практике известны проблемы, связанные с накоплением на поверхности отражательных перегородок отложений, которые необходимо либо удалять с перегородок, либо полностью заменять перегородки. В случае их приварки такая чистка или замена также затруднена.
Использование перемешивающих устройств (особенно быстроходных) без отражательных перегородок существенно ограничивает максимальную частоту вращению мешалки, при котором не будет образовываться воронка. Одновременно снижается уровень перемешивания, снижаются коэффициенты тепло- и массопереноса, общая скорость процесса уменьшается, аппарат с мешалкой перестает полноценно выполнять свои функции.
Задачей предлагаемого изобретения является предотвращение образования воронок в аппаратах с перемешивающими устройствами при ограниченных возможностях закрепления отражательных перегородок непосредственно на стенках аппарата или на его крышке.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для предотвращения воронок в аппарате с мешалкой, содержащее отражательные перегородки, установленные вертикально в корпусе аппарата в непосредственной близости от стенки аппарата, преимущественно с равным шагом между соседними перегородками, согласно изобретению, в нижней части содержит разборную кольцеобразную рамку, расположенную на дне аппарата, непосредственно либо на ножках, а в верхней части центральное кольцо с присоединенными к нему радиальными траверсами, причем отражательные перегородки при помощи крепежных элементов прикреплены к кольцеобразной рамке и траверсам, причем центральное кольцо выполнено с внутренним диаметром, превышающим диаметр перемешивающего устройства, а траверсы выполнены с возможностью регулировки радиального положения перегородок.
Заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.
Под траверсами здесь подразумеваются балки, соединяющие отражательные перегородки с центральным кольцом.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства – продольный разрез устройства (а), изображение устройства в аксонометрии (б), схема (в) установки отражательной перегородки 1 в посадочное гнездо 6.
В отличие от известных аналогов, предлагаемое устройство позволяет устанавливать и жестко фиксировать отражательные перегородки в аппаратах, изготовленных из неметаллических материалов (стекла, керамики, полимеров и т.д.), при недостаточной прочности или жесткости стенок аппарата, при невозможности закрепления отражательных перегородок непосредственно на стенках аппарата, а также при ограниченном доступе внутрь аппарата, когда приваривание отражательных перегородок к стенкам аппарата затруднено.
Предлагаемое устройство содержит отражательные перегородки 1, установленные вертикально в корпусе 2 аппарата в непосредственной близости от стенки аппарата, преимущественно с равным шагом между соседними перегородками. В нижней части, непосредственно на дне аппарата либо на ножках расположена разборная (или складная) кольцеобразная рамка 3. Рамка 3 выполнена в форме окружности (при необходимости может быть также выполнена в форме квадрата или многоугольника) и состоит из двух сегментов (полуколец), соединенных петлями 4. Ввод рамки  3 внутрь корпуса 2 аппарата осуществляется через горловину 5 в разобранном или сложенном состоянии, после чего рамка раскладывается и укладывается на дно аппарата. В рамке 3 выполнены посадочные гнезда 6 прямоугольной формы, в которые при сборке вставляют нижние концы отражательных перегородок 1. Наличие соединения с перегородками не позволяет сегментам (полукольцам) самопроизвольно сложиться при работе аппарата.
В верхней части аппарата установлено центральное кольцо 7. Кольцо 7 может быть выполнено с наружным размером, меньшим, чем диаметр горловины 5, чтобы обеспечить его свободный ввод внутрь аппарата через горловину. При необходимости кольцо 7 может быть также выполнено складным или разборным, как и рамка 3. При этом для фиксации кольца 7 в разобранном положении используются стопорные элементы (на фиг. 1 условно не показаны), предотвращающие складывание кольца 7 в процессе работа устройства.
К кольцу 7 присоединены радиальные траверсы 8, которые выполнены с возможностью регулировки радиального положения относительно кольца 7.
Отражательные перегородки 1 при помощи крепежных элементов (болтов 9, гаек 10 и шайб 11) прикреплены к  траверсам 8, причем центральное кольцо 7 выполнено с внутренним диаметром, превышающим диаметр перемешивающего устройства. Это позволяет осуществлять свободное  извлечение перемешивающего устройства из аппарата, не вынимая центральное кольцо 7 из аппарата.
Выполнение траверс 8 с возможностью регулировки радиального положения позволяет регулировать радиальное положение перегородок 1, в том числе обеспечить их упирание в стенки корпуса 2 аппарата. Для поддержания заданного расстояния между корпусом 2 аппарата и отражательными перегородками 1 они снабжаются выступами-ножками 12 со стороны стенок аппарата, имеющими высоту, равную 0,2 ширины перегородки. Ширина выступов-ножек 12 выполняется такой, чтобы предотвратить нарушение сплошности (сквозное прорезание) корпуса 2 аппарата. Мешалка 13 с приводом установлена на крышке 14. Крышка 14 предпочтительно выполнена из стеклопластика, имеет резьбу и имеет резьбу для накручивания на горловину корпуса 2 аппарата.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство монтируют следующим образом: сначала вводят кольцо 3 в сложенном состоянии, раскрывают его и укладывают на дно корпуса 2. Перегородки 1 вставляют в гнезда 6 и присоединяют их траверсам 8, потом вводят в аппарат кольцо 7 и присоединяют траверсы к кольцу 7. Производят регулировку креплений траверс 8 к кольцу 7 таким образом, чтобы перегородки 1 были расположены около стенки аппарата и прижаты к ней с таким усилием, чтобы возникающая между перегородками 1 (выступами-ножками 12) и стенкой аппарата силы трения были достаточными для преодоления сил гидравлического сопротивления перегородок 1 при их обтекании вращающейся в аппарате перемешиваемой жидкостью. После монтажа и закрепления перегородок 1 в аппарат вводят мешалку 13 с крышкой 14. Крышку 14 накручивают на горловину корпуса 2 аппарата и при необходимости дополнительно фиксируют.
После произведения монтажа перегородок 1 и установки мешалки 13 аппарат готов к использованию. Аппарат заполняют жидкостью через предусмотренные в крышке 14 или в корпусе аппарата 2 патрубки. Включают мешалку 13, начинается перемешивание жидкости. Благодаря наличию отражательных перегородок 1, установленных в аппарате, в нем обеспечивается хорошее перемешивание без образования воронки.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предотвратить образование воронок в аппаратах с перемешивающими устройствами при ограниченных возможностях закрепления отражательных перегородок непосредственно на стенках аппарата или на его крышке, благодаря разборной конструкции, позволяющей ввести все поддерживающие элементы конструкции через узкую горловину корпуса аппарата.