ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ
VIBRATION MIXER

Изобретение относится к устройствам непрерывного действия для приготовления композиций из сыпучих материалов и может найти применение в пищевой, химической, строительной и других отраслях промышленности.
Известен вибрационный смеситель [1] с вертикальным корпусом и закрепленным внутри него перемешивающим органом, выполненным с плоской перфорированной винтовой поверхностью и двух перфорированных дисков. Один диск расположен выше верхнего витка шнека на величину, равную его шагу, а второй, снабженный диафрагменным затвором, - у кромки нижнего витка. Сверху на корпусе устройства закреплены крышка со штоком и патрубком ввода ингредиентов, а снизу - коническое днище с патрубком вывода готовой композиции. Шток и патрубок вывода расположены в соосных опорах с упругими элементами. Вибратор генерирует силовые импульсы, которые посредством штока и корпуса передаются перемешивающему органу. При этом специальная кинематическая система, состоящая из штанг, крестовин и ползунов, обеспечивает ему требуемые винтовые колебания для воздействия на сыпучий материал. Под их действием ингредиенты одновременно смешиваются на витках в виброкипящем слое, перемещаются по ним вверх по винтовым траекториям и просыпаются через перфорацию ниже.
Недостатком вибрационного смесителя является низкое качество готового продукта, вызванное нестабильностью высоты виброкипящего слоя сыпучего материала на перемешивающем органе.
Наиболее близким техническим решением является вибрационный смеситель [2], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с закрепленным внутри него на соосном трубчатом несущем штоке перемешивающим органом в виде ряда параллельных дисков (далее плоских колец) с секторной перфорацией, площадь которой можно изменять. При этом секторы с отверстиями вышележащего кольца расположены над сплошными участками нижележащего. Сверху на корпусе устройства закреплена крышка с патрубком ввода ингредиентов, а снизу - коническое днище с патрубком вывода готового продукта. Упругая система и два вибратора обеспечивают перемешивающему органу винтовые колебания с заданными параметрами. Под действием этих силовых импульсов сыпучие ингредиенты одновременно смешиваются на кольцах в виброкипящем слое, перемещаются по ним по круговым траекториям и просыпаются через перфорацию ниже.
Автор утверждает, что при ступенчатом прохождении сыпучим материалом сквозь отверстия каскада вибрирующих плоских параллельных колец с регулируемой площадью перфорации устройство позволяет получать на выходе готовый продукт заданного качества.
Недостатком вибрационного смесителя является низкое качество готового продукта, обусловленное тем, что на расходные характеристики перфорации перемешивающего органа существенным образом влияет уровень слоя сыпучего материала на кольцах, с повышением которого производительность отверстий падает, а с понижением - растет. В свою очередь высота слоя зависит от флуктуации параметров вибрации, физико-механических свойств ингредиентов и производительности дозирующего оборудования. Например, даже незначительное увеличение подачи ингредиентов на верхнее кольцо смесителя вызывает на нем лавинообразный подъем высоты слоя и захлебывание аппарата, уменьшение подачи - постепенное опорожнение всего перемешивающего органа. Фактически аппарат работает в состоянии неустойчивого динамического равновесия, что снижает качество композиции. Предложенная в этом изобретении система регулировки производительности смесителя за счет одновременного изменения площади перфорации всех колец не может быть использована для поддержания на них требуемого уровня материала, рациональные значения которого находятся в диапазоне от 10 до 50 мм.
Для получения композиции высокого качества путем поддержания на перемешивающем органе слоя сыпучего материала требуемой высоты можно пойти двумя путями. В первом случае в конструкцию смесителя следует ввести системы отслеживания его уровня и независимой регулировки площади перфорации колец. Это решение существенно понизит надежность устройства, предназначенного для работы с ускорениями, в несколько раз превышающими ускорение свободного падения. Во втором - ограничить расход материала через перфорацию и дополнительно создать стационарные каналы сброса избытка материала со ступени на ступень. Последний вариант позволяет автоматически поддерживать требуемый уровень виброкипящего слоя.
Техническим результатом является повышение качества готового продукта путем поддержания на перемешивающем органе требуемого уровня сыпучего материала, рациональные значения которого находятся в диапазоне от 10 до 50 мм. Результат достигается за счет уменьшения площади перфорации плоских колец и осуществления в них вырезов на всю ширину рабочей поверхности, например, в виде сектора. В новой конструкции основной поток материала течет по разрезанным кольцам по круговой траектории «от начала к концу» и сбрасывается через вырезы на следующую ступень, а просеивание через перфорацию является вспомогательным.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
Вибрационный смеситель содержит перемешивающий орган 1 в виде каскада плоских перфорированных колец, закрепленных соосно на вертикальном трубчатом несущем штоке 2, устройства ввода ингредиентов 3 и вывода готового продукта 4, установленные соответственно над и под перемешивающим органом, систему генерации колебаний 5 с регулируемым углом наклона силовых импульсов, заставляющих сыпучий материал на кольцах одновременно виброкипеть, перемещаться по ним в направлении импульсов по круговым траекториям и просыпаться через перфорацию. В каждом кольце сделан вырез 6 (на фиг. 1 он в виде сектора) с размерами, обеспечивающими сброс всего достигшего их сыпучего материала на следующую ступень каскада. Вырезы по высоте смесителя имеют сдвиг относительно друг друга в сторону, противоположную направлению кругового движения материала, чтобы материал с «конца» верхнего кольца попадал в «начало» кольца, расположенного ниже. С внешней стороны рабочая поверхность колец может быть ограничена вертикальными бортами или съемным цилиндрическим кожухом (на фиг. 1 не показаны). Устройство ввода ингредиентов 3 здесь выполнено в виде плоского сплошного кольца с закрепленным на нем патрубком, а вывода готового продукта 4 - в виде конического днища. Система генерации колебаний 5 включает в себя минимум один вибратор, предпочтительно инерционного типа, и упругие связи для поддержания колебаний.
Вибрационный смеситель работает следующим образом.
Система генерации колебаний 5 побуждает перемешивающий орган 1 совершать пространственные колебания, например винтовые, с интенсивностью, необходимой для возникновения на плоских перфорированных кольцах виброкипящего слоя из сыпучего материала, а также для создания основного (виброперемещение по круговым траекториям) и вспомогательного (просыпание через перфорацию) потоков.
Ингредиенты поступают через устройство ввода 3 в «начало» верхнего перфорированного кольца. По мере их перемещения по его поверхности они смешиваются в виброкипящем слое и падают через вырез на «начало» следующего кольца. И т.д. Готовый продукт выводится из аппарата снизу. Изменение параметров вибрации, физико-механических свойств ингредиентов и производительности дозирующего оборудования хоть и вызывает некоторое изменение высоты слоя на кольцах, но оно не критично для работы смесителя, излишки всегда с них будут сбрасываться. Аппарат работает в состоянии устойчивого динамического равновесия.
Просеивание сыпучей композиции через отверстия колец создает эффект опережения (проскок). Этот вспомогательный поток способствуют сглаживанию неравномерностей расходов ингредиентов, неизбежно генерируемых дозаторами, и усреднению состава смеси по высоте перемешивающего органа. Другая функция отверстий - компенсация вакуума, возникающего между поверхностью лотка и слоем материала при его отрывном движении. Воздух в основном подсасывается через них, а при падении слоя - вытесняется и через отверстия, и сквозь слой. Благодаря подобному насосному эффекту, возникающему при работе смесителя, можно уменьшить параметры вибрации, при которых сыпучая масса начинает «кипеть», что снижает энергопотребление.
Таким образом, уменьшение площади перфорации плоских колец и осуществление в них вырезов на всю ширину рабочей поверхности позволяют повысить качество готового продукта путем поддержания на перемешивающем органе требуемого уровня сыпучего материала, рациональные значения которого находятся в диапазоне от 10 до 50 мм.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1472110, В01F 11/00, 1987, опубл. 15.04.89. Бюл. №14.
2. А.с. SU 1590128 А1, кл. В01F 11/00, опубл. 07.09.90, бюл. №33 (4498954/23 от 31.10.88).