СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным устройствам для перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей и растворов, эмульсий и суспензий и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, медицинской, горнодобывающей и других отраслях промышленности.
Известен смеситель для растворов и суспензий, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту типа «диск-диск», ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, при этом тихоходная мешалка снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установлена соосно корпусу (Авт. св. СССР №697167, B01F 13/00, B01F 7/18, 1979).
К причинам препятствующим достижению заданного результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, суспензий и эмульсий в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту типа «диск-диск», ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, при этом тихоходная мешалка снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, а на внутренней стороне лопастей тихоходной мешалки в зоне вращения быстроходной мешалки дополнительно жестко закреплены лопатки под углом 40-50° к плоскости лопастей тихоходной мешалки [Патент на полезную модель РФ №102428, B01F 13/00, B01F 7/18, 2009].
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за одинаковой скорости ее вращения во время работы.
Известен смеситель для растворов и суспензий, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку и гидромуфту типа «диск-диск», ведущая полумуфта которой закреплена на центральном валу, а ведомая на лопастях тихоходной мешалки, тихоходная снабжена поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установлена соосно корпусу, при этом диски ведущей и ведомой полумуфты выполнены овальными и ведущая полумуфта закреплена под углом 5-20° к оси вала (А.С. СССР №1736589, B01F 7/18, 1992).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата является низкий крутящий момент передаваемый муфтой типа «диск-диск» от быстроходной к тихоходной мешалке, что приводит к малой скорости вращения тихоходной мешалки, особенно при колебаниях уровня жидкости в аппарате. Это снижает эффективность перемешивания, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции смесителя по совокупности признаков и принятым за прототип является смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части, и установленную соосно корпусу и гидромуфту, ведомая полумуфта которой закреплена на лопастях тихоходной мешалки, при этом ведомая полумуфта выполнена в виде цилиндрического патрубка, установленного осесимметрично с валом, а отношение внутреннего диаметра которого к диаметру вала составляет
,
где D и d - соответственно внутренний диаметр патрубка и диаметр вала (Патент на полезную модель РФ №109010 B01F 7/16, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная эффективность перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения без ускорений и торможений.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является увеличение эффективности перемешивания высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий в зоне работы тихоходной мешалки за счет изменения скорости ее вращения с ускорениями и торможениями в течение одного оборота.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку, снабженную поплавком, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части и установленную соосно корпусу, и гидромуфту с ведомой полумуфтой выполненной в виде патрубка, который закреплен на лопастях тихоходной мешалки и установлен осесимметрично с валом, при этом на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, причем ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка ведомой полумуфты к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет
где L и l - соответственно длина малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты.
Жесткое закрепление на валу ведущей полумуфты овальной формы и выполнение отверстия в патрубке также овальной формы позволяет перевести работу тихоходной мешалки в режим вращения с переменной скоростью, что увеличивает эффективность перемешивания в зоне ее работы, особенно при смешивании высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
Уменьшение отношения длины малой оси овала в отверстии патрубка ведомой полумуфты к длине большой оси овала ведущей полумуфты ниже указанного предела L/l=1,05 может привести к трению поверхностей обеих полумуфт, когда зазор между ними из-за раскачивания тихоходной мешалки в процессе вращения становится равным нулю, что приводит к истиранию поверхностей полумуфт и снижению эффективности смешивания.
Увеличение отношения длины малой оси овала в отверстии патрубка ведомой полумуфты к длине большой оси овала ведущей полумуфты выше указанного предела L/l=1,1 приводит к увеличению зазора между поверхностями обеих полумуфт, что вызывает уменьшение колебаний скорости вращения тихоходной мешалки и снижение качества смешения.
Таким образом, предлагаемая конструкция смесителя с рабочими поверхностями ведущей и ведомой полумуфт овальной формы позволяет перевести работу тихоходной мешалки из режима вращения с постоянной скоростью в режим с переменной скоростью вращения, что повышает эффективность перемешивания, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой конструкции смесителя, на фиг.2 вид сверху на ведущую и ведомую полумуфты в разрезе А-А.
Смеситель состоит из быстроходной мешалки 1 закрепленной на валу 2, тихоходной мешалки 3, установленных соосно корпусу 4. Лопасти тихоходной мешалки 3 снабжены поплавком 5, выполненным в виде тора, жестко закрепленным в верхней ее части. На лопастях тихоходной мешалки закреплен патрубок 6, установленный соосно валу 2 и имеющий отверстие овальной формы с длиной малой оси L. На валу 2 жестко закреплена ведущая полумуфта 7, имеющая форму овала с длиной большой оси 1, причем длина малой оси овала в отверстии патрубка 6, к длине большой оси овала ведущей полумуфты 7 подчиняется условию (1).
1
2
Смеситель работает следующим образом. В корпус заливают перемешиваемую жидкость. Поплавок 5 всплывает вместе с тихоходной мешалкой 3. От привода передается вращение с числом оборотов n на вал 2 быстроходной мешалки 1. Перемешиваемая жидкость, находящаяся в зазоре между рабочими поверхностями патрубка 6 и полумуфты 7, передает крутящий момент от вала 2 к лопастям тихоходной мешалки 3. Так как при вращении обеих мешалок: быстроходной 1 и тихоходной 2, зазор между рабочими поверхностями патрубка 6 и полумуфты 7 непрерывно изменяется от наименьшего (показан на фиг.2) к наибольшему, то меняется и крутящий момент, передаваемый от вала быстроходной мешалки 2 к тихоходной мешалке 3, а значит число оборотов n.
1
2
Таким образом, за один оборот тихоходной мешалки, она то, ускоряясь, то замедляясь, интенсифицирует процесс перемешивания в зоне своей работы, что приводит к повышению в целом эффективности перемешивания особенно высоковязких неньютоновских жидкостей, растворов, эмульсий и суспензий. Колебания уровня жидкости не влияют на работоспособность смесителя, так как длина ведущей полумуфты больше длины патрубка ведомой полумуфты, а значит, рабочие поверхности полумуфт остаются неизменными при любых колебаниях уровня жидкости в корпусе. Смеситель предлагаемой конструкции несложен в изготовлении и эксплуатации. Полумуфты овальной формы несложно установить как на вновь проектируемые аппараты с мешалками, так и на находящиеся в эксплуатации. Одновременное комбинированное перемешивание жидкости быстроходной мешалкой с постоянным числом оборотов n и тихоходной мешалкой с переменным числом оборотов n, повышает эффективность смешения высоковязких неньютоновских растворов, суспензий и эмульсий.