УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ 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 позволяющий повысить надежность за счет устранения неравномерности нагружения вала лопастей выполненных шириной, обратно пропорциональной плечу их установки на валую [см. а.с. №1699572 (СССР), кл. B01F 7/08/ А.Ф. Герасимов, А.Е. Бардин, В.А. Яковлев, 23.12.1991., бюл. №47]. Недостатками данного технического решения является то, что не учитывается влияние на процесс нагружения вала коэффициента заполнения реакционной камеры смесителя и физико-механических свойств компонентов смеси; использование нескольких различных по высоте одинаковой направленности лопастей и их плеч установки, а также специального насоса для транспортировки сыпучего материала усложняет конструкцию.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для смешения сыпучих материалов, позволяющая увеличить надежность вала за счет устранения неравномерности его нагружения в радиальном и осевом направлениях с учетом коэффициента заполнения реакционной камеры смешения, обеспечении активного перемещения частиц в радиальном и осевом направлениях. [см. Патент на полезную модель №127657 РФ, U1, МПК B01F 7/04 / О.В. Демин, В.Ф. Першин, В.Г. Однолько, Д.О. Смолин, опубл. 10.05.2013]. Недостатком данного технического решения является то, что не учитывается влияние на процесс нагружения вала, затраты энергии и интенсивность перемещения частиц в радиальном направлении коэффициента трения скольжения частиц компонентов смеси сыпучего материала по рабочей поверхности лопасти.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в увеличении надежности вала за счет снижения его динамического нагружения в радиальном направлении с учетом коэффициента трения скольжения частиц компонентов смеси сыпучего материала по рабочей поверхности лопасти, интенсификации и снижении затрат энергии на процесс перемещения частиц в радиальном направлении.
Данная задача решается за счет того, что лопасти имеют угол наклона рабочей поверхности к оси стойки.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является устранение динамического нагружения вала возникающего вследствие касания слоя сыпучего материала одновременно всей рабочей поверхностью лопасти при его входе в слой, приводящего к его усталостному разрушении (снижению надежности, ресурса), снижение затрат энергии и интенсификация перемещения частиц в радиальном направлении.
Устройство поясняется фиг. 1, на которой изображен общий вид смесительного устройства с расположением рабочих органов, образованием зоны уплотнения частиц и потоками их перемещений в радиальном направлении.
Устройство содержит корпус 1, по оси которого расположен вал 2 с параллельными ему лопастями 3 одинакового размера, равномерно расположенными вокруг вала 2 (фиг. 1). Лопасти 3 в радиальном направлении отстоят на одинаковом расстоянии от вала 2 с минимальным зазором между кромкой лопасти 3 и стенкой корпуса 1, обеспечивая перемещение частиц в радиальном направлении за счет движения лопасти (фиг. 1). В каждом ряду рабочих органов оси стоек 4 лопастей 3 смещены на одинаковый угол α (фиг. 1).
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
Известно, что при одновременном касании слоя сыпучего материала всей рабочей поверхностью лопасти происходит динамическое (ударное) нагружение вала 2 в связи с быстрым образованием широкой зоны уплотнения перед лопастью. Для устранения динамического нагружения вала 2 путем постепенного образования зоны уплотнения частиц А В С D лопасти 3 в радиальном направлении расположены так, чтобы одна из них плавно от точки В до точки А (конечное положение А В) входила в слой, а другая в этот момент времени начинала выходить из слоя с учетом зоны уплотнения частиц A B C D. Рабочая поверхность А В (А В, A B) лопасти 3 наклонена к оси стойки 4 на угол φ (фиг. 1).
0
тр.с.
тр.с.
Известно, что при повороте лопасти на угол φ≥φ (φ - угол трения скольжения частиц компонентов смеси по рабочей поверхности лопасти) наблюдается скольжение частиц с образованием дополнительного направления активного перемещения в радиальном направлении и значительным снижением затрат энергии на данный процесс (фиг. 1) [см. Демин, О.В. Совершенствование методов расчета и конструкций лопастных смесителей: Дис. канд. тех. наук. Тамбов. 2003. - 209 с.; Демин, О.В. Моделирование движения пластины в сыпучем материале / О.В. Демин, В.Ф. Перший, А.А. Пасько; // Вестник Тамбовского государственного технического университета] 2002. Т. 8. №3. С. 444-449].
Ширина лопасти h зависит от коэффициента заполнения реакционной камеры смешения и угла поворота рабочей поверхности лопасти к оси стойки и определяется соотношениями:
0
где β - угол, характеризующий зону уплотнения частиц А В С D перед лопастью (фиг. 1); R - внутренний радиус корпуса реакционной камеры смешения; φ - угол поворота рабочей поверхности лопасти к оси стойки.
β=γ-(z-1)·α, где γ - угол, зависящий от коэффициента заполнения реакционной камеры смешения φ; z - максимальное число одновременно находящихся в слое лопастей в радиальном направлении; α - угол смещения осей лопастей в радиальном направлении.
где n - общее число лопастей в радиальном направлении.
Коэффициент заполнения реакционной камеры смешения определяется по формуле:
Смесь сыпучих материалов состоит из нескольких различных по физико-механическим свойствам компонентов (различные значения угла трения скольжения для отдельных компонентов). За расчетное значение угла поворота рабочей поверхности лопасти 3 относительно оси стойки 4 принимается максимальное значение из всех значений углов трения скольжения по поверхности лопасти отдельных компонентов смеси. Т.е.
тр.с.
тр.с.
тр.с.
тр.с.
Углы трения скольжения по поверхности лопасти отдельных компонентов смеси определяются например с помощью "Установки Дженике" [см. Демин, О.В. Совершенствование методов расчета и конструкций лопастных смесителей: Дис. канд. тех. наук. Тамбов. 2003. - 209 с., стр. 39-41]. К примеру, при приготовлении смеси сыпучих модельных материалов, состоящих из исходных отдельных компонентов: сахар (φ=10°); лимонная кислота (φ=12°); кукурузная крупа (φ=8°); соль (φ=11°) за расчетное значение угла поворота рабочей поверхности лопасти 3 относительно оси стойки 4 принимается .
0
1
1
1
1
1
1
Устройство работает следующим образом. При вращении вала 2 лопасть 3 входит в слой сыпучего материала, сначала касаясь рабочей поверхностью в точке В, затем, углубляясь до точки В, образует постепенно перед собой зону уплотнения частиц А В С D (фиг. 1). Плавное вхождение лопасти в слой сыпучего материала устраняет динамическое нагружение вала, наблюдаемое при одновременном касании слоя всей рабочей поверхностью лопасти. В этот момент времени лопасть другого ряда рабочих органов начинает выходить из слоя, снижая нагрузку на вал за счет уменьшения зоны уплотнения частиц A B C D перед лопастью (фиг. 1). Скольжение частиц компонентов смеси сыпучих материалов по рабочей поверхности А В(А B) лопасти 3 обеспечивает дополнительное направление активного перемещения частиц к стойке 4, что интенсифицирует процесс перемещения частиц в радиальном направлении и, как показывают эксперименты, снижает затраты энергии на данный процесс до 10%.