Смеситель турбинный
Относится к строительной и другим отраслям промышленности и предназначен для разрушения коагуляционной структуры смешиваемых жидкостей, для получения однородных смесей. Смеситель состоит из корпуса 3, приводного вала 4 с быстроходной закрытой турбиной, на внутренней стенке корпуса против выходных каналов турбины расположены турбулентные камеры 13, разграниченные по окружности между собой вертикальными перегородками 14. Над выходными окнами 17 турбулентных камер 13 расположены направляющие патрубки 18 и 19. Турбулентные камеры 13 и направляющие патрубки 18 и 19 расположены с чередованием, обеспечивая выход жидкости в верхнюю и нижнюю части смесителя. Направляющие патрубки 18 и 19 расположены так, что жидкость, выходящая из патрубков, закручивается в корпусе 3 (
ж) в сторону, противоположную вращению турбины (т). На днище турбулентных камер для усиления турбулизации потоков жидкости могут быть установлены дополнительные турбулизаторы: криволинейной формы горизонтальные 22, криволинейные вертикальные 23, полусферические 24 или прямоугольные 25 сотового типа. Для предотвращения образования воронки в верхней части корпуса установлено периферийное отражательно- ограничительное кольцо 26.
Полезная модель относится к строительной отрасли промышленности, а также к любым другим отраслям, связанным с приготовлением смесей жидкостей, и предназначена для смешивания жидких сред, ускорения массообменных и физико-химических процессов.
Известна турбинная закрытая мешалка (Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками / Пер. с польск. под ред. И.А. Щупляка. - Л.: Химия, 1975. - С.56, рис.II-14). Турбинная мешалка содержит корпус, вал и ступицу с разделительным диском, на периферии которого расположены лопасти. К лопастям приварены конические покровные диски с отверстием в центре для прохода жидкости.
Однако в этой турбинной мешалке затруднен массообмен между верхним и нижним циркуляционными контурами; невозможно интенсифицировать рабочий процесс увеличением частоты вращения турбины, так как выбрасываемая из турбины жидкость придает вращательное движение всей смешиваемой массе, что ведет к образованию воронки; при высоких скоростях вращения турбины и вращения жидкости в корпусе смесительного аппарата снижается градиент скорости между частицами среды.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является перемешивающее устройство (авт.св. СССР №912249, B 01 f 05/16, 16.07.1980 г.).
Устройство состоит из корпуса аппарата, вала, на котором жестко закреплен разделительный диск. На разделительном диске закреплены верхние лопасти, загнутые вперед по ходу вращения, и нижние лопасти, загнутые назад. Верхние и нижние лопасти наклонены к разделительному диску. На верхних лопастях расположен верхний покровный диск, на нижних лопастях - нижний покровный диск. Верхний и нижний диски имеют выступы, выполненные с профилированными отбортованными краями. Выступы смещены в верхнем и нижнем покровных дисках на полшага. Через кольцевое пространство между покровными дисками смесь поступает в межлопастное пространство перемешивающего устройства. При вращении перемешивающего устройства лопасти, взаимодействуя с жидкостью, сообщают ей кинетическую энергию. Таким образом, из межлопастных каналов между разделительным диском и верхним покровным и разделительным диском и нижним покровным диском происходит истечение компонентов. Смесь обтекает профилированные отбортованные выступы верхнего и нижнего покровных дисков, которые сообщают ей осевую составляющую. Таким образом, происходит перераспределение жидкости из верхнего циркуляционного контура в нижний и наоборот.
Недостатком устройства являются низкие градиенты скорости между выбрасываемой из турбины жидкостью и окружающей средой; не исключается закрутка жидкости вместе с турбиной, тем самым образуется воронка в верхней части корпуса и образуются большие застойные зоны.
Задачей полезной модели является повышение интенсивности разрушения коагуляционной структуры смешиваемых жидкостей, ускорение массообмена и ускорение протекания химических реакций и снижение потерь давления при движении жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что смеситель состоит из переходной крышки с приводом, плоского отражательно-ограничительного кольца, корпуса аппарата, вала приводного, на ступице которого жестко закреплен разделительный диск. На входном участке турбины на разделительном диске закреплены всасывающие лопасти, наклоненные в сторону вращения турбины, на внешнем участке турбины на разделительном диске закреплены нижние и верхние метательные лопасти, закрытые сверху и снизу покровными дисками (кольцами) с образованием выходных каналов по периферии турбины. На стенках корпуса против выходных каналов турбины установлены турбулентные камеры.
Всасывающие лопасти турбины установлены наклонно к радиальному направлению с отклонением назад, а в поперечном сечении состоят: из прямого участка, перпендикулярного разделительному диску, переходного криволинейного участка и захватывающих кромок, установленных под углом к разделительному диску по направлению вращения турбины с образованием вместительного канала для движения жидкости вдоль всасывающих лопастей.
Турбулентные камеры образованы вертикальными перегородками, днищами и ограничителями. Вертикальные перегородки состоят из внутренних входных кромок, направленных встречно и параллельно потоку жидкости, выходящей из турбины, переходных криволинейных участков поворота потока жидкости и внешних радиальных участков, примыкающих к стенке корпуса. Днища турбулентных камер полностью перекрывают пространство между вертикальными перегородками и стенкой корпуса; ограничители внутренними кромками располагаются на внутренней линии днищ с перекрытием криволинейных участков вертикальных перегородок и оставлением зазора между ограничителями и стенкой корпуса равным 0,3-0,5 от глубины турбулентной камеры с образованием окна для выхода жидкости из турбулентных камер. В смежных турбулентных камерах днища и ограничители расположены с чередованием вверх-вниз для выхода жидкости через окна в верхнюю и нижнюю части смесителя. Над выходными окнами турбулентных камер расположены направляющие патрубки, образованные стенкой корпуса, криволинейной и плоской стенками, придающими выходящей из турбулентных камер жидкости вращательное движение, встречное вращению турбины.
На днищах турбулентных камер (на стенках корпуса) установлены дополнительные турбулизаторы жидкости в виде криволинейных горизонтальных, вертикальных криволинейных, полусферических или прямоугольных отражателей сотового типа.
Положительный эффект достигается за счет встречной закрутки жидкости в корпусе аппарата относительно направления вращения турбины. Встречное вращение жидкости в сочетании с наклоном всасывающих лопастей к радиальному направлению и их поперечным профилем обеспечивают минимум сопротивления движению жидкости на входе в турбину при максимальном сохранении кинетической энергии встречно вращающегося потока жидкости, что ведет к повышению скорости движения жидкости на выходе из турбинного колеса. Жидкость, выходящая с повышенной скоростью из турбинного колеса, направляется в турбулентные камеры, где при высоком гидродинамическом давлении создаются высокие градиенты скорости и происходит интенсивное разрушение коагуляционной структуры и легкое, быстрое смешивание жидкостей. Из турбулентных камер по чередующимся патрубкам жидкость смещается в верхнюю и нижнюю циркуляционные зоны, чем достигается высокая однородность смеси во всем объеме замеса, а стенки патрубков изогнуты так, что выходящая из них жидкость в корпусе аппарата закручивается встречно вращению турбины без дополнительной затраты энергии.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где приведены: на фиг.1 разрез по А-А, на фиг.2 разрез по Б-Б, на фиг.3 разрез по В-В, на фиг.4 сечение по Г-Г (развертка), фиг.5 разрез по А-А (вариант отражательно-ограничительного кольца).
Смеситель турбинный состоит из переходной крышки с приводом 1, отражательно-ограничительного кольца 2, корпуса смесителя 3, приводного вала 4 с быстроходной турбиной, содержащей ступицу 5 с разделительным диском 6, на котором закреплены всасывающие лопасти 7 и 8 и метательные лопасти 9 и 10. Проточные каналы между лопастями 9 и 10 сверху и снизу ограничены покровными дисками 11 и 12. На внутренней стенке корпуса 3 против выходных каналов турбины расположены турбулентные камеры 13, разграниченные по окружности между собой вертикальными перегородками 14. Турбулентные камеры в осевом направлении ограничены сплошными днищами 15 и ограничителями 16. Пространство между стенкой корпуса 3, вертикальными перегородками 14 и внешней кромкой ограничителя 16 образует выходное окно 17 турбулентной камеры 13. Над выходными окнами 17 турбулентных камер 13 расположены направляющие патрубки 18 и 19, образованные стенками корпуса 3, криволинейными стенками 20 и плоскими стенками 21.
Турбулентные камеры 13 и направляющие патрубки 18 и 19 расположены с чередованием, обеспечивая выход жидкости в верхнюю и нижнюю части смесителя. Направляющие патрубки 18 и 19 расположены так, что жидкость,
выходящая из патрубков, закручивается в корпусе 3 (ж) в сторону, противоположную вращению турбины (т).
На днище турбулентных камер для усиления турбулизации потоков жидкости могут быть установлены дополнительные турбулизаторы: криволинейной формы горизонтальные 22, криволинейные вертикальные 23, полусферические 24 или прямоугольные 25 сотового типа.
Для предотвращения образования глубокой воронки вращающейся жидкости и ускорения циркуляции жидкости в верхней части корпуса установлено периферийное отражательно-ограничительное кольцо 26, выполненное в виде вогнутой воронки, а срез воронки расположен в районе верхнего уровня жидкости в корпусе смесителя.
Полезная модель работает следующим образом. В корпус 3 заливаются заранее отдозированные компоненты и при вращении вала турбины 4 входные кромки всасывающих лопастей 7 и 8 захватывают жидкость и под действием инерционных сил она начинает двигаться в радиальном направлении. В зоне действия метательных лопастей 9 и 10 жидкость получает большое количество энергии и под действием центробежных сил с большой скоростью выбрасывается из турбины. Потоки жидкости, выходящие из турбины, поступают на входные кромки вертикальных перегородок 14 и, плавно поворачиваясь на криволинейных участках вертикальных перегородок, начинают двигаться в радиальном направлении в стесненном пространстве турбулентных камер 13. При торможении потоков жидкости в турбулентных камерах 13 возникают большие гидродинамические давления и большие градиенты скорости, что ведет к переходу энергии на внутреннюю структуру жидкости; происходит разрушение коагуляционной структуры жидкости и снижение ее структурной вязкости. После разрушения коагуляционной структуры жидкость через выходные окна 17 покидает турбулентные камеры и по направляющим патрубкам 18 и 19 переходит в верхнюю и нижнюю полости смесительной камеры, обеспечивая быстрый массообмен и равномерное распределение компонентов по объему замеса. Направляющие патрубки 18 и 19, расположенные тангенциально по периферии корпуса 3, закручивают выходящую из них жидкость в сторону, противоположную вращению турбины. При движении вращающихся потоков жидкости к центру смесительного аппарата они получают дополнительную угловую скорость, что способствует легкому захвату жидкости входными кромками всасывающих лопастей при резком снижении сопротивления движению жидкости и ускорению движения жидкости в межлопастных каналах.
1. Смеситель турбинный, содержащий корпус, вал, на котором жестко закреплен разделительный диск, на последнем закреплены верхние и нижние всасывающие лопасти, верхние и нижние метательные лопасти, на метательных лопастях размещены соответственно верхний и нижний покровные диски, отличающийся тем, что всасывающие лопасти установлены наклонно в радиальном направлении с отклонением назад, а в поперечном сечении состоят из прямого участка, перпендикулярного к разделительному диску, переходного криволинейного участка и захватывающих кромок, установленных под углом к разделительному диску в направлении вращения турбины с образованием вместительного канала, на стенках корпуса против выходных каналов турбины расположены турбулентные камеры, образованные вертикальными перегородками, днищами и ограничителями, вертикальные перегородки состоят из внутренних входных кромок, направленных встречно и параллельно потоку жидкости, выходящей из турбины, переходных криволинейных участков и внешних радиальных участков, примыкающих к стенке корпуса, днища турбулентных камер полностью перекрывают пространство между вертикальными перегородками и стенкой корпуса, ограничители внутренними кромками располагаются на внутренней линии днищ с перекрытием криволинейных участков вертикальных перегородок и оставлением зазора между ограничителями и стенкой корпуса, равным 0,3-0,5 от глубины турбулентной камеры с образованием выходных окон, над выходными окнами турбулентных камер расположены направляющие патрубки, образованные стенкой корпуса, криволинейной и плоской стенками, турбулентные камеры выходными окнами и направляющими патрубками расположены с чередованием вверх-вниз и направляют выходящие потоки жидкости в сторону, противоположную вращению турбины.
2. Смеситель турбинный по п.1, отличающийся тем, что на днище турбулентных камер расположены дополнительные турбулизаторы.
3. Смеситель турбинный по п.1, отличающийся тем, что в верхней части корпуса выше верхнего уровня жидкости расположено отражательно-ограничительное кольцо.
4. Смеситель турбинный по п.3, отличающийся тем, что отражательно-ограничительное кольцо выполнено в виде вогнутой воронки.
