ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к конструкции вибрационных аппаратов, предназначенных для разделения суспензий, интенсификации массо- и теплообменных процессов в жидких и порошкообразных средах, например, выщелачивания, сорбции и фильтрации, и может быть использована в гидрометаллургической, химической и смежной с ней отраслях промышленности.
Известна вибрационная мешалка для работы под давлением, содержащая корпус, перемешивающее устройство на штоке, присоединенное к виброприводу, сообщающему штоку вертикальные колебания вдоль оси аппарата, и сальниковую втулку, уплотняющую корпус аппарата в месте ввода в него штока [а.с. №138917, МПК B01F, 11/00].
Недостатками указанного аппарата являются неполная герметичность и быстрый износ его уплотняющей втулки, что, например, при перемешивании в нем под избыточным давлением токсичных материалов может привести к их выбросу за пределы аппарата.
Известна также мешалка для перемешивания жидких смесей и суспензий твердых веществ с совершающим возвратно-поступательное движение штоком [а.с. №251682, МПК B01F, 3/12], на котором закреплены перемешивающие спиральные пружины с подвешенными на них грузами и элемент уплотнения штока в месте его ввода в аппарат. Путем настройки частоты движения штока в резонанс с собственной частотой колебаний пружин, которую
регулирую изменением их жесткости или массы грузов, добиваются больших перемещений пружин в заполняющей аппарат среде при малом ходе штока.
Недостатком такой конструкции мешалки, ограничивающим ее применение, например, в аппаратах с меняющимся давлением в их полости, является недостаточная надежность и долговечность работы элемента уплотнения, например, сильфона под действием на него статических нагрузок.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является, выбранный в качестве прототипа, вибрационный смеситель [патент ФРГ №917067, НКИ 12е,4/50, МПК B01f, 15/00]. Вибрационный смеситель содержит корпус со стойкой и перемешивающее устройство на штоке. Шток прикреплен верхним концом к электромагнитному вибровозбудителю и снабжен мембраной, уплотняющей ввод штока в полость корпуса. Механизм для регулирования положения штока с мембраной относительно корпуса упруго соединяет шток со стойкой корпуса посредством двух винтовых цилиндрических пружин сжатия, охватывающих шток. Пружины механизма для регулирования положения штока с мембраной прижаты смежными опорными витками к шайбе, прикрепленной к штоку, а противоположными витками - к площадкам стойки корпуса посредством винтовых устройств, имеющих гильзы с наружной резьбой, ввернутые в резьбу отверстий в стойке. Регулирование положения мембраны со штоком, например, в случае изменения давления или разрежения в полости смесителя, производят путем сжатия или растяжения пружин посредством вращения резьбовых гильз.
Одним из основных конструктивных недостатков указанного смесителя является то, что механизм регулирования положения
мембраны закреплен на штоке перемешивающего устройства и расположен ниже центра тяжести вибровозбудителя, из-за чего детали механизма подвержены интенсивной вибрации, затруднена центровка штока с мембраной в полости смесителя и увеличены поперечные нагрузки на основную и дополнительную мембраны. Это снижает надежность смесителя в работе. Другой недостаток смесителя заключается в том, что регулирование положения мембраны со штоком, осуществляемое путем варьирования поджатия пружин механизма с помощью вращения винтовых гильз, требует значительного времени и контроля для того, чтобы избежать при этом соударения витков пружин между, собой или торцов пружин с опорными площадками. Кроме того, регулирование положения мембраны с помощью указанного механизма при работе перемешивающего устройства может привести к уменьшению амплитуды его - вибрации и, следовательно, к снижению эффективности работы смесителя.
Вышеуказанные недостатки усложняют практическое применение известного смесителя, особенно в условиях колебаний давления в его корпусе, не позволяя с помощью его механизма оперативно корректировать положение мембраны, а также снижают надежность смесителя в эксплуатации.
Техническая задача, решаемая заявленным вибрационным смесителем, состоит в упрощении и облегчении регулирования положения герметизирующей мембраны вибрационного смесителя, повышении надежности и эффективности его работы в условиях меняющейся нагрузки на его уплотнительную мембрану.
Решение поставленной задачи достигается тем, что вибрационный смеситель для интенсификации массо- и теплообменных процессов в жидких и порошкообразных средах
содержит корпус со стойкой, перемешивающее устройство, закрепленное на штоке, который снабжен уплотнительной мембраной и прикреплен верхним концом к вибровозбудителю и механизм регулирования положения мембраны относительно корпуса, причем механизм регулирования положения мембраны расположен над вибровозбудителем и выполнен в виде пружины растяжения - сжатия, в которой соосно размещен стержень, нижний конец которого прикреплен к вибровозбудителю, на верхний конец надеты втулка с гайкой с возможностью их винтового перемещения вдоль стержня, опорный торец пружины жестко закреплен на стойке, а свободный торец соединен с направляющей муфтой, на которой установлен фланец, в кольцевой выточке которого размещен кольцевой бортик наружной поверхности втулки.
В частном варианте пружина растяжения - сжатия выполнена цилиндрической с прорезанным винтовым пазом и крепежными отверстиями с резьбой на ее торцах, а фланец выполнен разъемным.
В другом частном варианте втулка и гайка снабжены рукоятками, а стержень снабжен съемной шпонкой, вставленной в паз направляющей муфты.
В другом частном варианте в зазорах кольцевой полости, образованной выточкой фланца и плоскостями кольцевого бортика направляющей муфты, установлены прокладки из материала с низким коэффициентом трения, например, фторопласта толщиной 1,5-4,5 мм.
Описанная конструкция вибрационного смесителя позволяет при изменении давления в его полости легко регулировать положение штока перемешивающего устройства с мембраной путем вращения только одной втулки, не деформируя при этом пружину. Жесткое крепление торцов к стойке и механизму регулирования позволяет
пружине работать как в сжатом (при компенсации, например, давления в полости смесителя), так и в растянутом (при компенсации разрежения) состоянии, причем с меньшей амплитудой вибрации.
На фигуре представлен схематически в разрезе по вертикальной плоскости предлагаемый вибрационный смеситель, реализованный для диспергирования газа и смешивания его с жидкостью многодисковым перемешивающим устройством в процессе абсорбции,
Вибрационный смеситель включает корпус 1, стойку 2, размещенное в полости корпуса перемешивающее устройство 3 на штоке 4, соединенном с нижней (активной) частью электромагнитного вибровозбудителя 5. Ввод штока в полость корпуса герметизирован уплотнительной мембраной 6. Вибровозбудитель упруго подвешен к стойке с помощью механизма для регулирования положения штока 4 с уплотнительной мембраной 6. Механизм имеет цилиндрическую прорезную пружину 7, прикрепленную нижним торцом к стойке, а верхним - к направляющей муфте 8 и фланцу 9. Фланец выполнен с кольцевой выточкой, в которой размещены прокладки 10 и кольцевой бортик втулки 11, навинченной на стержень 12, жестко прикрепленный к верхней (реактивной) части электромагнитного вибровозбудителя. Стержень снабжен гайкой 13, фиксирующей на нем втулку, и закрепленной на нем шпонкой 14, вставленной в паз направляющей муфты. Втулка и гайка оснащены рукоятками 15. Кроме того, на втулке и на регулируемом по высоте кронштейне 16 стойки горизонтально, с зазором относительно друг друга закреплены заостренные пластины индикатора положения 17 мембраны 6. Вибрационный смеситель работает следующим образом. Корпус 1 смесителя заполняют смешиваемыми материалами. При ослабленной гайке 13 с помощью рукояток 15 вращают втулку
11, бортик которой, вращаясь в кольцевом зазоре между фланцем 9 и направляющей муфтой 8, перемещает относительно стойки 2 стержень 12 с вибровозбудителем 5 и шток 4 с мембраной 6, устанавливая последнюю в горизонтальное (не деформированное) положение. При этом шпонка 14, закрепленная на стержне и размещенная в выточке направляющей муфты, препятствует деформации мембраны в горизонтальной плоскости, а прокладки 10 снижают трение в деталях механизма. Регулируя высоту кронштейна 16, совмещают между собой в горизонтальной плоскости пластины индикатора 17. Включают вибровозбудитель, сообщающий перемешивающему устройству 3 колебания вдоль вертикальной оси.
При работе смесителя увеличивают нагрузку на мембрану, например, в результате изменения давления в его корпусе. Мембрана деформируется, что приводит к растяжению пружины 7 и соответствующему смещению относительно стойки штока перемешивающего устройства, вибровозбудителя со стержнем и закрепленных на стержне деталей, включая пластину индикатора 17. В этом случае мембрану 6 приводят в горизонтальное положение вращением втулки механизма на стержне до совмещения пластин индикатора 17.
3
Сравнительные испытания заявленной конструкции вибрационного смесителя и конструкции-прототипа проводили в одинаковых условиях. В качестве привода перемешивающего устройства использовали двухмассный электромагнитный вибровозбудитель массой 370 кг, генерировавший колебания частотой 50 Гц и амплитудой 1,5 мм, и при изменении давления в корпусе аппарата вместимостью 0,15 м от 50 до 170 кПа.
Испытания показали, что вибрационный смеситель, в отличие от прототипа, работает практически бесшумно. Амплитуда вибрации
его регулирующего механизма в 1,5-3 раза ниже амплитуды перемешивающего устройства. За счет удобного расположения регулирующего механизма и снижения трения в его узлах время корректировки положения мембраны от деформированного под действием разрежения или давления в смесителе до нейтрального сократилось в 2-3 раза по сравнению с прототипом. Момент силы, прикладываемой к рукояткам механизма при этом, не превышал 70-90 Н·м, то есть был в 3,5-4 раза ниже, чем в прототипе. Снижения амплитуды вибрации перемешивающего устройства в период проведения корректировки положения мембраны отмечено не было.
Таким образом, использование предложенного вибрационного смесителя позволит существенно повысить надежность и эффективность его работы.