СМЕСИТЕЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к смесителям комбинированного типа для перемешивания высоковязких ньютоновских жидкостей суспензий и эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, топливоэнергетической, горноперерабатывающей, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту с ведущей полу муфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полумуфтой, закрепленной на лопастях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, отличающийся тем, что ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, закрепленным на валу, а ведомая и ведущая полумуфты представляют собой сегменты полого цилиндра (патент на полезную модель РФ №141483, B01F 7/16, 2014 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции, связанная с установкой подшипника и гидромуфты. Кроме того, известный смеситель не позволяет создавать осевые колебания быстроходной мешалки, что уменьшает качество перемешивания в центральной зоне ее работы.
Известны конструкции вибрационных мешалок, содержащих корпус, привод, совершающий возвратно-поступательное движение, соединенный с валом, на котором закреплены один или несколько перфорированных дисков (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание 8-е, переработанное. - М.: Химия, 1971, С. 271-272).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции из-за необходимости установки привода с вращательно-поступательным движением.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является аппарат АР2 - 4, состоящий из емкости, вала с мешалкой и эллиптическим днищем, рубашки для охлаждения или обогрева обрабатываемого продукта, роторного перемешивающего устройства типа ГАРТ и электродвигателей. Роторная головка имеет вихревую камеру, образованную вращающимся ротором и неподвижным статором (А.С.Тимонин, Основы конструирования и расчета химико- технологического и природоохранного оборудования. Справочник. Т.2. Издание 2-е, переработанное и дополненное. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002, С. 907-908).
К причинам препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции, связанная с необходимостью дополнительной установки перемешивающего устройства типа ГАРТ и электродвигателя к нему.
Техническим результатом предлагаемой конструкции смесителя является упрощение конструкции.
Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, состоящем из емкости, вала с мешалкой и рубашки для охлаждения или обогрева обрабатываемого продукта, при этом вал в зоне смешения представляет собой цилиндрическую пружину, коэффициент упругости которой определяется условием
где а - коэффициент упругости цилиндрической пружины, Н/м;
n - число оборотов вала мешалки, об/с;
m - масса мешалки, кг.
a
Вал мешалки, представляющий собой в зоне смешения цилиндрическую пружину, образует с самой мешалкой массой m физический маятник. Зная коэффициент упругости цилиндрической пружины , можно определить собственную частоту колебаний ν для физического маятника (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. Гос.издательство физико-математической литературы. - М, 1963, С. 102)
Если собственная частота колебаний ν в формуле (2) равна частоте вращения вала мешалки n, то при выполнении условия (1) вал, представляющий собой в зоне смешения цилиндрическую пружину, вместе с мешалкой совершает резонансные колебания, которые обеспечивают перемешивание обрабатываемого продукта в окружном и осевом направлениях. Таким образом, используя вал в зоне смешения в виде цилиндрической пружины, имеющей коэффициент упругости а, определяемый условием (1), можно перевести вал мешалки, помимо вращения от привода в режим осевых резонансных колебаний без установки специального привода, совершающего возвратно-поступательное движение. Это упрощает конструкцию смесителя при сохранении эффективности и интенсивности смешения, особенно высоковязких неньютоновских жидкостей.
На чертеже изображен общий вид предлагаемой конструкции смесителя.
a
Он состоит из корпуса 1 со съемной крышкой 2, на которой осесимметрично с корпусом 1 установлен двигатель 3 с редуктором 4, соединенным с валом 5, в зоне смешения представляющим собой цилиндрическую пружину с коэффициентом упругости , определяемым условием (1). На конце вала 5 закреплена мешалка 6 массой m. На крышке 2 установлен патрубок 7 для подачи в корпус 1 обрабатываемого продукта, а в нижней части корпуса 1 установлен патрубок 8 для отвода обрабатываемого продукта. На стенке и днище корпуса 1 установлена рубашка 9 с патрубками подвода 10 и отвода 11 теплоносителя. На рубашке 9 закреплены опоры 12.
a
Смеситель работает следующим образом. По патрубку 7 в корпус 1 подают обрабатываемый продукт, а по патрубку 8 его отводят. Одновременно по патрубку 10 подводят в рубашку 9 теплоноситель, а по патрубку 11 его отводят из рубашки 9. Включают двигатель 3, который через редуктор 4 передает вращение валу 5 и мешалке 6 с числом оборотов n. Так как коэффициент упругости  пружины, из которой выполнен вал 5, подчиняется условию (1), то собственная частота колебаний ν физического маятника, которым является цилиндрическая пружина вала 5 с мешалкой 6 массой m, равняется частоте вращения мешалки 6. Поэтому цилиндрическая пружина вала 5 работает в режиме резонанса и совершает продольные колебания.
a
Таким образом, выполнение условия (1), связывающее коэффициент упругости  цилиндрической пружины вала 5 с массой m мешалки 6 и числом оборотов n вала 5 позволяет одновременно с макроперемешиванием обрабатываемого продукта в окружном движении осуществлять микроперемешивание при осевом колебательном движении цилиндрической пружины вала 5, что позволяет эффективно перемешивать весь объем высоковязкой неньютоновской жидкости, какой является обрабатываемый продукт, без дополнительного двигателя и привода, обеспечивающего осевые колебания, что упрощает конструкцию смесителя.
a
Пример: Масса мешалки 6m=5 кг, число оборотов мешалки 6n=7 об/с. Согласно условию (1), коэффициент упругости  цилиндрической пружины вала 5 должен быть:
a
2
=(6,28·7)·5=9662,4 Н/м ≈985 кг/м.
a
Получаем, что при ≈985 кг/м, то есть при осевой нагрузке 985 кг, цилиндрическая пружина деформируется на 1 м. В этом случае собственная частота колебаний ν цилиндрической пружины вала 5 совпадает с частотой вращения n мешалки 6, и цилиндрическая пружина вала 5 совершает резонансные продольные колебания без применения дополнительного двигателя и привода, что способствует упрощению конструкции смесителя.