ЛОПАСТЬ СМЕСИТЕЛЯ СО СЪЕМНЫМ ИЗНАШИВАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ
BLADE OF MIXER WITH DETACHABLE WORN-OUT ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к лопасти смесителя (мешалки), состоящей из закрепляемой на валу основы и съемного изнашивающегося элемента.
Уровень техники
Соответствующая лопасть смесителя известна из немецкой полезной модели №20307420.3 и соответствующей публикации ЕР 1477218 А. У известной лопасти смесителя концевая часть лопасти выполнена как заменяемый элемент и имеет поперечное сечение (перпендикулярное продольному направлению лопасти), соответствующее поперечному сечению примыкающего участка лопасти смесителя.
Подобные лопасти предусмотрены для использования в смесителях, в которых перерабатываются зернистые, абразивные материалы.
Известны смесители (мешалки), имеющие один или несколько валов, установленных перпендикулярно к днищу смесительного резервуара, которые снабжены расположенными в нескольких плоскостях радиальными лопастями. Лопасти смесителя обычно имеют по существу прямоугольное поперечное сечение, причем эта форма поперечного сечения иногда также сужается к передней кромке, так что лопасти смесителя имеют форму плоской, прямоугольной с одной стороны трапеции. При этом передняя кромка лопасти смесителя - это кромка, расположенная впереди по направлению вращения соответствующего ротора и при вращающемся роторе входящая в соприкосновение с перемешиваемым материалом раньше остальных частей лопасти смесителя. Для достижения оптимальных результатов смешивания передняя кромка часто скошена по типу ножа, чтобы при прохождении через приготавливаемый продукт придавать его движению осевую составляющую. Основа лопасти смесителя обычно выполнена как единое целое из сравнительно мягкого материала, например конструкционной стали. Для защиты от износа расположенные спереди внешние кромки и внешний конец лопасти смесителя, а также непосредственно примыкающие к ним зоны защищены износостойкой сталью, напаянным твердосплавным покрытием или твердой поверхностной наплавкой. Твердая поверхностная наплавка может представлять собой, например, износостойкое покрытие, в частности из сплава, содержащего карбид вольфрама. При этом толщина твердой поверхностной наплавки зависит от различных местных факторов износа, воздействующих на лопасть смесителя.
Недостатком известных лопастей смесителей считается то, что их часто можно заменять только целиком. Замена износостойкого покрытия или твердой поверхностной наплавки, как правило, весьма трудоемка и не может производиться в смонтированном состоянии. Поэтому для восстановления лопастей смесителя их необходимо полностью демонтировать.
Из упомянутой выше немецкой полезной модели уже известна лопасть смесителя, у которой можно заменять только концевую часть лопасти отдельно от остальной части лопасти, причем необходимо учитывать, что именно концевые части таких лопастей смесителя относятся к наиболее сильно подверженным износу деталям из-за их более высокой окружной скорости.
Съемные детали рабочих органов смесителей известны также из различных других документов. В публикации DE 20004488 описана лопасть смесителя, закрепленная на консоли, радиально отходящей от вала смесителя, в частности донная лопасть бетономешалки со съемной передней частью.
Как уже упоминалось, лопасти смесителя в процессе эксплуатации подвергаются абразивным воздействиям от обтекающих их с различной скоростью потоков материала. При этом износ весьма различается по длине лопасти и проявляется преимущественно на ее внешнем конце, так как здесь имеет место наиболее высокая окружная скорость. Однако при скошенном вперед по типу ножа прямоугольном поперечном сечении наряду с внешним концом лопасти особенно высокому износу подвергается также и передняя кромка. Это, в частности, относится к тем случаям, когда в смеси содержатся крупнозернистые материалы, например дробленая горная порода. При соударении передней кромки рабочего органа смесителя с такими крупнозернистыми компонентами на эту кромку воздействуют тем более высокие нагрузки, чем более узкую форму она имеет, чем больше масса отдельных крупнозернистых компонентов и чем больше их твердость.
Примыкающая к кромке скошенная плоскость лопасти отклоняет перемешиваемый материал соответственно вверх или вниз. Зона сечения, граничащая со скосом, значительно меньше подвержена износу, чем передняя кромка, включая плоскости скоса.
Как только твердая поверхностная наплавка на передней кромке лопасти смесителя износится или сотрется, находящийся под ней мягкий материал основы станет изнашиваться еще интенсивнее и будет подвергаться очень сильному истиранию, которое распространится частично и на области позади еще сохранившейся наплавки. Это может привести к выкрашиванию целых частей защитного покрытия и основы лопасти, что станет причиной повреждений или даже простоев оборудования, находящегося в технологической цепочке позади смесителя.
Поэтому в процессе эксплуатации лопасти смесителя, которые, как правило, разъемным образом крепятся на центральном валу смесителя, необходимо регулярно заменять целиком, даже если до материала основы стерты лишь небольшие части лопасти, а в других местах износостойкое покрытие еще имеет достаточную толщину.
Лопасть смесителя со съемным наконечником (законцовкой) решает эту проблему лишь отчасти, так как в том или ином случае вполне может оказаться, что более интенсивному износу также подверглись участки лопасти, расположенные по радиусу внутри съемного наконечника (т.е. ближе к оси вращения). В таком случае заменить придется, тем не менее, всю лопасть смесителя. Кроме того, в месте сопряжения основы и съемной части лопасти вследствие постоянных ударных нагрузок от воздействия перемешиваемых материалов с очень большим размером зерна на конце лопасти может образоваться трещина, в которой будут застревать мелкие частицы материала, что приведет к растяжению резьбового соединения вплоть до его полного выхода из строя. Наряду с этим при использовании съемного наконечника, полностью выполненного из твердого сплава, и при очень высоких окружных скоростях рабочего органа смесителя из-за больших центробежных сил может происходить сильная вытяжка средств крепления вплоть до их выхода из строя.
Заметное удлинение наконечника с таким расчетом, чтобы охватить им ощутимо больший участок лопасти, чем только ее концевая часть, также не является удовлетворительным решением проблемы, поскольку экономия при замене наконечника по сравнению с полной заменой лопасти смесителя была бы тогда сравнительно небольшой.
Раскрытие изобретения
Исходя из рассмотренного уровня техники, в основу изобретения положена задача создания лопасти смесителя указанного в начале описания типа, которая в целом обладала бы более высокой экономической эффективностью.
Эта задача решается посредством лопасти смесителя, которая дополнительно к указанным в начале описания признакам отличается еще и тем, что изнашивающийся элемент и основа лопасти перекрываются в продольном направлении основы на участке, составляющем по меньшей мере 30% длины основы, и образуют на этом участке различные зоны поперечного сечения лопасти.
При этом длина основы измеряется от ее внутреннего по радиусу конца (комель лопасти), закрепляемого на валу или в соответствующих держателях, до ее внешнего по радиусу конца (концевая часть, или наконечник, лопасти).
Благодаря тому, что изнашивающийся элемент и основа лопасти имеют различные поперечные сечения и перекрываются в продольном направлении основы на значительном участке, составляющем не менее 30% длины, заменить изношенную деталь можно на большем участке лопасти, не снимая или не заменяя всю остальную часть лопасти по всему ее поперечному сечению.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения изнашивающийся элемент образует по меньшей мере внешнюю по радиусу треть, предпочтительно внешнюю по радиусу половину передней, по направлению движения, кромки лопасти.
При этом изнашивающийся элемент наряду с передней кромкой может образовывать всю концевую часть, или наконечник, лопасти и тем самым полностью или по меньшей мере частично перекрывать поперечное сечение концевой части основы лопасти.
Такое исполнение лопасти смесителя позволяет при необходимости заменять изношенные детали лопасти смесителя, к которым, как правило, относятся наконечник и внешняя по радиусу половина передней кромки, не заменяя остальные части, а именно основу лопасти смесителя. Таким образом, замена изнашивающихся элементов может ограничиваться деталями или участками, которые действительно подвержены интенсивному износу и к которым, помимо наконечника или концевой части лопасти, относится передняя кромка лопасти, по меньшей мере на внешних 30% длины (радиальной) лопасти.
При этом особенно предпочтителен вариант осуществления изобретения, в котором изнашивающийся элемент состоит из нескольких частей, например из участка передней кромки и концевого участка или наконечника лопасти, устанавливаемых на основу лопасти по отдельности.
В первом варианте осуществления изобретения изнашивающийся элемент имеет в плане прямоугольную форму и заполняет собой соответствующий прямоугольный вырез в основе, причем угловые участки имеют более или менее выраженное закругление (отчасти во избежание концентрации напряжений). Изнашивающийся элемент образует в плане, например, примерно переднюю половину или переднюю треть (при измерении от передней кромки) всей лопасти смесителя, тогда как задняя часть лопасти образована основой, которая может быть выполнена из менее твердого, но зато легче поддающегося обработке материала.
Помимо этого предпочтительным является вариант осуществления изобретения, в котором поперечное сечение изнашивающегося элемента сужается к передней кромке. Такое ножеобразное исполнение со скошенными поверхностями по передней кромке благодаря создаваемому ею вертикальному движению смешиваемого материала способствует лучшему перемешиванию, причем острые передние кромки обеспечивают также измельчение крупнозернистых компонентов или агломератов. Вместе с тем, под острыми передними кромками здесь понимаются также такие варианты, в которых передняя кромка лопасти не является в узком смысле "острой, как нож", однако она значительно уже максимальной толщины лопасти (при измерении в направлении оси соответствующего ротора), т.е. составляет, например, лишь от 1/4 до 1/20 этой толщины (или еще меньше).
В особенно предпочтительном варианте изнашивающийся элемент имеет поперечное сечение в форме прямоугольной трапеции, т.е. трапеции с одним прямоугольным концом и одним концом, образованным линиями, сходящимися под сравнительно острым углом, причем образованное таким образом острие сечения также может быть слегка скошенным или закругленным.
Изнашивающийся элемент предпочтительно соединять с основой винтами с задней стороны основы через отверстия в основе, причем винты ввинчиваются в резьбовые отверстия на задней стороне изнашивающегося элемента. Резьбовыми отверстиями могут быть также вставные или впаиваемые резьбовые втулки.
В альтернативном варианте осуществления изобретения изнашивающийся элемент, занимающий большую часть передней кромки, имеет поперечное сечение, уменьшающееся от концевой части лопасти в направлении ее внутреннего по радиусу конца (комля), тогда как основа лопасти в этой зоне имеет соответственно увеличивающееся поперечное сечение. При этом сечение уменьшается или увеличивается в основном только по ширине лопасти смесителя, т.е. в направлении, измеряемом от передней кромки к задней стороне. Тогда при непрерывно и равномерно уменьшающемся поперечном сечении изнашивающийся элемент получает в плане форму прямоугольного треугольника со сравнительно острым углом. Конец с острым углом находится ближе к внутреннему по радиусу концу лопасти, т.е. ближе к валу. Это позволяет сэкономить еще большую часть более твердого и дорогостоящего изнашивающегося материала, так как износ уменьшается в направлении внутренних по радиусу участков лопасти и там соответственно требуется меньше изнашивающегося материала.
Другим вариантом, который, однако, основывается по существу на той же основной идее, является Z-образная форма в плане, при которой, исходя из рассмотренной выше треугольной формы, обе вершины треугольника (с углами меньше 90°) срезаны. Еще один вариант имеет приблизительно L-образную форму, причем более длинная сторона L, образующая переднюю кромку лопасти, непрерывно расширяется в направлении второй стороны L. В третьем варианте базовой треугольной формы (сужающийся к середине и расширяющийся наружу изнашивающийся элемент) линия сопряжения изогнута, т.е. гипотенуза ранее описанной треугольной формы заменена вогнутой (или же выпуклой) дугой.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества, особенности и возможности использования настоящего изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов его осуществления и соответствующих чертежей, на которых показано:
на фиг.1 - вращающийся смесительный резервуар с эксцентрически установленным валом смесителя и неподвижным скребком для снятия перемешиваемого материала со стенок и днища,
на фиг.2 - вид в плане лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом,
на фиг.3 - вид сбоку лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом,
на фиг.4 - вид в плане лопасти смесителя с треугольным съемным изнашивающимся элементом и основой с твердосплавным покрытием,
на фиг.5 - вид в плане лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом, выполненным с припуском по размеру,
на фиг.6 - вид сбоку лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом, выполненным с припуском по размеру,
на фиг.7 - вид сбоку лопасти смесителя с примыкающим к кромке съемным изнашивающимся элементом,
на фиг.8 - вид в плане лопасти смесителя с L-образным съемным изнашивающимся элементом, выступающим за обводы основы,
на фиг.9 - вид в плане лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом и съемным наконечником,
на фиг.10 - изометрическая проекция лопасти смесителя со съемным изнашивающимся элементом и съемным наконечником в продольном разрезе.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан смеситель 1, который в предпочтительном варианте осуществления изобретения снабжен вращающимся смесительным резервуаром 2 с круглым ровным днищем 3 и цилиндрической стенкой 4. Кроме того, смеситель имеет консольный ротор 5, установленный эксцентрически относительно середины резервуара, почти достигающий днища резервуара и снабженный закрепленными на нем на нескольких уровнях радиальными лопастями 6 со съемным изнашивающимся элементом. Резервуар 2 смесителя и ротор 5 приводятся во вращение посредством приводов (не показаны). Для снятия перемешиваемого материала с цилиндрической стенки 4 и днища 3 смесителя служит неподвижный комбинированный скребок 7. Разгрузка смесительного резервуара 2 осуществляется через центральное разгрузочное отверстие 8 в днище.
Ротор 5 представляет собой вал многоугольного сечения (не показан), на котором подвижно одно над другим установлены несколько приспособлений 9 для крепления лопастей. В пазы 10 этих приспособлений на штифтах (не показаны) через отверстие 11 вставляются лопасти 6. Колонна из приспособлений 9 для крепления лопастей 6 смесителя стягивается для работы с помощью соответствующего разъемного соединения. В альтернативном варианте осуществления изобретения лопасти 6 смесителя соединены с ротором 5 как единое целое. Для осуществления изобретения также не обязательно, чтобы смесительный резервуар 2 вращался, а ротор 5 был установлен эксцентрически в резервуаре. Наряду с использованием неподвижного смесительного резервуара 2, в котором один или несколько вращающихся вокруг своей вертикальной или наклонной оси роторов движутся по траектории сателлитов вокруг солнечного колеса, установленного по средней оси смесительного резервуара, ротор 5 с предлагаемыми в изобретении лопастями смесителя может быть также установлен по центру неподвижного смесительного резервуара. Предлагаемую в изобретении лопасть смесителя можно было бы также использовать, присоединив ее радиально к горизонтально расположенному ротору, установленному в горизонтальном неподвижном смесительном резервуаре.
Лопасть смесителя, показанная на фиг.2, состоит из основы 15, выполненной L-образной формы с прямоугольным вырезом, в который вставлен соответствующий прямоугольный изнашивающийся элемент 12, подогнанный к основе (заподлицо с ее поверхностями). И в этом случае предпочтительно, чтобы угол изнашивающегося элемента, находящийся в зоне сопряжения внутри, был сильно закруглен, как и соответствующий угол проема. Таким образом, вся лопасть в плане имеет форму продолговатого прямоугольника, причем большая часть передней кромки примерно до середины длины лопасти 6 смесителя образована изнашивающимся элементом 12. Изнашивающийся элемент 12, как это видно и на фиг.3, где лопасть смесителя показана с торца, на большей части своей длины имеет в поперечном сечении форму прямоугольной трапеции, вершина которой несколько срезана. И наоборот, изнашивающийся элемент можно определить и как прямоугольный параллелепипед, который с одной стороны (или с обеих сторон) имеет выраженный скос 13, так что изнашивающийся элемент получает сравнительно тонкую, ножеобразную переднюю кромку, а скос 13 образует поверхность, воздействующую на смешиваемый материал.
На фиг.2 видна зона перехода к внутреннему концу лопасти, в которой скос 13 становится все меньше, так что поперечное сечение изнашивающегося элемента 12 на его внутреннем конце снова принимает форму прямоугольника, что также дополняет прямоугольное поперечное сечение основы 15 до формы удлиненного, узкого прямоугольника. Внутренний конец основы 15 имеет такое же узкое прямоугольное сечение, образованное совместно изнашивающимся элементом 12 и основой 15 (если не учитывать скоса 13).
На изнашивающийся элемент приходится от 20 до 80%, предпочтительно от 30 до 70% и наиболее предпочтительно от 50 до 60% общей ширины лопасти смесителя.
Изнашивающийся элемент 12 и основа 15 лопасти 6 смесителя выполнены как отдельные детали конструкции. Как поясняется на фиг.2-10, эти детали соединяются между собой разъемным образом соответствующими средствами крепления. При этом соединение должно передавать усилия, прикладываемые к изнашивающемуся элементу 12 со стороны смешиваемого материала, на основу 15 лопасти 6 смесителя. Кроме того, изнашивающийся элемент 12 должен быть зафиксирован от прокручивания относительно основы 15 лопасти 6 смесителя.
Разъемное соединение и фиксацию от прокручивания можно обеспечить различными способами, например двумя или несколькими резьбовыми соединениями 14 (фиг.2), одним или несколькими центрирующими штифтами в сочетании с резьбовым соединением или соединением внахлестку изнашивающегося элемента и основы лопасти смесителя (фиг.7, 8), а также по меньшей мере одним разъемным соединительным элементом.
В варианте, показанном на фиг.4, съемный изнашивающийся элемент имеет в плане по существу треугольную форму. При этом треугольный в плане изнашивающийся элемент 12 имеет на внешнем по радиусу конце 16 ширину по торцевой стороне 18 изнашивающегося элемента, соответствующую обшей ширине лопасти 6 смесителя, и сужается оттуда в направлении внутрь к вершине треугольника, которая в этом случае заканчивается примерно на 40% общей длины лопасти 6 по передней кромке 17 изнашивающегося элемента (при измерении от ее внутреннего по радиусу конца).
Это распределение изнашивающегося материала с концентрацией материала в зоне концевой части и с уменьшением его количества по направлению к расположенным дальше внутрь по радиусу частям практически соответствует характеру изнашивания в процессе эксплуатации, поэтому можно исходить из того, что по истечении определенного времени, когда наступит срок замены изнашивающегося элемента 12, он будет по всей длине иметь равномерный износ в пересчете на переменное количество изнашивающегося материала в различных радиальных положениях.
На фиг.5 показан вариант осуществления изобретения, в котором прямоугольный в плане изнашивающийся элемент 12 имеет припуск по размеру относительно предусмотренного для этого изнашивающегося элемента выреза в основе 15 лопасти 6 смесителя, т.е. выступает как вперед, так и в радиальном направлении за примыкающие к нему кромки и поверхности основы 15. Прямоугольный изнашивающийся элемент 12 в альтернативном варианте осуществления изобретения также может состоять из нескольких собранных вместе прямоугольных или L-образных деталей.
Как показано на фиг.6, соответствующий изнашивающийся элемент 12 может также выступать за примыкающие плоскости основы 15 в вертикальном направлении, т.е. перпендикулярно к плоскости чертежа на фиг.5, что в результате приводит к тому, что основа 15 еще лучше защищена от воздействия смешиваемого материала и, следовательно, от износа, чем в варианте осуществления изобретения, показанном, например, на фиг.2 и 3.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.7, предусмотренный для изнашивающегося элемента 12 вырез выполнен в виде паза, поэтому в нижней зоне основы 15 лопасти остался буртик 20, который служит в качестве опорной поверхности для изнашивающегося элемента 12. Такой вариант осуществления изобретения особенно выгоден, если на изнашивающийся элемент или на лопасть 6 смесителя действуют большие крутящие моменты (относительно продольной оси лопасти). Если изнашивающийся элемент 12 закреплен только винтами, как показано, например, на фиг.2 и 5, то в случае таких крутящих моментов на резьбовое соединение также действуют очень большие усилия. Буртик 20, показанный на фиг.7, воспринимает такие крутящие моменты без чрезмерной нагрузки на крепежные винты 14.
Чтобы предохранить от износа нижнюю переднюю кромку буртика 20 или основы 15 лопасти, на передней кромке изнашивающегося элемента 12 имеется направленный вниз выступ 28, перекрывающий переднюю кромку буртика 20.
Однако при желании можно выполнить переднюю кромку изнашивающегося элемента 12 такой же острой или узкой, как в примере, показанном на фиг.6, несколько удлинив изнашивающийся элемент 12 вперед или сделав скос 13 несколько глубже или круче.
На фиг.8 представлен вариант, в котором съемный изнашивающийся элемент 12 имеет в плане L-образную форму и, следовательно, за счет большего перекрытия и большей площади контакта между основой 15 и изнашивающимся элементом 12 обеспечивает более устойчивое крепление. Одновременно тем же износостойким материалом защищена от износа и вся внешняя по радиусу кромка конца лопасти. При использовании крепления 22 короткой стороны L на торце основы 15 эта короткая сторона L служит также для фиксации от прокручивания и разгружает винты 14, когда крутящие моменты относительно продольной оси лопасти 6 действуют на изнашивающийся элемент 12 или на поверхность скоса 13.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения показан на фиг.9. Здесь съемный изнашивающийся элемент 12 на передней кромке скомбинирован со съемным наконечником, выполненным как отдельная деталь. Винт 22, которым крепится наконечник, направлен по оси и утоплен в наконечник 21 на максимально возможную глубину. Отверстие 23 под головку винта закрывается соответствующей, также съемной заглушкой 24. Фиксация наконечника 21 от прокручивания (вокруг оси отверстия 23) осуществляется в данном случае за счет перекрытия 25 с основой 15 лопасти 6 смесителя. Съемный изнашивающийся элемент 12 на передней кромке устанавливается между основой лопасти и наконечником 21.
Особенно предпочтительный вариант осуществления изобретения показан в продольном разрезе на фиг.10 в изометрической проекции. Съемный изнашивающийся элемент 12 на передней кромке лишь частично перекрывает общую длину основы 15 лопасти 6. Крепление съемного изнашивающегося элемента 12 осуществляется со стороны задней кромки несколькими резьбовыми соединениями 14. На углу задней кромки основы 15 заподлицо с ней устанавливается наконечник 26, выполненный как отдельная деталь. Крепление наконечника с помощью резьбового соединения 22 осуществляется в осевом направлении. Фиксация наконечника 26 от прокручивания осуществляется в этом случае за счет его прилегания одной кромкой к съемному изнашивающемуся элементу 12. Основу 15 лопасти 6 смесителя в той ее части, что не защищена съемными изнашивающимися элементами 12, 26, можно в соответствии с уровнем техники защитить от износа несъемным защитным элементом 27.
Для целей первоначальной публикации отмечается, что все признаки, раскрытые и понятные специалистам, в настоящем описании, на чертежах и в формуле изобретения, даже если они конкретно описаны только в связи с определенными другими признаками, могут комбинироваться как в отдельности, так и в сочетании с другими раскрытыми здесь признаками или группами признаков, если только это прямо не исключалось или если такие комбинации невозможны или бессмысленны с технической точки зрения. Полное, детальное представление всех возможных комбинаций признаков изобретения не приводится в интересах краткости и удобочитаемости описания.