ВИБРАЦИОННЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к перемешивающим устройствам (мелкодисперсных материалов с жидкостью), при непрерывном или периодическом процессе, и может быть применена, например, для отделения химическим путем частиц металлов с поверхности порошка карбида бора путем перемешивания последнего в растворе соляной кислоты.
Известен вибрационный смеситель (см., например, Справочник «Вибрации в технике» в 6-и томах. Том 4 «Вибрационные процессы и машины.» М., Машиностроение, 1982 г., стр.409-411), содержащий камеру, в полости которой установлена вибрационная мешалка, представляющая собой вертикальный шток с прикрепленными к нему одним или несколькими дисками с отверстиями. Верхний конец штока соединен с якорной частью электромагнитного возбудителя вертикально направленных колебаний частотой 25-100 Гц. Отверстия в дисках могут иметь сужения, направленные вверх или вниз.
Недостаток данной конструкции аппарата для смешения суспензий состоит в недостаточной эффективности перемешивания вязких суспензий, так как из-за малого хода штока с дисками недостаточна турбулизация продукта в камере струями, вытекающими из отверстий дисков. Полноценная струя за такой малый ход штока не может сформироваться.
За прототип авторами принят вибрационный смеситель (см., например, свидетельство на полезную модель №28988, В01F 5/04, 2002 г.) сыпучего материала с жидкостью, содержащий камеру, в полости которой размещена вибрационная мешалка, состоящая из одного или нескольких дисков с перфорациями конической или коноидной формы и штока, к которому прикреплены диски, и электромагнитного вибровозбудителя вертикально направленных колебаний частотой 25-100 Гц., к якорной части которого присоединен верхний конец штока, причем камера снабжена патрубками ввода подлежащих смешению материалов и выхода смеси и сигнализаторами уровня смеси в камере, диаметр диска вибрационной мешалки составляет 0,7-0,75 диаметра камеры, а перфорации снабжены выступающими над дисками соплами конической или коноидной формы с выходными сужеными отверстиями диаметром 12-20 мм. каждое, суммарное сечение которых составляет 15-20% площади, занимаемой диском в поперечном сечении камеры, при этом часть сопел на дисках направлена вниз, другая часть - вверх.
Дополнительно в известном смесителе предлагается, чтобы сопла выступали над поверхностью диска на 4-6 мм.
Дополнительно предлагается в известном смесителе сопла, расположенные в центральной части диска, направить сужениями вниз, а в периферийной части диска - вверх, при этом сопла, направленные в одну сторону составляют 40-60% их общего количества на диске.
Дополнительно предлагается в известном смесителе патрубок выхода смеси из полости камеры, присоединенный к днищу последней, снабдить разгрузочным устройством, например, клапаном, или задвижкой, или шнеком.
Дополнительно предлагается в известном смесителе, чтобы вибрационная мешалка была присоединена к якорной части электромагнитного вибровозбудителя, генерирующего колебания штока с дисками с амплитудой виброскорости 0,6-0,8 м/с, а камера, установлена на виброизоляторах и присоединена к корпусной части вибровозбудителя.
Также дополнительно предлагается в известном смесителе поверхности вибрационной мешалки и внутреннюю стенку камеры покрыть материалом, препятствующим налипанию на них получаемой смеси, например, фторопластом, или отполированы.
Известный вибрационный смеситель не отличается высокой эффективностью перемешивания по следующим причинам. Во-первых, вибрационный смеситель не работает эффективно при малых амплитудах колебаний штока с дисками, так как при этом не организуется достаточная турбулизация смеси в полости камеры при истечении струй через отверстия и сопла в дисках. При таких частотах происходит колебание струй около какого то положения, но движения струй и турбулизации смеси в объеме полости камеры не наблюдается. Во-вторых, в известном смесителе отсутствует возможность выбора и изменения положения штока с дисками по высоте камеры и зазора между статорной и якорной частями вибровозбудителя. А часто в зависимости от консистенции и вида смешиваемых материалов и частоты колебаний это необходимо делать. В-третьих, вибрационный смеситель, как правило, предназначен для приготовления суспензии в небольших количествах. Это позволяет получить качественное перемешивание смеси, периодически чистить камеру и не раздувать до неподъемных габаритов электромагнитный вибровозбудитель. В громоздком смесителе массивная подвижная часть-якорь, шток с дисками в вязкой жидкости из-за большой инерции покоя просто не может колебаться с высокой частотой. Да просто напросто и не нужна такая высокая частота. Лучше всего для вибрационных смесителей подходит частота 0,5-5 Гц. Необходимо, чтобы смесь в объеме камеры находилась в постоянном движении в результате резкого (импульсного) движения штока с дисками и формирования струй, не успела еще смесь успокоиться, как снова ей дали толчок турбулизации и т.д. Смесь в камере таким образом все время находится во взбаламученном состоянии. Необходимо отметить еще один недостаток известного вибрационного смесителя. Шток введен в камеру через жесткую, активную, герметизирующую мембрану, что требует дополнительно значительного усилия со стороны электромагнитного вибровозбудителя, для ее деформации.
Задачей предложенного технического решения является создание вибрационного смесителя, свободного от вышеуказанных недостатков, т.е. смесителя с большой амплитудой хода штока, с возможностью изменения положения штока с дисками по высоте в камере и изменения амплитуды колебаний штока с дисками, малогабаритного и удобного в эксплуатации.
Технический результат от использования предложенного вибрационного смесителя состоит в повышении эффективности и качества перемешивания.
Указанный технический результат в известном вибрционном смесителе для смешивания сыпучего материала с жидкостью, содержащем камеру, установленную на несущий конструкции аппарата, шток вибрационной мешалки, несущий один или несколько дисков с отверстиями и присоединенный верхним концом к якорной части электромагнитного вибровозбудителя вертикально направленных колебаний достигается тем, что несущая конструкция аппарата выполнена в виде станины для размещения смешивающей камеры и двух, диаметрально расположенных и жестко скрепленных со станиной, стоек, между которыми с возможностью перемещения в вертикальных направлениях и скрепленные с ними, установлены две перемычки, на первой из которых укреплена статорная часть электромагнитного вибровозбудителя, а на второй, расположенной над первой, через пружину укреплена якорная часть электромагнитного вибровозбудителя, а шток введен в камеру через пассивный герметизирующий элемент.
Дополнительно это достигается тем, что в качестве пассивного герметизирующего элемента использован гофр.
Предлагаемый вибрационный смеситель (периодического режима) пылевидных и мелкозернистых материалов иллюстрируется чертежом, на котором представлен схематический вертикальный разрез аппарата.
Вибрационный смеситель для смешивания сыпучего материала с жидкостью содержит камеру 1, установленную на несущей конструкции, выполненной в виде плоской станины 2, для размещения камеры 1, и двух, диаметрально расположенных и жестко скрепленных со станиной, стоек 3 и 4, между которыми с возможностью перемещения в вертикальном направлении и скрепленных с ними, установлены две перемычки 5 и 6, на первой из которых укреплена статорная часть 7 вибровозбудителя 8, а со второй перемычкой 6, расположенной над первой перемычкой 5, через пружину 9 свободно скреплена якорная часть 10 вибровозбудителя 8, а шток 11 введен в камеру 1 через гофр 12, укрепленный на втулке 13, герметично вставленной в отверстие 14 в крышке 15 камеры 1. С якорной частью 10 вибровозбудителя 8 шток 11 скреплен жестко. На нижнем конце штока 11 закреплен диск 16 с отверстиями 17. После выбора положения перемычек 5 и 6 они фиксируются на стойках с помощью барашковых винтов 18 и 19, путем их вкручивания по резьбе во втулках 20. Одним из основных элементов статорной части 7 вибровозбудителя 8 является обмотка 21. В исходном состоянии между статорной и якорной частями соответственно 7 и 10 имеется зазор 22. Диск 16 на штоке 11 может быть один или несколько. Диаметр нижнего диска 16 выбирается из условия, чтобы зазор 23 между диском 16 и стенками камеры 1 был не более 5-8 мм, в этом случае зазор 23 тоже выполняет роль турбулизатора смеси в камере 1. Для обеспечения удобства выгрузки смеси из камеры 1, шток 11 выполнен составным, обе его части соединяются резьбовой втулкой 24. Втулки 20 скреплены с перемычками 5 и 6 сваркой. Стойки 3, 4 и шток 11 для облегчения конструкции могут быть выполнены трубчатыми, перемычки 5 и 6 тоже могут быть выполнены из трубок в виде рамок.
Вибрационный смеситель работает следующим образом.
Вначале устанавливают изменением положения перемычки 6 положение диска 16 в камере 1, фиксируют выбранное положение с помощью барашковых винтов 19. Затем смещением перемычки 5 устанавливают ход штока 11 с диском 16 или, иными словами, устанавливают зазор 22. Включают генератор импульсов (на чертеже не показан), подаваемых в катушку 21. Якорь 10 начинает лавинообразно притягиваться к неподвижному статору 7, а диск 16 с отверстиями 17 двигается вниз в суспензии в полости камеры 1, при этом при притягивании якоря 10 к статору 7 через отверстия 17 в диске 16 и зазор 23 будут формироваться струи, направленные вверх. Более того, при движении диска 16 вниз происходит закручивание жидкости из под диска 16 в зазор 23 и эффективный захват жидкости с пылевидными и зернистыми материалами из нижней угловой области камеры. С окончанием импульса тока через катушку 21 упругий элемент - пружина 9, начинает тянуть всю подвижную систему вибросмесителя - якорь 10, шток 11, диск 16 вверх, при этом через отверстия 17 и зазор 23 тоже идет переток суспензии вниз, но с меньшей скоростью.
Таким образом, предложенный вибрационный смеситель отличается от известного большей эффективностью перемешивания жидкости с мелкодисперсным материалом, так как при ходе штока с диском (дисками) на 20-60 мм формируются мощные полноценные струи на большую высоту в суспензии в полости камеры. Происходит эффективное перемешивание во всем объеме суспензии в камере. Ход штока и положение диска в камере можно менять в больших пределах. Частоту подачи импульсов в катушку вибровозбудителя тоже можно изменять в широких пределах, но как показывает практика, наиболее эффективное перемешивание достигается при ходе штока с диском на 40-60 мм при частоте подачи импульсов около 1 Гц. При этом электромагнитный вибровозбудитель получается приемлемых размеров. Пружину нет необходимости брать жесткой, так как основное формирование струй и перемешивание происходят при движении штока с диском вниз. Основная функция пружины - обеспечить возврат штока с диском в исходное положение за время между импульсами. Гофр - это мягкий упругий элемент, обеспечивающий герметизацию камеры во время движения штока. Дополнительных больших усилий для его деформации со стороны электромагнитного возбудителя не требуется. Конструктивно предложенный вибрационный смеситель очень прост, легок и компактен, легко разбирается и собирается перед и после транспортировки и позволяет достичь все обещанные преимущества.
Предложенный виброционный смеситель используется в технологии переработки отходов производства борсодержащих материалов на ОАО «Авиабор» г.Дзержинска на данный момент в периодическом режиме, так как пока идет отработка технологии переработки.