Двухвальный лопастной смеситель
DOUBLE-SHAFT BLADED MIXER

Изобретение относится к оборудованию для смешивания сыпучих продуктов и может быть использовано в комбикормовой промышленности, на предприятиях агропромышленного комплекса и в других отраслях промышленности.
Известен двухвальный лопастной смеситель периодического действия фирмы "Forberg", Норвегия (Патент Норвегии №143519 В01Р7/04 от 15.09.76), включающий смесительную ванну, два горизонтальных лопастных вала, которые вращаются в противоположные стороны. Рабочий орган смесителя имеет 24 лопасти, по 12 на каждом валу с разными углами поворота относительно оси вала. У торцевых стенок расположены четыре лопасти с углом поворота 0 градусов и четыре лопасти с углом поворота 55º, остальные 16 лопастей имеют угол поворота 45º. Траектории вращения лопастей одного вала пересекаются с траекториями вращения лопастей другого вала.
При работе смесителя лопастные валы перемещают продукт по четырем разным направлением с образованием однородной смеси в течение 40 с.
Недостатком конструкции этого смесителя является: сложность конструкции рабочего органа, обусловленная наличием большого количества лопастей, которые значительно увеличивают потребление энергии, затрачиваемой на преодоление больших усилий, возникающих в каждой лопасти при входе их в продукт и выходе из него в процессе смешивания; обязательная синхронизация вращения лопастных валов, при которой каждый ряд лопастей одного вала входит между двумя соседними рядами лопастей другого вала. Не соблюдение синхронизации вращения лопастных валов вызывает заклинивание рабочего органа смесителя, при котором происходит поломка лопастей, вала и привода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является смеситель (Пат. РФ № 2622131. Двухвальный смеситель. МПК В01F 7/04. / Афанасьев В.А., Киселев А.А., Остриков А.Н. № 2016106017. Заявл. 22.02.2016. Опубл. 13.06.2017. Б.И. № 17. Заявитель и патентообладатель ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт комбикормовой промышленности»), включающий смесительную ванну, два вала с лопастями, привод. Отличительной особенностью смесителя является то, что установленные на валах лопасти повернуты на 45º относительно их оси, причем на первом валу четные лопасти расположены по винтовой спирали через 120º с правым направлением спирали, а нечетные лопасти – с левым, на втором валу также расположены четные и нечетные лопасти по аналогичным винтовым спиралям с левым и правым направлениями. Внутри каждого полого лопастного вала соосно установлена неподвижная ось, на которой с шагом, равным шагу расположения лопастей на лопастном валу, установлены кулачки, с наружной поверхностью которых взаимодействуют ролики, установленные на концах стоек лопастей. На стойки, расположенные между внутренним диаметром лопастного вала и роликами, надеты пружины. Верхняя часть корпуса смесительной ванны выполнена по сложной линии, соответствующей траектории перемещения лопастей, обусловленной наружной поверхностью кулачков, верхняя кромка лопасти, контактирующая с внутренней поверхностью смесительной ванны, выполнена из эластичного материала, в торцевых стенках верхней части корпуса смесительной ванны установлены форсунки для подачи жидких и вязких компонентов.
Недостатками известного смесителя является значительные энергозатраты, затрачиваемые на преодоление больших усилий при входе лопастей в продукт; большая продолжительность смешивания, обусловленная низким турбулентным потоком смешиваемых компонентов.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности смешивания при достижении наилучшей однородности смешивания за счет реализации метода механического псевдоожижения в сочетании с перекрёстным противотоком, а также сокращение продолжительности процесса смешивания.
Поставленная цель достигается тем, что в двухвальном лопастном смесителе, включающем смесительную ванну, два вала с лопастями, привод, при этом, нижняя часть лопастей выполнена плугообразной, кромки плугообразной части лопастей, контактирующие с внутренней поверхностью смесительной ванны, выполнены из эластичного материала, верхняя часть лопастей выполнена гребенчатой, причем гребни нечетных прорезей имеют правое направление, гребни четных прорезей имеют левое направление, лопасти установлены на валах с возможностью регулирования угла поворота относительно их оси, стойки лопастей выполнены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и помещены в гофрированные гильзы, а на сами стойки установлены пружины, внутри каждого полого лопастного вала установлены форсунки для подачи жидких и вязких компонентов с подпружиненным штоком и с шагом, равным шагу расположения лопастей на лопастном валу.
На фиг. 1 изображено объемное изображение общего вида двухвального лопастного смесителя; на фиг. 2 – лопасти; на фиг. 3 – разрез форсунки; на фиг. 4 – фотография двухвального лопастного смесителя.
Двухвальный лопастной смеситель (фиг. 1, фиг. 4) содержит смесительную ванну 1, загрузочный патрубок 2, разгрузочный патрубок 3, горизонтальные полые лопастные валы 4 и 5, вращающиеся в противоположном направлении, привод 6 для вращения лопастных валов 4 и 5 и два привода 7 выгрузки готовой смеси из смесительной ванны 1. Конструкция привода 6 валов 4 и 5 от одного электродвигателя с помощью ременной передачи и двух параллельно работающих редукторов обеспечивает синхронизацию вращения лопастных валов 4 и 5. При этом вал 4 вращается по часовой стрелке, а вал 5 – против.
На валах 4 и 5 установлены лопасти 8. Нижняя часть лопастей 8 выполнена плугообразной, а верхняя часть лопастей 8 выполнена гребенчатой, причем гребни нечетных прорезей имеют правое направление, а гребни четных прорезей имеют левое направление (фиг. 2).
К лопастям 8 прикреплены стойки 9, которые выполнены с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и помещены в гофрированные гильзы 10, а на сами стойки 9 установлены пружины 11 (фиг. 2).
На полых лопастных валах 4 и 5 установлены распылительные форсунки 12 для подачи жидких компонентов со штоком 13, подпружиненным пружиной 14 (фиг. 3). Форсунки 12 расположены на валах 4 и 5 с шагом, равным шагу расположения лопастей 8 на валах 4 и 5.
Верхняя часть корпуса смесительной ванны 1 выполнена по сложной линии, соответствующей траектории вращения лопастей 8 (фиг. 1).
Кромки плугообразной части лопастей 8, контактирующие с внутренней поверхностью смесительной ванны 1, выполнены из эластичного материала.
Лопасти 8 установлены на валах 4 и 5 с возможностью регулирования угла поворота относительно их оси. Причем на валу 4 четные лопасти расположены по винтовой спирали через 120º с правым направлением спирали, а нечетные лопасти – с левым, на втором валу также расположены четные и нечетные лопасти по аналогичным винтовым спиралям с левым и правым направлениями (фиг. 1). Установка на валу 4 лопастей 8, вращающихся по траектории, не пересекающейся с траекторией вращения лопастей 8 вала 5, повышает эксплуатационную надежность и дополнительно турбулизирует поток перемешиваемых компонентов смеси.
Предлагаемый двухвальный лопастной смеситель работает следующим образом:
Исходные сыпучие компоненты загружаются в смесительную камеру 1 через загрузочный патрубок 2. Включается привод 6 и валы 4 и 5 приводятся во вращение навстречу друг другу.
За счет расположения на валах 4 и 5 четных лопастей по винтовой спирали через 120º с правым направлением спирали, а нечетных лопастей – с левым, движение компонентов смеси в смесительной ванне 1 смесителя имеет вид перекрестного противотока, т. к. они обеспечивают направление движение потоков смеси навстречу друг другу в направлении от торцевых стенок к центру смесителя.
Предусмотренная конструкцией возможность регулирования угла поворота лопастей 8 относительно их оси на валах 4 и 5 позволяет устанавливать наиболее рациональный угол, который зависит от структурно-механических и адгезионных свойств перемешиваемых компонентов смеси.
Это позволяет значительно интенсифицировать процесс перемешивания за счет создания мощных противоточных потоков перемешиваемой смеси. Диапазон изменения угла поворота лопастей имеет следующую тенденцию изменения: при уменьшении угла поворота лопастей до нуля линейное перемещение массы смеси уменьшается и при 0º прекращается, сопротивление среды и окружное вращательное движение частиц возрастает, а при увеличении угла поворота лопастей до 90° сопротивление среды уменьшается, но уменьшается и интенсивность перемещения частиц. Наиболее рациональный угол поворота лопастей подбирается экспериментально с учетом структурно-механических и адгезионных свойств перемешиваемых компонентов смеси и обеспечивает минимальное потребление электрической энергии.
Определяющим параметром смесителя является радиус размаха лопастей 8. От величины радиуса, а как показали наши исследования его лучше делать переменным, зависела окружная скорость лопастей 8 на валах 4 и 5, которая напрямую влияла на характер перемешивания компонентов смеси.
Лопасти 8, вращаясь с переменным радиусом размаха, придают переменную окружную скорость движения компонентов смеси. Переменный радиус размаха (минимальный радиус размаха лопасти имеют с нижней точке и максимальный через 90º по ходу вращения) создается за счет перемещения подпружиненных стоек 9 в вертикальной плоскости в гофрированных гильзах 10. При этом они переводят перемешиваемые компоненты в квазиневесомое состояние, основанное на механическом псевдоожижении, которая в сочетании с перекрёстным противотоком, создаваемым за счет расположения на валах 4 и 5 четных лопастей по винтовой спирали с правым направлением спирали, а нечетных лопастей – с левым, создает эффект механического псевдоожижения смеси, в которую удобно вводить мелко дисперсионные жидкие компоненты (фиг. 3) из распылительных форсунок 12.
Таким образом, была выявлена причинно-следственная связь между переменным радиусом лопастей и значением частоты вращения лопастных валов 4 и 5 смесителя, обеспечивающая минимальное потребление электрической энергии и получение однородной смеси за короткий интервал времени.
Затем включается привод 7, который открывает створки разгрузочного патрубка 3, и готовая смесь выгружается из смесительной ванны 1.
Таким образом, использование изобретения позволит:
- оптимизировать процесс смешивания различного по своему гранулометрическому составу и физико-механическим свойствам исходного сырья за счет поддержания переменного радиуса размаха лопастей 8, переменной окружной скорости движения компонентов смеси и импульсного ввода форсунками жидких компонентов;
- повышение эффективности смешивания при достижении наилучшей однородности смешивания за счет реализации метода механического псевдоожижения в сочетании с перекрёстным противотоком, создаваемым гребенчатыми частями лопастей, нечетные прорези которых создают правое направление движения смеси, а четные прорези – левое направление;
- сокращение продолжительности процесса смешивания благодаря эффекту механического псевдоожижения и импульсному вводу жидких компонентов в смесь сыпучих материалов.