СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящее устройство относится к области переработки сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть использовано в химической, строительной, пищевой, фармацевтической промышленности.
Из существующего уровня техники известен смеситель сыпучих материалов со шнековым ротором [см. кн. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов - М.: Машиностроение, 1973, с.133]. Создается поток материала вверх за счет вращающихся шнеков и обратный поток в местах наиболее удаленных от шнеков. Недостатком данного технического решения является создание интенсивной циркуляции материала в ограниченном корпусом объеме камеры смешивания.
Из существующего уровня техники известен смеситель, позволяющий минимизировать асимметрию крутильных моментов на приводной вал за счет разности расстояний от вала до диаметрально противоположных лопастей, что приводит к повышению надежности в работе путем минимизации неравномерности нагрузки на вал [см. а.с. №1713630 (СССР), кл. В01F 7/04/ А.Ф.Герасимов, А.Е.Бардин, В.А..Яковлев, 23.02.1992]. Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности направленного, управляемого перемещения частиц материала в радиальном направлении от стенок к оси смесителя.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является смеситель с возможностью автоматического регулирования положения лопатки в зависимости от физико-механических свойств, вязкости применяемых материалов и степени заполнения смесителя [см. а.с. №1502068 (СССР), кл. В01F 7/04, 23.08.89]. Недостатком данного технического решения является то, что отсутствует возможность организации распределения частиц материала в радиальном направлении от стенок корпуса к его оси и в осевом направлении вдоль корпуса смесителя из-за строгой направленности лопаток в рядах рабочих органов (максимальное перемещение частиц возможно лишь в соседних рядах рабочих органов), а также существует неравномерность нагружения приводного вала (асимметрия крутильных моментов на приводном валу), что приводит к его усталостному разрушению (снижению надежности, ресурса).
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в устранении неравномерности нагружения приводного вала смесителя, сокращение времени смешивания, повышение качества смеси.
Данная задача решается за счет того, что рабочие органы смесителя выполнены в виде шнеков с возможностью их регулируемого вращения в зависимости от вращения горизонтального приводного вала, физико-механических свойств, вязкости применяемых материалов и степени заполнения смесителя.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устранение неравномерности нагружения приводного вала в момент пуска двигателя и в процессе смешивания сыпучих материалов за счет вращения рабочих органов, активное перемещение частиц от стенок корпуса установки к его оси сокращает время смешивания и повышает качество смеси, в том числе в случае применения композиций сыпучих материалов с добавками небольших количеств жидкостей, материалов с большой липкостью, применения совмещенных процессов, к примеру, с нагревом частиц до необходимой температуры и поддержании ее в заданных малых пределах до завершения цикла смешивания.
Устройство поясняется фиг.1, на которой изображен общий вид смесительной установки с расположением рабочих органов в рядах и направлениями перемещений частиц.
Устройство имеет в каждом ряду по две противоположно расположенных рабочих органа выполненных в виде шнеков 1, обеспечивающих перемещение частиц сыпучего материала в радиальном направлении от стенок корпуса к его оси при их вращении и перемещение в осевом направлении при их входе в слой за счет вращения приводного вала 4 (фиг.1). Рабочие органы соседних рядов смещены относительно друг друга на угол 90°. Для изменения углов поворота рабочих органов 1 (α) при их вращении, к примеру, против хода часовой стрелки, служит механизм, выполненный в виде вала 2, установленный в полости приводного вала 4. Электроприводы 3 и 5 постоянно вращают вал 4 и периодически вращают вал 2. На горизонтальном приводном валу 4 размещены шнеки 1 с возможностью вращения относительно собственных осей 6. Оси 6 шнеков 1 кинематически связаны с валом 2 посредством конического зубчатого зацепления с передаточным числом и, состоящего из конических зубчатых колес 7 и 8, жестко закрепленных соответственно на осях 6 шнеков 1 и валу 2. При вращении вала 4 и неподвижном вале 2 происходит вращение шнеков. Величина передаточного числа и связывает частоты вращения (поворота) вала 4 и шнеков 1, обеспечивая необходимый цикл перемещения сыпучего материала. При и=1 шнеки 1 совершают один оборот за один оборот вала 4. При одновременном с одинаковой частотой вращении валов 2 и 4 шнеки 1 перестают вращаться. Данный механизм позволяет изменять скорость вращения вала 4 и шнеков 1 с учетом необходимых условий перемещения частиц в радиальном и осевом направлениях, обусловленных применением различных по свойствам материалов и их нагреве через стенки корпуса смесителя.
Неравномерность нагружения горизонтального приводного вала связана с различным количеством одновременно находящихся в слое сыпучего материала рабочих органов, различным сопротивлением сыпучей среды на входе в ее слой и на выходе из ее слоя рабочих органов, а также площадью контакта рабочих поверхностей рабочих органов со слоем смешиваемого материала. Для нагрева и поддержания температурного режима частиц в процессе смешивания используют подачу тепла Q к корпусу смесителя (фиг.1). Происходит нагрев частиц сыпучего материала через стенки корпуса и тепло передается вглубь слоя в радиальном направлении для их равномерного распределения по всему объему смеси. Необходимо обеспечить перенос частиц с требуемой температурой ближе к оси вращения вала, используя крупномасштабное и мелкомасштабное их перемещения в различных направлениях.
Устройство работает следующим образом. Производится загрузка компонентов в смеситель. Равномерность входа рабочих органов в слой сыпучего материала в начале вращения приводного вала 4 (в момент пуска) и ее выход из слоя обеспечивается вращением шнеков 1 с минимальным сопротивлением слоя сыпучего материала. Происходит «завинчивание» рабочего органа в слой сыпучего материала. Нагрузка на вал становится минимальной и зависит только от тех шнеков, которые одновременно находятся в слое сыпучего материала. Одновременное вращение вала 4 и шнеков 1 приводит к мелкомасштабному перемещению частиц в радиальном направлении и крупномасштабному перемещению частиц сыпучего материала в осевом направлении, что сокращает время смешивания и обеспечивает равномерное распределение частиц с поддержанием необходимой их температуры в смесителе (фиг.1). Необходимая скорость распределения частиц в смесителе в радиальном и осевом направлениях обеспечивается подбором скоростей вращения вала 2 и шнеков 1 с учетом возможных добавок жидких компонентов в процессе смешивания и необходимого нагрева поверхности стенок корпуса смесителя, в зависимости от физико-механических свойств, вязкости применяемых материалов, что приводит к повышению качества смеси.
Управление процессом, реализуемое конструктивными особенностями установки, устраняет неравномерность нагружения приводного вала смесителя, обеспечивает направленное радиальное и осевое распределение частиц с поддержанием необходимой их температуры за счет сочетания крупномасштабного и мелкомасштабного перемещений сыпучего материала, что приводит к сокращению времени смешивания и повышению качества смеси. Экспериментальное смешивание с модельными материалами показало сокращение времени смешивания на 15…20%.