Многокоординатное винтовое перемешивающее устройство

Область техники, к которой относится полезная модель
Данное устройство относится к кормопроизводству и обеспечивает повышение полноты используемости растительного масла в комбикормовом производстве.
Уровень техники и степень актуальности для обоснования целесообразности внедрения
При производстве комбикормов и при приготовлении кормов для сельскохозяйственных животных и птиц массово используется подсолнечное масло, и по ряду причин, немалое количество масла хранится в складах растительного масла комбикормовых заводов. Так уж сложилось, что для добавления в комбикорма целесообразно использовать не самые высокие сорта подсолнечного масла и по причине присутствия в кормовом масле нежировых и жировых примесей масло, содержащееся в емкостях необходимо перемешивать с целью недопущения осаждения примесей и образования густых накоплений на дне емкостей; в противном случае слежавшиеся на дне емкостей вязкие накопления из-за процессов автоокисления начинают портиться, и возникает необходимость часто их чистить от осадков и утилизировать эти осадки по различным направлениям; получается, для обеспечения полноты использования подсолнечного масла требуется присутствие в емкостях перемешивающих устройств.
Известно множество типов перемешивающих устройств для аналогичных сред, суть решаемых задач у всех примерно одна и та же - это элементарная техническая задача - создавать потоки жидкости в направлении, противоположном направлению осаждения более плотных, от основной среды, частиц на дно емкости. Наиболее эффективным перемешивающим устройством для данного типа перемешиваемых сред является перемешивающее устройство с рабочим органом в виде гребного винта, ибо гребной винт это самое отработанное и эффективное рабочее колесо для создания патока жидкости в свободной среде.
При комбикормовых заводах растительное масло в немалых объемах хранится в вертикальных цилиндрических емкостях по 100-1000 кубических метров.
Известно, что главный принцип эффективного смешивания в пропеллерных мешалках это то, что за счет создания потока жидкости гребным винтом в каком-либо направлении создаются условия недопущения осаждения частиц; одним из распространенных вариантов расположения пропеллерного рабочего органа является нижнее расположение, при котором жидкость, подаваемая в направлении вертикально вверх, постоянно действует на частицы с удельной плотностью больше чем плотность основного массива и не дает осаждаться более плотным фракциям. Примерами положительного использования гребного винта в качестве перемешивающего устройства являются: (1) это просто пропеллерный смеситель - смешивающий пропеллер расположен на нижней части горизонтальной емкости и при высокой частоте вращения, даже при кратковременном включении, за счет высокой турбулентности поднимает со дна весь осадок и интенсивно перемешивает с основной массой, описание приведено в статье: Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. Пропеллерный смеситель кормов. /Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1988. -№3 и «Винтовой смеситель кормов» /Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. //Информ. Листок Татарского ЦНТИ. 1988. №22-88.); (2) а.с. 1428341, а.с. 1595434 и а.с. 1611324, где в качестве активного элемента мешалки используется гребной винт, дополнительно используются, кроме как перемешивания, другие свойства от работы гребного винта при добавлении дополнительных механизмов для достижения многофункциональности агрегатов; (3) много примеров использования разработки фирмы «Конверсия-нефть», в котором пропеллерный перемешивающий блок с рабочим органом в виде гребного винта обеспечивает передачу 5,5 кВт энергии потока жидкости в толщу перемешиваемой среды за счет вращающегося гребного винта диаметром 500 мм.
2
2
2
Однако при использовании гребного винта в качестве перемешивающего устройства в емкости с плоскодонным исполнением, тем более, когда диаметр и высота емкости почти один к одному или чуть более, появляется условие оседания твердых частиц, в частности, например, около стенки напротив винта по следу потока, тем более это усугубляется в зимнее время, когда растительное масло густое, в случае если не подавать энергию тепла из другого источника; Есть примеры попыток решить вопрос иным путем, т.е. расположив рабочее колесо - гребной винт на уровне верхней поверхности, утопив рабочий орган на глубину около 30-40 см и создав скоростной поток жидкости (растительного масла) в направлении вниз, что соответственно ударившись о дно емкости, создаст и восходящие потоки, расположенные дальше от эпицентра воздействия создаваемого следа от воздействия гребного винта, и не даст осаждению частиц, плотность которых не намного превышает плотность растительного масла, т.е. при плотности подсолнечного масла 0,92 г/см и плотности включений 1,05 г/см перемешивающее устройство в виде гребного на вертикальных емкостях, казалось бы, должно работать вполне эффективно, однако, когда некоторые партии масла поступают с повышенным содержанием нежировых примесей, имеющих повышенную плотность 1,3-1,5 г/см, мешалка с верхним расположением рабочего колеса не обеспечивает эффективное перемешивание.
Ближайшим прототипом предполагаемой полезной модели можно принять пропеллерную мешалку разработки фирмы «Конверсия-нефть», имеющую конструктивные особенности в описании разработчика: (1) в составе пропеллерной мешалки имеется редуктор с конической передачей, обеспечивающей надежную работу даже на высоковязких продуктах; (2) вал мешалки располагается под некоторым углом; (3) гребной винт имеет диаметр 500 мм и передает относительно небольшую мощность 5,5 кВт, т.е. вращение гребного винта тихоходное.
Ниже описывается многокоординатное винтовое перемешивающее устройство для вертикальных емкостей, имеющее новые качества, которые позволяют считать данное устройство полезной моделью.
Задачей полезной модели является обеспечение режима эффективного перемешивания содержимого в вертикальной цилиндрической емкости для хранения растительного масла, что, в свою очередь, является одним из важных факторов повышения полноты используемости растительного масла в комбикормовом производстве.
Указанная задача решается тем, что для осуществления привода рабочих органов (гребного винта) используется гидромотор, который находится в среде подсолнечного масла, размещенной в емкости для хранения масла, и передает вращение одновременно двум гребным винтам, прикрепленным к ступицам механизма перераспределения мощности; каждый гребной винт создает скоростной поток жидкости с изменяемым вектором следа потока по дополнительным координатам: (1) изменение угла поворота поворотных кулаков механизма перераспределения мощности, на которые закреплены гребные винты - это еще две координаты, вдобавок первичной координате - вращение винта в двух направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки) за счет воздействия гидроцилиндра поворота; (2) линейное перемещение всего привода в горизонтальном направлении, перпендикулярном к стенке емкости, благодаря закреплению механизма перераспределения мощности на подвижном штоке механизма линейного перемещения - это 4-я координата; (3) поворот всего механизма перераспределения мощности вместе со штоком механизма линейного перемещения вокруг оси подвижного штока на некоторый угол - это 5-а координата.
За счет обеспечения возможности изменения положения в пространстве вектора следа двух потоков жидкости, перекачиваемых двумя гребными винтами, значительно улучшается гидродинамическая составляющая перемешивающего устройства, что обеспечивает уменьшение застойных зон по поперечному сечению вертикальной емкости.
Анализ уровня техники не выявил устройство того же назначения, что и предлагаемое техническое решение, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы существенные признаки, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «новизна».
Заявляемая полезная модель показана на нижеприведенных чертежах, т.е. в нижеприведенных фигурах к описанию полезной модели показаны основные элементы конструкции многокоординатного винтового перемешивающего устройства.
На фиг. 1 показан вид общий вид многокоординатного винтового перемешивающего устройства в смонтированном виде к вертикальной емкости для хранения масла.
На фиг. 2 - продольный разрез механизма линейного перемещения многокоординатного винтового перемешивающего устройства.
На фиг. 3 - вид сбоку механизма линейного перемещения многокоординатного винтового перемешивающего устройства.
На фиг. 4 - разрез А-А фиг. 3.
На фиг. 5 - разрез Б-Б фиг. 3.
На фиг. 6 показан вид сбоку концевой опоры многокоординатного винтового перемешивающего устройства.
На фиг. 7 - разрез В-В фиг. 6.
На фиг. 8 показана аксонометрическая проекция концевой опоры многокоординатного винтового перемешивающего устройства.
Многокоординатное винтовое перемешивающее устройство, показанное на вышеупомянутых фигурах, в конкретном исполнении возможно реализовано согласно описанию в нижеприведенном виде.
Основной рабочий орган - гребные винты 9 (фиг. 1) расположены внутри емкости 10 (фиг. 1) и приводятся во вращение гидромотором 11, закрепленным на кронштейне 12, к гидромотору при помощи гибких гидрошлангов 13 подается высоконапорный поток гидравлической жидкости (при этом, в обязательном порядке гидравлическая жидкость должна быть с пищевым допуском) с насосного агрегата 14 (в котором силовым агрегатом, например, служит гидронасос - аксиально-поршневой, массово производимый, насос марки NP-90.MNL). На фиг. 1 также показана вспомогательная гидростанция 15, обеспечивающая работу нижеследующих механизмов многокоординатного винтового перемешивающего устройства:
гидроцилиндра поворота 16 сошки 17 поворотных кулаков 18 механизма перераспределения мощности 19, при этом гидроцилиндр поворота закреплен к опоре 20, смонтированной остову 21 механизма перераспределения мощности 19, а к остову 21 наряду с механизмом перераспределения мощности 19 также прикреплен кронштейн 12 для размещения на нем гидромотора 11; в свою очередь остов прикреплен к соединительному коробу 22 (фиг. 2, фиг. 3);
гидроцилиндра линейного перемещения 23 (фиг. 2) механизма линейного перемещения 24 (фиг. 1), задняя крышка (гидроцилиндра линейного перемещения) 25 (фиг. 4) которого прикреплена болтовым соединением 26 (фиг. 2) к фланцу крепления 27, который размещен между передним фланцевым патрубком 28 и дистанционной гильзой 29 и зафиксирован болтовыми соединениями 30, к дистанционной гильзе закреплена при помощи болтовых соединений  31 направляющая гильза 32, которая является элементом сопряжения при скольжении и повороте для ползуна 33, к которому прикреплен концевой фланец 34 (фиг. 2, фиг. 4, фиг. 5). Шток 35 гидроцилиндра линейного перемещения 23, выступающий из гидроцилиндра через переднюю крышку 36 (фиг. 4) корпуса 37 гидроцилиндра линейного перемещения 23 (фиг. 2), при помощи гайки 38 прикрепляется к соединительному коробу 22, который в свою очередь закреплен к концевому фланцу 34 ползуна 33 (фиг. 2, фиг. 4) механизма линейного перемещения 24 (фиг. 1); к соединительному коробу 22 прикреплен вал 39 (в виде вала шлицевого соединения или вала с поперечным сечением в виде многогранника или квадрата), который опирается и скользит по выходному валу гидродвигателя поворота 40 (фиг. 6), который прикреплен контактному фланцу 41 (фиг. 7, фиг. 8) задней опоры 42 (фиг. 1), которая в свою очередь прикреплен задним соединительным патрубком 43 ко второму фланцу 44 заднего люка 45, между задним соединительным патрубком 43 и контактным фланцем 41 (фиг. 7, фиг. 8) располагается задняя дистанционная гильза 46.
Механизм линейного перемещения 24 передним соединительным патрубком 28 (фиг. 4) прикреплен к основному фланцу 47 переднего люка 48 емкости 10 (фиг.1).
Многокоординатное винтовое перемешивающее устройство работает следующим образом:
Рабочие органы - гребные винты вращаются через приводные механизмы от гидромотора 11 и создают скоростной поток жидкости. Когда начинает действовать гидроцилиндр поворота кулаков приводного механизма происходит изменение направления вектора следа скоростного потока жидкости на некоторый угол (+25… -25 градусов) по плоскости параллельной плоскости расположения остова крепления приводного механизма. Когда включается функционирование гидроцилиндра линейного перемещения, гребные винты со всеми приводными элементами начинают перемещаться в направлении, перпендикулярном к оси приводного механизма (или вдоль механизма линейного перемещения 24), что также приводит изменению направления вектора следа скоростного потока жидкости, т.е. след потока жидкости становится ближе или дальше к центру емкости на некоторое расстояние (-0,7…+0,7 м), кроме того, электродвигатель поворота может осуществлять поворот на некоторый угол (+25… -25 градусов) в плоскости, перпендикулярной оси механизма линейного перемещения (как частный случай это может быть параллельной к образующим цилиндрической, вертикально расположенной, емкости), таким образом, проявляется дополнительная координата изменения вектора следа скоростного потока жидкости.
Список библиографии
1. А.С. № 1253583 СССР, МКИ A23N 17/00. Смеситель-запарник кормов /Сулейманов Р.З. (СССР). №3861051/30-15, Заявл. 01.03.85., Опубл. 30.08.86., Бюл. №32.
2. А.С. на изобретение №1428341 СССР, МКИ A23N 17/00. Устройство для смешивания и подачи кормов. /Сулейманов Р.З., Рудаков А.И. (СССР). №4168573/30-15, Заявл. 02.12.85., Опубл. 07.10.88., Бюл. №37.
3. А.С. на изобретение №1437083 СССР, МКИ 4 В 01 F 5/04. Установка для приготовления аммиачной воды /А.И. Рудаков, А.И. Семенов, Р.З. Сулейманов (СССР). - № 4243341/31-26. Заявл. 11.04.87; опубл. 15.11.88, бюл. № 42. - 3 с.
4. А.С. на изобретение №1503870 СССР, МКИ 4 В 01, F 5/04. Эжекторный смеситель 1 А.И. Рудаков, А.И. Семенов, Р.З. Сулейманов (СССР). - № 4381067/30-26. Заявл. 19.11.87; опубл. 30.08,89, бюл. № 32. - 4 с.
5. А.С. на изобретение №1611324 СССР, МКИ A23N 17/00. Устройство для приготовления и подачи кормов./ Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. (СССР). №4647521/30- 15, Заявл. 09.02.89, Опубл. 07.12.90, Бюл. №45.
6. Винтовой смеситель кормов / Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. информационный листок Татарского ЦНТИ.- 1988.- № 22-88.-2с.
7. Корсаков А.Г., Сулейманов Р.З. Расширение сферы применения гидропривода с целью снижения энергоемкости и использования в случаях аварийных отключений электроэнергии: // Сб. науч. тр. - Казань: изд-во КГСХА, 1996. - С. 126 - 135.
8. Определение минимальной мощности потребной для смешивания кормов в винтовом смесителе /Рудаков А.И., Сулейманов Р.З.// В сб. научных трудов Горьковского сельскохозяйственного института. - Горький, 1990, с. 56-63.
9. Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. Пропеллерный смеситель кормов. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1988. -№3.
10. Рудаков А.И., Сулейманов Р.З. Классификация и анализ устройств для тепловой обработки пищевых отходов. КСХИ им. Горького. М., 1988.12 с. - Деп. Во ВНИИТЭИАгропром 23.10.88, №10379.
11. Установка для смешивания и подачи кормов. /Сулейманов Р.З., А.И. Рудаков.// Информ. Листок Татарского ЦНТИ -1989 №411 - 89.