CN107497347A - 一种共振混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共振混合装置，包括支架、激励单元和负载单元。激振单元的激振装置产生竖直方向的周期变化加速度，负载单元的混合容器内产生与容器尺寸大小接近的体流，同时产生了许多小尺度的混合区域，使物料安全高效混合。本发明的共振混合装置兼容多种材料体系，制备方法简单、成本低、制备周期短，特别适合混合力热敏感材料，具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明属于共振混合装置领域，具体涉及一种共振混合装置。
背景技术
混合装置广泛应用于化工，制药等领域，但目前普遍使用的桨式搅拌釜存在混合时间长，混合效率低，混合均匀性差等缺点，无法满足高固含量混合中小组分均匀分散混合的需求，物料无法一步加入，混合后的清理过程耗费大量的时间和人力成本，严重影响生产效率。
在共振混合领域，已公开的设备有湖北航鹏化学动力科技有限责任公司提出的“基于三自由度共振系统的声波混合装置”和美国Resodyn公司提出的“用于共振振动混合的装置和方法”(APPARATUS AND METHOD FOR RESONANT VIBRATORY MIXING，US 7,188,993B1)。其中，“基于三自由度共振系统的声波混合装置”的特点是：在工作过程中，负载单元与反作用单元运动方向相反，振幅接近，负载单元与反作用单元产生的力在混合装置内部相互抵消，混合装置不产生对地作用力(CN 106000198 A)。
上述两种共振混合设备，结构均可简化为三自由度弹簧质量系统，均采用系统三阶固有频率作为激振频率和采用电机带动偏心块作为激振源。
但这些设备存在以下不足：使用多阶弹簧系统使其结构复杂，制备周期长；部分能量消耗于非混合单元的振动，能量利用率不高。因此，为克服上述不足，有必要研发一种新的共振混合设备。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种共振混合装置，能够使物料安全高效地混合。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种共振混合装置，包括支架、激励单元和负载单元；其中，支架位于所述共振混合装置底部，与激励单元通过第一弹簧和第一弹簧导柱相连接；激励单元位于支架与负载单元之间，与位于所述共振混合装置上部的负载单元通过第二弹簧和第二弹簧导柱相连接；
进一步地，所述支架包括支架底板、依附于支架底板上的第一弹簧导柱和位于所述第一弹簧导柱下方且用于限位第一弹簧的凹部；
进一步地，所述激励单元包括激励单元底板、连接于激励单元底板下方的激振装置、设置于激励单元底板上部的第二弹簧导柱和贯穿于激励单元底板的第一弹簧；
进一步地，所述激振装置包含如下任一：偏心式机械激振器、电磁式激振器、液压式激振器；
进一步地，所述负载单元包括负载板、固定于负载板上方的混合容器、贯穿于负载板的第二弹簧和用于第一弹簧通过的穿孔；
进一步地，所述激励单元所产生的周期驱动力的振动频率与负载单元的固有频率一致时，负载单元产生共振效应；
进一步地，所述负载单元共振产生的反作用力减小激励单元的振动，形成反共振效应。
与现有技术相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
激振单元的激振装置产生竖直方向的周期变化加速度，负载单元的混合容器内产生与容器尺寸大小接近的体流，同时产生了许多小尺度的混合区域，使物料能够安全高效地混合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种共振混合装置结构示意图；
图2是图1的支架的结构示意图；
图3是图1的激励单元的结构示意图；
图4是图1的负载单元的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种共振混合装置的受力过程示意图；
图6是本发明实施例的幅频响应示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
如图1所示，一种共振混合装置，包括支架1、激励单元2、负载单元3。支架1位于最底部，与激励单元2通过第一弹簧和第一弹簧导柱相连，激励单元2位于支架1与负载单元3之间，与负载单元 3通过第二弹簧和第二弹簧导柱相连。
图2是图1的支架的结构示意图。如图2所示，支架1包括支架底板101、依附于支架底板101上的第一弹簧导柱102和位于所述第一弹簧导柱102下方且用于限位第一弹簧的凹部103。本实施例中，第一弹簧导柱102优选为4个，凹部优选为4个。
图3是图1的激励单元的结构示意图。如图3所示，激励单元2 包括激励单元底板201、连接于激励单元底板201的激振装置202、设置于激励单元底板201上部的第二弹簧导柱203和贯穿于激励单元底板201的第一弹簧。本实施例中，弹簧导柱203优选为4个，压装于激励单元底板201上部的弹簧204a和压装于激励单元底板201下部的弹簧204b的中心轴线重合，构成本实施例的第一弹簧，优选为 4个。
图4是图1的负载单元的结构示意图。如图4所示，负载单元3 包括负载板301、固定于负载板301上方的混合容器303、贯穿于负载板的第二弹簧和用于第一弹簧通过的穿孔304。本实施例中，压装于负载板301上部的弹簧302a和压装于负载板301下部的弹簧302b的中心轴线重合，构成本实施例的第二弹簧。本实施例中，第二弹簧和穿孔304均优选为4个，混合容器303包含偏心式机械激振器、电磁式激振器和液压式激振器中任意一个。
图5为本发明实施例提供的一种共振混合装置的受力过程示意图。根据图5可以得到二自由度系统强迫振动方程为：
其中，m1为激励单元的质量，m2为负载单元的质量，k1为激励单元的刚度，k2为负载单元的刚度，x1为激励单元的位移，x2为负载单元的位移，c为负载单元由于混合过程而产生的阻尼力，P1sinωt为系统的激振力。
激励单元只产生竖直方向上的周期驱动力，负载单元作受迫振动。当激励单元所产生的周期驱动力的振动频率与负载单元的固有频率一致时，负载单元产生共振，形成具有一定加速度的周期运动。负载单元振动产生的惯性力反作用于激励单元，有效地减小激励单元的振动，从而形成反共振效应。负载单元给予临近流体以周期性压力，依靠流体的弹性，振动以纵波的形式向外传播，经过负载单元所包含混合容器内部的不均匀介质时，由于衰减作用产生了竖直方向上的压力梯度，产生了与混合容器尺寸大小接近的体流，同时产生了许多小尺度的混合区域，从而促进物料快速混合。共振产生的能量完全作用于负载单元，在达到同等振动强度的同时所需能量最小，且共振能量完全作用于物料的有效混合。混合结束后，连带物料与容器一同取出，快速更换混合容器，可以省去在线清理混合容器的时间。
图6为本发明实施例的幅频响应示意图。如图6所示，当激振频率达到动力吸振器固有频率时，负载单元的振幅最大，所需输入激振力可以很小。分析发现当系统工作在二阶固有频率60Hz附近时，负载单元振幅最大的同时激励单元的振幅较小，能量可以充分利用。因此本实施例选择第二阶固有频率做为工作频率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种共振混合装置，包括支架、激励单元和负载单元；其中，支架位于所述共振混合装置底部，与激励单元通过第一弹簧和第一弹簧导柱相连接；激励单元位于支架与负载单元之间，与位于所述共振混合装置上部的负载单元通过第二弹簧和第二弹簧导柱相连接。
2.根据权利要求1所述的共振混合装置，其特征在于，优选的，所述支架包括支架底板、依附于支架底板上的第一弹簧导柱和位于所述第一弹簧导柱下方且用于限位第一弹簧的凹部。
3.根据权利要求1所述的共振混合装置，其特征在于，所述激励单元包括激励单元底板、连接于激励单元底板下方的激振装置、设置于激励单元底板上部的第二弹簧导柱和贯穿于激励单元底板的第一弹簧。
4.根据权利要求3所述的共振混合装置，其特征在于，所述激振装置包含如下任一：偏心式机械激振器、电磁式激振器、液压式激振器。
5.根据权利要求1所述的共振混合装置，其特征在于，所述负载单元包括负载板、固定于负载板上方的混合容器、贯穿于负载板的第二弹簧和用于第一弹簧通过的穿孔。
6.根据权利要求1-5任一所述的共振混合装置，其特征在于，所述激励单元产生的周期驱动力的振动频率与负载单元的固有频率一致时，负载单元产生共振效应。
7.根据权利要求6所述的共振混合装置，其特征在于，所述负载单元共振产生的反作用力减小激励单元的振动，形成反共振效应。
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