СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным устройствам для перемешивания высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов, суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, медицинской, пищевой, горнодобывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод.
Известна конструкция перемешивающего устройства, состоящего из комбинации быстроходной и тихоходной мешалок, закрепленных на соосных валах, быстроходном и тихоходном соответственно. Каждый из валов получает вращение от своего привода (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. - Л., Химия, 1975, с. 64)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с установкой двух соосных валов, подшипников, муфт и двух приводов, что увеличивает сложность эксплуатации и уменьшает срок стабильной работы перемешивающего устройства.
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 с ведомой полумуфтой, выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, а 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 большей оси овала ведущей полумуфты составляет
где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты [патент №119640, РФ, B01F 7/16, 2012].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся сложность эксплуатации и уменьшение стабильности работы смесителя, связанные с ограничением величины кольцевого зазора, определяемого выражением (1), так как его увеличение приводит к раскачиванию тихоходной мешалки и возможным ударам ее лопастей о корпус или к ударам ведущей и ведомой полумуфт друг о друга.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится 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, причем ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом отношение внутреннего диаметра патрубка к диаметру вала составляет
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала [патент РФ №109010, B01F 7/16, 2011].
К причинам, препятствующим достижение заданного технического результата, относится раскачивание тихоходной мешалки, что может привести к ударам ее лопастей о корпус или к ударам цилиндрического патрубка ведомой полумуфты о вал. Это вызывает необходимость ограничения кольцевого зазора между внутренней поверхностью патрубка и валом выражением (2), так как его невыполнение приводят к проблемам эксплуатации и уменьшению стабильности работы смесителя.
Задачей предлагаемой конструкции смесителя является предотвращение ударов лопастей тихоходной мешалки о корпус смесителя и ударов цилиндрического патрубка ведомой полумуфты о вал.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является повышение стабильности и устойчивости работы смесителя.
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 полу муфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки и выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, при этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, выполненная в виде цилиндра, на боковой поверхности которой в шахматном порядке установлены стержни из упругого материала, причем отношение диаметра окружности, образованной свободными концами стержней, к внутреннему диаметру патрубка составляет
где d и D - соответственно диаметр окружности, образованной свободными концами стержней, и внутренний диаметр патрубка.
Жесткое закрепление ведущей полумуфты, выполненной в виде цилиндра, на валу позволяет ей вращаться осесимметрично с валом с числом оборотов, равным числу оборотов быстроходной мешалки. Отсутствие ограничений по длине и диаметру этого цилиндра позволяет варьировать эти параметры в широких пределах, а значит обеспечивать необходимое число оборотов тихоходной мешалки, что обеспечивает устойчивую стабильную работу смесителя с необходимым числом оборотов быстроходной и тихоходной мешалок.
Установка на боковой поверхности ведущей полумуфты стержней из упругого материала позволяет предотвращать при раскачивании лопастей тихоходной мешалки ее столкновения с корпусом. То же касается и невозможности столкновений вала и цилиндра ведущей полумуфты и патрубка ведомой полумуфты, что так же увеличивает срок службы и лопастей тихоходной мешалки, и обеих полумуфт, а значит обеспечивает стабильную и устойчивую работу смесителя на длительный период эксплуатации.
Установка стержней в шахматном порядке предотвращает динамический разбаланс вала с быстроходной мешалкой. Это также снижает возможность раскачивания быстроходного вала с цилиндром ведущей полумуфты и увеличивает стабильность и устойчивость работы смесителя.
Уменьшение нижнего предела, равного 0,9, в соотношении (3) диаметра окружности, образованной свободными концами стержней, к внутреннему диаметру патрубка, увеличивает вероятность столкновения при раскачивании лопастей тихоходной мешалки с корпусом и поверхности цилиндра ведущей полумуфты с поверхностью патрубка, что снижает устойчивость и стабильность работы смесителя, так как зазор между свободными концами стержней и поверхностью патрубка возрастает. Увеличение верхнего предела соотношения (3) сверх указанного значения, равного 0,95, приводит к уменьшению зазора между свободными концами стержней и поверхностью патрубка, снижению раскачивания лопастей тихоходной мешалки и уменьшению эффективности перемешивания в периферийной зоне работы тихоходной мешалки у стенок корпуса и возможности образования застойных зон, особенно при перемешивании высоковязких неньютоновских жидкостей.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемой конструкции смесителя, на фиг. 2 - продольное сечение A-A в зоне установки гидромуфты.
Смеситель содержит центральную быстроходную мешалку 1 (например, лопастную, пропеллерную или турбинную мешалку) для центрального быстрого перемешивания, закрепленную на валу 2 привода (на фиг. 1 не показан), и тихоходную мешалку 3 (например, рамную или якорную), установленную соосно с валом 2 в корпусе 4 для периферийного медленного перемешивания, к лопастям которой прикреплен поплавок 5, выполняющий роль опоры тихоходной мешалки 3 и выполненный в виде пустотелого тора, и ведомая полумуфта, выполненная в виде цилиндрического патрубка 6, установленного осесимметрично с валом 2, при этом внутренний диаметр патрубка равен D. На валу 2 в зоне установки цилиндрического патрубка 6 жестко закреплена ведущая полумуфта 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке установлены стержни 8 из упругого материала, длина которых такова, что отношение диаметра d окружности, образованной свободными концами стержней 8, и внутренний диаметр D патрубка 6 подчиняются соотношению (3).
1
2
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 кольцевой зазор δ между внутренней поверхностью патрубка 6 и боковой поверхностью цилиндра ведущей полумуфты 7, образующей с патрубком 6 ведомой полумуфты гидромуфту типа «цилиндр-цилиндр» и использующей в качестве рабочей жидкости саму перемешиваемую жидкость.
2
2
Так как поплавок 5 находится на поверхности перемешиваемой жидкости, то патрубок 6 постоянно погружен в нее на всей длине и колебание уровня жидкости не влияет на передаваемый крутящий момент от вала 2 к тихоходной мешалке 3. Изменение крутящего момента и числа оборотов nтихоходной мешалки 3 можно производить, варьируя длину цилиндра ведущей полумуфты 7 и величину кольцевого зазора δ между боковой поверхностью этого цилиндра и внутренней боковой поверхностью патрубка 6. Этот зазор может варьироваться в широких пределах, так как ограничение на него по сравнению с прототипом сняты. Для маловязких жидкостей в смесителях среднего и малого объемов для снижения числа оборотов n тихоходной мешалки необходимо уменьшать длину цилиндра ведущей полумуфты 7 или увеличивать зазор между рабочими боковыми поверхностями полумуфт 6 и 7, что вызовет уменьшение крутящего момента, передаваемого, к лопастям тихоходной мешалки 3.
Стержни 8 из упругого материала при соударении с внутренней боковой поверхностью патрубка 6 во время раскачивания при вращении тихоходной мешалки 3 не позволяют увеличить размах колебаний, так что лопасти тихоходной мешалки 3 не сталкиваются со стенкой корпуса 4. Рабочие боковые поверхности цилиндра ведущей полумуфты 7 и патрубка 6 также не могут столкнуться друг с другом из-за упругого отталкивания стержней 8 от внутренней боковой поверхности патрубка 6. Небольшие радиальные колебания лопастей тихоходной мешалки 3, допускаемые зазором δ между свободными концами стержней 8 и боковой поверхностью патрубка 6, так как диаметр d, образованный свободными концами стержней 8 меньше внутреннего диаметра D патрубка 6 согласно соотношению (3), способствуют уменьшению застойных зон и интенсифицируют процесс перемешивания у стенок корпуса 1.
Таким образом, предлагаемая конструкция смесителя, в котором на валу 2 жестко закреплена ведущая полумуфта 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке установлены стержни 8 из упругого материала с соотношением диаметра d окружности, образованной свободными концами этих стержней 8, к внутреннему диаметру D патрубка ведомой полумуфты, соответствующим условию (3), позволяет стабилизировать работу смесителя и обеспечить его устойчивую работу на длительный период времени без остановки на ремонт.
Ведущую полумуфту 7 в виде цилиндра, на боковой поверхности которого в шахматном порядке закреплены стержни 8 из упругого материала несложно изготовить. Например, это может быть отливка или штамповка из резины или полимера.