Смеситель

Авторы патента:

Предлагаемое техническое решение относится к комбинированным механическим мешалкам для перемешивания высоковязких ньютоновских и неньютоновских растворов, расплавов, суспензий, эмульсий и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, биохимической, горнодобывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и хозбытовых стоков. Техническим результатом предлагаемой конструкции является возможность резких изменений скорости вращения тихоходной мешалки. Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку и гидромуфту с ведущей полумуфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полу муфтой, закрепленной на лопастях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, при этом ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, закрепленным на валу, а ведомая и ведущая полумуфты представляют собой сегменты полого цилиндра.

Известно перемешивающее устройство, состоящее из комбинации быстроходной и тихоходной мешалок, закрепленных на соосных валах, быстроходном и тихоходном соответственно. Каждый из валов получает вращение от своего привода (Стренк Ф. «Перемешивание и аппараты с мешалками». - Л. Химия, 1975, с. 64).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная эффективность перемешивания, особенно высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей из-за постоянной скорости вращения тихоходной мешалки.

Известен смеситель, содержащий 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 гидромуфты, 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 патрубка 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 ньютоновских и неньютоновских жидкостей в зоне работы тихоходной мешалки из-за постоянной скорости ее вращения без ускорений и торможений.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и принятым за прототип является смеситель, содержащий 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, причем на валу жестко закреплена ведущая полумуфта, при этом ведущая полумуфта и отверстие в патрубке имеют овальную форму, а отношение длины малой оси овала в отверстии патрубка к длине большой оси овала ведущей полумуфты составляет:

где L и l - соответственно длины малой оси овала в отверстии патрубка и большой оси овала ведущей полумуфты (патент на полезную модель РФ 119640, B01F 7/16, 2012).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность перемешивания жидкостей в зоне работы тихоходной мешалки, особенно высоковязких и неньютоновских растворов, расплавов, суспензий или эмульсий из-за ограничений по размерам осей, описанных в соотношении (1). Кроме того овальная форма осей не позволяет резко изменять скорость вращения тихоходной мешалки, что также снижает эффективность перемешивания в зоне работы тихоходной мешалки.

Задачей предлагаемой конструкции смесителя является возможность резких изменений скорости вращения тихоходной мешалки.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности процесса перемешивания высоковязких и неньютоновских жидкостей в зоне работы тихоходной мешалки.

Поставленный технический результат достигается тем, что в смесителе, содержащем корпус, центральную быстроходную мешалку и гидромуфту с ведущей полумуфтой, жестко закрепленной на валу, и ведомой полумуфтой, закрепленной на лопастях тихоходной мешалки и установленной осесимметрично с валом, при этом ведомая полумуфта снабжена гильзой с подшипником, закрепленным на валу, а ведомая и ведущая полумуфты представляют собой сегменты полого цилиндра.

Снабжение ведомой полумуфты гильзой с подшипником, закрепленным на валу, исключает раскачивание тихоходной мешалки при резком изменении скорости ее вращения, что предотвращает удары лопастей о стенку корпуса, а также удары ведомой полумуфты и ведущей полумуфты друг о друга и приводит к увеличению эффективности перемешивания жидкости в зоне работы тихоходной мешалки.

Выполнение ведомой полумуфты и ведущей полумуфты в виде сегментов полого цилиндра приводит к резкому изменению скорости вращения тихоходной мешалки в течение одного оборота вала, так как рабочий зазор между сегментом полого цилиндра ведущей полумуфты и сегментом полого цилиндра ведомой полумуфты меняется от минимального, равного разнице радиусов этих сегментов полых цилиндров до максимального, равного разнице радиусов сегмента полого цилиндра ведущей полумуфты и вала. Так как крутящий момент и, соответственно, скорость вращения тихоходной мешалки уменьшаются с ростом кольцевого зазора между сегментами полых цилиндров гидромуфты, то когда эти сегменты ведомой и ведущей полумуфт находятся друг против друга с минимальным зазором скорость вращения тихоходной мешалки резко возрастает, а когда сегменты полых цилиндров ведомой и ведущей полумуфты развернуты относительно друг друга на 180°, скорость вращения тихоходной мешалки резко снижается. Такое вращение тихоходной мешалки с рывками интенсифицирует процесс перемешивания в зоне работы тихоходной мешалки у стенки корпуса, уменьшает застойные области, то есть увеличивает эффективность перемешивания, особенно высоковязких и неньютоновских жидкостей.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой конструкции смесителя, на фиг. 2 - поперечное сечение A-A в зоне установки гидромуфты.

Смеситель состоит из быстроходной мешалки 1, закрепленной на валу 2 привода, тихоходной мешалки 3, установленных соосно корпусу 4. На валу 2 закреплена ведущая полу муфта 5, выполненная в виде сегмента полого цилиндра. На лопастях тихоходной мешалки 3 закреплена ведомая полумуфта 6, снабженная гильзой 7 с подшипником 8, закрепленным на валу 2. Сама ведомая полумуфта 6 выполнена в виде сегмента полого цилиндра, установленного в зоне взаимодействия с ведущей полумуфтой 5.

Смеситель работает следующим образом. В корпус 4 заливают перемешиваемую жидкость. От привода передается вращение на вал 2 быстроходной мешалки 1 с числом оборотов n₁. Перемешиваемая жидкость, находящаяся в зазоре между рабочими поверхностями сегментов полых цилиндров ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт передает крутящий момент от вала 2 к лопастям тихоходной мешалки 3. Так как при вращении обеих мешалок: быстроходной 1 и тихоходной 3, кольцевой зазор между рабочими поверхностями сегментов полых цилиндров ведущей 5 и ведомой 6 полумуфт непрерывно изменяется от наибольшего (показан на фиг. 1 и 2) до наименьшего, то резко изменяется и число оборотов тихоходной мешалки п₂.

Таким образом, за один оборот быстроходной мешалки 1, тихоходная мешалка 3, то резко снижая число оборотов n_2j, то резко их увеличивая, интенсифицирует процесс перемешивания в периферийной зоне у стенки корпуса 4, что приводит к повышению в целом эффективности перемешивания особенно высоковязких и неньютоновских жидкостей: растворов, расплавов, суспензий и эмульсий. Смеситель предлагаемой конструкции несложен в изготовлении и эксплуатации. Гильзу 7 для установки подшипника 8 с сегментом полого цилиндра ведомой полумуфты 6 и сегмент полого цилиндра ведущей полумуфты 5 можно изготовить из металла, полимера или резины и установить как на вновь проектируемые смесители, так и находящиеся в эксплуатации.

Смеситель, содержащий корпус, центральную быстроходную мешалку, закрепленную на валу привода, тихоходную мешалку и гидромуфту с ведущей полумуфтой, 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.